CN107764477A - 一种风压传感器的标定方法与系统 - Google Patents

一种风压传感器的标定方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风压传感器的标定方法和系统，通过转换公式将被测风压传感器的测量值转化为可对比的风速值，再同标定好的风速仪测量的风速值进行偏差计算，验证被测风压传感器的可靠性，并在标定的同时结合空气密度、大气温度和湿度等因素，进一步提高实验的准确性。所述方法包括：架设风速仪和被测风压传感器、测量计算风洞中空气密度、将风压数据转换为风速数据、计算风速仪和被测装置分别测量得到的风速序列的平均风速值和脉动风速值，并将二者结果进行偏差计算，以确定被测传感器准确性。

Description

一种风压传感器的标定方法与系统
技术领域
本发明涉及输电线路风环境测试领域，并且更具体地，涉及一种风压传感器的标定方法与系统。
背景技术
随着西南水电开发的持续进行，在西藏、四川等高海拔地区建设的输电线路不断增多。上述地区受海拔升高的影响，空气密度大大减小，如果仍然按照平原空气密度计算风压将导致输电线路设计风荷载被过分高估，进而线路建设成本增加。而采用风速、气压、温度、湿度同步观测的方法，辅以相应的空气密度计算公式，能够实现对空气密度的修正。但需要同步观测的物理量太多，购置仪器及开展实测的成本过大。相比之下，直接对风压进行观测具有投入设备少、安装维护工作量小、设备运行更为可靠的优点。但是，在新式的风压传感器设计制造之后，需要对风压传感器进行校核试验。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种风压传感器的标定方法和系统。
根据本发明的一个方面，提出一种风压传感器的标定方法，包括：步骤1，在风洞中恒定风速的均匀流场中，架设已标定过的风速仪与被测风压传感器；
步骤2，分别于实验前、实验中以及实验后测量风洞内的温度、湿度和气压，并计算空气密度ρ及三次空气密度的平均值
步骤3，将通过步骤2中计算得到的平均值以及被测风压传感器测得的风压时程数据pi通过公式转化为风速时程数据，其中Ui为由风压换算到的第i个时刻对应的风速值，pi为尾桨式风压传感器测量到的第i个时刻对应的风压值，为空气密度平均值；
步骤4，利用公式和被测风压传感器测得的风压时程数据计算转化为风速时程数据后的平均风速值；利用公式和被测风压传感器测得的风压时程数据计算转化为风速时程数据后的脉动风速值,其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，N为采样时间段内的样本总数，Umean为与所述采样时间段内风速样本对应的平均风速，Urms为与所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速；
步骤5，利用公式计算风速仪测得的风速时程数据的平均风速值，利用公式计算风速仪测得的风速时程数据的脉动风速值，其中为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值，；N为某一采样时间段内的样本总数，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的平均风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速；以及
步骤6，计算风速仪测得的风速时程数据的平均风速值和脉动风速值与风压传感器测得的风压时程数据转化后的风速时程数据的平均风速值Umean和脉动风速值Urms的偏差，以确定被测风压传感器的准确性。
优选地，在步骤2中，利用公式计算风洞内的空气密度ρ，其中t为测量得到的风洞内的温度，p为测量得到的风洞内的大气压强，pvap为测量得到的风洞内湿度计算的饱和水汽压。
优选地，在步骤6中，所述偏差包括平均风速值的偏差σmean和脉动风速值的偏差σrms，且平均风速值的偏差σmean的计算公式为脉动风速值的偏差σrms的计算公式为如果计算出的平均风速值的偏差σmean以及脉动风速值的偏差σrms的值均小于5％，则被测风压传感器测试数据准确可靠。
根据本发明的另一方面，提出一种风压传感器的标定系统，包括：
已标定过的风速仪，用于产生准确的风速时程数据；
温度湿度气压测量单元，用于实验前、实验中以及实验后的温度、湿度以及气压采样测量，并计算空气密度及三次空气密度的平均值
风速转换单元，利用公式将被测风压传感器测量得到的风压时程数据pi转换为风速时程数据Ui，其中Ui为由风压换算到的第i个时刻对应的风速值，pi为风压传感器测量到的第i个时刻对应的风压值，为空气密度平均值；
平均风速计算单元，利用公式和风速转换单元转换的风速时程序列Ui计算风压传感器测量的被测样本的平均风速值Umean，利用公式和风速仪测得的风速时程序列计算风速仪测量的被测样本的平均风速值其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值，N为某一采样时间段内的样本总数，Umean为与某一采样时间段内风速样本对应的平均风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的平均风速；
脉动风速计算单元，利用公式和风速转换单元转换的风速时程序列Ui计算风压传感器测量的被测样本的脉动风速值Urms，利用公式和风速仪测得的风速时程序列计算风速仪测量的被测样本的脉动风速值其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值，N为某一采样时间段内的样本总数，Urms为与所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速；以及
对比单元，用于计算Umean与的偏差σmean以及Urms与的偏差σrms，已确定被测风压传感器的准确性，其中σmean的计算公式为σrms的计算公式为
优选地，在标定被测风压传感器时，将已标定过的风速仪与被测风压传感器放置在同一风洞中恒定风速的均匀流场中。
优选地，所述温度湿度气压测量单元还通过公式计算风洞内的空气密度ρ，并计算风洞内空气密度的平均值其中t为测量得到的风洞内的温度，p为测量得到的风洞内的大气压强,pvap为测量得到的风洞内湿度计算的饱和水汽压。
优选地，所述对比单元计算出的σmean和σrms的值均小于5％，则被测风压传感器测试数据准确可靠。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施例的风压传感器的标定方法100的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施例的风压传感器的标定系统200的系统结构图；
图3为根据本发明优选实施例的风压传感器测量的时程曲线图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施例的风压传感器的标定方法100的方法流程图。如图1所示，风压传感器的标定方法100由步骤101开始。在步骤101中，将已标定完毕的风速仪和被测风压传感器放置在同一风洞中恒定风速的均匀流场中，使得风速仪与被测风压传感器探测到的样本风量相同。
在步骤102中，分别于实验前、实验中以及实验后测量风洞内的温度、湿度和气压，并计算空气密度及三次空气密度的平均值优选地，利用公式计算风洞内空气密度ρ，其中t为测量得到的风洞内的温度(℃)，p为测量得到的风洞内的大气压强(Pa),pvap为测量得到的风洞内湿度计算的饱和水汽压(Pa)。
在步骤103中，将通过步骤102计算得到的平均值以及被测风压传感器测得的风压时程数据pi通过公式转化为风速时程数据，其中Ui为由风压换算到的第i个时刻对应的风速值，pi为尾桨式风压传感器测量到的第i个时刻对应的风压值，为空气密度平均值。
优选地，在步骤104中，利用公式和被测风压传感器测得的风压时程数据计算转化为风速时程数据后的平均风速值；利用公式计算和被测风压传感器测得的风压时程数据计算转化为风速时程数据后的脉动风速值,其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，N为采样时间段内的样本总数，Umean为所述采样时间段内风速样本对应的平均风速，Urms为与所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速。
优选地，在步骤105中，利用公式计算风速仪测得的风速时程数据的平均风速值，利用公式计算风速仪测得的风速时程数据的脉动风速值，其中为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值；N为采样时间段内的样本总数，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的平均风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速。
优选地，在步骤106中，计算风速仪测得的风速时程数据的平均风速值和脉动风速值与被测风压传感器测得的风压时程数据转化后的风速时程数据的平均风速值Umean和脉动风速值Urms的偏差，以确定被测风压传感器的准确性。优选地，所述偏差包括平均风速值的偏差σmean和脉动风速值的偏差σrms，且平均风速值的偏差σmean的计算公式为脉动风速值的偏差σrms的计算公式为如果计算出的平均风速值的偏差σmean以及脉动风速值的偏差σrms的值均小于5％，则被测风压传感器测试数据准确可靠。
图2为根据本发明优选实施例的风压传感器的标定系统200的系统结构图。如图2所示，风压传感器的标定系统200由已标定过的风速仪201、温度湿度气压测量单元202、风速转换单元203、平均风速计算单元204、脉动风速计算单元205以及对比单元206组成。
优选地，以已标定过的风速仪201测量得到的风速时程数据为标准数据。
优选地，温度湿度气压测量单元202，用于实验前、实验中以及实验后的温度、湿度以及气压采样测量，并计算空气密度及三次空气密度的平均值优选地，温度湿度气压测量单元202通过公式计算风洞内的空气密度ρ，并计算风洞内空气密度的平均值其中t为测量得到的风洞内的温度，p为测量得到的风洞内的大气压强,pvap为测量得到的风洞内湿度计算的饱和水汽压。
优选地，风速转换单元203利用公式将被测风压传感器测量得到的风压时程数据pi转换为风速时程数据Ui，其中Ui为由风压换算到的第i个时刻对应的风速值，pi为风压传感器测量到的第i个时刻对应的风压值，为温度湿度气压测量单元202计算得到的空气密度平均值。
平均风速计算单元204利用公式和风速转换单元转换的风速时程序列Ui计算风压传感器测量的被测样本的平均风速值Umean，同时，利用公式和风速仪测得的风速时程序列计算风速仪测量的被测样本的平均风速值其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值，N为采样时间段内的样本总数，Umean为与采样时间段内风速样本对应的平均风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的平均风速。
优选地，脉动风速计算单元205利用公式和风速转换单元转换的风速时程序列Ui计算风压传感器测量的被测样本的脉动风速值Urms，利用公式和风速仪测得的风速时程序列计算风速仪测量的被测样本的脉动风速值其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值，N为采样时间段内的样本总数，Urms为与所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速。
优选地，对比单元206利用平均风速计算单元204和脉动风速计算单元205计算得到的采样时间段内风速仪测量的样本风量的平均风速值和脉动风速值以及被测风压传感器测得的样本风量的平均风速值σmean和脉动风速值Urms以确定被测风压传感器的准确性。优选地，平均风速值的偏差σmean通过公式计算而来，脉动风速值的偏差σrms通过公式计算而来。优选地，所述对比单元计算出的σmean和σrms的值均小于5％，则被测风压传感器测试数据准确可靠。
图3为根据本发明优选实施例的风压传感器测量的时程曲线图。在图3中，设置采样时间为600s、采样频率为1Hz以及采样间隔为1s，所以样本数为N的值为600，且利用温度湿度气压测量单元测量出的温度、湿度以及气压数据，计算得出风洞内的空气密度的平均值为1.211kg/m3。被测风压传感器采集到的风压时程数据如图3所示，经过风速转换单元的转换可得出被测风压传感器的风速时程序列Ui，并将该序列值经过平均风速计算单元和脉动风速计算单元的计算，得出被测风压传感器测得的样本风量的平均风速值为10.33m/s，脉动风速值为0.308m/s。且将风速仪测量得到的样本风量的风速时程序列经过平均风速计算单元和脉动风速计算单元的计算，得出风速仪测得的样本风量的平均风速值为10.12m/s，脉动风速值为0.3m/s。最后通过对比单元计算，平均风速值的差异为2％，脉动风速值的差异为2.6％，风压传感器测试数据准确可靠。
本发明结合空气密度、大气温度和湿度等因素对风压的影响，利用转换公式将被测风压传感器的测量值转化为可对比的风速值，再同标定好的风速仪测量的风速值进行偏差计算，验证被测风压传感器的可靠性。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (7)

1.一种风压传感器的标定方法，包括：
步骤1，在风洞中恒定风速的均匀流场中，架设已标定过的风速仪与被测风压传感器；
步骤2，分别于实验前、实验中以及实验后测量风洞内的温度、湿度和气压，并计算空气密度ρ及三次空气密度的平均值
步骤3，将通过步骤2中计算得到的平均值以及被测风压传感器测得的风压时程数据pi通过公式转化为风速时程数据，其中Ui为由风压换算到的第i个时刻对应的风速值，pi为尾桨式风压传感器测量到的第i个时刻对应的风压值，为空气密度平均值；
步骤4，利用公式和被测风压传感器测得的风压时程数据计算转化为风速时程数据后的平均风速值；利用公式和被测风压传感器测得的风压时程数据计算转化为风速时程数据后的脉动风速值,其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，N为采样时间段内的样本总数，Umean为与所述采样时间段内风速样本对应的平均风速，Urms为与所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速；
步骤5，利用公式计算风速仪测得的风速时程数据的平均风速值，利用公式计算风速仪测得的风速时程数据的脉动风速值，其中为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值，；N为某一采样时间段内的样本总数，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的平均风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速；以及
步骤6，计算风速仪测得的风速时程数据的平均风速值和脉动风速值与风压传感器测得的风压时程数据转化后的风速时程数据的平均风速值Umean和脉动风速值Urms的偏差，以确定被测风压传感器的准确性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤2中，利用公式计算风洞内的空气密度ρ，其中t为测量得到的风洞内的温度，p为测量得到的风洞内的大气压强,pvap为测量得到的风洞内湿度计算的饱和水汽压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤6中，所述偏差包括平均风速值的偏差σmean和脉动风速值的偏差σrms，且平均风速值的偏差σmean的计算公式为脉动风速值的偏差σrms的计算公式为如果计算出的平均风速值的偏差σmean以及脉动风速值的偏差σrms的值均小于5％，则被测风压传感器测试数据准确可靠。
4.一种风压传感器的标定系统，包括：
已标定过的风速仪，用于产生准确的风速时程数据；
温度湿度气压测量单元，用于实验前、实验中以及实验后的温度、湿度以及气压采样测量，并计算空气密度及三次空气密度的平均值
风速转换单元，利用公式将被测风压传感器测量得到的风压时程数据pi转换为风速时程数据Ui，其中Ui为由风压换算到的第i个时刻对应的风速值，pi为风压传感器测量到的第i个时刻对应的风压值，为空气密度平均值；
平均风速计算单元，利用公式和风速转换单元转换的风速时程序列Ui计算风压传感器测量的被测样本的平均风速值Umean，利用公式和风速仪测得的风速时程序列计算风速仪测量的被测样本的平均风速值其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值，N为某一采样时间段内的样本总数，Umean为与某一采样时间段内风速样本对应的平均风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的平均风速；
脉动风速计算单元，利用公式和风速转换单元转换的风速时程序列Ui计算风压传感器测量的被测样本的脉动风速值Urms，利用公式和风速仪测得的风速时程序列计算风速仪测量的被测样本的脉动风速值其中Ui为由风压换算得到的第i个时刻对应的风速值，为风速仪测量的第i个时刻对应的风速值，N为某一采样时间段内的样本总数，Urms为与所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速，为风速仪测量的所述采样时间段内风速样本对应的脉动风速；以及
对比单元，用于计算Umean与的偏差σmean以及Urms与的偏差σrms，已确定被测风压传感器的准确性，其中σmean的计算公式为
σrms的计算公式为
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于在标定被测风压传感器时，将已标定过的风速仪与被测风压传感器放置在同一风洞中恒定风速的均匀流场中。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述温度湿度气压测量单元还通过公式计算风洞内的空气密度ρ，并计算风洞内空气密度的平均值其中t为测量得到的风洞内的温度，p为测量得到的风洞内的大气压强,pvap为测量得到的风洞内湿度计算的饱和水汽压。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于所述对比单元计算出的σmean和σrms的值均小于5％，则被测风压传感器测试数据准确可靠。
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