本實用新型涉及測量領(lǐng)域，具體涉及一種熱式風(fēng)速傳感單元及傳感器。

背景技術(shù)：

風(fēng)速傳感器種類繁多，常見的風(fēng)速傳感器一種是根據(jù)聲波信號在介質(zhì)中傳播與氣體流動原理制作的，由超成波傳感器探頭、超聲波發(fā)送驅(qū)動和接收處理電路組成的產(chǎn)品，但其測量精度易受到空氣溫度、雜波及干擾脈沖等影響。還有一種是根據(jù)風(fēng)杯的旋轉(zhuǎn)和扇葉原理制作的，由風(fēng)杯組件、風(fēng)向軸、風(fēng)向度盤和信號處理電路組成的產(chǎn)品，但其風(fēng)杯跟蹤慢、存在機(jī)械磨損。熱式風(fēng)速傳感單元按照傳感器的結(jié)構(gòu)主要分為熱線式和熱模式，按照對鉑電阻的加熱方式主要分為恒溫差加熱方式和恒功率加熱方式，恒溫差加熱法在高風(fēng)速時對維持溫度差的恒定較為困難且電路電流過大會對整個風(fēng)速測量裝置產(chǎn)生致命傷害，而傳統(tǒng)的恒功率加熱方式難以有效消除傳感器的溫漂，進(jìn)而給風(fēng)速的高精度測量帶來困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種熱式風(fēng)速傳感單元及傳感器，該風(fēng)速傳感器在一定程度上可克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的難以有效消除傳感器溫漂的影響，提高了風(fēng)速測量的精度，成本較低。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為：

一種熱式風(fēng)速傳感單元，包括金屬管、隔熱板、精密加熱電阻、三個薄膜鉑電阻和多通道測量電路；

所述金屬管為中空結(jié)構(gòu)，金屬管水平設(shè)置，金屬管的一端為進(jìn)風(fēng)口，另一端為出風(fēng)口；

精密加熱電阻和其中兩個薄膜鉑電阻連接在金屬管外壁上；精密加熱電阻放置在兩個薄膜鉑電阻之間的中間位置，且兩個薄膜鉑電阻距離相近金屬管端部的距離相等；第三個薄膜鉑電阻設(shè)置在金屬管外的環(huán)境中，用于采集環(huán)境溫度；

所述精密加熱電阻用來進(jìn)行恒功率加熱，通過精密加熱電阻功率的恒定來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和可靠性；所述多通道測量電路用于采集迎風(fēng)面上游溫度、迎風(fēng)面下游溫度、環(huán)境溫度。

作為優(yōu)選方案，所述金屬管為不銹鋼管。

作為優(yōu)選方案，所述精密加熱電阻、薄膜鉑電阻通過絕緣導(dǎo)熱硅膠粘合固定在金屬管外壁上。

作為優(yōu)選方案，所述金屬管的直徑為1-5mm，厚度為0.1-0.5mm，長度為60-100mm。

作為優(yōu)選方案，所述薄膜鉑電阻為A級Pt100鉑電阻。

作為優(yōu)選方案，兩個薄膜鉑電阻與精密加熱電阻的間距均為5-10mm。

作為優(yōu)選方案，所述精密加熱電阻為10^-6級溫漂的精密加熱電阻。

本實用新型還提供一種熱式風(fēng)速傳感器，包括至少兩個上述的熱式風(fēng)速傳感單元，多個熱式風(fēng)速傳感單元構(gòu)成陣列。

有益效果：本實用新型提供的熱式風(fēng)速傳感單元及傳感器，包括不銹鋼管、精密加熱電阻、多通道測量電路和三個薄膜鉑電阻。薄膜鉑電阻具有線性度穩(wěn)定性高及可重復(fù)性等特點，直接用兩個薄膜鉑電阻測量迎風(fēng)面上游溫度和迎風(fēng)面下游溫度，另一個薄膜鉑電阻用于測量環(huán)境的溫度，通過對環(huán)境溫度測量，來減少環(huán)境溫度對風(fēng)速測量的影響，進(jìn)而提高風(fēng)速測量的精度。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：不銹鋼管1、精密加熱電阻2、薄膜鉑電阻3、薄膜鉑電阻4、進(jìn)風(fēng)口5、出風(fēng)口6、不銹鋼管內(nèi)腔7。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型作更進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，一種熱式風(fēng)速傳感單元，包括不銹鋼管1、精密加熱電阻2、薄膜鉑電阻3、薄膜鉑電阻4、進(jìn)風(fēng)口5、出風(fēng)口6，此外，還包括一個用于測量環(huán)境溫度的第三薄膜鉑電阻和多通道測量電路。其中不銹鋼管1為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為不銹鋼管內(nèi)腔7；不銹鋼管1水平放置，用絕緣導(dǎo)熱硅膠把精密加熱電阻2、薄膜鉑電阻3和薄膜鉑電阻4緊貼不銹鋼管道上表面粘合；薄膜鉑電阻 3和薄膜鉑電阻4距精密加熱電阻2兩端呈等間距5-10mm水平粘合；進(jìn)風(fēng)口5距薄膜鉑電阻3的距離與出風(fēng)口6距薄膜鉑電阻4的距離相等。第三薄膜鉑電阻設(shè)置在環(huán)境中，用于采集環(huán)境溫度值；第三薄膜鉑電阻與多通道測量電路連接。

工作原理：熱式風(fēng)速傳感單元的工作原理是根據(jù)流體流過加熱體的時候，迎風(fēng)面上游的溫度下降會比下游的溫度下降快，從而導(dǎo)致加熱體附近熱場發(fā)生變化，通過測量與加熱體相鄰的兩個薄膜鉑電阻的溫度差可以反映風(fēng)速?？紤]到環(huán)境溫度對測量風(fēng)速的影響，測量風(fēng)速時把環(huán)境溫度作為參考因素，通過將環(huán)境溫度從-20℃到45℃，實際測試中每隔5℃進(jìn)行風(fēng)速值、環(huán)境溫度、迎風(fēng)面上游溫度和迎風(fēng)面下游溫度的采集。當(dāng)熱式風(fēng)速傳感單元工作時，精密加熱電阻2用于被恒功率加熱，控制功率恒定，薄膜鉑電阻3用于采集迎風(fēng)面上游溫度值Ta，薄膜鉑電阻4用于采集迎風(fēng)面下游溫度值Tb，另一薄膜鉑電阻用于采集環(huán)境溫度值Th，通過獲取下游溫度與上游溫度的差值Td(Td=Tb-Ta)、環(huán)境溫度值Th與風(fēng)速值，結(jié)合基于自然選擇和基因遺傳學(xué)原理的隨機(jī)并行搜索算法，也就是遺傳算法可擬合出風(fēng)速值關(guān)于下游溫度與上游溫度的差值Td、環(huán)境溫度值Th的方程，進(jìn)而計算出風(fēng)速值。另外，考慮野外環(huán)境下隨機(jī)性的風(fēng)向?qū)崾斤L(fēng)速傳感單元風(fēng)速測量精度的影響，實際使用時，熱式風(fēng)速傳感器可由至少兩個熱式風(fēng)速傳感單元構(gòu)成陣列。通常，熱式風(fēng)速傳感單元水平面之間的夾角越小對風(fēng)速測量的準(zhǔn)確度有益。例如，陣列為兩個熱式風(fēng)速傳感單元時，熱式風(fēng)速傳感單元水平面之間的夾角可為90°；陣列為三個熱式風(fēng)速傳感單元時，熱式風(fēng)速傳感單元水平面之間的夾角可為60°；陣列為六個熱式風(fēng)速傳感單元時，熱式風(fēng)速傳感單元水平面之間的夾角可為30°。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。