為解決傳統(tǒng)機(jī)械式風(fēng)速計(jì)難以準(zhǔn)確測量低風(fēng)速的難題,設(shè)計(jì)一種熱損失型風(fēng)速傳感器。該傳感器主要由Cortex-M3 ARM處理器、高精度低噪聲測量電路及恒功率加熱電路等組成。通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）方法確定探頭加熱功率,并得到雙探頭溫度差值與風(fēng)速的曲線關(guān)系。搭建一套基于高低溫試驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)-10～50℃范圍內(nèi)的傳感器溫度特性進(jìn)行測試,結(jié)合L-M算法對(duì)溫漂進(jìn)行修正。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在0～5 m/s范圍內(nèi),該風(fēng)速傳感器的均方根誤差（RMSE）為0.09 m/s,在低風(fēng)速測量領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。 

【文章來源】：現(xiàn)代電子技術(shù). 2019,42(24)北大核心

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【部分圖文】：

熱損失型風(fēng)速傳感器測量示意圖

圖1 熱損失型風(fēng)速傳感器測量示意圖建模時(shí)，按實(shí)物尺寸將加熱電阻尺寸設(shè)為3.5 mm×1.8 mm×0.6 mm，鉑電阻尺寸為2 mm×2 mm×0.5 mm；鋁片直徑設(shè)為12 mm，厚度為0.2 mm。加熱電阻中心點(diǎn)到鋁片圓心距離設(shè)為3.7 mm。

加熱探頭的功率過高會(huì)增加系統(tǒng)功耗，在低風(fēng)速下探頭升溫過高亦會(huì)加速元器件老化，但加熱功率過小又會(huì)降低傳感器的靈敏度。恒功率加熱模式下，加熱探頭升溫約60 K時(shí)，可兼顧功耗和靈敏度指標(biāo)。在仿真中，將加熱功率分別設(shè)為0.3 W,0.5 W,0.8 W以及1 W，對(duì)不同風(fēng)速條件進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，加熱功率為0.5 W時(shí)，低風(fēng)速下升溫接近60 K，因此選擇0.5 W作為該傳感器的加熱功率。環(huán)境溫度為300 K，風(fēng)速分別為0.2 m/s和1 m/s時(shí)，加熱探頭溫度場如圖3所示。風(fēng)速為0.2 m/s時(shí)，加熱探頭最高溫度可達(dá)348 K；風(fēng)速為1 m/s時(shí)，加熱探頭最高溫度降為321 K�？梢婏L(fēng)速對(duì)加熱探頭的溫度場分布影響顯著。為進(jìn)一步探討在不同風(fēng)速情況下雙探頭溫度差值和風(fēng)速的曲線關(guān)系，對(duì)0.1～5 m/s范圍內(nèi)進(jìn)行仿真，得到雙探頭溫度差值和風(fēng)速的關(guān)系圖，如圖4仿真曲線所示。雙探頭溫度差值與風(fēng)速呈單調(diào)遞減關(guān)系，在低風(fēng)速時(shí)曲線斜率較大，溫差變化明顯；隨著風(fēng)速的升高曲線斜率趨緩。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于Levenberg-Marquardt算法的直流電感器電感參量估計(jì)[J]. 盛洪江,毛建東,李學(xué)生,李新中.  電力自動(dòng)化設(shè)備. 2016(05)
[2]基于STM32的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)[J]. 張晞,曾迪暉,王永立.  儀表技術(shù)與傳感器. 2013(09)



本文編號(hào)：3401701