一种指向来流的风速风向测量装置
阅读说明：本技术 一种指向来流的风速风向测量装置 (Wind speed and direction measuring device for directing incoming flow ) 是由 朱小良 董鸿霖 于 2021-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及指向来流的风速风向测量装置,目的是为了解决现有技术中的不足,提供一种能够获得来流的速度数值和相对方向角度的风速风向测量装置。本装置包括传动杆和依次设置在传动杆上的热线风速探头、测向万向轴回转装置和尾翼；在风里作用下,传动杆以测向万向轴回转装置为中心,上下及左右摆动。本发明的传动杆以测向万向轴回转装置为中心,上下及左右摆动,只需放置在风洞或烟道的待测点位并使其初始情况下正对主流方向,便可以获得待测点来流方向与主流方向的角度偏差以及待测点位的速度绝对值及其余方向上的速度分量大小。(The invention relates to a wind speed and direction measuring device for directing incoming flow, and aims to solve the defects in the prior art and provide a wind speed and direction measuring device capable of obtaining the speed value and the relative direction angle of the incoming flow. The device comprises a transmission rod, a hot wire wind speed probe, a direction-finding cardan shaft rotating device and an empennage, wherein the hot wire wind speed probe, the direction-finding cardan shaft rotating device and the empennage are sequentially arranged on the transmission rod; under the action of wind, the transmission rod swings up and down and left and right by taking the direction-finding universal shaft rotating device as a center. The transmission rod of the invention takes the direction-finding universal shaft rotating device as a center, swings up and down and left and right, and can obtain the angle deviation between the incoming flow direction of the point to be measured and the main flow direction, the absolute value of the speed of the point to be measured and the speed component in the rest directions only by being placed at the point to be measured of the wind tunnel or the flue and enabling the point to be measured to be opposite to the main flow direction under the initial condition.)
技术领域
本发明属于风向监测技术领域，具体涉及一种指向来流的风速风向测量装置。
背景技术
风速测量仪器应用十分广泛，在给定通道内通过对具有代表性测点上风速的准确测量，可以计算出整个截面上的平均流速，进而得到较为准确的流量值。
现有的风向风速测量装置如公告号为CN207798872U的中国专利，可以实现风速及风向的测量，然而其测得的风速数值是流体在水平方向上速度的分量，其测得的风向也仅为水平面上的方向，无法测量竖直方向风向，这样的测量结果与实际值存在一定的偏差。
其次，对于流体测速的方式有很多，热线风速探头是测量风速的常用仪器，其原理是将一根通电加热的细金属丝即热线置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。
发明内容
本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种能够获得来流的速度数值和相对方向角度的风速风向测量装置。
本发明的技术方案：本发明所述的指向来流的风速风向测量装置，包括传动杆和依次设置在所述传动杆上的热线风速探头、测向万向轴回转装置和尾翼；在风里作用下，所述传动杆以所述测向万向轴回转装置为中心，上下及左右摆动。
进一步的，所述尾翼包括径向尾翼组件和周向尾翼组件；所述径向尾翼组件包括第一径向尾翼和第二径向尾翼；所述第一径向尾翼和第二径向尾翼关于所述传动杆对称；
所述周向尾翼组件包括第一周向尾翼和第二周向尾翼；所述周向尾翼组件包括第一周向尾翼和第二周向尾翼关于所述传动杆对称。
进一步的，所述测向万向轴回转装置包括用于测量传动杆随来流在水平方向相对偏转角度大小的第一传感器和用于测量测量传动杆随来流在垂直方向的偏转角度大小的第二传感器。
进一步的，所述测向万向轴回转装置下端设有支撑杆；所述测向万向轴回转装置与所述支撑杆间设有周向转轴；所述测向万向轴回转装置在所述周向转轴作用下，绕所述支撑杆转动。
进一步的，所述测向万向轴回转装置内设有径向转轴；所述测向万向轴回转装置可绕所述径向转轴上下摆动。
进一步的，所述径向转轴设置在径向支架上，所述径向支架设置在所述周向转轴上，并可随所述周向转轴周向摆动。
进一步的，所述第一传感器与所述第二传感器结构相同；所述第一传感器由滑针、均质且均匀截面的开口环形电阻及两根导线组成；其中所述滑针尾部连接导线，环形电阻头部连接导线，所述滑针初始状态置于所述环形电阻中间位置。
进一步的，所述滑针设置在所述径向转轴一端；所述径向转轴带动所述滑针沿所述环形电阻摆动。
进一步的，所述测向万向轴回转装置包括罩壳和设置在所述罩壳下，用于固定所述径向转轴的径向转轴固定板；所述环形电阻固定在所述径向转轴固定板上，所述径向转轴穿过所述径向转轴固定板。
有益效果：
本发明与现有技术相比的有益效果：本发明的传动杆以所述测向万向轴回转装置为中心，上下及左右摆动，只需放置在风洞或烟道的待测点位并使其初始情况下正对主流方向，便可以获得待测点来流方向与主流方向的角度偏差以及待测点位的速度绝对值及其余方向上的速度分量大小。
附图说明
图1本发明的整体结构示意图；
图2本发明中测向万向轴回转装置的具体结构示意图；
图3本发明中第一传感器的具体结构示意图；
图4本发明中尾翼的具体结构示意图。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-4所示，本发明提出的指向来流的风速风向测量装置，包括传动杆4和依次设置在传动杆4上的热线风速探头3、测向万向轴回转装置2和尾翼1；在风里作用下，传动杆4以测向万向轴回转装置2为中心，上下及左右摆动。尾翼1包括径向尾翼组件和周向尾翼组件；径向尾翼组件包括第一径向尾翼1-11和第二径向尾翼1-12；第一径向尾翼1-11和第二径向尾翼1-12关于传动杆4对称；
周向尾翼组件包括第一周向尾翼1-21和第二周向尾翼1-22；周向尾翼组件包括第一周向尾翼1-21和第二周向尾翼1-22关于传动杆4对称。
测向万向轴回转装置2包括用于测量传动杆4随来流在水平方向相对偏转角度大小的第一传感器2-1和用于测量测量传动杆4随来流在垂直方向的偏转角度大小的第二传感器2-2。
测向万向轴回转装置2下端设有支撑杆5；测向万向轴回转装置2与支撑杆5间设有周向转轴2-14；测向万向轴回转装置2在周向转轴2-14作用下，绕支撑杆5转动。
根据权利要求4的指向来流的风速风向测量装置，其特征在于：测向万向轴回转装置2内设有径向转轴2-12；测向万向轴回转装置2可绕径向转轴2-12上下摆动。径向转轴2-12设置在径向支架2-13上，径向支架2-13设置在周向转轴2-14上，并可随周向转轴2-14周向摆动。
第一传感器2-1与第二传感器2-2结构相同；第一传感器2-1由滑针2-21、均质且均匀截面的开口环形电阻2-22及两根导线组成；其中滑针2-21尾部连接导线，环形电阻2-22头部连接导线，滑针2-21初始状态置于环形电阻2-22中间位置。滑针2-21设置在径向转轴2-12一端；径向转轴2-12带动滑针2-21沿环形电阻2-22摆动。测向万向轴回转装置2包括罩壳2-11和设置在罩壳2-11下，用于固定径向转轴2-12的径向转轴固定板2-15；环形电阻2-22固定在径向转轴固定板2-15上，径向转轴2-12穿过径向转轴固定板2-15。
具体工作时，尾翼1与传动杆44固定连接，当本发明装置布置好后，尾翼1会风力影响，通过传动杆44将力转化为测向装置的水平及垂直旋转角度。
在本实施例中，传感器的环形电阻2-22值大小均为2R，初始状态滑针2-21置于电阻中间位置，由数据分析器7供电，电压为U，此时第一第二传感器2-1及第二传感器2-2的电流大小均为I0＝U/R；
将本装置置于待测位置后，尾翼1受力并作用于测向装置，测向装置水平方向产生α角度的偏转，竖直方向产生β角度的偏转，顺时针偏转为正方向。则偏转后第一第二传感器2-1得到的I1＝U/(R+α/180)，I2＝U/(R+β/180),则通过I1、I2的值可以得到α＝180*(U/I1-R),β＝180*(U/I2-R)
在本实例中，测速装置与测向装置及尾翼1通过传动杆4始终保持在同一直线上，测速装置采用热线风速探头3原理，主要是，在测速装置的头部开孔并与传动杆4相垂直固定布置一根细金属丝，金属丝的两端连接导线并连接至数据分析器7，由数据分析器7供电，开机后初始状态下金属丝通电温度为T，电阻为R，电流为I，当设备稳定之后，金属丝与来流速度垂直，带走部分热量，流速为V时金属丝温度降低ΔT，为使金属丝的温度保持不变，需增大电流ΔI，根据所需施加的电流可以得到来流的速度。
在本实例中，测速装置、测向装置内所布置的导线全部经过空心支撑杆5，底座6并最终连接至数据分析器7，所述数据分析器7内置电源，能够通过连接线给测向装置及热线提供电源，可以实现来流绝对速度的显示，与正方向夹角的显示及来流在主流方向上分速度的显示，数据记录、保存以及导出的功能。所述底座的下端有三个固定孔，可以固定在三角支架上以稳定整个仪器，也可以在支架不便安置的情况下固定于手持杆上。数据分析器7上部有数据连接插孔，可以将获得的数据传输到其他设备上，该插孔也可以为该设备充电。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
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