風(fēng)的測量的教案

風(fēng)的測量的教案第1頁/共66頁第七章風(fēng)的測量2023/5/427.1

概述7.2

風(fēng)向的測量7.3

風(fēng)速的測量7.4EL型風(fēng)向風(fēng)速計7.5

風(fēng)廓線雷達(dá)7.6

測風(fēng)儀器的安裝與檢定第2頁/共66頁7.1

概述風(fēng)的定義2023/5/43空氣的運動可分解成垂直的和水平的兩個分量。垂直分量稱為空氣的垂直運動（如對流運動）。風(fēng)就是空氣的水平運動，它是一個矢量，風(fēng)的運動既有速度又有方向。因此風(fēng)的觀測包括風(fēng)向和風(fēng)速兩項。?！捌骄怠笔侵冈谝欢〞r段內(nèi)的平均“瞬時值”可認(rèn)為在一個相當(dāng)短的取樣時段內(nèi)的平均，或稱為“光滑值”風(fēng)的測量值應(yīng)包括平均值和瞬時值兩部分。第3頁/共66頁7.1

概述2023/5/44地面風(fēng)指離地平面10—12米高的風(fēng)。WMO規(guī)定氣象站應(yīng)該測量離地10米處的風(fēng)向風(fēng)速。高空風(fēng)測量近地面直至30公里高空的風(fēng)向風(fēng)速。第4頁/共66頁7.1

概述風(fēng)的定義

2023/5/45

風(fēng)向指風(fēng)的來向指在規(guī)定時間段內(nèi)出現(xiàn)頻率最多的風(fēng)向

最多風(fēng)向指在規(guī)定時間段內(nèi)風(fēng)向的平均值

平均風(fēng)向

風(fēng)速指空氣質(zhì)點在單位時間內(nèi)所移動的水平距離

最大風(fēng)速指在某個時段內(nèi)出現(xiàn)的平均風(fēng)速中的最大值。

瞬時風(fēng)速空氣微團(tuán)的瞬時水平移動速度。在自動氣象站中，瞬時風(fēng)速是指3s的平均風(fēng)速

極大風(fēng)速指某個時段內(nèi)出現(xiàn)的瞬時風(fēng)速的最大值。

平均風(fēng)速指某個時段內(nèi)風(fēng)速的平均值。地面氣象觀測中，從給定時間段內(nèi)選取任意10min的平均風(fēng)速最大值作為該時間的最大風(fēng)速第5頁/共66頁7.1

概述風(fēng)的定義2023/5/46

風(fēng)是所有氣象要素中隨時間變化最劇烈的一個要素。在觀測中為了取得具有一定代表性的風(fēng)向、風(fēng)速資料、風(fēng)的觀測一般是取某一時間內(nèi)的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向。實驗表明：取10min時間段內(nèi)的平均值即可達(dá)到一定代表性的要求。在大多數(shù)風(fēng)的陣性漲落不大的情況下，取1~2min時間端內(nèi)的平均值，也可達(dá)到一定代表性的要求。氣象臺站觀測中，一般是取2min的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向，自記儀器是取10min的平均風(fēng)速和最多風(fēng)向。如何取得具有代表性的風(fēng)資料？第6頁/共66頁7.1

概述風(fēng)的定義

2023/5/47陣風(fēng)（風(fēng)的陣性）是指瞬時風(fēng)向風(fēng)速在平均值附近漲落的變化和分布特征。

陣風(fēng)的定義是：在規(guī)定時間間隔內(nèi)（10min）內(nèi)，風(fēng)速偏離其平均值的一個正的或負(fù)的偏距，其持續(xù)時間不超過2min者。風(fēng)的陣性在航空、航海、大氣污染和放射性微塵的擴(kuò)散等方面都有廣泛的應(yīng)用。陣風(fēng)的觀測主要有三個變量：風(fēng)速和風(fēng)向的標(biāo)準(zhǔn)偏差、陣風(fēng)風(fēng)峰值、陣風(fēng)持續(xù)時間。第7頁/共66頁7.1

概述單位

2023/5/48風(fēng)速的常用單位是m/s

1m/s=3.6km/h

記錄風(fēng)速取一位小數(shù)風(fēng)向以10°作為一個單位，用電碼01、02、…36來表示，以正北為基準(zhǔn)，順時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)向儀器精度較低時，一般用16個方位表示，用英文縮寫符號記錄。第8頁/共66頁7.1

概述單位2023/5/49第9頁/共66頁7.1

概述單位2023/5/410第10頁/共66頁7.1

概述單位2023/5/411零級煙柱直沖天，一級青煙隨風(fēng)偏；二級輕風(fēng)吹臉面，三級葉動紅旗展；四級枝搖飛紙片，五級帶葉小樹搖；六級舉傘步行艱，七級迎風(fēng)走不便；八級風(fēng)吹樹枝斷，九級屋頂飛瓦片；十級拔樹又倒屋，十一二級陸上很少見。風(fēng)級歌第11頁/共66頁7.1

概述2023/5/412當(dāng)沒有測定風(fēng)向風(fēng)速的儀器，或儀器出現(xiàn)故障時，可目測風(fēng)向風(fēng)力估計風(fēng)力根據(jù)風(fēng)對地面或海面物體的影響而引起的現(xiàn)象，按風(fēng)力等級表估計，并記錄相應(yīng)風(fēng)速的中數(shù)值目測風(fēng)向根據(jù)炊煙、旌旗、布條展開方向及人的感覺，按八個方位估計。目測風(fēng)向風(fēng)力時，觀測者應(yīng)站在空曠處，多選幾個物體認(rèn)真觀察，以盡量減少估計誤差第12頁/共66頁7.1

概述風(fēng)的測量方法2023/5/413測量風(fēng)向風(fēng)向標(biāo)測量風(fēng)速風(fēng)杯式風(fēng)速計、風(fēng)車風(fēng)速計、螺旋槳式風(fēng)速計、熱線風(fēng)速表、超聲波風(fēng)速表同時測量風(fēng)向和風(fēng)速EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計等測量高空風(fēng)向和風(fēng)速風(fēng)廓線雷達(dá)第13頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量風(fēng)向標(biāo)

2023/5/414尾翼感受風(fēng)力的部件，在風(fēng)力的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，使指向桿不斷調(diào)整取向，與風(fēng)向保持一致指向桿指示風(fēng)的來向平衡錘裝在指向桿上，以使整個風(fēng)向標(biāo)對支點（旋轉(zhuǎn)主軸）保持重力矩平衡轉(zhuǎn)動軸風(fēng)向標(biāo)的轉(zhuǎn)動中心，并通過它帶動一些傳感元件使風(fēng)向標(biāo)指示的度數(shù)傳送到室內(nèi)的指示儀表上風(fēng)向標(biāo)外形可分為尾翼、平衡錘、指向桿、轉(zhuǎn)動軸四部分第14頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量

風(fēng)向標(biāo)

2023/5/415當(dāng)風(fēng)的來向與風(fēng)向標(biāo)成某一交角時，風(fēng)對風(fēng)向標(biāo)產(chǎn)生壓力，這個力可以分解成平行和垂直于風(fēng)向標(biāo)的兩個風(fēng)力。由于風(fēng)向標(biāo)頭部受風(fēng)面積比較小，尾翼受風(fēng)面積比較大，因而感受的風(fēng)壓不相等，垂直于尾翼的風(fēng)壓產(chǎn)生風(fēng)壓力矩，使風(fēng)向標(biāo)繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，直至風(fēng)向標(biāo)頭部正好對風(fēng)的來向時，由于翼板兩邊受力平衡，風(fēng)向標(biāo)就穩(wěn)定在某一方位。第15頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量

風(fēng)向標(biāo)

2023/5/416風(fēng)向標(biāo)的設(shè)計要求1.在小風(fēng)時能反應(yīng)風(fēng)向的變動，即有良好的啟動性能；（一般風(fēng)向標(biāo)0.5m/s，較好的風(fēng)向標(biāo)<0.3m/s）2.具有良好的動態(tài)特性，即能迅速準(zhǔn)確地跟蹤外界的風(fēng)向變化第16頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量

風(fēng)向標(biāo)

2023/5/417為了使風(fēng)向標(biāo)靈敏，可以在重量一定的前提下，加大尾翼的面積，加大其壓力中心到垂直軸的距離（力臂），減小軸部摩擦等。為了使風(fēng)向標(biāo)穩(wěn)定，則需要適當(dāng)減小風(fēng)向標(biāo)的重量，減小轉(zhuǎn)動半徑和增大受風(fēng)面積，也可以改進(jìn)風(fēng)標(biāo)的形狀?？梢娺@兩個要求有時是互相矛盾的，需要設(shè)計成哪種形式，要根據(jù)測量任務(wù)來決定。第17頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量

風(fēng)向標(biāo)

2023/5/418雙葉型（雙尾型）：尾部兩翼有20度的張角，增大了垂直方向上的風(fēng)壓，靈敏性較好，同時由于張角的存在，風(fēng)向標(biāo)作慣性轉(zhuǎn)動時，受到擺回平衡位置的力也要大些，因此穩(wěn)定性高。缺陷：尾翼對氣流的破壞嚴(yán)重。菱形風(fēng)向標(biāo)體積、重量小—靈敏度好；尾翼透空，氣流從尾翼通過，形成強(qiáng)氣流，使尾翼不易擺動，并能將尾部的渦流帶走，使得氣流穩(wěn)定，--穩(wěn)定性好第18頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量

風(fēng)向標(biāo)

2023/5/419流線型（翼剖面型）：具有菱形風(fēng)向標(biāo)的優(yōu)點，但是：制造上比較困難，容易變形（達(dá)因式風(fēng)速計就是采用這種風(fēng)標(biāo)）

單葉型（單尾型）：靈敏性、穩(wěn)定性不夠理想實測中應(yīng)用較少第19頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量

風(fēng)向標(biāo)

2023/5/420第20頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量風(fēng)向標(biāo)的動態(tài)特性2023/5/421對于風(fēng)向標(biāo)，當(dāng)風(fēng)向變化時，它將經(jīng)過一個阻尼簡諧振動產(chǎn)生過量指示而逐漸趨于穩(wěn)定。儀器的響應(yīng)取決于環(huán)境量、儀器的響應(yīng)速度和加速度。第21頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量風(fēng)向標(biāo)的測量誤差2023/5/422啟動誤差動態(tài)偏角慣性誤差轉(zhuǎn)換誤差零位誤差第22頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量2023/5/423

風(fēng)向信號的傳送和指示電接式

導(dǎo)電環(huán)用電纜與電源負(fù)極相連。另一環(huán)上有八個互相絕緣的方位塊。風(fēng)向指示器上有一個八燈盤，分別對應(yīng)東、南、西、北、東南、東北、西北、西南八個方位，用來觀測瞬時風(fēng)向。風(fēng)向標(biāo)上的八個方位塊通過電纜分別與指示器內(nèi)八個小燈泡相連接，中間各串接著一個起隔離作用的半導(dǎo)體二極管。當(dāng)扳鍵開關(guān)扳向上方時，電源正極通過扳鍵開關(guān)與各個小燈泡的公共端接通。第23頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量2023/5/424

風(fēng)向信號的傳送和指示電接式

風(fēng)向電接簧片由風(fēng)標(biāo)帶動，滑動片上有三個電接點，一個與導(dǎo)電環(huán)接觸，另外兩個與方位塊接觸，有時兩個接點只能接觸到一個方位塊，有時可同時接觸到兩個方位塊，這樣只要打開指示器的電源開關(guān)，根據(jù)風(fēng)向標(biāo)所在位置，有一個或相鄰兩個小燈泡經(jīng)過感應(yīng)器的方位塊接通負(fù)極，從而顯示出方向。當(dāng)兩個燈泡被點亮?xí)r，就指示出兩方位的中間方位。這樣，八個方位塊實現(xiàn)了十六個方位的分辨力。當(dāng)扳鍵開關(guān)處于中間或下方位置時，電源正極被斷開，電路不通，燈泡不亮。第24頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量2023/5/425

風(fēng)向信號的傳送和指示電位計式

封閉的環(huán)形繞線電阻，每隔120°有一個插頭，每個插頭之間的電阻值相同并且是固定的。在風(fēng)向發(fā)送器上有兩個活動接觸器，每個接觸器上都有兩個相同的滑動接觸簧片，其中一個在內(nèi)導(dǎo)線環(huán)或外導(dǎo)線環(huán)上滑動，另一個在電位計上滑動。風(fēng)標(biāo)帶動接觸器上兩個接觸簧片在環(huán)形電阻上滑動。當(dāng)風(fēng)向固定在某一方位時，接觸簧片在環(huán)形電阻上的位置確定，使環(huán)形電阻上三個插頭有不同的電位。第25頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量2023/5/426

風(fēng)向信號的傳送和指示電位計式

風(fēng)向指示器主要由線圈組、磁鐵、方位度盤和指針組成。線圈組有六個線圈，每兩個為一組，位置各相差180°。每組線圈接成串聯(lián)，然后各抽出一個頭接在儀器，組成Y型連接。每組線圈的另一個抽頭通過電纜與阻力圈上的三個接線頭一一對應(yīng)相接，形成閉合回路。

當(dāng)電路通路時，指示器上三個繞組便有方向和大小不同的電流通過，鐵心被磁化形成磁場，磁場的方向按各繞組的電流方向，用右手螺旋法則確定。三個繞組形成的三個磁場方向合成為一個磁場方向，使得由永久磁鐵做成的轉(zhuǎn)子與風(fēng)向變化同步，沿著合成磁場方向旋轉(zhuǎn)，指示出風(fēng)向。合成磁場的方向與接觸簧片在環(huán)形電阻上的位置有關(guān)。這是電位計式進(jìn)行方向信號轉(zhuǎn)換和指示的原理。第26頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量風(fēng)向信號的傳送和指示光電碼盤式2023/5/427格雷碼盤由等分的同心圓組成，由內(nèi)到外分別做0、20、21、22、23、24、25、26、27……等份，相鄰兩份做透光和不透光處理，（圖中涂黑的表示不透明，未涂黑的處表示透明）通過位于碼盤兩側(cè)同一半徑上的光電耦合器件對輸出相應(yīng)的格雷碼。當(dāng)光通過碼盤的透明部分時，光電耦合器件接收到的信號為“1”；當(dāng)光通過碼盤的不透明部分時，接收到的信號為“0”。常用7位，分辨率為2.8度第27頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量風(fēng)向信號的傳送和指示光電碼盤式2023/5/428第28頁/共66頁7.2

風(fēng)向的測量風(fēng)向信號的傳送和指示格雷碼式2023/5/429

格雷碼最大的優(yōu)點是每進(jìn)一位只有其中的一位數(shù)發(fā)生0與1之間的變化，因為即使發(fā)生誤讀也只能產(chǎn)生一位碼的誤差，這對保證測量風(fēng)向的精度是大有好處的。格雷碼盤固定在風(fēng)向標(biāo)的軸上。當(dāng)碼盤隨著風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動時，通過光電轉(zhuǎn)換線路，把光電信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸入到指示、記錄系統(tǒng)，實現(xiàn)格雷碼與風(fēng)向標(biāo)角度的轉(zhuǎn)換。第29頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計的感應(yīng)部分是一個固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風(fēng)的組件。常見的有風(fēng)杯式風(fēng)速計、螺旋槳式風(fēng)速計。2023/5/430第30頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計

目前普遍采用的測定風(fēng)速的儀器是風(fēng)杯式風(fēng)速計，它的感應(yīng)部分是由三個或四個圓錐形或半球形的空杯組成?？招谋瓪す潭ㄔ诨コ?20°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面順著一個方向排列，整個橫臂架則固定在一根垂直的旋轉(zhuǎn)軸上。2023/5/431第31頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計2023/5/432

當(dāng)風(fēng)從左方吹來時，風(fēng)杯1與風(fēng)向平行，風(fēng)對風(fēng)杯1的壓力在最直于風(fēng)杯軸方向上的分力近似為零。風(fēng)杯2與3同風(fēng)向成60度角相交，對風(fēng)杯2而言，其凹面迎著風(fēng)，承受的風(fēng)壓最大;風(fēng)杯3其凸面迎風(fēng)，風(fēng)的繞流作用使其所受風(fēng)壓比風(fēng)杯2小，由于風(fēng)杯2與風(fēng)杯3在垂直于風(fēng)杯軸方向上的壓力差，而使風(fēng)杯開始順時針方向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速越大，起始的壓力差越大，產(chǎn)生的加速度越大，風(fēng)杯轉(zhuǎn)動越快。風(fēng)杯開始轉(zhuǎn)動后，由于杯2順著風(fēng)的方向轉(zhuǎn)動，受風(fēng)的壓力相對減小，而杯3迎著風(fēng)以同樣的速度轉(zhuǎn)動，所受風(fēng)壓相對增大，風(fēng)壓差不斷減小，經(jīng)過一段時間后（風(fēng)速不變時），作用在三個風(fēng)杯上的分壓差為零時，風(fēng)杯就變作勻速轉(zhuǎn)動。這樣根據(jù)風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速（每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)）就可以確定風(fēng)速的大小。第32頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計2023/5/433當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動時，帶動同軸的多齒截光盤或磁棒轉(zhuǎn)動，通過電路得到與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號，該脈沖信號由計數(shù)器計數(shù)，經(jīng)換算后就能得出實際風(fēng)速值。第33頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計2023/5/434目前新型轉(zhuǎn)杯風(fēng)速表均是采用三杯的，并且錐形杯的性能比半球形的好實驗認(rèn)為三杯優(yōu)于四杯一是三杯的旋轉(zhuǎn)力矩在整個回旋過程中分布比較均勻，轉(zhuǎn)動比較穩(wěn)定二是同樣的材料和結(jié)構(gòu)，單位質(zhì)量所得到旋轉(zhuǎn)力矩是三杯大于四杯，因此比較靈敏第34頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量風(fēng)杯式風(fēng)速計2023/5/435當(dāng)風(fēng)速增加時轉(zhuǎn)杯能迅速增加轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)氣流速度風(fēng)速減小時，由于慣性影響，轉(zhuǎn)速卻不能立即下降旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速表在陣性風(fēng)里指示的風(fēng)速一般是偏高的成為過高效應(yīng)（產(chǎn)生的平均誤差約為10%）過高效應(yīng)還會受到垂直氣流和風(fēng)向脈動的影響第35頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量螺旋槳式風(fēng)速計

2023/5/436電扇由電動機(jī)帶動風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)，在葉片前后產(chǎn)生一個壓力差，推動氣流流動。螺旋漿式風(fēng)速計的工作原理恰好與此相反，對準(zhǔn)氣流的葉片系統(tǒng)受到風(fēng)壓的作用，產(chǎn)生一定的扭力矩使葉片系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。這種能量如果加以利用就是風(fēng)力發(fā)電。螺旋槳式風(fēng)速計是由若干片槳葉按一定角度等間隔地裝置在一鉛直面內(nèi)。第36頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量螺旋槳式風(fēng)速計

2023/5/437螺旋槳式風(fēng)速計的葉片旋轉(zhuǎn)平面應(yīng)始終對準(zhǔn)風(fēng)的來向，因此它的感應(yīng)部分需要與風(fēng)向結(jié)合在一起。風(fēng)向標(biāo)部分則制成與風(fēng)機(jī)機(jī)身相似的外形，保持良好的流線型。在以下假設(shè)情況下，經(jīng)過計算可知螺旋槳式風(fēng)速計的轉(zhuǎn)速與外界風(fēng)速成正比。葉片是一個扁平薄板，當(dāng)氣流的方向與葉片的基線一致時，葉片上不受力的作用不考慮機(jī)械摩擦和空氣對葉片的阻力葉片系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時，沒有帶起旋轉(zhuǎn)氣流葉片系統(tǒng)正前方的氣流速度等于遠(yuǎn)處的風(fēng)速第37頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量2023/5/438三軸風(fēng)速計：利用三個風(fēng)車風(fēng)速計測量風(fēng)速x，y和z分量的儀器第38頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計風(fēng)速信號的轉(zhuǎn)換方式2023/5/439電機(jī)式

風(fēng)杯的轉(zhuǎn)動直接帶動一個小型發(fā)電機(jī)的多極磁鋼轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)的輸出電壓與風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速成正比，整流后通過直流電流表進(jìn)行顯示。右圖是電接式風(fēng)向風(fēng)速儀風(fēng)速轉(zhuǎn)換電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。這是一個小型交流發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子是一個八極磁鋼，安裝在風(fēng)杯軸的下端，并隨風(fēng)杯轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。定子是由上下兩個圓型帶齒的導(dǎo)磁環(huán)片和一組繞在膠木圈上的線圈組成。當(dāng)風(fēng)杯帶動八極磁鋼不斷轉(zhuǎn)動時，使定子線圈內(nèi)的磁通按正弦規(guī)律不斷變化。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，定子線圈上將產(chǎn)生交流感應(yīng)電動勢，其有效值與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比。通過整流濾波，直接在電流表上顯示風(fēng)速值。第39頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計風(fēng)速信號的轉(zhuǎn)換方式2023/5/440電機(jī)式光（磁）電式磁感應(yīng)式機(jī)械式電接式第40頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量熱線風(fēng)速表

2023/5/441熱線風(fēng)速表是利用一根被加熱的金屬絲置于空氣中，散熱速率與周圍空氣的流速有關(guān)的特性來測量風(fēng)速。被加熱的金屬絲，它所產(chǎn)生的熱量為

式中I為流過熱線的電流，Rt為熱線電阻。與此同時，在速度為v的氣流中，一根垂直于氣流的金屬絲，它散失到空氣中的熱量為式中系數(shù)A代表分子的散熱作用，

代表氣流的作用。對于某一熱線風(fēng)速表，A、B均為常系數(shù)，

t-θ為熱線與氣溫的溫差。第41頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量熱線風(fēng)速表

2023/5/442

當(dāng)v足夠大時，則可忽略分子散熱。當(dāng)熱量交換達(dá)到平衡時，Q1=Q2。

從上式可知，若固定加熱電流I，即可確定v與t-θ的關(guān)系；若固定熱線與空氣的溫差t-θ，則可確定出v與I的關(guān)系。前者稱為恒流式，后者為恒溫式。第42頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表

2023/5/443第43頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量超聲風(fēng)速表

2023/5/444超聲風(fēng)速表是利用聲波在空氣中的傳播速度與風(fēng)速之間的函數(shù)關(guān)系測量風(fēng)速的。靜止空氣中的聲音速度為：其中γ為質(zhì)量熱容比，Tsv為有聲絕對溫度，與氣溫絕對溫度T的關(guān)系為氣溫20℃時，干空氣中的聲音傳播速度是343.5m/s。第44頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表

2023/5/445假設(shè)氣流速度V的三個分量為Vx、Vy、Vz，聲波的某一相位面從坐標(biāo)原點到達(dá)(x,y,z)所需要的時間t時設(shè)y與z為零，等相位從(0,0,0)到達(dá)點(d,0,0)和點(-d,0,0)的時間分別為t1和t2第45頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表

2023/5/446如果把兩個超聲波發(fā)射元件G1和G2、兩個接收元件R1和R2安置成如右圖所示。R1接收G1發(fā)射的聲波，R2接收G2發(fā)射的聲波，同時測出時間t1和t2，通過適當(dāng)?shù)碾娮泳€路得t1+t2到和t1-t2的數(shù)值，通過公式就可計算出風(fēng)速V在x方向的分量。同理，沿y軸和z軸各裝兩對發(fā)射與接收裝置，測定風(fēng)速V在y和z方向的分量。第46頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量聲風(fēng)速表

2023/5/447陰影效應(yīng)：由于繞流的作用，迎風(fēng)面的探頭，在其背后會產(chǎn)生一定的尾流區(qū)域，這種現(xiàn)象將導(dǎo)致聲波傳播路徑偏長，而使計算風(fēng)速值偏低，這種效應(yīng)稱之為“陰影效應(yīng)”。陰影效應(yīng)的大小取決于探頭的外形以及風(fēng)矢量與超聲探頭軸線之間的夾角。夾角為90度時，效應(yīng)為0。第47頁/共66頁7.3

風(fēng)速的測量輕便風(fēng)向風(fēng)速儀

2023/5/448輕便風(fēng)向風(fēng)速儀是測量風(fēng)向和一分鐘內(nèi)平均風(fēng)速的儀器，它用于野外考查和儀器損壞時的備份儀器。

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風(fēng)速的測量海島自動測風(fēng)系統(tǒng)

2023/5/449該系統(tǒng)是專門為測量海島出現(xiàn)的強(qiáng)風(fēng)而設(shè)計的，其特點是具有較好的測強(qiáng)風(fēng)能力。

系統(tǒng)由兩個部分組成：一個是自動采集部分，另一個是接收部分。采集部分由風(fēng)向風(fēng)速傳感器、數(shù)據(jù)處理器、調(diào)制解調(diào)器、無線電收發(fā)訊機(jī)、太陽能板和蓄電池組成。接收部分由計算機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、無線電收發(fā)訊機(jī)和打印機(jī)組成。采集部分對風(fēng)向風(fēng)速傳感器采樣，然后計算出風(fēng)向風(fēng)速的平均值。通過無線通訊實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)到接收部分的傳輸。有日照時，采集部分用太陽能電池對蓄電池充電。

第49頁/共66頁測風(fēng)儀器的安裝，根據(jù)不同觀測目的，其要求也不同。氣象臺站觀測，主要是提供天氣預(yù)報和氣候資料，一般測風(fēng)儀器在正確裝置的情況下，大多能滿足其準(zhǔn)確度的要求。但對于像水文氣象、農(nóng)業(yè)氣象、污染氣象等為特殊目的而進(jìn)行的觀測，其精度要求高一些，因此對儀器的安裝要求也不同。在近地面幾十米以內(nèi)，風(fēng)向隨高度的變化比起風(fēng)速的變化來要小得多，因此對測定風(fēng)向儀器的安裝沒有更高的要求，只要求適當(dāng)?shù)馗?，避免地面突出障礙物的影響就可以了，但對測定風(fēng)速儀器的安裝，就需要考慮以下幾個問題：7.4測風(fēng)儀器的安裝與檢定第50頁/共66頁１.安裝高度根據(jù)風(fēng)速隨高度的變化情況以及為了觀測和維護(hù)的方便，同時不受地形地物的影響，測風(fēng)儀器的安裝高度最好在10～20米之間。7.4測風(fēng)儀器的安裝第51頁/共66頁１.安裝高度２.安裝地點測風(fēng)儀器安裝的地點要求盡量開闊空曠，遠(yuǎn)離障礙物，使之不受氣流渦旋的影響。因為建筑物、凹地、山谷等地形作用會使氣流產(chǎn)生渦流、輻合、輻散，使風(fēng)的資料只有小氣候方面的意義，而缺少代表性。7.4測風(fēng)儀器的安裝與檢定第52頁/共66頁１.安裝高度２.安裝地點３.安裝要求測風(fēng)儀器必須垂直安裝；安裝測風(fēng)儀器的桿不能太粗，否則會改變氣流的自然狀況；儀器應(yīng)安裝在桿的頂端，如果需要安裝在桿的中間，則應(yīng)使用一定長度的橫臂，以使風(fēng)速儀器遠(yuǎn)離桿柱。7.4測風(fēng)儀器的安裝與檢定第53頁/共66頁7.4測風(fēng)儀器的安裝與檢定旋臂機(jī)旋臂機(jī)主要部件是一根水平旋轉(zhuǎn)臂，固定在一根垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)主軸上，桿的前端的儀器支架可安裝待檢定的風(fēng)速計，垂直軸可由馬達(dá)帶動旋轉(zhuǎn)，使儀器在XY平面內(nèi)作等速圓周運動，其前端的線速度就相當(dāng)于儀器不動時氣流的速度。2023/5/454第54頁/共66頁7.4測風(fēng)儀器的安裝與檢定旋臂機(jī)

2023/5/455優(yōu)點：可以標(biāo)定相當(dāng)?shù)偷娘L(fēng)速通過旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速很容易確定風(fēng)速旋轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速可以靠控制電動機(jī)或變速箱來改變?nèi)秉c：當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速加大后，會帶動室內(nèi)空氣，失去相對靜止?fàn)顟B(tài)，造成檢定誤差。第55頁/共66頁7.4測風(fēng)儀器的安裝與檢定風(fēng)洞風(fēng)向標(biāo)和各種風(fēng)速表一般都是通過風(fēng)洞進(jìn)行全面有效的校準(zhǔn)。風(fēng)洞是一種進(jìn)行流體力學(xué)、航空模型實驗以及環(huán)境問題實驗的大型設(shè)備。在這種管道系統(tǒng)里，動力風(fēng)扇造成空氣流動，并在它的實驗空間造成一個穩(wěn)定、均勻的流場。工作段的流速可以調(diào)整。專門進(jìn)行風(fēng)速計檢定的風(fēng)洞，風(fēng)速范圍大致在0.5~60m/s。2023/5/456第56頁/共66頁7.5

風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá)分類

2023/5/457

根據(jù)天線制式的不同，風(fēng)廓線雷達(dá)可分為兩大類：一類是采用相控陣天線的風(fēng)廓線雷達(dá)；另一類是采用拋物面天線的風(fēng)廓線雷達(dá)。相控陣風(fēng)廓線雷達(dá)體制適用于各種高度的探測，成為目前普遍采用的技術(shù)體制。因為風(fēng)廓線雷達(dá)在進(jìn)行氣流速度測量的同時，還要對氣流進(jìn)行空間定位，所以需要發(fā)射脈沖電磁波并具有多普勒測速功能，因此可將風(fēng)廓線雷達(dá)歸類于脈沖多普勒雷達(dá)。風(fēng)廓線雷達(dá)的探測對象主要是晴空大氣，所以風(fēng)廓線雷達(dá)也成為晴空雷達(dá)。第57頁/共66頁7.5

風(fēng)廓線雷達(dá)風(fēng)廓線雷達(dá)分類

2023/5/458

根據(jù)探測高度的不