超声波风速风向仪设计说明

超声波风速风向仪设计

1.研究背景及意义

风速测量在工业生产和科学实验中都有广泛的应用，尤其在气象领域，风速测量更有着重要的价值。风速测量，常用的仪表有杯状风速计、翼状风速计、热敏风速计和超声波风速计。杯状风速计和翼状风速计使用方便，但其惰性和机械摩擦阻力较大，只适合于测定较大的风速。热敏风速计利用热敏探头，其工作原理是基于冷冲击气体带走热元件上的热量，借助一个调节开元器件保持温度恒定，此时调节电流和流速成正比。这种测量方法需要人为的干预，而且此仪表在湍流中使用时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，会影响到测量结果的准确性。现阶段常采用基于超声波传播速度受风速影响因而增减原理制成的超声波风速仪表，与其它各类仪表相比较，其优势在于：安装简单，维护方便；不需要考虑机械磨损，精度较高；不需要人为的参与，可完全智能化。

2.国外研究历史及发展状况

超声波可用于测量，是因为在超声波在传播过程中，会加载流体的流速信息，这些信息经过分离处理，便可以得到流体的流速。７０年代中后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的ＰＬＬ（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证。同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法、锁相频差法等。该类方法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响。８０年代，超声波测量出现了新的方法，比如射束位移法、多普勒法和相关噪声法等等。９０年代才真正实现了高精度超声波气体流量计。

从国、外超声波气体测量发展来看，国外机构开展这项工作的时间较早，到现在为止已经形成较为成熟的产品。当今世界，超声波流量计用于气体流量计的研究与开发方面，荷兰的工nstromet公司、英国的Dnaiel公司以及美国的Cnotrolotmo公司均做出了大量的工作并取得了较好的应用效果，其销售份额也排在前几位。日本在超声波气体流量计的设计方面也具有很大的优势，在消除管外传播时间、提高仪器精度和缩短响应时间方面有独到之处。我国的超声波流量

计设计工作起步比较晚，但由于广大科技工作者的努力和引进国外先进的技术，

国产的超声波流量计已经开始批量生产并投入使用。风速测量这一领域，国比较

先进的是华岩仪器设备生产的２Ｄ超声波测风仪，国外比较先进的是意大利Deltaohm公司生产的HD2003超声波测风仪。

3.超声波风速风向仪介绍

1> 部分产品技术资料及特点简要介绍如下：

型号WS801 WS802 WS803 WS804 照片

主要优势特点

测量精度高；316

不锈钢固态设计，结构

坚固；防腐蚀；使用寿

命长；无需校准、维护。

探头置，抗雷电干

扰和风雪袭扰，全天候

工作。

探头置且相向设

置，既抗雷电干扰和雨

雪袭扰，又能提高测量

精度。

探头置，防护等级

最高，体积最小、性价

比最高、安装使用方便、

参数观察直观。

主要适用场合

气象监测、舰船航行、风力发电、城市与森林消防、环境监测、矿

山开采、铁路桥梁、隧道涵洞及各类石油与天然气钻井作业平台等。

中小型船只、道路

桥梁、隧道涵洞等。

更适合沿海一线

的高山、岛屿，以及舰

船等。

任何场合。

风速参数

启动风速0m/s

响应时间<0.5s

测量围0～70m/s

精度±0.1m/s(0～

5m/s)，<±1.5%(5～

65m/s)

分辨率0.01m/s

启动风速0m/s

响应时间<0.5s

测量围0～70m/s

精度±0.1m/s(0～

5m/s)，<±1%(5～70m/s)

分辨率0.01m/s

启动风速0m/s

响应时间<0.5s

测量围0～60m/s

精度±0.1m/s(0～

5m/s)，<±1%(5～60m/s)

分辨率0.01m/s

启动风速0m/s

响应时间<0.5s

测量围0～50m/s

精度±0.1m/s(0～

5m/s)，<±3%(5～50m/s)

分辨率0.1m/s

风向参数测量围0～360°(无死角)

精度±1°

分辨率0.1°

测量围0～360°(无

死角)

精度±2°

分辨率0.5°

声速参数声速围300～370m/s

精度±0.1m/s

分辨率±0.01m/s

声速围300～

370m/s

精度±0.1m/s

分辨率±0.01m/s

信号输出RS-232、RS-485、RS422、CAN-BUS或4-20mA（4mA：0m/s；20mA：60m/s）数据格式：NMEA0183

2>产品具体优势与特点如下：

★超声波技术，测量精度高

多个超声波探头在测量空间实时发送、接收超声波信号，确保参数实时高效；严格的单机测试技术确保测量精度高于国同类产品。

★全固态设计，使用寿命长

优势的材料，精密的工艺，全固态设计，使整机无任何转动部件，结构更坚固，能抗海水、盐雾腐蚀，使用寿命长。

★无环境要求，全天候工作

仪器置自动温控保护装置，防止极端寒冷条件下冰雪冻结超声波探头造成的测量性能下降，确保仪器可以在任何环境条件下全天候工作。

★一次性校准，终生免维护

仪器在出厂前一次性校准，使用过程中无需任何测试与校准；无需采取任何维护措施。

★无人值守，信息无线传输

仪器可采用配套的太阳能电池板供电；测量信息远程无线传输，远距离后方监视。无需铺设电缆。可广泛应用于环境恶劣的高山、海岛等无人值守的边远地区。

4.产品应用领域

作为高新技术产品，公司研发生产的系列产品在民用、军用领域市场应用前景广阔。

★民用市场