气象仪器

滨江学院

课程论文课程名称:风的测量方法和仪器院系滨江学院

专业自动化

班级13级3班

学号20132336931

姓名周程

2016 年6 月4 日

导读：风的测量方法和仪器，二Ｏ一二年十二月二十二日气象仪器课程论文，风的测量方法与仪器，本文主要介绍了一些常见的风速、风向测量方法及测量仪器，关键词：测风仪器风速测量风速表示风速记录风向测量，为相应的仪器设备的安装做支撑，利用风的压力测定风速的仪器，是大气湍流和农业气象测量的重要工具，题目风的测量方法和仪器学生姓名学号学专院业二Ｏ一二年十二月二十二日气象仪器课程论文风的测量方法与仪器摘要：风的测量包

摘要：风的测量包括对于风速的测量、风向的测量以及正确地对风速的表示和风速、风向的记录等。本文主要介绍了一些常见的风速、风向测量方法及测量仪器。

关键词：测风仪器风速测量风速表示风速记录风向测量

目录

1、测风系统 (4)

1.1测风系统的组成 (4)

2.风速测量 (4)

2.1 测风塔 (4)

2.2旋转式风速计 (5)

2.3压力式风速仪 (5)

2.4热线风速计 (5)

2.5声学风速表 (6)

2.6轻便风速表 (7)

3.风向测量 (7)

3.1风向标 (7)

3.2EL型电接风向风速计 (7)

3.3风向表示 (8)

4总结 (8)

1、测风系统

1.1测风系统的组成

自动测风系统主要由六部分组成。包括传感器、主机、数据存储装置、电源、安全与保护装置。传感器分风速传感器、风向传感器、温度传感器（即温度计）、气压传感器。输出信号为频率（数字）或模拟信号。

主机利用微处理器对传感器发送的信号进行采集、计算和存储，由数据记录装置、数据读取装置、微处理器、就地显示装置组成。

由于测风系统安装在野外，因此数据存储装置（数据存储盒）应有足够的存储容量，而且为了野外操作方便，采用可插接形式。一般，系统工作一定时间后，将已存有数据的存储盒从主机上替换下来。进行风能资源数据分析处理。

测风系统电源一般采用电池供电。为提高系统工作可靠性，应配备一套或两套备用电源。如太阳能光电板等。主电源和备用电源互为备用，当某一出现故障时可自动切换。对有固定电源地段（如地方电网），可利用其为主电源!但也应配备有一套备用电源。

由于系统长期工作在野外，输入信号可能会受到各种干扰，设备会随时遭受破坏，如恶劣的冰雪天气会影响传感器信号、雷电天气干扰传输信号出现误差，甚至毁坏设备等。因此，一般在传感器输入信号和主机之间增设保护和隔离装置，从而提高系统运行可靠性。另外，测风设备应远离居住区，并在离地面一定高度区内采取措施进行保护以防人为破坏。主机箱应严格密封，防止沙尘进入。

总之，测风系统应具备：设备应具有较高的性能和精度，系统具有防止自然灾害和人为破坏、保护数据安全准确的功能。

2.风速测量

2.1 测风塔

测风塔的组成：包括塔底座、塔柱、横杆、斜杆、风速仪支架、避雷针、拉线

测风塔的主要功能：环境监测，风、气压、湿度等资源数据采集。为相应的仪器设备的安装做支撑。优点：风荷载系数小，抗风能力强。塔身挡风面积小，利于采集数据准确客观，将实测数据和实际数据的差距降到最低。采集塔柱采用外法兰盘连接，螺栓受拉，不易破坏，钢绞线加固。塔柱正三角型布置,节约钢

材,跟开小，占地面积小，节约土地资源，造价低廉(仅为角钢自立塔的1/3或更少)，选址便利，塔身自重轻，运输和安装便捷、建设工期短,塔型随风荷载曲线变化设计，线条流畅，遇罕遇风灾不易倒塌，安全系数高，设计符合国家钢结构设计规范和塔桅设计规程，结构安全可靠。

2.2旋转式风速计

它的感应部分是一个固定转轴上的感应风的组件，常用的有风杯和螺旋桨叶片两种类型。风杯旋转轴垂直于风的来向，螺旋桨叶片的旋转轴平行于风的来向。

测定风速最常用的传感器是风杯，杯形风速器的主要优点是它与风向无关，所以百余年来获得了世界上广泛的采用。

杯形风速计一般由3个或4个半球形或抛物锥形的空心杯壳组成，杯形风速计固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着同一方向，整个横臂架则固定在能旋转的垂直轴上。

由于凹面和凸面所受的风压力不相等，在风杯受到扭力作用而开始旋转，它的转速与风速成一定的关系。推导风标转速与风速关系可以有多种途径，大都在设计风速计时要详细的推导。

2.3压力式风速仪

利用风的压力测定风速的仪器。它是利用流体的全压力与静压力之差来测定风速的大小。

它是利用双联皮托管，一个管口迎着气流的来向，它感应着气流的全压力加；另一个管口背着气流的来向，所感应的压力P，因为有抽吸作用，比静压力稍低些。两个管子所感应的有一个压力差△P为：

2.4热线风速计

一根被电流加热的金属丝，流动的空气使它散热，利用散热速率和风速的平方根成线性关系，再通过电子线路线性化（以便于刻度和读数），即可制成热线风速计。热线风速计分旁热式和直热式两种。旁热式的热线一般为锰铜丝，其电阻温度系数近于零，它的表面另置有测温元件。直热式的热线多为铂丝，在测量风速的同时可以直接测定热线本身的温度。热线风速计在小风速时灵敏度较高，适用于对小风速测量。它的时间常数只有百分之几秒，是大气湍流和农业气象测量的重要工具。

优点：感应速度快，时间常数只有百分之几秒，在小风速时灵敏度较高，探头体积小，对流场干扰小，响应快，能测量非定常流速；宜应用于室内和野外的大气湍流实验。缺点：金属色过细，易断；对工作环境要求较高，灰尘不易过多。

热线测量的主要误差：气温变化造成的误差、测风热线方向与气流方向不垂直造成的误差（要求夹角10度）、空气密度的改变造成的误差。

2.5声学风速表

在声波传播方向的风速分量将增加（或减低）声波传播速度，利用这种特性制作的声学风速表可用来测量风速分量。声学风速表至少有两对感应元件，每对包括发声器和接收器各一个。使两个发声器的声波传播方向相反，如果一组声波顺着风速分量传播，另一组恰好逆风传播，则两个接收器收到声脉冲的时间差值将与风速分量成正比。如果同时在水平和铅直方向各装上两对元件，就可以分别计算出水平风速、风向和铅直风速。由于超声波具有抗干扰、方向性好的优点，声学风速表发射的声波频率多在超声波段。

仪器设计成通过沿着在固定而又互相垂直方向发射与接受声波讯号来测量风速的分量，因此可用作绝对测量仪器，这样仪器就可安装在塔顶运行，平均范围：1分钟至200Hz、选择数据平均或中位过滤、数种输出格式可选、数种波特，我国气象站观测时有三种风速，EL型电接风向风速计是由感应器、指示器、记录器组成的有线遥测仪器，除了以上介绍的一些测量风速和风向的仪器及方法外还有很多其他的一些高性能测风装置例。

声波风速仪是一基于微机，能以可靠的精度进行一到三维风速测量的风传感器。仪器设计成通过沿着在固定而又互相垂直方向发射与接受声波讯号来测量风速的分量，微机随后处理这些信息进行三维声速计算。因无移动部件介入气流的动力平衡，声波风速仪/温度计能快速响应风速的起伏，它线性响应声速，而且不受其它速度分量及压力、温度和相对湿度的干扰。传感器的标定由设计参量确立，因此可用作绝对测量仪器。

探头阵列的设计最大限度减小了由支架导致的气流扭变，达到了垂直分量的无障碍广范围覆盖。阵列可任意指向，但理想情况垂直轴应装在两水平轴的上风处。压电晶体制的换能器完全密封，适用于苛刻的室外使用条件。