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新型风向袋提升质量不提价
点击次数:1291 发布时间:2014-07-02
   风向袋是由风速传感器组成的,风向袋风速传感器主要负责感应风向袋和风速,及时测出和风速。风速传感器有哪些类型呢?目前国内外风速传感器可以分为三类。*类为螺旋桨式风速传感器;第二类为风速是三杯式、风向袋是单翼式的风速传感器;第三类为超声波风向袋风速传感器。螺旋桨式风传感器精度较差,动态性能一般;超声波风传感器目前应用还不太成熟。风向袋风速传感器是风速监测仪zui主要的部件,是整个仪器的核心。另外,在手持式气象站中,也会使用到风速传感器。
  风杯式风速传感器工作原理是:风向袋风速传感器的感应元件为三杯式回转架,信号变换电路为霍尔开关电路。在水平风力作用下,风向袋风杯组旋转,通过主轴带动磁棒盘旋转,其上的36只磁体形成18个小磁场,风杯组每旋转1圈,风向袋在霍尔开关电路中感应出18个脉冲信号,其频率随风速的增大而线性增加。其校准方程为:V= 0.1F(V:风速,单位:m/s;F:脉冲频率,单位:Hz。)。
                                  
  风向袋传感器的感应元件为风向袋标组件。角度变换为格雷码盘加光电电路。当风向袋标组件随风向袋旋转时,带动主轴及码盘一同旋转,每转动2.8125°,位于光电器件支架上下两边的7位光电变换电路就输出1组新的7位并行格雷码,风向袋电路整形并反相后输出。传感器具有动态特性好、线性好、精度高、灵敏度高(3°;0.1 m/s)、抗风强度高(≤70 m/s)、测量范围宽(0~60 m/s)、互换性好、工作可靠、风向袋抗雷电干扰能力强等多种优良性能。风杯由特种工程塑料注塑成型,风向袋标尾翼板用质量轻、强度高、刚性好且在高温高压条件下成型的非金属材料制造。具有重量轻,强度好、抗风能力强等特点。
  风向袋风速监测仪的核心硬件介绍
  数据采集器硬件电路为风向袋风速监测仪的核心,设计采用目前成熟,可靠的技术。数据采集器硬件由控制器(CPU)电路单元、风向袋风速接口电路单元、电源转换单元、数据存储单元、RS-232通信单元组成。
  控制器(CPU)电路单元:控制器单元电路是数据采集器的控制中心,风向袋控制各部分完成数据采集、计算、存储、通信等功能。CPU采用PHILIPS公司8位中央处理器P89C58。P89C58是以80C51为核心,具有32k字节FLASH,128字节RAM、布尔处理器、全静态操作、宽温度范围、双数据指针、风向袋3个保密位、4个中断优先级、6个中断源、4个8位I/O口、全双工增强型UART等特点。适合本项目应用。P89C58P0口既是地址口,又是数据口。风向袋通过扩展一块74HC373来实现数据口和地址口的复用。P89C58的外围还需要加上晶振电路(12MHz)、地址片选电路(74HC138)、数据地址锁存器(74HC373)、看门狗电路(X5045)组成控制器电路单元。
  风向袋风速接口电路单元:风向袋输出的特性为:风向袋为7位格雷码,风速为脉冲频率信号。接口电路为传感器提供5V DC电源。风速脉冲通过接口单元的RC滤波、施密特触发器整形后,送到计数器74HC393进行计数。风向袋7位格雷码电平信号通过接口电路的74HC245整形驱动后输入控制电路单元。CPU得到格雷码后经处理可以得到瞬时风向袋数据。
  如何在风向袋中应用不确定度
  与传统的以误差理论表示测量结果相比较风向袋引入测量不确定度应该是测量技术认识进步的标志。不确定度是一个合理表征被测量离散程度的量,用它可以对测量的结果做出综合的评定。它表示的是因测量误差的存在而对被测量不能肯定的程度。对实验具体数据而言,不确定度测量值(近似值)附近的一个范围,测量值与真值之差可能落于其中,不确定度小,测量结果可信赖程度高;风向袋不确定度大,测量结果可信赖程度低。用不确定度评定实验结果的误差,其中包含了各种不同的误差来源对结果的影响,而它们又反映了这些误差所服从的分布规律,能更准确地表达测量结果的可靠程度。本文我们主要讨论如何在风向袋中应用不确定度。
  我国气象部门计量校准实验室对温度、湿度、气压、风速等四大要素的不确定度评定大部份采用示值误差的测量不确定度评定。风向袋由于测量这四大要素的仪器是多种多样,在评定时,采用各种不同的仪器作为代表的样本,因此,在测量过程中,应用了合并样本标准差作为A类多次重复性测量的标准不确定度,这样就不需要在每次的测量中进行重复性不确定度的评定。风向袋风速监测仪中,标准风向袋风速测量是通过间接测量流体压力———补偿式微差压计水柱高度,进而换算成标准风速。如对风速测量不确定度评定时,标准器相当风速的数值是直接采用公式伯努利方程,即:ΔP=PZ-PJ,ΔP为空气流动的动压力;PZ为总压力;PJ为静压力。风向袋风速与流体动压力存在的关系:ΔP=0.5ρV2,式中:ρ为空气密度,kg/m3;V为风速,m/s。从而可以导出计算风速公式:V=(2ΔP/ρ)1/2。根据以上理论,在测量中,标准器相当风速是通过皮托静压管和二等补偿式微差压计测量,依据规程用水柱高度计算相当风速vi=4(H)1/2来实现的。由上述推导公式所得出的相当风向袋风速值作为标准风速值。
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