專利名稱：壓差式動態(tài)風(fēng)速測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于測量流體的速度技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到通過測量流體中壓差。
對于大型建筑、高層建筑、飛行器等的設(shè)計都需要做風(fēng)洞試驗，而風(fēng)速的動態(tài)測量是其中的必要措施。目前測量風(fēng)洞中的風(fēng)速主要采用熱線風(fēng)速測試儀，通過測量熱變量來測量風(fēng)速，這種測量儀器使用一種特殊的金屬線，對其加熱，不同的風(fēng)速會耗散不同的熱量，根據(jù)此原理來得到風(fēng)速。其中的金屬熱線很脆，易損壞，該測試儀器的動態(tài)響應(yīng)速度太慢，而且整套測量系統(tǒng)成本過高。
本實用新型的目的在于克服上述風(fēng)速測試儀的缺點，提供一種成本低，動態(tài)響應(yīng)速度快，操作方便的壓差式動態(tài)風(fēng)速測試儀。
為達(dá)到上述目的，本實用新型采用的解決方案是它包括1～8個風(fēng)速探針，該風(fēng)速探針可感受流過其表面風(fēng)速的動靜壓差信號，轉(zhuǎn)換成電信號輸出。它包括1～8個與風(fēng)速探針相對應(yīng)的放大及電流傳輸電路，輸入端接風(fēng)速探針的輸出端，將風(fēng)速探針輸出的電信號進(jìn)行放大，再進(jìn)行二線制電流傳輸后輸出。它包括1～8個與放大及電流傳輸電路相對應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路該電路的輸入端接放大及電流傳輸電路，將放大及電流傳輸電路輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。它包括A／D及數(shù)字傳輸電路，輸入端接電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。它包括電源電路，輸入端接外接電源，輸出端接放大及電流傳輸電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、A／D及數(shù)字傳輸電路，為上述三電路提供工作電源。它還包括計算機，其串行口接A／D及數(shù)字傳輸電路，對A／D及數(shù)字傳輸電路輸出的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，動態(tài)顯示出計算結(jié)果，并對A／D及數(shù)字傳輸電路進(jìn)行控制。
本實用新型的風(fēng)速探針為在殼體的一端設(shè)加工有動壓取壓通孔的堵頭、另一端設(shè)裝有電子元件的線路板，在殼體內(nèi)設(shè)有微壓差傳感器，在殼體內(nèi)微壓差傳感器與線路板之間設(shè)置有密封塊，在微壓差傳感器與密封塊之間的殼體上加工有靜壓取壓通孔。
本實用新型風(fēng)速探針的動壓取壓通孔的孔徑為1～2mm，靜壓取壓通孔有4～8偶數(shù)個孔，其孔徑為0．5～1mm，排列在微壓差傳感器與密封塊之間的殼體徑向上。
本實用新型與熱線風(fēng)速測試儀相比，具有成本低、動態(tài)響應(yīng)速度快、操作方便等優(yōu)點，可在風(fēng)洞中用于量測風(fēng)速。


圖1是本實用新型的電氣原理方框圖。
圖2是本實用新型風(fēng)速探針的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實用新型一個實施例的放大及電流傳輸電路圖。
圖4是本實用新型一個實施例的信號數(shù)字化處理電路圖。
設(shè)計人給出本實用新型第一個實施例，在本實施例中采用一個風(fēng)速探針、一個放大及電流傳輸電路、一個電流電壓轉(zhuǎn)換電路，與電源電路、A／D及數(shù)字傳輸電路、計算機連接構(gòu)成。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實用新型不限于這些實施例。
在圖1中風(fēng)速探針感受風(fēng)速的動態(tài)壓力與靜態(tài)壓力之差，轉(zhuǎn)換成電信號，輸出到放大及電流傳輸電路，電源電路向放大及電流傳輸電路提供直流電源，以及為整機提供工作電源，放大及電流傳輸電路將輸入的電信號轉(zhuǎn)化為二線制電流信號后作遠(yuǎn)距離無干擾傳輸，輸出到電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后輸出到A／D及數(shù)字傳輸電路，進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸出到計算機進(jìn)行運算處理，顯示出動態(tài)風(fēng)速，計算機向A／D及數(shù)字傳輸電路發(fā)送指令信號。
在圖2中，本實施例的風(fēng)速探針由殼體6、堵頭7、微壓差傳感器2、線路板4、密封塊5聯(lián)接構(gòu)成。在殼體6內(nèi)的左端安裝有堵頭7右端安裝有線路板4，線路板4上安裝有電子元件，在殼體6內(nèi)堵頭7的一側(cè)安裝有微壓差傳感器2，微壓傳感器2的型號為SMI5552微壓差傳感器2與線路板4之間安裝有密封塊5，在微壓差傳感器2與密封塊5之間的殼體6上徑向?qū)ΨQ地加工有四個靜壓取壓通孔3，靜壓取壓通孔3的孔徑為1mm，在堵頭7的中心線加工有動壓取壓通孔1，動壓取壓通孔1的孔徑為1mm，微壓差傳感器2感受風(fēng)洞中高速空氣流過風(fēng)速探針表面的靜壓與動壓之壓差信號，將壓差信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到放大及電流傳輸電路。
在圖3中，本實施例的放大及電流傳輸電路由集成電路AD693、R1、C1、C2、電位器P1連接構(gòu)成。集成電路AD693的正相輸入端17腳接風(fēng)速探針微壓差傳感器2的信號輸出正端4腳、反相輸入端18腳接風(fēng)速探針微壓差傳感器2的信號輸出負(fù)端1腳，C1的兩端接微壓差傳感器2的電源端，C2的一端接集成電路AD693的電信號輸出7腳、另一端接集成電路AD693的直流電源輸入9腳，電位器P1的一端接集成電路AD693的基準(zhǔn)電壓14腳、另一端和可調(diào)端通過R1接集成電路AD693的量程調(diào)節(jié)15腳。放大及電流傳輸電路將微壓差傳感器2輸出的電信號進(jìn)行放大，再進(jìn)行二線制電流傳輸，輸出到電流電壓轉(zhuǎn)換電路。
在圖4中，本實施例的電源電路由電源模塊HAS24-10-W、熔斷器FU、三端穩(wěn)壓塊7805、三端穩(wěn)壓塊7812、C11、C12、電解電容E1～電解電容E4、發(fā)光二極管L1連接構(gòu)成。電源模塊HAS24-10-W的輸入端通過熔斷器FU接220V交流電、一輸出端接三端穩(wěn)壓塊7812的輸入端、另一輸出端接三端穩(wěn)壓塊7805的輸入端、還有一輸出端通過發(fā)光二極管L1接放大及電流傳輸電路集成電路AD693的電源輸入9腳，電源模塊HAS24-10-W將220V交流電變?yōu)?4V直流電，三端穩(wěn)壓塊7812的輸出端接電流電壓轉(zhuǎn)換電路，為該電路提供12V直流電源，三端穩(wěn)壓塊7805的輸出端接A／D及數(shù)字傳輸電路，為該電路提供5V直流電源，發(fā)光二極管L1用于指示電源電路是否為放大及電流傳輸電路提供電源，其發(fā)光亮度隨風(fēng)洞中的風(fēng)速而變化。電解電容E2為三端穩(wěn)壓塊7812穩(wěn)壓前濾波電容，C11和電解電容E1為三端穩(wěn)壓塊7812穩(wěn)壓后的濾波電容，E3為電源模塊HAS24-10-W濾波電容，C12和電解電容E3為三端穩(wěn)壓塊7805穩(wěn)壓前的濾波電容，電解電容E4為三端穩(wěn)壓塊7805穩(wěn)壓后的濾波電容。
本實施例的電流電壓轉(zhuǎn)換電路由運算放大器TLV2264、電位器P2連接構(gòu)成，運算放大器TLV2264的正相輸入端接電位器P2的一端和放大及電流傳輸電路集成電路AD693的電流信號輸出7腳、反相輸入端接輸出端、輸出端接A／D及數(shù)字傳輸電路。電流電壓轉(zhuǎn)換電路將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出到A／D及數(shù)字傳輸電路。
本實施例的A／D及數(shù)字傳輸電路由單片機89C51、A／D轉(zhuǎn)換器MAX197、電平轉(zhuǎn)換器MAX202、R2、振蕩器XTAL、C3～C10、電解電容E5～電解電容E7連接構(gòu)成。A／D轉(zhuǎn)換器MAX197的模擬量輸入16腳接電流電壓轉(zhuǎn)換電路運算放大器TLV2264的輸出端、數(shù)據(jù)口D0～D7和寫控制3腳及讀控制4腳分別接單片機89C51的數(shù)據(jù)口D0～D7和寫控制16腳及讀控制17腳、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號24腳和高低字節(jié)選擇信號5腳接單片機89C51的12腳和13腳，電解電容E6和C8是A／D轉(zhuǎn)換器MAX197+5V電源的濾波電容，C7是A／D轉(zhuǎn)換器MAX197內(nèi)部基準(zhǔn)調(diào)節(jié)端的濾波電容，電解電容E7是A／D轉(zhuǎn)換器MAX197內(nèi)部基準(zhǔn)的濾波電容，單片機89C51的振蕩信號輸入18和19腳接由振蕩器XTAL與C9和C10連接的振蕩電路、復(fù)位9腳接電解電容E5與R2連接的復(fù)位電路、發(fā)送11腳接電平轉(zhuǎn)換器MAX202的數(shù)字電平輸入10腳、接收10腳接電平轉(zhuǎn)換器MAX202的數(shù)字電平輸出9腳。C3、C4、C5、C6是電平轉(zhuǎn)換器MAX202所需的外部電容，電平轉(zhuǎn)換器MAX202用于把數(shù)字電平轉(zhuǎn)化為RS232電平，并把RS232轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。A／D轉(zhuǎn)換器MAX197將來自電流電壓轉(zhuǎn)換電路的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸出到單片機89C51，單片機89C51立即通過串行發(fā)送11腳發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)由插座4PIN送入計算機的RS232串行口，計算機即可進(jìn)行數(shù)據(jù)換算并實時動態(tài)顯示出風(fēng)速，計算機通過RS232串行口，經(jīng)由插座4PIN向單片機89C51發(fā)送控制命令。
設(shè)計人給出了本實用新型第二個實施例，本實施例采用四個風(fēng)速探針、四個放大及電流傳輸電路、四個電流電壓轉(zhuǎn)換電路，與電源電路、A／D及數(shù)字傳輸電路、計算機連接構(gòu)成。每個風(fēng)速探針、放大及電流傳輸電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)以及元器件的連接關(guān)系與第一個實施例相同，四個放大及電流傳輸電路的輸入端分別接四個風(fēng)速探針的輸出端、輸出端分別接四個電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端，四個電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端接A／D及數(shù)字傳輸電路A／D轉(zhuǎn)換器MAX197的16～19腳。其它電路以及上述電路的連接關(guān)系與第一個實施例完全相同。
設(shè)計人給出了本實用新型第三個實施例，本實施例采用八個風(fēng)速探針，八個放大及電流傳輸電路、八個電流電壓轉(zhuǎn)換電路，與電源電路、A／D及數(shù)字傳輸電路、計算機連接構(gòu)成。每個風(fēng)速探針、電流電壓轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)以及元器件的連接關(guān)系與第一個實施例相同。八個放大及電流傳輸電路的輸入端分別接八個探針的輸出端、輸出端分別接八個電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端，八個電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端接A／D及數(shù)字傳輸電路A／D轉(zhuǎn)換器MAX197的16～23腳。其它電路以及與上述電路的連接關(guān)系與第一個實施例完全相同。
設(shè)計人給出了本實用新型第四個實施例，在本實施例中，風(fēng)速探針的動壓取壓通孔1的孔徑為2mm，在殼體6上對稱地加工8個靜壓取壓通孔3，靜壓取壓通孔3的孔徑為0．5mm。其它電路元器件的連接關(guān)系、電路與電路的連接關(guān)系與第一個實施例相同。
根據(jù)上述原理，還可設(shè)計出另外一種具體結(jié)構(gòu)的壓差式動態(tài)風(fēng)速測試裝置。
權(quán)利要求1．一種壓差式動態(tài)風(fēng)速測試裝置，其特征在于它包括1～8個風(fēng)速探針，該風(fēng)速探針可感受流過其表面風(fēng)速的動靜壓差信號，轉(zhuǎn)換成電信號輸出；1～8個與風(fēng)速探針相對應(yīng)的放大及電流傳輸電路，輸入端接風(fēng)速探針的輸出端，將風(fēng)速探針輸出的電信號進(jìn)行放大，再進(jìn)行二線制電流傳輸后輸出；1～8個與放大及電流傳輸電路相對應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路該電路的輸入端接放大及電流傳輸電路，將放大及電流傳輸電路輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出；A／D及數(shù)字傳輸電路，輸入端接電流電壓轉(zhuǎn)換電路，將電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出；它包括電源電路，輸入端接外接電源，輸出端接放大及電流傳輸電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、A／D及數(shù)字傳輸電路，為上述三電路提供工作電源；它還包括計算機，其串行口接A／D及數(shù)字傳輸電路，對A／D及數(shù)字傳輸電路輸出的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，動態(tài)顯示出計算結(jié)果，并對A／D及數(shù)字傳輸電路進(jìn)行控制。
2．按照權(quán)利要求1所述的壓差式動態(tài)風(fēng)速測試裝置，其特征在于所說的風(fēng)速探針為在殼體(6)的一端設(shè)加工有動壓取壓通孔(1)的堵頭(7)、另一端設(shè)裝有電子元件的線路板(4)，在殼體(6)內(nèi)設(shè)有微壓差傳感器(2)，在殼體(6)內(nèi)微壓差傳感器(2)與線路極(4)之間設(shè)置有密封塊(5)，在微壓差傳感器(2)與密封塊(5)之間的殼體(6)上加工有靜壓取壓通孔(3)。
3．按照權(quán)利要求2所述的壓差式動態(tài)風(fēng)速測試裝置，其特征在于所說動壓取壓通孔(1)的孔徑為1～2mm；所說的靜壓取壓通孔(3)有4～8偶數(shù)個孔，其孔徑為0．5～1mm，排列在微壓差傳感器(2)與密封塊(5)之間的殼體(6)徑向上。
專利摘要一種壓差式動態(tài)風(fēng)速測試裝置,它包括1～8個風(fēng)速探針、1～8個與風(fēng)速探針相對應(yīng)的放大及電流傳輸電路、1～8個與放大及電流傳輸電路相對應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路、A/D及數(shù)字傳輸電路、電源電路及計算機,它具有成本低、動態(tài)響應(yīng)速度快、操作方便等優(yōu)點,可在風(fēng)洞中用于測量風(fēng)速。
文檔編號G01P5/14GK2416506SQ0022630
公開日2001年1月24日 申請日期2000年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月19日
發(fā)明者徐明龍, 謝壯寧 申請人:西安交通大學(xué)