热损失型风速传感器流体动力学分析与实验研究

发布时间：2021-09-19 13:30

　　为解决传统机械式风速计难以准确测量低风速的难题,设计一种热损失型风速传感器。该传感器主要由Cortex-M3 ARM处理器、高精度低噪声测量电路及恒功率加热电路等组成。通过计算流体动力学（CFD）方法确定探头加热功率,并得到双探头温度差值与风速的曲线关系。搭建一套基于高低温试验箱的实验平台,对-10～50℃范围内的传感器温度特性进行测试,结合L-M算法对温漂进行修正。实验结果表明,在0～5 m/s范围内,该风速传感器的均方根误差（RMSE）为0.09 m/s,在低风速测量领域具有一定的应用潜力。 

【文章来源】：现代电子技术. 2019,42(24)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

热损失型风速传感器测量示意图

图1 热损失型风速传感器测量示意图建模时，按实物尺寸将加热电阻尺寸设为3.5 mm×1.8 mm×0.6 mm，铂电阻尺寸为2 mm×2 mm×0.5 mm；铝片直径设为12 mm，厚度为0.2 mm。加热电阻中心点到铝片圆心距离设为3.7 mm。

加热探头的功率过高会增加系统功耗，在低风速下探头升温过高亦会加速元器件老化，但加热功率过小又会降低传感器的灵敏度。恒功率加热模式下，加热探头升温约60 K时，可兼顾功耗和灵敏度指标。在仿真中，将加热功率分别设为0.3 W,0.5 W,0.8 W以及1 W，对不同风速条件进行仿真。仿真结果表明，加热功率为0.5 W时，低风速下升温接近60 K，因此选择0.5 W作为该传感器的加热功率。环境温度为300 K，风速分别为0.2 m/s和1 m/s时，加热探头温度场如图3所示。风速为0.2 m/s时，加热探头最高温度可达348 K；风速为1 m/s时，加热探头最高温度降为321 K。可见风速对加热探头的温度场分布影响显著。为进一步探讨在不同风速情况下双探头温度差值和风速的曲线关系，对0.1～5 m/s范围内进行仿真，得到双探头温度差值和风速的关系图，如图4仿真曲线所示。双探头温度差值与风速呈单调递减关系，在低风速时曲线斜率较大，温差变化明显；随着风速的升高曲线斜率趋缓。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Levenberg-Marquardt算法的直流电感器电感参量估计[J]. 盛洪江,毛建东,李学生,李新中.  电力自动化设备. 2016(05)
[2]基于STM32的无刷直流电机控制系统[J]. 张晞,曾迪晖,王永立.  仪表技术与传感器. 2013(09)



本文编号：3401701