王 歡

（1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.重慶安標(biāo)檢測研究院有限公司，重慶 401325）

引言

對于風(fēng)速計而言，根據(jù)不同的測試原理會相應(yīng)研發(fā)出不同類型的風(fēng)速計，其中較為常見的風(fēng)速計為熱式風(fēng)速計與葉輪風(fēng)速計。但需要引起有關(guān)人員注意的是，目前很多新型的風(fēng)速計在使用過程中缺少相應(yīng)的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致其在計量過程中忽略掉很多能夠?qū)τ嬃拷Y(jié)果產(chǎn)生影響的因素，從而導(dǎo)致風(fēng)速計計量檢測的結(jié)果失準(zhǔn)。因此，為了有效校準(zhǔn)當(dāng)下風(fēng)速計計量檢測的結(jié)果精度，有關(guān)人員必須充分了解能夠?qū)ζ溆嬃拷Y(jié)果產(chǎn)生影響的因素，從而在實際計量檢測過程中對其影響因素進行考量。

1 風(fēng)洞風(fēng)速的測量下限

為了更好地對風(fēng)速進行測量，通常人們會將風(fēng)速計放置在專業(yè)的風(fēng)動中進行檢測實驗，因此，在測量風(fēng)速的過程中有關(guān)人員一定要充分掌握風(fēng)洞的基本情況，以便為風(fēng)速測量過程提供較為精準(zhǔn)的參考條件，而這其中最為主要的即是風(fēng)洞風(fēng)速的測量下限[1]。

例如，在相關(guān)計量機構(gòu)進行風(fēng)速測量之前，通常以皮托管-微壓傳感器來作為風(fēng)速傳感器，這類傳感器對風(fēng)速的識別范圍可以低至1 m/s及以下，但是相對來說當(dāng)數(shù)據(jù)處于較低值時所能反映出的真實情況可信度較低，原因在于當(dāng)該傳感器在此范圍內(nèi)的精度方面的表現(xiàn)性較差，故在使用該傳感器獲取數(shù)據(jù)時，通常以2 m/s及以上為準(zhǔn)。根據(jù)上述實際情況可以有效說明，在風(fēng)洞中進行計量時，需要對其風(fēng)速下限進行確認(rèn)，以保證計量過程的數(shù)據(jù)更加真實有效，以免出現(xiàn)因使用設(shè)備精度不理想而導(dǎo)致計量結(jié)果錯誤的問題。

同時在風(fēng)洞中進行風(fēng)速計量時，根據(jù)風(fēng)量守恒原理可知風(fēng)洞風(fēng)速的測量下限為2B/A，其中B為皮托管所在位置的風(fēng)洞截面積，A為檢測儀器所在位置的風(fēng)洞截面積，通過上述測量下限公式可知兩者成明顯的反比關(guān)系，這也同樣說明在進行風(fēng)速計量的過程中，需要選擇具有合適收縮比的風(fēng)洞并要求使用計量精度更高的測量工具。

2 電池容量對風(fēng)速測量的影響

在風(fēng)速測量的實際工作中，通過不斷的總結(jié)實際工作經(jīng)驗，得出電池容量對于風(fēng)速測量也會產(chǎn)生一定的影響。在對風(fēng)速進行繪測的過程中，由于所有的風(fēng)速計并不都是進行固定安裝的，需要根據(jù)測量方位的變化以增加風(fēng)速計的便攜性，為此有關(guān)人員研制出利用電池作為能源的移動式風(fēng)速計。然而在運用移動式風(fēng)速計進行風(fēng)速測量的過程中，發(fā)現(xiàn)類似于QDF-6這種熱球風(fēng)速儀在使用過程中受電池容量的影響非常嚴(yán)重，尤其在電池電量較低時，該儀器的測量結(jié)果通常在精度上偏差很大[2]。

這是由于熱式傳感器在進行風(fēng)速測量的過程中，主要利用內(nèi)部的熱量傳感器來分辨風(fēng)速的大小，即風(fēng)在經(jīng)過該類型風(fēng)速計時會根據(jù)自身速度的大小改變儀器的熱量從而根據(jù)熱量大小來相應(yīng)顯示出風(fēng)速大小。但是當(dāng)熱式傳感器的電池電量不足時會直接導(dǎo)致發(fā)熱量下降，從而導(dǎo)致傳感器受到錯誤的指示引起計量結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，同時電量不足也會相應(yīng)引起電流穩(wěn)定程度不足的問題，同樣會導(dǎo)致風(fēng)速的顯示結(jié)果波動較大。

而對于上述問題的出現(xiàn)，風(fēng)速計的生產(chǎn)廠家應(yīng)該積極針對該問題予以解決辦法，例如在照顧風(fēng)速計便攜性這一設(shè)計優(yōu)點的同時，可以盡量保證儀器能源的穩(wěn)定性，即有效采用容量更大的鋰電池或者直接采用蓄電池進行供電，充分保證能源續(xù)航問題。同時為了更好地優(yōu)化計量精度，儀器方面應(yīng)該對電量存在的固有問題設(shè)立一定的邏輯，即通過測試將電量不穩(wěn)定的區(qū)間明確標(biāo)記下來，并在實際使用過程中對電量不穩(wěn)定的情況予以標(biāo)記或者提示，令風(fēng)速計使用者能夠明確察覺到計量結(jié)果的波動，從而及時進行電池更換或者停止對于數(shù)據(jù)的紀(jì)錄，以真正程度上保證計量結(jié)果的精確性。

3 風(fēng)向?qū)︼L(fēng)速測量的影響

在實際風(fēng)速測量過程中，由于風(fēng)速計的類型不同，會在方向方面提出相應(yīng)的具體要求。例如，對于三杯式風(fēng)速計而言，出于其設(shè)計要求需要保證風(fēng)向一致，而上文中提到的皮托管式風(fēng)速計在計量風(fēng)速的過程中必須迎風(fēng)放置。此外，同樣較為常見的葉輪風(fēng)速計和熱式風(fēng)速計的傳感器在風(fēng)感方面具有兩個方向的兼容性，即迎風(fēng)與背風(fēng)，而上述儀器在兩種風(fēng)向下所得出的計量結(jié)果也存在不同，故下述內(nèi)容主要針對風(fēng)向因素對風(fēng)速測量結(jié)果產(chǎn)生的影響進行重點分析[3]。

3.1 不同傳感器方向?qū)y量結(jié)果的影響

為了進一步了解傳感器方向?qū)τ谟嬃拷Y(jié)果的影響，有關(guān)方面將傳感器方向作為變量，針對性地進行實際風(fēng)速計量實驗，同時為保證實驗結(jié)果的可靠性，選用不同型號的熱式風(fēng)速計和葉輪式風(fēng)速計共同參與實驗，其中實驗結(jié)果如下（表1為熱式風(fēng)速計，表2為葉輪式風(fēng)速計，表中正反分別代表傳感器的方向）。

表1 不同廠家與型號的熱式風(fēng)速計受傳感器方向影響統(tǒng)計m/s

表2 不同廠家與型號的葉輪式風(fēng)速計受傳感器方向影響統(tǒng)計m/s

通過多組數(shù)據(jù)的分析可以得出，無論是熱式風(fēng)速計亦或是葉輪式風(fēng)速計，在不同方向的傳感器影響下，所得到的計量結(jié)果均有不同程度的變化。同樣類型的風(fēng)速計，在生產(chǎn)廠家不同的情況下，傳感器方向不同所得結(jié)果差異均有不同，這種結(jié)果說明傳感器方向?qū)τ嬃拷Y(jié)果的影響會受到不同廠家加工工藝水平的干預(yù)，若廠家的加工工藝較為精湛，那么傳感器方向?qū)τ嬃拷Y(jié)果產(chǎn)生的影響便小，反之不然。

此外，通過數(shù)據(jù)可知，相同型號與廠家的風(fēng)速計，在傳感器方向不同造成計量結(jié)果差異時，風(fēng)速越大差異越明顯。同時，當(dāng)傳感器方向?qū)︼L(fēng)速計測量結(jié)果產(chǎn)生影響時，往往正向結(jié)果更加接近實際值，這與傳感器在出廠時所進行的校準(zhǔn)方向有關(guān)。

3.2 傳感器方向性差異的原因

針對風(fēng)速計的方向性差異問題，下述以熱式風(fēng)速計為例簡述其產(chǎn)生差異的原因。對于熱式風(fēng)速計而言，其測量原理在于通過加熱物體后根據(jù)風(fēng)吹引起的散熱速率來判斷風(fēng)速值，理論上來講風(fēng)的方向并不會影響物體的散熱效率，即風(fēng)向的差異不會影響測量結(jié)果。但是實際數(shù)據(jù)顯示同理論結(jié)果并不一致，造成這種問題的原因在于傳感器的實際加工過程需要保證較高的精度，通常情況下實際加工過程中會引起細(xì)小的結(jié)構(gòu)差異，導(dǎo)致方向不同時傳感器帶來的實際檢測結(jié)果不同。這種情況可以用一個具體的例子來進行解釋，假如傳感器的實際形狀為圓形，當(dāng)這個圓形可以做到絕對圓時，那么當(dāng)熱式傳感器加熱后由風(fēng)進行散熱時，傳感器會無差別的捕捉到熱度的消散情況，從而保證風(fēng)向不會對計量結(jié)果產(chǎn)生影響。但是實際加工過程中，由于傳感器較為微小，當(dāng)下的工藝無法保證加工出絕對圓，從而導(dǎo)致傳感器在正向為半圓，反向為不平滑的圓形，那么當(dāng)風(fēng)向為正時，所得結(jié)果會趨于準(zhǔn)確，反之風(fēng)向為反時，所得結(jié)果會與正向風(fēng)產(chǎn)生一定的差異。

因此，為了保證傳感器盡量不受方向影響，需要積極提高當(dāng)下的工藝水平，但工藝水平的提升需要整個行業(yè)共同進步，在未能攻克這一問題之前，需要有關(guān)人員積極了解儀器在出廠前的調(diào)校方式，并在實際測量過程中按照廠家指示來獲取結(jié)果數(shù)據(jù)。

3.3 傳感器方向的辨別

為了更好地在實際測量中得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，有關(guān)人員需要積極掌握傳感器的方向辨別方法，通常需要根據(jù)儀器的解釋說明來進行科學(xué)操作以保證方向正確性，若不慎丟失指導(dǎo)文件或臨時使用陌生儀器，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速以不同方向?qū)x器進行實驗，最終以最接近實際結(jié)果的方向為準(zhǔn)，進行后續(xù)操作。

4 結(jié)語

在風(fēng)速計量的過程中對于計量結(jié)果而言存在很多影響因素，其中最易導(dǎo)致結(jié)果失準(zhǔn)的因素即為風(fēng)向，為了進一步提升風(fēng)速計量的準(zhǔn)確性，有關(guān)人員需要積極了解其影響結(jié)果的原因，并掌握辨別風(fēng)向的方法，切實有效地保證風(fēng)速計量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。