[热线风速仪标定方法分析

热线风速仪标定方法分析

郝志永1郁梅2

（1.上海海事大学物流工程学院上海201306；

2.上海海事大学国际教育学院上海201306）

摘要：主要探讨热线进行风速测量的标定方法。实验结果表明通过多项式拟合，风速可以被准确测量出来。关键词：热线；风速仪；标定

中图分类号：th815文献标识码：a文章编号：1671－7597（2012）0420173－02

0引言

热线风速仪是最流行的测量空气流动速度的方法之一，因为它具较高时间分辨率。原理是具有电阻传感器通过电流加热并且放置在流体中（通常是空气），以使得流体的流动冷却传感器。采样系统测量流体所造成的传感器冷却。在使用恒温仪（cta）时，热线风速仪电阻传感器感应部分保持恒温。流动速度变化导致热线降温或升温，cta将调节通过热线的电流来维持感应部分恒温。而恒温仪正是通过记录电流变化来求得流体速度值。恒温仪的电路原理如图1所示，其中热线探头作为惠斯通电桥一条桥臂[1，2]。

热线需要进行标定，以获得由皮托管压差和cta平均输出电压之间的修正关系。按照修改后的king"slaw，这种关系可以表示为：

其中a，b和n为标定常数，e为cta平均输出电压。e和u之间的关系也可以用一个多项式来表示[2]：

cta输出电压的分辨率不仅取决于a/d转换器精度，且和标定方程的选择有关，与方程（8）比较，方程（9）中e的多项式u的表达具有良好的精度与计算拟合优势。在本研究的热线标定中，将采用标定公式（9）并选择k=3。即：

号转化成风洞来流速度。

2实验步骤

该实验是在1.2米（宽）×0.8米（高）和2.4米（长）的封闭的循环风洞中进行的。直径为5m的镍丝用来制作热线，制作时需用wollastonpt-10%rh腐蚀热线，热线有效敏感长度为200dw（dw为镍丝直径），包括被腐蚀部分（即有效部分，约0.5-1mm）和未被腐蚀部分。每根线都有两个尖头，尖端直径约为0.1mm。即两根线有四个尖头。四个尖头有约18mm的相同长度部分。尖头沿来流方向放置，以减少和降低流动所带来的干扰。热线风速仪cta内部过热率设定为1.5。标定时，热线探头放置在风洞中心线位置，如前所述，压差利用皮托管测量。热线风速仪输出信号通过整流和增益电路后才采样，低通滤波

采样频率恒等于1600hz，采样周期

为30秒。

本实验采用16位a/d转换器采样版。冷热线都是30s的采样周期。用matlab进行更深层的分析。

另外，为了确保数据质量，实验开始前还需要采取一些其它必要的检查措施，主要包括：首先，检查热线被腐蚀部分是否是长度相同并且检查垂直方向一致度；其次，热线被腐蚀部分水平方向是否相互平行，并且在同一垂直面上。最后，在采集数据前，热线要经过六小时吹风预热后才正式开始采样，以降低和减小热线电压漂移。

另外，由于微米级的直径及热场效应，热线使用时，热浮效应非常明显。热浮效应依赖于格拉斯霍夫数，即

图1恒温仪（cta）惠斯通电桥示意图