风速标准装置研发

发布时间：2020-09-12 08:38

　　风速测量仪表广泛使用在矿山安全、建筑施工安全、医药化工、环保检测等领域,其测量结果直接关系到企业的产品质量和职工的健康安全。目前,仅陕西省境内各种风速风向测量仪表大约有上万台,整个西北地区乃至全国数量更为巨大。目前陕西省计量科学研究院所有风速测量仪表的检定校准都是在音速喷嘴流量标准装置上完成的,测试准确度和可靠性比较低,不利于计量工作的长期开展。基于上述现状,本论文研发了一套风速标准装置,以提高风速风向测量仪表检定校准的准确度和可靠性。该装置主要技术指标为:风速范围:(0.5～50)m/s;试验段流场的流速均匀性:≤0.5%;试验段流场的流速稳定性:≤0.4%;扩展不确定度:0.5m/s≤v≤5m/s:r≤2%,k=2;5 m/s≤v≤50m/s:U_r≤1%,k=2。该装置主要由风洞系统及软件系统组成。其中,风洞系统主要由驱动部分、风道部分、风速标准器等组成。驱动部分主要由转速可控的驱动电机、轴流风机组成;风道部分又分为过渡段、扩散段、拐角段(内含导流片)、稳定段、收缩段及试验段。风速标准器包括标准热线式风速仪((0.5～5)m/s)及标准皮托静压管((5～50)m/s)。软件系统主要采用ForceControl为平台进行程序编写。整体程序设计采用子模块化完成的主要功能包括:初始化程序、参数设置程序、数据采集处理程序和数据管理程序。具体工作流程如下:开机后,首先对各个子模块运行初始化,检查与下位机元器件通讯是否正常,完成初始化后,进入参数设置(产品信息、试验参数、工况点参数设置等),然后开始运行,启动调整测量回路,实时采集风速、压力、温度等数据;将每次采集到的数据汇总到Excel表格内,处理并显示,还要同时判断是否需要报警,若需要报警,则及时发出声光报警信号,若无报警,则继续循环测试。风洞系统及软件系统设计完成后,依据JJF 1033-2016《计量标准考核规范》中的规定,对装置进行了检定或校准结果的重复性试验及计量标准的稳定性考核,考核结果均符合要求。最后对装置的检定或校准结果的不确定度进行了评定,明确的给出了不确定度的分析方法。通过重复性试验、稳定性考核及不确定度评定的结果,该风速标准装置符合JJF 1033-2016《计量标准考核规范》的要求。依据JJG(煤炭)01-1996《矿用风速表》、JJG(建设)0001-1992《热球式风速仪》、JJG 431-2014《轻便三杯风向风速表》、JJG 518-1998《皮托管》可以开展矿用风速表、热式风速仪、轻便三杯风向风速表、皮托静压管的检定或校准工作。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH815
【部分图文】：

热线,热耗散

10图 3-2 热线探头线[37]如遇到风，热量就会耗散，导致热线温度变化。为速的变化，给热线施加的电流需随之变化，通过测量所施式如下，2( )( )aH I R a b U T T热耗散量；流；阻；度；数。：（0.5~30）m/s。误差：±2%（读数）或±0.015m/s 取较大者。

皮托管,金属管,弯折,测头

图 3-3 L 型皮托管如上图所示，L 型皮托管的外形为一直角弯折的金属管，直角的一边为测头总压孔和静压孔。当皮托管置于气流中时，通过测量总压孔与静压孔之间的差压到标准风速。计算公式如下，2 pv K 式中：v—风速；K —皮托管系数； p—差压，由差压变送器测得。本装置配有 0.25 级、（0~100）Pa，0.1 级、Pa，0.1 级、（0~2200）Pa 三种型号规格的差压变送器共 5 台，以使不同风速下量不确定度尽可能小； —空气密度，由 CIPM-2007 公式计算得到[38]，即：1 (1 )a va vapM MxZRT M 式中：a —湿空气密度；

系统结构图,风洞,系统结构图,最大允许误差

T —湿空气热力学温度，由温度变送器[40]测得。本装置配有一台最大允许误差±0.1℃、（0~50）℃的温度变送器；R —通用气体常数；vM —水的摩尔质量；aM —干空气摩尔质量；vx —水蒸气摩尔分数，( )( , )svvp tx h f p tp ，式中，h—相对湿度，由温湿度变送器[41]直接测得。本装置配有一台最大允许误差±0.2℃/±2%RH、（0~50）℃/（0~100）%RH 的温湿度变送器；( )svp t —饱和蒸汽压，按式(5)计算：Z —湿空气压缩因子。2）测量范围：（5~50）m/s。3）皮托管系数：K=0.999。4）皮托管系数最大允许误差：±0.005。综上所述，本课题研发的风速标准装置风洞系统的最终结构图如下图 3-4 所示。

【参考文献】