微风速下热线风速仪校准方法的研究

发布时间：2020-07-27 08:29

【摘要】：微风速(0.1~1)m/s)是科研及生产工艺过程中的重要参量,在电子工厂、环境监测、生物医学等领域中有着重要的需求和应用。能否准确测量微风速及其流场是控制工艺过程及环境洁净度的关键。长期以来微风速的测量和校准并未得到完善的解决,微风测量仪器的准确度水平也受到了质疑。目前用于微风速流场测量的仪器有:热线风速仪(以下简称热线)、超声波测速仪、激光多普勒测速仪、粒子成像测速仪等测量仪器。相比其他测量仪器,热线具有发展时期长,体积小,热惯性小、频率响应宽、灵敏度高等优点,因此,热线被广泛的应用于微风速的测量。为了得到准确的测量结果,需要对热线进行校准。本文设计并建立了一套基于相对法原理的微风速标准装置。装置的主要构成包括83m直线导轨及可在导轨上气浮运行的滑车。被校准的热线被安装固定在滑车上。在地下气流滞止的环境中,当滑车运行时,热线对微风速的测量值被认为近似等于滑车的运行速度。通过测量滑车实际运行速度及热线的输出信号即可实现热线的校准。基于上述装置及校准方法,本文实现了热线在微风速下的校准,并对实验过程中的影响因素进行了分析和实验研究。主要包括:(1)自然对流的影响研究。对流换热是由自然对流和强迫对流两过程复合的结果,论文通过实验对自然对流的影响进行了评估;(2)安装偏角的影响研究。热线在测量过程中热线探针需要正对来流方向,但在实际过程中探针往往和来流方向成一定角度,因此需要对热线探针的角度效应进行研究;(3)二次流的影响研究。实验过程中气浮滑车在测量行程以及在返程过程中会扰动流场,为了减少或者消除二次流的影响,因此需要等待一段时间;为了评估这些影响进行了实验研究;(4)对热线校准结果的不确定度进行了分析和评估。此外,本文还针对应用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,以下简称LDV)在低速风洞中校准恒温型线热线的校准方法开展了深入详尽的实验研究,主要内容包括:(1)热线探针绕流影响研究。在基于LDV校准热线的实验中,热线探针附近绕流,流场轴线上的速度分布偏差以及粒子对热线探针的污染都会影响校准结果。为了评估或修正这些影响进行了实验研究。通过实验研究发现:热线探针对流场的干扰会影响校准结果,在校准时需要找到LDV合理的测量位置;(2)流场轴线速度偏差的修正。通过LDV的测量实现了实验段流场轴线上速度分布偏差的修正;(3)采用防污染罩的方式避免了粒子污染探针的影响;(4)对热线的校准不确定度进行了评估。不同校准方法的结果表明:微风速流场中热线在不同的校准方法下所得到的校准结果不同,通过分析发现了环境温度对热线校准结果的影响,依据经典温度公式对热线的输出结果进行了修正,修正之后得到了不确定度允许范围的校准结果,不同校准方法的结果的一致性得到了验证。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH815
【图文】：

示意图,热线测速,示意图,加热电流

是利用放置在流场中具有加热电流的细金属丝进行测量风属丝中通入加热电流，当风速变化时金属丝的温度就会随，因为电讯号和风速之间具有对应关系，利用对应关系就可线测速示意图如图 1-1 所示。

热线探针,L型,一维,支杆

图 1-2 为一维 L 型热线探针为 5 m长 1.2mm 的细钨丝电焊在两根支杆的端面上，支杆座引出导线就构成了一支探针，由于热线的机械强度有限有灰尘的气体中使用。热线由探针、支杆、CTA 传感器、

微风,标准装置,低风速,实验设备

境以及实验设备要求很高，并且不是所有立相似的系统。因此，低风速计量目前还量院微风速标准装置如图 1-4 所示。装置的 6.9 mm/s - 8.7 mm/s。

【参考文献】