轉杯風速計

轉杯風速計轉杯風速計
轉杯風速計最早由英國魯賓孫發明,當時是四杯,後來改用三杯。三個互成度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面,整個架子連同風杯裝在一個可以自由轉動的軸上。在風力的作用下風杯繞軸旋轉,其轉速正比於風速。轉速可以用電觸點、測速發電機或光電計數器等記錄。

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旋轉式風速儀的感應部分是一個固定在轉軸上的感應風的組件。常見的有風杯式風速計、螺旋槳式風速計。
前普遍採用的測定風速的儀器是風杯式風速計,它的感應部分是由三個或四個圓錐形或半球形的空杯組成。空心杯殼固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上,杯的凹面順著一個方向排列,整個橫臂架則固定在一根垂直的旋轉軸上。
當風從左方吹來時,風杯1與風向平行,風對風杯1的壓力在最直於風杯軸方向上的分力近似為零。風杯2與3同風向成60度角相交,對風杯2而言,其凹面迎著風,承受的風壓最大;風杯3其凸面迎風,風的繞流作用使其所受風壓比風杯2小,由於風杯2與風杯3在垂直於風杯軸方向上的壓力差,而使風杯開始順時針方向旋轉,風速越大,起始的壓力差越大,產生的加速度越大,風杯轉動越快。
風杯開始轉動後,由於杯2順著風的方向轉動,受風的壓力相對減小,而杯3迎著風以同樣的速度轉動,所受風壓相對增大,風壓差不斷減小,經過一段時間後(風速不變時),作用在三個風杯上的分壓差為零時,風杯就變作勻速轉動。這樣根據風杯的轉速(每秒鐘轉的圈數)就可以確定風速的大小。
當風杯轉動時,帶動同軸的多齒截光碟或磁棒轉動,通過電路得到與風杯轉速成正比的脈衝信號,該脈衝信號由計數器計數,經換算後就能得出實際風速值。目前新型轉杯風速表均是採用三杯的,並且錐形杯的性能比半球形的好,當風速增加時轉杯能迅速增加轉速,以適應氣流速度,風速減小時,由於慣性影響,轉速卻不能立即下降,旋轉式風速表在陣性風裡指示的風速一般是偏高的成為過高效應(產生的平均誤差約為10%)

轉杯風速計由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應部分,空杯的凹面都順向一個方向。整個感應部分安裝在一根垂直旋轉軸上,在風力的作用下,風杯繞軸以正比於風速的轉速旋轉。另一種旋轉式風速計為旋槳式風速計,由一個三葉或四葉螺旋槳組成感應部分,將其安裝在一個風向標的前端,使它隨時對準風的來向。槳葉繞水平軸以正比於風速的轉速旋轉。常用的風速計類型還有:利用被加熱物體的散熱率與風速相關原理製成的熱線風速計;利用聲波傳布速度受風速影響因而增加和減低原理製成的超音波風速表。

螺旋槳式風速計它是一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉的風速計。螺旋槳裝在一個風標的前部,使其旋轉平面始終正對風的來向,它的轉速正比於風速。

熱線風速計一根被電流加熱的金屬絲,流動的空氣使它散熱,利用散熱速率和風速的平方根成線性關係,再通過電子線路線性化(以便於刻度和讀數),即可製成熱線風速計。熱線風速計分旁熱式和直熱式兩種。旁熱式的熱

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線一般為錳銅絲,其電阻溫度係數近於零,它的表面另置有測溫元件。直熱式的熱線多為鉑絲,在測量風速的同時可以直接測定熱線本身的溫度。熱線風速計在小風速時靈敏度較高,適用於對小風速測量。它的時間常數只有百分之幾秒,是大氣湍流和農業氣象測量的重要工具。

聲學風速表在聲波傳播方向的風速分量將增加(或減低)聲波傳播速度,利用這種特性製作的聲學風速表可用來測量風速分量。聲學風速表至少有兩對感應元件,每對包括發聲器和接收器各一個。使兩個發聲器的聲波傳播方向相反,如果一組聲波順著風速分量傳播,另一組恰好逆風傳播,則兩個接收器收到聲脈衝的時間差值將與風速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩對元件,就可以分別計算出水平風速、風向和鉛直風速。由於超音波具有抗干擾、方向性好的優點,聲學風速表發射的聲波頻率多在超音波段。

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