直流性風洞校準儀校準裝置方案

北京圣達駿業(yè)科技有限公司

風洞實驗裝置設(shè)計方案

1.       風洞概述 

低速風洞主要用于各類風速儀校準實驗室，并可為風速測量儀器的研制、開發(fā)、試驗、生產(chǎn)和使用提供檢定、測試和試驗手段。適用于以人工的方式產(chǎn)生并且控制氣流，用來模擬實體表面氣體的流動情況，并可測量氣流對實體表面的作用效果以及觀察流體現(xiàn)象。

風洞實驗具有以下特點：

1.1       7風洞中的氣流參數(shù)，如速度、壓力等，都可以比較精確的控制，并且可以隨時改變。 

1.2       風洞實驗在室內(nèi)進行，一般不受大氣環(huán)境變化的影響，可以連續(xù)進行實驗，設(shè)備利用率很高。 

1.3       風洞實驗時，實驗樣件為靜止狀態(tài)，保證了測量的準確和安全。 

整個系統(tǒng)通過計算機進行控制。通過控制軸流風機在風道中形成可控的氣流。同時， 計算機控制系統(tǒng)可采集、存儲和輸出風速等數(shù)據(jù)。設(shè)備具有較高的自動化水平。       2．針對此項目在設(shè)計時考慮的重點 

此項目主要用于各企業(yè)單位的各類風速儀進行量值傳遞、檢定、校準使用。2.1 測試段采用開口式結(jié)構(gòu)，有效降低外界空氣擾動對風洞測試的影響。 

2.2       風洞滿足以下檢定規(guī)程，可以保證客戶檢定、校準不同行業(yè)使用的測風類儀器儀表。 

1.JJG（建設(shè))0001-1992 熱球式風速儀 

2.   .    JJG 431-2014 輕便三杯風向風速表檢定規(guī)程 

3.     . JJG 515-1987 輕便磁感應(yīng)風向風速表檢定規(guī)程 

4.JJG518-1998 皮托管國家計量檢定規(guī)程 。

5.通過數(shù)字圖像攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)并保存，能能夠?qū)α黧w流動、燃燒、機械運動等物理過程進行采集、記錄、保存。

2.3       著重考慮設(shè)備兼容功能

   根據(jù)市場上常見風速儀需預(yù)留布孔位置（人性化設(shè)計）        

2.4       直流性風洞校準儀規(guī)格參數(shù) 

風洞主要技術(shù)參數(shù) 

風速傳感器安裝示意圖：

主要元器件構(gòu)成 

風速標準器 （風速比對器具）非電氣 手動計算配置（成本相對較低）

動力部分介紹： 

3.1驅(qū)動電機 

風洞選擇交流三相異步電動機作為驅(qū)動電機，具有以下特點：通過改變驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速可以改變風道內(nèi)的空氣流速，輸出精度高，調(diào)速范圍寬，操作方便，可靠性強。 

3.2 電氣動力系統(tǒng)控制 

動力控制系統(tǒng)以工控機為核心，變頻器為調(diào)速驅(qū)動核心，程序控制器為系統(tǒng)邏輯控制核心組成。

交流電機驅(qū)動風扇運行產(chǎn)生穩(wěn)定氣流；讀取安裝于風洞中的溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器等計算實際風速值，反饋給計算機，通過顯示器輸出。

         考慮到設(shè)備整體運行穩(wěn)定性，變頻器采用ABB，具有信息處理快、可靠性高等優(yōu)點。PLC 采用三菱/西門子產(chǎn)品，工控機采用研華工控產(chǎn)品，都是成熟、可靠性高的代表產(chǎn)品。

4.1                       產(chǎn)品 EMC 方面設(shè)計

為了避免對實驗樣件和實驗室內(nèi)其它設(shè)備的電磁干擾，設(shè)備在設(shè)計時考慮到 EMC 的設(shè)計準則。

例如提供符合 EMC 標準的電控柜、操作臺，電纜濾波、良好接地等措施。6.風道部分介紹  

風道分為擴壓段、試驗段、收縮段、穩(wěn)定段共四部分。

5.1 擴壓段 

沿氣流方向擴散的管道，使氣流減速，使動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，以減小風洞中氣流能力的損失，降低風洞需要的功率氣流在管道中的能力損失與氣流的流速的三次方成正比，流速低，則損失小。擴壓段使來自試驗段的氣流迅速減速，可使整個風洞的能量損失減小。

5.2 收縮段 

在低速風洞中收縮段位于穩(wěn)定段與試驗段之間，是一段順滑過度的曲線形管道，橫截面沿流向逐漸減小。收縮段的功能，使來自穩(wěn)定段的氣流均勻加速，并改善試驗段的流場品質(zhì)，氣流流過收縮段時，氣流流速單調(diào)增加，避免氣流在洞壁上發(fā)生分離，收縮段出口處氣流均勻，方向平直并且穩(wěn)定。本風洞收縮曲線為雙三次曲線。 

5.3 穩(wěn)定段 

在穩(wěn)定段內(nèi)部設(shè)有整流裝置。所謂整流裝置是指蜂窩器和整流網(wǎng)，蜂窩器為正六邊形鋁制材料，具有強度高、耐腐蝕等優(yōu)點。整流網(wǎng)為 3 層，目數(shù)為 18 目。

5.4 試驗段 

本風洞采用閉口試驗段的形式，防止在測量過程中外界環(huán)境對試驗結(jié)果的影響。7.數(shù)據(jù)采集及控制部分 

系統(tǒng)具有風速調(diào)節(jié)學習功能，根據(jù)設(shè)定的風速值自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，并根據(jù)輸入的差壓值及空氣密度補償自動計算出標準風速值。

系統(tǒng)自動采集風洞試驗段的溫度等數(shù)據(jù)，可將采集的數(shù)據(jù)進行存儲。存儲的數(shù)據(jù)可以通過打印機以 EXCEL 表格的形式輸出。

6.標準測試系統(tǒng) 

6.1  皮托管8靜壓孔設(shè)計 符合GB1236-2017標準 （主標準器）

皮托管系數(shù)計算

     按式分別計算每個檢定點的 Ki 值

       以下是手工或者自動化內(nèi)部程序代入公式說明：

      V ? K

式中： P ---標準皮拖管測得的差壓值，Pa

                     P1i    ---空氣密度（溫濕度+空盒氣壓算）

         K ---標準皮托管系數(shù)

                      V:標準風速m/s

以下是自動化測試系統(tǒng)操作說明 ：

說明共包括：使用前準備工作，啟動操作系統(tǒng)，參數(shù)設(shè)置，開始試驗，數(shù)據(jù)報

表等幾個組成部分。9.1 使用前準備工作

          正確安裝好所有的線路并確保機械裝置無異常后，打開總電源開關(guān)，系統(tǒng)的工作中指示燈亮起，然后啟動計算機。 

9.2       啟動操作系統(tǒng) 

          風洞測試系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)先安裝在電腦中，使用時只需雙擊桌面的“風洞測試系統(tǒng)" 快捷方式按鈕即可。

9.3       參數(shù)設(shè)置 

          參數(shù)設(shè)置中可設(shè)置被檢產(chǎn)品的信息，同時檢定裝置的信息也可設(shè)置，環(huán)境參數(shù)等自動采集。 

在設(shè)置好所有的參數(shù)后，點擊“確定"按鈕系統(tǒng)自動保存所設(shè)置數(shù)據(jù)并進入具體的測試對象界面，在該界面下設(shè)置具體的試驗參數(shù)如風速測試點值和誤差，設(shè)置完成點擊“確定"按鈕進入到試驗主界面。界面如下圖所示，具體參數(shù)及格式可根據(jù)用戶要求做修改。

圖 5.參數(shù)設(shè)置界面（參考）

6.1自動采集部分工況點設(shè)置舉例：

被檢產(chǎn)品工況點設(shè)置中，可實現(xiàn)自定義風速測試，預(yù)設(shè)系列風速自動標定。被檢產(chǎn)品的相關(guān)計算系數(shù)可根據(jù)客戶提供的具體要求進行更改。界面如下圖所示，具體參數(shù)及格式可根據(jù)用戶要求做修改。

圖 6.工況點設(shè)置界面（參考）

6.2 測試主界面 

測試主界面主要包括產(chǎn)品的基本信息、風洞運行模擬示意圖、實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)采集匯總、測試控制按鈕、參數(shù)設(shè)置匯總及風機轉(zhuǎn)數(shù)顯示組成。

測試界面友好，簡單易用，主要根據(jù)提示操作即可，界面按鈕具有自鎖功能， 安全可靠，不會因誤操作而影響風洞性能及測試結(jié)果。

測試軟件具有風速調(diào)節(jié)學習功能，根據(jù)設(shè)定的風速值自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，并根據(jù)輸入的差壓值自動計算出標準風速值。

測試軟件風速計算所需溫度、大氣壓力等參數(shù)自動采集，標準風速自動計算， 如果被檢產(chǎn)品自帶模擬量輸出功能，測試軟件可自動采集被檢產(chǎn)品的風速參數(shù)等， 如果沒有可手動輸入，根據(jù)實測風速可形成回歸方程。界面如下圖所示，具體參數(shù)及格式可根據(jù)用戶要求做修改。

圖 7.測試界面（參考）