試論風向等因素對風速計計量檢測的影響

王 歡

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

引言

對于風速計而言，根據不同的測試原理會相應研發出不同類型的風速計，其中較為常見的風速計為熱式風速計與葉輪風速計。但需要引起有關人員注意的是，目前很多新型的風速計在使用過程中缺少相應的執行標準，導致其在計量過程中忽略掉很多能夠對計量結果產生影響的因素，從而導致風速計計量檢測的結果失準。因此，為了有效校準當下風速計計量檢測的結果精度，有關人員必須充分了解能夠對其計量結果產生影響的因素，從而在實際計量檢測過程中對其影響因素進行考量。

1 風洞風速的測量下限

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

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

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

2 電池容量對風速測量的影響

在風速測量的實際工作中，通過不斷的總結實際工作經驗，得出電池容量對于風速測量也會產生一定的影響。在對風速進行繪測的過程中，由于所有的風速計并不都是進行固定安裝的，需要根據測量方位的變化以增加風速計的便攜性，為此有關人員研制出利用電池作為能源的移動式風速計。然而在運用移動式風速計進行風速測量的過程中，發現類似于QDF-6這種熱球風速儀在使用過程中受電池容量的影響非常嚴重，尤其在電池電量較低時，該儀器的測量結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速測量的過程中，主要利用內部的熱量傳感器來分辨風速的大小，即風在經過該類型風速計時會根據自身速度的大小改變儀器的熱量從而根據熱量大小來相應顯示出風速大小。但是當熱式傳感器的電池電量不足時會直接導致發熱量下降，從而導致傳感器受到錯誤的指示引起計量結果出現較大偏差，同時電量不足也會相應引起電流穩定程度不足的問題，同樣會導致風速的顯示結果波動較大。

而對于上述問題的出現，風速計的生產廠家應該積極針對該問題予以解決辦法，例如在照顧風速計便攜性這一設計優點的同時，可以盡量保證儀器能源的穩定性，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，充分保證能源續航問題。同時為了更好地優化計量精度，儀器方面應該對電量存在的固有問題設立一定的邏輯，即通過測試將電量不穩定的區間明確標記下來，并在實際使用過程中對電量不穩定的情況予以標記或者提示，令風速計使用者能夠明確察覺到計量結果的波動，從而及時進行電池更換或者停止對于數據的紀錄，以真正程度上保證計量結果的精確性。

3 風向對風速測量的影響

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

3.1 不同傳感器方向對測量結果的影響

為了進一步了解傳感器方向對于計量結果的影響，有關方面將傳感器方向作為變量，針對性地進行實際風速計量實驗，同時為保證實驗結果的可靠性，選用不同型號的熱式風速計和葉輪式風速計共同參與實驗，其中實驗結果如下（表1為熱式風速計，表2為葉輪式風速計，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速計受傳感器方向影響統計m/s

表2 不同廠家與型號的葉輪式風速計受傳感器方向影響統計m/s

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

此外，通過數據可知，相同型號與廠家的風速計，在傳感器方向不同造成計量結果差異時，風速越大差異越明顯。同時，當傳感器方向對風速計測量結果產生影響時，往往正向結果更加接近實際值，這與傳感器在出廠時所進行的校準方向有關。

3.2 傳感器方向性差異的原因

針對風速計的方向性差異問題，下述以熱式風速計為例簡述其產生差異的原因。對于熱式風速計而言，其測量原理在于通過加熱物體后根據風吹引起的散熱速率來判斷風速值，理論上來講風的方向并不會影響物體的散熱效率，即風向的差異不會影響測量結果。但是實際數據顯示同理論結果并不一致，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小的結構差異，導致方向不同時傳感器帶來的實際檢測結果不同。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，當這個圓形可以做到絕對圓時，那么當熱式傳感器加熱后由風進行散熱時，傳感器會無差別的捕捉到熱度的消散情況，從而保證風向不會對計量結果產生影響。但是實際加工過程中，由于傳感器較為微小，當下的工藝無法保證加工出絕對圓，從而導致傳感器在正向為半圓，反向為不平滑的圓形，那么當風向為正時，所得結果會趨于準確，反之風向為反時，所得結果會與正向風產生一定的差異。

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

3.3 傳感器方向的辨別

為了更好地在實際測量中得到準確數據，有關人員需要積極掌握傳感器的方向辨別方法，通常需要根據儀器的解釋說明來進行科學操作以保證方向正確性，若不慎丟失指導文件或臨時使用陌生儀器，需要根據標準風速以不同方向對儀器進行實驗，最終以最接近實際結果的方向為準，進行后續操作。

4 結語

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