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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn#基于毛细管结构的热式风速传感器设计1,2,31,2,31,2,34**靳炜，刘清惓，宿恺峰，杨杰（1.江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，南京210044；52.南京信息工程大学电子与信息工程学院，南京210044；3.江苏省气象探测与信息处理重点实验室，南京210044；4.南京信息工程大学大气物理学院，南京210044）摘要：提出一种基于毛细管结构的热式风速传感器，利用计算流体动力学方法(CFD)对该传10感器探头进行数值分析。为验证CFD方法的准确性和热式风速传感器的实际性能，搭建了基于高低温低气压试验箱
2、的测试平台，对-20℃~40℃范围的传感器温度特性进行了测试，结合模拟退火算法拟合修正温漂。实验结果表明，在0.03m/s~1m/s范围内，该风速传感器的读数精度优于6%，在气候分析研究、环境监测等领域具有一定的应用潜力。关键词：热式风速传感器；毛细管结构；计算流体动力学；模拟退火算法15中图分类号：TP212.11Designofathermalwindspeedsensorbasedonacapillarystructure1,2,31,2,31,2,34JINWei,LIUQingquan,SUKaifeng,YANGJie20(1.JiangsuCollaborati
3、veInnovationCenteronAtmosphericEnvironmentandEquipmentTechnology,Nanjing210044;2.SchoolofElectronicandInformationEngineering,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044;3.JiangsuKeyLaboratoryofMeteorologicalObservationandSignalProcessing,Nanjing25210044;4.SchoolofAtmosp
4、hericPhysics,NanjingUniversityofInformationScienceandTechnology,Nanjing210044)Abstract:Athermalwindspeedsensorbasedonacapillarystructureisproposed.Acomputationalfluiddynamic(CFD)methodisemployedtoperformnumericalsimulationofthesensorprobe.In30ordertoverifytheaccuracyoftheCFDmethodandtheactu
5、alperformanceofthesensor,atestplatformbasedonahigh-lowtemperaturelowairpressuretestingchamberwassetup.Thetemperaturecharacteristicsofthesensorintherangeof-20℃~40℃aretested.Asimulatedannealingalgorithmisconstructedtocorrectthetemperaturedriftofthesensor.Theexperimentalresultsshowthatthereadi
6、ngaccuracyofthethermalwindspeedsensorisbetterthan6%whentherangesofthewindspeed35is0.03m/s~1m/s,Thesensormayprovidepotentialapplicationsintheclimatologicalresearchandenvironmentalmonitoringfields.Keywords:thermalwindspeedsensor;capillarystructure;computationalfluiddynamics;simulatedannealing
7、algorithm;400引言目前风速按测量形式主要分为机械式测量、超声波式测量和热式测量。机械式风速传感[1-2]器线性度好、耐腐蚀，但磨损会造成轴承性能变化，引起测量误差。机械式风速计启动风速通常在0.3m/s~0.5m/s范围内，如中国长春气象研究所的风杯式风速计EC9-1，启动风速为0.4m/s。超声波式风速传感器可实现0.01m/s量级的分辨率，但体积较大、价格较昂基金项目：国家公益性行业（气象）科研专项（批准号：GYHY200906037，GYHY201306079）；国家自然科学基金项目(
