试论风向等因素对风速计计量检测的影响

2022-06-12王欢

现代工业经济和信息化 2022年4期

王欢

（1.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037；2.重庆安标检测研究院有限公司，重庆 401325）

引言

对于风速计而言，根据不同的测试原理会相应研发出不同类型的风速计，其中较为常见的风速计为热式风速计与叶轮风速计。但需要引起有关人员注意的是，目前很多新型的风速计在使用过程中缺少相应的执行标准，导致其在计量过程中忽略掉很多能够对计量结果产生影响的因素，从而导致风速计计量检测的结果失准。因此，为了有效校准当下风速计计量检测的结果精度，有关人员必须充分了解能够对其计量结果产生影响的因素，从而在实际计量检测过程中对其影响因素进行考量。

1 风洞风速的测量下限

为了更好地对风速进行测量，通常人们会将风速计放置在专业的风动中进行检测实验，因此，在测量风速的过程中有关人员一定要充分掌握风洞的基本情况，以便为风速测量过程提供较为精准的参考条件，而这其中最为主要的即是风洞风速的测量下限[1]。

例如，在相关计量机构进行风速测量之前，通常以皮托管-微压传感器来作为风速传感器，这类传感器对风速的识别范围可以低至1 m/s及以下，但是相对来说当数据处于较低值时所能反映出的真实情况可信度较低，原因在于当该传感器在此范围内的精度方面的表现性较差，故在使用该传感器获取数据时，通常以2 m/s及以上为准。根据上述实际情况可以有效说明，在风洞中进行计量时，需要对其风速下限进行确认，以保证计量过程的数据更加真实有效，以免出现因使用设备精度不理想而导致计量结果错误的问题。

同时在风洞中进行风速计量时，根据风量守恒原理可知风洞风速的测量下限为2B/A，其中B为皮托管所在位置的风洞截面积，A为检测仪器所在位置的风洞截面积，通过上述测量下限公式可知两者成明显的反比关系，这也同样说明在进行风速计量的过程中，需要选择具有合适收缩比的风洞并要求使用计量精度更高的测量工具。

2 电池容量对风速测量的影响

在风速测量的实际工作中，通过不断的总结实际工作经验，得出电池容量对于风速测量也会产生一定的影响。在对风速进行绘测的过程中，由于所有的风速计并不都是进行固定安装的，需要根据测量方位的变化以增加风速计的便携性，为此有关人员研制出利用电池作为能源的移动式风速计。然而在运用移动式风速计进行风速测量的过程中，发现类似于QDF-6这种热球风速仪在使用过程中受电池容量的影响非常严重，尤其在电池电量较低时，该仪器的测量结果通常在精度上偏差很大[2]。

这是由于热式传感器在进行风速测量的过程中，主要利用内部的热量传感器来分辨风速的大小，即风在经过该类型风速计时会根据自身速度的大小改变仪器的热量从而根据热量大小来相应显示出风速大小。但是当热式传感器的电池电量不足时会直接导致发热量下降，从而导致传感器受到错误的指示引起计量结果出现较大偏差，同时电量不足也会相应引起电流稳定程度不足的问题，同样会导致风速的显示结果波动较大。

而对于上述问题的出现，风速计的生产厂家应该积极针对该问题予以解决办法，例如在照顾风速计便携性这一设计优点的同时，可以尽量保证仪器能源的稳定性，即有效采用容量更大的锂电池或者直接采用蓄电池进行供电，充分保证能源续航问题。同时为了更好地优化计量精度，仪器方面应该对电量存在的固有问题设立一定的逻辑，即通过测试将电量不稳定的区间明确标记下来，并在实际使用过程中对电量不稳定的情况予以标记或者提示，令风速计使用者能够明确察觉到计量结果的波动，从而及时进行电池更换或者停止对于数据的纪录，以真正程度上保证计量结果的精确性。

3 风向对风速测量的影响

在实际风速测量过程中，由于风速计的类型不同，会在方向方面提出相应的具体要求。例如，对于三杯式风速计而言，出于其设计要求需要保证风向一致，而上文中提到的皮托管式风速计在计量风速的过程中必须迎风放置。此外，同样较为常见的叶轮风速计和热式风速计的传感器在风感方面具有两个方向的兼容性，即迎风与背风，而上述仪器在两种风向下所得出的计量结果也存在不同，故下述内容主要针对风向因素对风速测量结果产生的影响进行重点分析[3]。

3.1 不同传感器方向对测量结果的影响

为了进一步了解传感器方向对于计量结果的影响，有关方面将传感器方向作为变量，针对性地进行实际风速计量实验，同时为保证实验结果的可靠性，选用不同型号的热式风速计和叶轮式风速计共同参与实验，其中实验结果如下（表1为热式风速计，表2为叶轮式风速计，表中正反分别代表传感器的方向）。

表1 不同厂家与型号的热式风速计受传感器方向影响统计m/s

表2 不同厂家与型号的叶轮式风速计受传感器方向影响统计m/s

通过多组数据的分析可以得出，无论是热式风速计亦或是叶轮式风速计，在不同方向的传感器影响下，所得到的计量结果均有不同程度的变化。同样类型的风速计，在生产厂家不同的情况下，传感器方向不同所得结果差异均有不同，这种结果说明传感器方向对计量结果的影响会受到不同厂家加工工艺水平的干预，若厂家的加工工艺较为精湛，那么传感器方向对计量结果产生的影响便小，反之不然。

此外，通过数据可知，相同型号与厂家的风速计，在传感器方向不同造成计量结果差异时，风速越大差异越明显。同时，当传感器方向对风速计测量结果产生影响时，往往正向结果更加接近实际值，这与传感器在出厂时所进行的校准方向有关。

3.2 传感器方向性差异的原因

针对风速计的方向性差异问题，下述以热式风速计为例简述其产生差异的原因。对于热式风速计而言，其测量原理在于通过加热物体后根据风吹引起的散热速率来判断风速值，理论上来讲风的方向并不会影响物体的散热效率，即风向的差异不会影响测量结果。但是实际数据显示同理论结果并不一致，造成这种问题的原因在于传感器的实际加工过程需要保证较高的精度，通常情况下实际加工过程中会引起细小的结构差异，导致方向不同时传感器带来的实际检测结果不同。这种情况可以用一个具体的例子来进行解释，假如传感器的实际形状为圆形，当这个圆形可以做到绝对圆时，那么当热式传感器加热后由风进行散热时，传感器会无差别的捕捉到热度的消散情况，从而保证风向不会对计量结果产生影响。但是实际加工过程中，由于传感器较为微小，当下的工艺无法保证加工出绝对圆，从而导致传感器在正向为半圆，反向为不平滑的圆形，那么当风向为正时，所得结果会趋于准确，反之风向为反时，所得结果会与正向风产生一定的差异。

因此，为了保证传感器尽量不受方向影响，需要积极提高当下的工艺水平，但工艺水平的提升需要整个行业共同进步，在未能攻克这一问题之前，需要有关人员积极了解仪器在出厂前的调校方式，并在实际测量过程中按照厂家指示来获取结果数据。