CN113533776B - 对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备及方法，其中设备包括：参数测量单元，用于获取小孔径管路内的气体的冲力；数据获取单元，用于获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离，所述数据获取单元与传力机构连接，用于将由传力机构所传递的冲力转化为冲力数据；系数计算单元，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数；流速计算单元，计算小孔径管路内气体的流速。
Description
技术领域
本发明属于流速及流量测量技术领域，并且更具体地，涉及一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备及方法。
背景技术
目前，针对于流速测量的技术通常集中在内置流速测量领域。并且，在实验室进行流速测量时，由于环境相对温度并且参数易于控制，因此往往测量效果较好。然而，在工业实践领域进行风速测量时，由于工业设备在持续运行中并且复杂环境对测量造成了非常大的影响。这种情况下往往导致测量结果偏差较大。
对于大孔径管路内的流速测量有很多成熟的测量技术手段，如孔板测速计、热线风速仪、超声波测速计等。这些装置或者利用压差的方法、或者利用热平衡的方法、或者利用非接触式多普勒效应的方法。这些流速测量方法都需要管路直径超过20mm、流速不太高、流体介质洁净度有要求的场合。然而，这些技术或设备对于实际运行情况中的小孔径管路内的气体无法做到精确的流速测量。例如，目前的流速测量技术或设备均不适应于小孔径(例如，直径小于10mm)、大流速(例如，大于50m/s)的场合。
因此，现有技术中需要对小孔径管路内气体的流速及流量进行测量的需求。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种小孔径管路气体流速测量装置。本发明的小孔径管路气体流速测量装置适用于压缩空气等可以视为理想气体的流体，特别适用于当需要测量小直径管路内部气体的高速流动时的工况。
根据本发明的一个方面，提供一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备，所述设备包括：
参数测量单元，用于获取小孔径管路内的气体的冲力，包括：
探头，具有接触面，所述探头的接触面与小孔径管路的出口端相对设置，并且使得从所述小孔径管路的出口端喷射出的气体能够对所述探头的接触面形成冲力；
探头座体，用于固定所述探头并且容纳控制器，所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面的有效接触面积，并且所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离；以及
传力机构，用于将所述探头的接触面所受到的冲力传递给数据获取单元；
数据获取单元，用于获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离，所述数据获取单元与传力机构连接，用于将由传力机构所传递的冲力转化为冲力数据；
系数计算单元，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数；
流速计算单元，基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速。
所述基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速具体为：
其中，R为气体普适常数，F为冲力数据，T为气体温度数据，K为常数，μ为气体的摩尔质量，A为探头的接触面的有效面积，P为气体压力数据，Fw为第一流速调节系数统以及Fd为第二流速调节系数。
所述探头的接触面为圆形结构或者正方形结构。
所述传力机构为拉簧或者压簧。
所述数据获取单元包括：冲力传感器、温度传感器、压力传感器、环境风速传感器以及红外测距传感器。
所述温度传感器为辐射测温传感器或电阻测温传感器。
所述压力传感器为扩散硅压力变送器或者半导体压电阻抗扩散压力传感器。
流速计算单元还用于，确定通过计算得到的小孔径管路内气体的流速与预设流速的差值的绝对值，
基于差值的绝对值确定计算得到的小孔径管路内气体的流速与预设流速的偏差比率；
当偏差比率大于偏差阈值时，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
所述当偏差比率大于偏差阈值时，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离包括：
当差值为正数时，根据偏差比率确定调节长度；
促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面向远离小孔径管路的出口端的方向移动所述调节长度。
所述当偏差比率大于偏差阈值时，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离包括：
当差值为负数时，根据偏差比率确定调节长度；
促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面向靠近小孔径管路的出口端的方向移动所述调节长度。
其中根据环境风速数据计算第一流速调节系数包括：
当小孔径管路的出口端的环境介质为空气，对环境风速数据进行解析以确定空气气流速度；
确定空气气流速度是否在10至100米/秒的范围内；
当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，根据以下公式来计算第一流速调节系数Fw：
其中Ma为小孔径管路的出口端处的马赫数，并且0≤Ma≤0.5。
其中根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数包括：
当小孔径管路的出口端处的环境介质为空气，确定空气气流速度；
当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，确定探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L是否在2d至5d的范围内；
当探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L在2d至5d的范围内时，根据以下公式来计算第二流速调节系数Fd：
其中，d为小孔径管路的内径的直径；A为探头的接触面的有效接触面积，abs为取绝对值的函数；
其中当差值为正数时，确定第一调节长度包括：当差值为正数时，根据偏差比率确定第一调节长度ΔL1＝0.618L，其中L为探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
其中当差值为负数时，确定第二调节长度包括：
当差值为负数时，根据偏差比率确定第二调节长度ΔL2＝0.382L,其中L为探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的方法，所述方法包括：
步骤101，促使从小孔径管路的出口端喷射气体，使得所喷射的气体能够对与小孔径管路的出口端相对设置的探头的接触面形成冲力；
步骤102，经由传力机构将所述探头的接触面所受到的冲力传递给冲力传感器，以由冲力传感器确定冲力数据；
步骤103，获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离；
步骤104，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数；以及
步骤105，基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速。
所述基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速具体为：
其中，R为气体普适常数，F为冲力数据，T为气体温度数据，K为常数，μ为气体的摩尔质量，A为探头的接触面的有效面积，P为气体压力数据，Fw为第一流速调节系数统以及Fd为第二流速调节系数。
所述探头的接触面为圆形结构或者正方形结构。
所述传力机构为拉簧或者压簧。
所述冲力传感器，用于根据所喷射的气体对与小孔径管路的出口端相对设置的探头的接触面所形成冲力来确定冲力数据；
温度传感器，用于获取气体温度数据；
压力传感器，用于获取气体压力数据；
环境风速传感器，用于获取环境风速数据；以及
红外测距传感器，用于确定所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
所述温度传感器为辐射测温传感器或电阻测温传感器。
所述压力传感器为扩散硅压力变送器或者半导体压电阻抗扩散压力传感器。
还包括，利用控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面的有效接触面积。
还包括，并且所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
在步骤105之后还包括：
步骤106，确定通过计算得到的小孔径管路内气体的流速与预设流速的差值的绝对值；
步骤107，基于差值的绝对值确定计算得到的小孔径管路内气体的流速与预设流速的偏差比率；
步骤108，确定偏差比率是否小于偏差阈值，当偏差比率小于偏差阈值时，进行步骤109，将计算得到的小孔径管路内气体的流速确定为气体的实际流速；
当偏差比率大于或等于偏差阈值时，进行步骤110，确定差值是否为正数；当差值为正数时进行步骤111，当差值为负数时进行步骤112；
步骤111，根据偏差比率确定第一调节长度，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面向远离小孔径管路的出口端的方向移动所述第一调节长度，进行步骤101；
步骤112，根据偏差比率确定第二调节长度，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面向靠近小孔径管路的出口端的方向移动所述第二调节长度，进行步骤101。
其中根据环境风速数据计算第一流速调节系数包括：
当小孔径管路的出口端的环境介质为空气，对环境风速数据进行解析以确定空气气流速度；
确定空气气流速度是否在10至100米/秒的范围内；
当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，根据以下公式来计算第一流速调节系数Fw：
其中Ma为小孔径管路的出口端处的马赫数，并且0≤Ma≤0.5。
其中根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数包括：
当小孔径管路的出口端处的环境介质为空气，确定空气气流速度；
当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，确定探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L是否在2d至5d的范围内；
当探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L在2d至5d的范围内时，根据以下公式来计算第二流速调节系数Fd：
其中，d为小孔径管路的内径的直径；A为探头的接触面的有效接触面积，abs为取绝对值的函数；
其中当差值为正数时，确定第一调节长度包括：当差值为正数时，根据偏差比率确定第一调节长度ΔL1＝0.618L，其中L为探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
其中当差值为负数时，确定第二调节长度包括：
当差值为负数时，根据偏差比率确定第二调节长度ΔL2＝0.382L,其中L为探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
根据本发明的再一个方面，提供一种小孔径管路气体流速测量装置，其特征是利用小孔径管路内气体向自由空间射流时等熵流动的性质，风管内的气体作用在固定在探头座上的探头、传力机构，再通过力传感器、温度传感器、压力传感器，向二次仪表传递力信号、温度信号、压力信号，同时向二次仪表输入管径参数，利用动量守恒原理实现准确测量管路内的流速。
所述的探头可以是圆形或者正方形结构；
所述的传力机构可以是压簧或者拉簧；
上述装置的探头正对风管向自由空间喷出的射流，根据动量守恒原理，探头所受的力由下式确定：
F＝0.5×KρAV2
式中，F为探头所受冲力；K为常数；A为探头有效面积；V为气体的流速；
ρ为气体的密度，ρ＝
μ为气体的摩尔质量；
P为气体的压力；
R为气体普适常数；
T为气体的温度；
由上式可见，对于给定的流体，其流动速度的平方与气流的温度、探头受力大小成正比，与探头的有效面积、流体压力成反比。
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为根据本发明实施方式的对小孔径管路内的气体进行流速测量的方法的流程图；
图2为根据本发明实施方式的对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备的结构示意图。
其中附图标记包括：风管或小孔径管路1、探头2、传力机构3、探头座体4、冲力传感器5、二次仪表6、温度传感器7、压力传感器8、管径输入9，其中二次仪表可以包括系数计算单元和/或流速计算单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
图1为根据本发明实施方式的对小孔径管路内的气体进行流速测量的方法的流程图。方法从步骤101处开始。
步骤101，促使从小孔径管路的出口端喷射气体，使得所喷射的气体能够对与小孔径管路的出口端相对设置的探头的接触面形成冲力。在一些工程应用或实际情况中，通常需要使用小孔径管路进行气体喷射，从而实现一定的空气推力等。例如，圆柱体小孔径管路的横截面直径小于10mm或任意合理数值，并且所喷射的气体流速较大，例如，流速大于50m/s等情况。
通常，考虑到空气阻力，从小孔径管路的出口端喷射的气体在出口端的速度最大。然而，在实际场景中，通常需要使用或测量的是从小孔径管路的出口端喷射的气体在预定距离处的流速。例如，在使用从小孔径管路的出口端喷射的气体的力量作为推力时，往往需要确定所喷射的气体与被推动的物体接触的位置处或位置附近的流速。通常，流速和推力具有一定的正比关系，为此测量的流速既可以确定推力是否足够。
在本申请中，探头的接触面为圆形结构、正方形结构、矩形结构、六边形结构等任意合理图形结构。此外，在探头处或在探头座体处，可以设置控制器。控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面的有效接触面积。例如，可以根据小孔径管理的横截面面积来确定探头的接触面的有效接触面积。不同的有效接触面积可以影响流速的测量结果。此外，并且所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。应当了解的是，探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离可以优选地设置为实际使用时，被喷射的气体所推动的物体的位置。此外，为了对气体流速进行更为精确的测量，可以对探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离进行多次调整，从而计算得到多个流速。对多个流速取平均值来避免单次测量的误差。
步骤102，经由传力机构将所述探头的接触面所受到的冲力传递给冲力传感器，以由冲力传感器确定冲力数据。其中传力机构可以为拉簧或者压簧。初始情况下，会对传力机构进行校准，以使得传力机构的能量损失最小。可替换地，冲力传感器可以将传力机构的能量损失进行补偿。冲力传感器，用于根据所喷射的气体对与小孔径管路的出口端相对设置的探头的接触面所形成冲力来确定冲力数据。
步骤103，获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。在本申请中，使用温度传感器，温度传感器用于获取气体温度数据。可替换地，温度传感器还可以获取环境温度数据。在本申请中，使用压力传感器，压力传感器用于获取气体压力数据；环境风速传感器，用于获取环境风速数据；以及红外测距传感器，用于确定所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。通常，实际应用中，多个小孔径管路按照预定方式排列，并且小孔径管路的出口端具有可以进行红外测距的截面。
在某些情况下，所述温度传感器为辐射测温传感器或电阻测温传感器。压力传感器为扩散硅压力变送器或者半导体压电阻抗扩散压力传感器。
步骤104，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数。
步骤105，基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速。
其中基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速具体为：
其中，R为气体普适常数，F为冲力数据，T为气体温度数据，K为常数，μ为气体的摩尔质量，A为探头的接触面的有效面积，P为气体压力数据，Fw为第一流速调节系数统以及Fd为第二流速调节系数。
此外，在步骤105之后还包括：
步骤106，确定通过计算得到的小孔径管路内气体的流速与预设流速的差值的绝对值；
步骤107，基于差值的绝对值确定计算得到的小孔径管路内气体的流速与预设流速的偏差比率；
步骤108，确定偏差比率是否小于偏差阈值，当偏差比率小于偏差阈值时，进行步骤109，将计算得到的小孔径管路内气体的流速确定为气体的实际流速；
当偏差比率大于或等于偏差阈值时，进行步骤110，确定差值是否为正数；当差值为正数时进行步骤111，当差值为负数时进行步骤112；
步骤111，根据偏差比率确定第一调节长度，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面向远离小孔径管路的出口端的方向移动所述第一调节长度，进行步骤101；
步骤112，根据偏差比率确定第二调节长度，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面向靠近小孔径管路的出口端的方向移动所述第二调节长度，进行步骤101。
其中根据环境风速数据计算第一流速调节系数包括：
当小孔径管路的出口端的环境介质为空气，对环境风速数据进行解析以确定空气气流速度；
确定空气气流速度是否在10至100米/秒的范围内；
当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，根据以下公式来计算第一流速调节系数Fw：
其中Ma为小孔径管路的出口端处的马赫数，并且0≤Ma≤0.5。
其中根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数包括：
当小孔径管路的出口端处的环境介质为空气，确定空气气流速度；
当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，确定探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L是否在2d至5d的范围内；
当探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L在2d至5d的范围内时，根据以下公式来计算第二流速调节系数Fd：
其中，d为小孔径管路的内径的直径；A为探头的接触面的有效接触面积，abs为取绝对值的函数；
其中当差值为正数时，确定第一调节长度包括：当差值为正数时，根据偏差比率确定第一调节长度ΔL1＝0.618L，其中L为探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
其中当差值为负数时，确定第二调节长度包括：
当差值为负数时，根据偏差比率确定第二调节长度ΔL2＝0.382L,其中L为探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
图2为根据本发明实施方式的对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备的结构示意图。如图2所示，一种小孔径管路气体流速测量装置，该装置的测速原理是利用小孔径管路内气体向自由空间射流时等熵流动的性质和动量守恒原理。二次仪表6通过四个传感器或输入信号得到一次信号，分别是从固定在探头座4上的探头2、传力机构3得到的力传感信号F、从温度传感器7获得的温度信号T、从压力传感器8获得的压力信号P、输入的管径参数A，利用上文的测速公式从二次仪表6得到流速值。二次仪表6为本发明的核心，从硬件逻辑上看，二次仪表由A/D、运算器、显示器、辅助电路等部分组成。从功能逻辑上看，二次仪表可以包括系数计算单元和流速计算单元。
本申请的设备包括：参数测量单元、数据获取单元、系数计算单元以及流速计算单元。其中参数测量单元，用于获取小孔径管路内的气体的冲力。参数处理单元包括：探头、探头座体和传力机构。探头，具有接触面，所述探头的接触面与小孔径管路的出口端相对设置，并且使得从所述小孔径管路的出口端喷射出的气体能够对所述探头的接触面形成冲力。探头座体，用于固定所述探头并且容纳控制器，所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面的有效接触面积，并且所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。传力机构，用于将所述探头的接触面所受到的冲力传递给数据获取单元。
具体地，探头的接触面为圆形结构或者正方形结构。传力机构为拉簧或者压簧。
数据获取单元，用于获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离，所述数据获取单元与传力机构连接，用于将由传力机构所传递的冲力转化为冲力数据。数据获取单元包括：冲力传感器、温度传感器、压力传感器、环境风速传感器以及红外测距传感器。温度传感器为辐射测温传感器或电阻测温传感器。压力传感器为扩散硅压力变送器或者半导体压电阻抗扩散压力传感器。
系数计算单元，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数。
流速计算单元，基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速。其中基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速具体为：
其中，R为气体普适常数，F为冲力数据，T为气体温度数据，K为常数，μ为气体的摩尔质量，A为探头的接触面的有效面积，P为气体压力数据，Fw为第一流速调节系数统以及Fd为第二流速调节系数。
流速计算单元还用于，确定通过计算得到的小孔径管路内气体的流速与预设流速的差值的绝对值，基于差值的绝对值确定计算得到的小孔径管路内气体的流速与预设流速的偏差比率；当偏差比率大于偏差阈值时，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
当偏差比率大于偏差阈值时，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离包括：当差值为正数时，根据偏差比率确定第一调节长度；促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面向远离小孔径管路的出口端的方向移动所述第一调节长度。
当偏差比率大于偏差阈值时，促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离包括：当差值为负数时，根据偏差比率确定第二调节长度；促使控制器进行动作以调节所述探头的接触面向靠近小孔径管路的出口端的方向移动所述第二调节长度。
其中根据环境风速数据计算第一流速调节系数包括：
当小孔径管路的出口端的环境介质为空气，对环境风速数据进行解析以确定空气气流速度；
确定空气气流速度是否在10至100米/秒的范围内；
当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，根据以下公式来计算第一流速调节系数Fw：
其中Ma为小孔径管路的出口端处的马赫数，并且0≤Ma≤0.5。
其中根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数包括：
当小孔径管路的出口端处的环境介质为空气，确定空气气流速度；
当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，确定探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L是否在2d至5d的范围内；
当探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L在2d至5d的范围内时，根据以下公式来计算第二流速调节系数Fd：
其中，d为小孔径管路的内径的直径；A为探头的接触面的有效接触面积，abs为取绝对值的函数；
其中当差值为正数时，确定第一调节长度包括：当差值为正数时，根据偏差比率确定第一调节长度ΔL1＝0.618L，其中L为探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
其中当差值为负数时，确定第二调节长度包括：
当差值为负数时，根据偏差比率确定第二调节长度ΔL2＝0.382L,其中L为探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方案方式进行变更和修改。但是，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (8)
1.一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备，所述设备包括： 参数测量单元，用于获取小孔径管路内的气体的冲力，包括： 探头，具有接触面，所述探头的接触面与小孔径管路的出口端相对设置，并且使得从所述小孔径管路的出口端喷射出的气体能够对所述探头的接触面形成冲力； 探头座体，用于固定所述探头并且容纳控制器，所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面的有效接触面积，并且所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离；以及传力机构，用于将所述探头的接触面所受到的冲力传递给数据获取单元； 数据获取单元，用于获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离，所述数据获取单元与传力机构连接，用于将由传力机构所传递的冲力转化为冲力数据； 系数计算单元，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数； 流速计算单元，基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速，具体为：，其中，R为气体普适常数，F为冲力数据，T为气体温度数据，K为常数，μ为气体的摩尔质量，A为探头的接触面的有效接触面积，P为气体压力数据，Fw为第一流速调节系数以及Fd为第二流速调节系数，其中，当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，根据以下公式计算所述第一流速调节系数：
，其中，Ma为小孔径管路的出口端处的马赫数，并且0≤Ma≤0.5；以及当空气气流速度在10至100米/秒的范围内且当探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L在2d至5d的范围内时，根据以下公式计算所述第二流速调节系数：
，其中，d为小孔径管路的内径的直径，abs为取绝对值的函数。
2.根据权利要求1所述的设备，所述探头的接触面为圆形结构或者正方形结构。
3.根据权利要求1所述的设备，所述传力机构为拉簧或者压簧。
4.根据权利要求1所述的设备，所述数据获取单元包括：冲力传感器、温度传感器、压力传感器、环境风速传感器以及红外测距传感器。
5.一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的方法，所述方法包括： 步骤101，促使从小孔径管路的出口端喷射气体，使得所喷射的气体能够对与小孔径管路的出口端相对设置的探头的接触面形成冲力； 步骤102，经由传力机构将所述探头的接触面所受到的冲力传递给冲力传感器，以由冲力传感器确定冲力数据； 步骤103，获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离；步骤104，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数；以及步骤105，基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速，具体为： ，其中，R为气体普适常数，F为冲力数据，T为气体温度数据，K为常数，μ为气体的摩尔质量，A为探头的接触面的有效面积，P为气体压力数据，Fw为第一流速调节系数统以及Fd为第二流速调节系数，其中，当空气气流速度在10至100米/秒的范围内时，根据以下公式计算所述第一流速调节系数：
，其中，Ma为小孔径管路的出口端处的马赫数，并且0≤Ma≤0.5；以及当空气气流速度在10至100米/秒的范围内且当探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离L在2d至5d的范围内时，根据以下公式计算所述第二流速调节系数：
，其中，d为小孔径管路的内径的直径，abs为取绝对值的函数。
6.根据权利要求5所述的方法，所述探头的接触面为圆形结构或者正方形结构。
7.根据权利要求5所述的方法，所述传力机构为拉簧或者压簧。
8.根据权利要求5所述的方法，所述冲力传感器，用于根据所喷射的气体对与小孔径管路的出口端相对设置的探头的接触面所形成冲力来确定冲力数据； 温度传感器，用于获取气体温度数据； 压力传感器，用于获取气体压力数据； 环境风速传感器，用于获取环境风速数据；以及红外测距传感器，用于确定所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离。
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