一种热式风速传感单元及传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种热式风速传感单元及传感器，包括金属管、隔热板、精密加热电阻、三个薄膜铂电阻和多通道测量电路；金属管为中空结构，金属管水平设置，精密加热电阻和其中两个薄膜铂电阻连接在金属管外壁上；精密加热电阻放置在两个薄膜铂电阻之间的中间位置，且两个薄膜铂电阻距离相近金属管端部的距离相等；精密加热电阻用来进行恒功率加热，通过精密加热电阻功率的恒定来保证数据的准确度和可靠性；所述多通道测量电路用于采集迎风面上游温度、迎风面下游温度、环境温度；第三个薄膜铂电阻设置在金属管外的环境中，用于采集环境温度；通过对环境温度测量，来减少环境温度对风速测量的影响，进而提高风速测量的精度。

Thermal type wind speed sensing unit and sensor

The utility model discloses a thermal anemometer sensor unit and sensor, including metal tube, insulation board, precision heating resistor, three platinum film resistance and multichannel measurement circuit; metal tube is a hollow metal tube structure, level set, precision heating resistor and two thin film platinum resistor is connected to the metal tube on the middle position; precision heating resistor is arranged between the two film platinum resistance, and the two film platinum resistance distance equal to the distance from an end of the metal tube; precision heating resistance for constant power heating, through constant heating power resistance precision to ensure the accuracy and reliability of data; the multi channel measuring circuit for the acquisition of the upstream temperature, windward downstream temperature and ambient temperature; third platinum thin film is arranged in a metal tube environment, used for collecting environment By measuring the environmental temperature, the influence of ambient temperature on wind speed measurement is reduced, and then the accuracy of wind speed measurement is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种热式风速传感单元及传感器
本技术涉及测量领域，具体涉及一种热式风速传感单元及传感器。
技术介绍
风速传感器种类繁多，常见的风速传感器一种是根据声波信号在介质中传播与气体流动原理制作的，由超成波传感器探头、超声波发送驱动和接收处理电路组成的产品，但其测量精度易受到空气温度、杂波及干扰脉冲等影响。还有一种是根据风杯的旋转和扇叶原理制作的，由风杯组件、风向轴、风向度盘和信号处理电路组成的产品，但其风杯跟踪慢、存在机械磨损。热式风速传感单元按照传感器的结构主要分为热线式和热模式，按照对铂电阻的加热方式主要分为恒温差加热方式和恒功率加热方式，恒温差加热法在高风速时对维持温度差的恒定较为困难且电路电流过大会对整个风速测量装置产生致命伤害，而传统的恒功率加热方式难以有效消除传感器的温漂，进而给风速的高精度测量带来困难。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种热式风速传感单元及传感器，该风速传感器在一定程度上可克服现有技术所存在的难以有效消除传感器温漂的影响，提高了风速测量的精度，成本较低。技术方案：为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种热式风速传感单元，包括金属管、隔热板、精密加热电阻、三个薄膜铂电阻和多通道测量电路；所述金属管为中空结构，金属管水平设置，金属管的一端为进风口，另一端为出风口；精密加热电阻和其中两个薄膜铂电阻连接在金属管外壁上；精密加热电阻放置在两个薄膜铂电阻之间的中间位置，且两个薄膜铂电阻距离相近金属管端部的距离相等；第三个薄膜铂电阻设置在金属管外的环境中，用于采集环境温度；所述精密加热电阻用来进行恒功率加热，通过精密加热电阻功率的恒定来保证数据的准确度和可靠性；所述多通道测量电路用于采集迎风面上游温度、迎风面下游温度、环境温度。作为优选方案，所述金属管为不锈钢管。作为优选方案，所述精密加热电阻、薄膜铂电阻通过绝缘导热硅胶粘合固定在金属管外壁上。作为优选方案，所述金属管的直径为1-5mm，厚度为0.1-0.5mm，长度为60-100mm。作为优选方案，所述薄膜铂电阻为A级Pt100铂电阻。作为优选方案，两个薄膜铂电阻与精密加热电阻的间距均为5-10mm。作为优选方案，所述精密加热电阻为10-6级温漂的精密加热电阻。本技术还提供一种热式风速传感器，包括至少两个上述的热式风速传感单元，多个热式风速传感单元构成阵列。有益效果：本技术提供的热式风速传感单元及传感器，包括不锈钢管、精密加热电阻、多通道测量电路和三个薄膜铂电阻。薄膜铂电阻具有线性度稳定性高及可重复性等特点，直接用两个薄膜铂电阻测量迎风面上游温度和迎风面下游温度，另一个薄膜铂电阻用于测量环境的温度，通过对环境温度测量，来减少环境温度对风速测量的影响，进而提高风速测量的精度。附图说明图1是本技术的结构示意图；图中：不锈钢管1、精密加热电阻2、薄膜铂电阻3、薄膜铂电阻4、进风口5、出风口6、不锈钢管内腔7。具体实施方式下面结合具体实施例对本技术作更进一步的说明。如图1所示，一种热式风速传感单元，包括不锈钢管1、精密加热电阻2、薄膜铂电阻3、薄膜铂电阻4、进风口5、出风口6，此外，还包括一个用于测量环境温度的第三薄膜铂电阻和多通道测量电路。其中不锈钢管1为中空结构，内部为不锈钢管内腔7；不锈钢管1水平放置，用绝缘导热硅胶把精密加热电阻2、薄膜铂电阻3和薄膜铂电阻4紧贴不锈钢管道上表面粘合；薄膜铂电阻3和薄膜铂电阻4距精密加热电阻2两端呈等间距5-10mm水平粘合；进风口5距薄膜铂电阻3的距离与出风口6距薄膜铂电阻4的距离相等。第三薄膜铂电阻设置在环境中，用于采集环境温度值；第三薄膜铂电阻与多通道测量电路连接。工作原理：热式风速传感单元的工作原理是根据流体流过加热体的时候，迎风面上游的温度下降会比下游的温度下降快，从而导致加热体附近热场发生变化，通过测量与加热体相邻的两个薄膜铂电阻的温度差可以反映风速。考虑到环境温度对测量风速的影响，测量风速时把环境温度作为参考因素，通过将环境温度从-20℃到45℃，实际测试中每隔5℃进行风速值、环境温度、迎风面上游温度和迎风面下游温度的采集。当热式风速传感单元工作时，精密加热电阻2用于被恒功率加热，控制功率恒定，薄膜铂电阻3用于采集迎风面上游温度值Ta，薄膜铂电阻4用于采集迎风面下游温度值Tb，另一薄膜铂电阻用于采集环境温度值Th，通过获取下游温度与上游温度的差值Td(Td=Tb-Ta)、环境温度值Th与风速值，结合基于自然选择和基因遗传学原理的随机并行搜索算法，也就是遗传算法可拟合出风速值关于下游温度与上游温度的差值Td、环境温度值Th的方程，进而计算出风速值。另外，考虑野外环境下随机性的风向对热式风速传感单元风速测量精度的影响，实际使用时，热式风速传感器可由至少两个热式风速传感单元构成阵列。通常，热式风速传感单元水平面之间的夹角越小对风速测量的准确度有益。例如，阵列为两个热式风速传感单元时，热式风速传感单元水平面之间的夹角可为90°；阵列为三个热式风速传感单元时，热式风速传感单元水平面之间的夹角可为60°；阵列为六个热式风速传感单元时，热式风速传感单元水平面之间的夹角可为30°。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热式风速传感单元，包括金属管、隔热板、精密加热电阻、三个薄膜铂电阻和多通道测量电路；所述金属管为中空结构，金属管水平设置，金属管的一端为进风口，另一端为出风口；精密加热电阻和其中两个薄膜铂电阻连接在金属管外壁上；精密加热电阻放置在两个薄膜铂电阻之间的中间位置，且两个薄膜铂电阻距离相近金属管端部的距离相等；第三个薄膜铂电阻设置在金属管外的环境中，用于采集环境温度；所述精密加热电阻用来进行恒功率加热，通过精密加热电阻功率的恒定来保证数据的准确度和可靠性；所述多通道测量电路用于采集迎风面上游温度、迎风面下游温度、环境温度。

【技术特征摘要】
1.一种热式风速传感单元，包括金属管、隔热板、精密加热电阻、三个薄膜铂电阻和多通道测量电路；所述金属管为中空结构，金属管水平设置，金属管的一端为进风口，另一端为出风口；精密加热电阻和其中两个薄膜铂电阻连接在金属管外壁上；精密加热电阻放置在两个薄膜铂电阻之间的中间位置，且两个薄膜铂电阻距离相近金属管端部的距离相等；第三个薄膜铂电阻设置在金属管外的环境中，用于采集环境温度；所述精密加热电阻用来进行恒功率加热，通过精密加热电阻功率的恒定来保证数据的准确度和可靠性；所述多通道测量电路用于采集迎风面上游温度、迎风面下游温度、环境温度。2.根据权利要求1所述的热式风速传感单元，其特征在于：所述金属管为不锈钢管。3.根据权利要求1所述的热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘清惓，靳炜，杨杰，张加宏，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32