风速传感器的启动风速现场校准仪器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于校准仪器领域，具体涉及一种风速传感器的启动风速现场校准仪 器及启动风速获取方法。
【背景技术】
[0002] 风杯式风速传感器是应用极为广泛的测风传感器，但是在其用了一段时间后，风 杯组件会老化，启动风速会增大，这时就需要对启动风速进行校准，如果超过一定范围就需 要更换风速传感器。现在对风速传感器启动风速的校准办法还基本是将风速传感器送到专 门的风洞实验室进行测量，这样做极为费时，费财，而且不便于对风速传感器进行定期的检 查和维护。截止到2012年7月，全国已建成3万余自动气象站，有些自动气象站地处偏远； 对于这些自动气象站的风杯式风速传感器启动风速的校准，就需要一种便携的可以进行现 场校准的设备。
【发明内容】
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种风速传感器的启动风速现场校准仪 器及启动风速获取方法，解决了现有技术中风杯式风速传感器启动风速现场校准难度大的 问题。
[0004] 本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005] 风速传感器的启动风速现场校准仪器，包括给风模块、测风模块、标准气流获取模 块、控制模块；其中，给风模块用于产生气流；标准气流获取模块用于将给风模块产生的气 流转换成风速传感器的风杯启动所需的标准风速；测风模块用于获取风速传感器的风杯启 动时所需的标准风速值，并传输至控制模块；控制模块用于计算风速传感器的风杯启动需 要的实际启动风速值，并根据风杯是否启动控制给风模块工作，若风杯未启动，则给风模块 的风速持续增加，若风杯启动则保持当前风速施加于风杯，控制模块根据当前风速计算出 实际的启动风速，并根据该启动风速对风杯传感器进行校准。
[0006] 所述控制模块包括中央处理器及风杯启动检测装置，风杯启动检测装置用于检测 风杯的启动信息，并将该启动信息发送至中央处理器，中央处理器接收到启动信息后，控制 给风模块保持当前风速不变。
[0007] 所述风杯启动检测装置为红外检测装置。
[0008] 所述标准气流获取模块包括从气流进口到气流出口依次设置的整流段、收缩段、 实验段，其中，整流段用于将给风模块产生的气流梳理均匀，以获得流场稳定均匀的气流； 收缩段用于将均匀的气流进行加速；实验段用于将加速后的气流形成流动方向一致、速度 均匀的稳定气流，该稳定气流作为标准风施加于风杯上。
[0009] 所述整流段包括阻尼网和蜂窝器。
[0010] 根据如下公式计算风速传感器的启动风速V : CN 204832243 U 说明书 2/4 页
[0012] 其中，C(0)为整个风杯系统的风压系数，p为空气密度，R为风杯回转半径，A 为风杯切口面积，Bo为静摩擦力矩，
为系统获取的标准风速， C(Ji)为180度对应的单个风杯风压系数，Θ为风向与风杯中心线的夹角。
[0013] 整个风杯系统的风压系数C( Θ )根据如下公式获取：
，其中，Cn(0)为风杯系统单个风杯 的风压系数。
[0015] 整个风杯系统的风压系数C( Θ )是将单个风杯风压系数曲线进行拟合、平移、相 加处理后，得到的一条正弦曲线。
[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
[0017] 1、便于携带到各种测风现场进行三杯式风速计启动风速的校验工作。
[0018] 2、与传统风洞获取启动风速的方法不同，根据JJG(气象）004-2011_自动气象站 风向风速传感器检定规程可知，传统方法获取的启动风速的值准确度不高，可以准确计算 获取到风杯不同初始位置的启动风速及最大、最小、平均值。
[0019] 3、本校准设备自动化程度高、方便、快捷，去除了已有风杯风速计启动风速校准仪 器及风洞实验获取启动风速人为操作偶然性。
[0020] 4、本校准仪器原理、结构简单，节约成本，便于推广使用。
【附图说明】
[0021] 图1为风杯式风速传感器的俯视图。
[0022] 图2为静摩擦力矩的测量办法示意图。
[0023] 图3为获得标准气流结构设计示意图。
[0024] 图4为本实用新型的系统结构框图。
[0025] 图5为整个风杯系统的风压系数曲线
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本实用新型的结构及工作过程作进一步说明。
[0027] 本实用新型的风速传感器启动风速的获取方法是基于启动风速的数学模型，风杯 式风速传感器俯视图如图1所示：
[0028] 根据如下公式计算风速传感器的启动风速V :
[0030] 其中，C(0)为整个风杯系统的风压系数，p为空气密度，R为风杯回转半径，A为 风杯切口面积，Bo为静摩擦力矩，Θ为风向与风杯中心线的夹角。
[0031] 整个风杯系统的风压系数C( Θ )根据如下公式获取：
[0032] C(0) =Cn(0)+Cn(0+12O° )+Cn(0+24O° )，其中，Cn(0)为风杯系统单个风杯 的风压系数。
[0033] 整个风杯系统的风压系数C( θ )是将单个风杯风压系数曲线进行拟合、平移、相 加处理后，得到的一条正弦曲线如图5所示：蓝色曲线是对单个风杯风压系数曲线进行拟 合、平移、相加处理后的曲线，红色是对此曲线拟合的正弦曲线。
[0034] 该方法的具体推导过程如下：
[0035] 如图2所示，据动压定义，风杯静止，风相对于风杯的速度为V，作用在风杯上的流 动空气的动压为
则作用在风杯截口有效面积的压力即是乘上截口面积A和风杯结 构形状相关的风压系数C( Θ )，即压力：
则风作用在风杯风速计上产生的扭力 矩就是是再乘上回转半径R，即为
然后由启动瞬间整个风杯系统的力矩平 衡，即风杯风速计的静摩擦力矩和空气扭力矩平衡条件有：
直接解此等 式即可得到的启动风速为：
要注意的是此处风压系数C( Θ )是整个风杯系统 的风压系数，即是3个风杯的单个风压系数的叠加；要得到启动风速V，需要知道的参数有： 空气密度（已知，通常情况下，即