CN201654060U - 一种风速计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种风速计，包括连杆、超声波脉冲发声器、超声波接收器以及主体。超声波脉冲发声器置于连杆的其中一端，超声波接收器置于连杆的另一端。主体与连杆连结，主体内设有控制器，该控制器连接超声波脉冲发声器和超声波接收器，并根据超声波脉冲发声器和超声波接收器之间的距离以及超声波脉冲信号从该超声波脉冲发声器传播到超声波接收器的时间计算声速。上述风速计结构简单，方便携带，并且基于风速和声速合成的原理进行测量可以提高精度，并适用于平均流速的测量。

Description

一种风速计

技术领域

本实用新型属于机械动力装置测量领域，尤其是涉及一种风速计。

背景技术

目前，风速测量通常采用转杯、转叶、热风式风速计。在这些风速计中，管道的空气流速通常采用风速计、毕托管、孔板等设备进行测量。其中，测量测点处流速类型的仪器，测点的空间位置对测量的结果影响较大，精度和稳定性较低。因此往往需要对多点的测量值进行平均。有些测量仪器的体积还会使管道内气流产生的压力损失较大。而且，目前大多数风速计的测量范围较小。这些风速计标定较复杂，难以采用现场标定来提高测量的可信度。

目前也出现了利用声波测量流体流速的产品，但结构复杂、使用不便。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种简单、便携的风速计，其基于风速和声速合成的原理进行风速测量。

本实用新型所提出的风速计包括连杆、超声波脉冲发声器、超声波接收器以及主体。超声波脉冲发声器置于连杆的其中一端，超声波接收器置于连杆的另一端。主体与连杆连结，主体内设有控制器，该控制器连接超声波脉冲发声器和超声波接收器，并根据超声波脉冲发声器和超声波接收器之间的距离以及超声波脉冲信号从该超声波脉冲发声器传播到超声波接收器的时间计算声速。

在上述的风速计中，还可包括显示屏，连接到控制器。

在上述的风速计中，超声波脉冲发声器和超声波接收器是活动地置于连杆，并且在该连杆上的相对位置可以互换。

在上述的风速计中，连杆上标有刻度，该超声波脉冲发声器和该超声波接收器在该连杆上的距离可以依据刻度调整。

在上述的风速计中，该刻度可为参考声速的固定百分比刻度。

在上述的风速计中，该刻度可为参考声速的分档刻度。

本实用新型的风速计可用测时法测量风速。一个固定的距离L，当风速Vw为零时，声音从发声器到接收器的时间to等于距离除以声速Vs。当风速Vw和声速Vs在空间矢量叠加，合成新的速度Vc，通过相同距离的时间tc会改变。测时法即测量风速影响声波到达时间tc的变化。

本实用新型的风速计可用测距法测量风速。假定以不变的速度V测量，风速Vw影响了两点间距离L。按距离L变化的方法计算风速。

本实用新型的风速计较佳地进行顺风测量。将发声器置于风的上游，接收器置于下游，可以得到较好的信噪比。

本实用新型的风速计还可以放置成与风向有一定夹角以测定平均流速。通过发声器到接收器的声速是合成新的声速在该连线方向上平均声速的投影。这种方式适合测量管道、风扇等不均匀流场的截面处平均流速。

测量之前可以简便地进行标定。在现场相同温度等环境条件下，在零风速下，改变发声器到接收器的距离，就可完成现场声速和流速的标定。

附图说明

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本实用新型一实施例的风速计的立体图。

图2示出本实用新型一实施例的风速计的主视图。

图3示出本实用新型一实施例的风速计的侧视图。

图4示出本实用新型一实施例的风速计的电路图。

具体实施方式

本实用新型是基于风速和声速合成的原理。具体地说，对于一个风速为Vw、声速为Vs的空间，风速Vw和声速Vs在空间是矢量叠加而合成新的声速Vc。

本实用新型一实施例的风速计结构参照图1-图3所示，包括主体5、数字显示屏1、连杆3、以及超声波脉冲发声器2和超声波接收器4。主体5呈枪把式外形，其内部包含电子器件，当电子器件工作时可以作为风速计的控制器。此外，如果风速计为便携式仪器，还可在主体5内包含电池以为电子器件供电。主体5外部可设置按钮开关以控制风速计工作。图4示出风速计的电路图，其中控制器10通过线路和超声波脉冲发声器2、超声波接收器4相连，用以控制这些器件的工作。在测量风速时，控制器10被开关11触发以控制发声器2发出超声波脉冲信号，并且获知超声波接收器4收到信号的时间。控制器10根据发声器2发出信号的时间t1、以及接收器4收到信号的时间t2，利用其自身的计算能力计算声速。

连杆3安装在主体5的前上部。超声波脉冲发声器2和超声波接收器4分别以可活动的方式设在连杆3的两端。举例来说，图2示出超声波脉冲发声器2位于连杆3的前端(即远离主体的一端)，超声波接收器4位于连杆3的后端(即靠近主体的一端)。但是对风速计来说，可以根据不同测量场合调整发声器和接收器的位置。

可选地，图3示出风速计包含数字显示屏1，其向上倾斜安装在主体3的后上部，并连接到控制器4，便于在从后部、上部读数。

连杆3的两侧可刻制有两种刻度模式的精确的定位槽，以精确设置超声波脉冲发声器2和超声波接收器4在连杆上的距离。两种刻度模式分别为：参考声速的固定百分比刻度和参考常用声速的分档刻度。在本实用新型的实施例中，刻度可处于连杆3的前端，也可处于连杆3的后端。

参考声速的固定百分比刻度为：发声器2和接收器4间测量位置的距离长度为L，刻度分别为L的100/101、100/105、100/110、100/120、100/130倍等。

参考常用声速的分档刻度为：设常用声速为340米/秒，风速1米/秒标定的长度为L的(340/341)倍，其余5、10、20......90、100米/秒标定的长度分别为(340/345)、(340/350)、(340/360)......(340/430)、(340/440)倍。

超声波脉冲发声器2和超声波接收器4分别安装在连杆的两端。这两个器件的位置可以互换。如果根据测量的风向顺风安装，一般发声器2安装在连杆前端，测量时连杆指向风的来向。当测量进风管道的风速，接收器4安装在连杆前端、发声器2安装在连杆后端，风速计插入进风管道口进行测量。

测量风向与声音发声器到接收器的连线的之间夹角是由风向标测定。夹角为零时，测量精度较高。当夹角不为零时，适合测需要测量平均风速的场合，如管道内、风扇口的流速不均匀的平均风速。

在无气体流速时，按连杆上的定位刻度改变连杆上声音接收器的位置，参考现场声速进行流速读数或声速的百分比流速标定。

本实施例的风速计可以采用测时法，也就是说，风速计测量超声波脉冲从发声器2到接收器4的时间间隔。

本实施例的风速计也可以采样测距法。也就是说，风速计可参照直达式超声波测距仪来设计、制造，更可用现有的超声波测距仪改制。需要的特殊技术是将高频脉冲声音发声器和声音接收器分开显示屏显示高频脉冲声音发声器和声音接收器间的距离。

下面来描述根据本实用新型的实施例的风速计的具体测量工作原理。

声波在空气中传播，声速随温度、压力变化。在有流动的空气中，空间任意点的合成声速是该点风速和声速的矢量叠加。

为简化结构和增强信噪比，在较佳实施例中，风速计可采用上游噪声源发出超声波脉冲串的噪声，下游接收顺风测量的简单方式。

通常，风速计指向风来的正方向，即风先到达风速计连杆前端的超声波脉冲发声器2，然后到达连杆后端近主体的超声波接收器4。当风由主体5吹向连杆前端时，比如测量进风管进风风速时，则将超声波脉冲发声器2和超声波接收器4互换位置。

在测量风速之前，需要先测量现场声速。声速Vs在空气中随绝对温度T的变化， $\mathrm{Vs}=20.5\sqrt{T}.$

风速计现场声速Vs是在现场实测得到，风速计的超声波脉冲发声器2和超声波接收器4在连杆上的测量距离L是确定的，因此，现场实测发声至接收的时间to，根据Vs＝L/to，得到现场声速Vs。

如果按照测时法测量风速，并且进行顺风测量，根据风速中测到的时间tc＝L/(Vs+Vw)，得到风速Vw：

Vw＝L/tc-Vs。

如果按照测距法测量风速，首先在现场条件下标定零风速中的声速Vs。顺风测量，假定风速不影响合成的声速、只影响风速中的测到距离Lc＝L*Vs/(Vs+Vw)，得到风速Vw：

Vw＝Vs*(L-Lc)/Lc。

现场声速标定过程如下：根据测距法，假设现场标定声速Ws为340米/秒，发声器和接收器距离L为1米，根据Lc＝L*Vs/(Vs+Vw)，参考340米/秒声速进行风速读数或现场声速百分比风速标定列表如下。

表1参考340米/秒声速的风速标定连杆刻度长度表

参考340m/s声速的风速(m/s)	0	1	2	3	5	10	20	30	50	100
											连杆标定刻度长度(mm)	1000	997.07	994.15	991.25	985.51	971.43	944.44	918.92	871.79	772.73

表2现场声速百分比风速标定连杆刻度长度表

风速比现场声速的百分数(％)	0	0.25	0.5	1	2	3	5	10	20	30
											参考340m/s声速的风速(m/s)	0	0.85	1.7	3.4	6.8	10.2	17	34	68	102
连杆标定刻度长度(mm)	1000	997.51	995.02	990.10	980.39	970.87	952.38	909.09	833.33	769.23

参考340米/秒声速的风速标定连杆刻度长度，当现场温度等条件变化影响声速变化较大时，表1标定连杆刻度长度表数值不适用。

以现场声速百分比风速标定连杆刻度长度则为通用的，仅需根据前述方法进行现场声速标定。

为了测量如管道、风扇等不均匀流场的平均风速，可将发声器和接收器的连线与风向成一个夹角α，测到合成速度 $\stackrel{\→}{\mathrm{Vc}}=\stackrel{\→}{\mathrm{Vs}}+\stackrel{\→}{\mathrm{Vw}}.$ 进一步计算获得风速Vw：

Vw＝Vc*cos(α)-(Vs²-(Vc*sin(α))²)^1/2

本实用新型的上述实施例描述的风速计，利用了风速和声速叠加的原理测量风速，其结构简单、成本低廉，在操作上只需进行一次测量，十分方便，并且其测量方式适合于各种风速，具有风速测量量程范围大的优点。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种风速计，其特征在于包括：

连杆；

超声波脉冲发声器，置于该连杆的其中一端；

超声波接收器，置于该连杆的另一端；

主体，与该连杆连结，该主体内设有控制器，该控制器连接该超声波脉冲发声器和该超声波接收器，并根据该超声波脉冲发声器和该超声波接收器之间的距离以及超声波脉冲信号从该超声波脉冲发声器传播到该超声波接收器的时间计算声速。

2.如权利要求1所述的风速计，其特征在于，还包括显示屏，连接到该控制器。

3.如权利要求1所述的风速计，其特征在于，该超声波脉冲发声器和该超声波接收器是活动地置于该连杆，并且在该连杆上的相对位置可以互换。

4.如权利要求1所述的风速计，其特征在于，该连杆上标有刻度，该超声波脉冲发声器和该超声波接收器在该连杆上的距离可以依据刻度调整。

5.如权利要求4所述的风速计，其特征在于，该刻度为参考声速的固定百分比刻度。

6.如权利要求4所述的风速计，其特征在于，该刻度为参考声速的分档刻度。 

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