测量气流速度的方法和使用气体流经固体材料进行能量转换的方法及其所使用的测量设备或转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种通过气体流经固体材料进行能量转换的方法。本发明专利技术特别涉及一种通过气体流经固体材料来产生电压和电流的方法，这些固体材料包括掺杂半导体、石墨等等。此外，本发明专利技术还特别涉及一种使用塞贝克效应和伯努利定理相结合的方式，通过气体流经固体材料进行能量转换的方法。由于气体沿固体材料表面流动，从而在固体材料中产生电能，为此，本发明专利技术还根据气体当前流动方向，提出了测量气体流速的一种方法。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过气体流经固体材料进行能量转换的方法。本专利技术特别涉及一种通过气体流经固体材料来产生电压和电流的方法，这些固体材料包括掺杂半导体、石墨等等。此外，本专利技术还特别涉及一种使用塞贝克效应和伯努利定理相结合的方式，通过气体流经固体材料进行能量转换的方法。由于气体沿固体材料表面流动，从而在固体材料中产生电能，为此，本专利技术还根据气体当前流动方向，提出了测量气体流速的一种方法。
技术介绍
沿气体流动方向测量气流速度在许多使用环境下都是非常重要的。例如，在海洋或江河上，沿气体流动方向精确确定风速对预测潮汐形式以及可能产生的气象变化等都是非常重要的。在航空学上，风速的测量也至关重要，诸如在风洞中测量飞机设计时的航空动力学特性。在另一个区域里，对风速的测量也很重要，这就是机场，其特征是，精确测量风速可增加飞机起飞和降落时的安全系数。还有另一个领域，风速的测量也很重要，这就是灾害控制领域。风速的精确测量对预测自然灾害如台风、龙卷风和雪崩发生的潜在可能性也非常有用。另外，由于气体沿固体材料流动可产生电能之缘故，测定气流速度也有助于能量的转换。因而，气体的动能可以转换为电能。这种用途在医疗仪器、度量衡学、污染检测、汽车工业、飞机和显微镜学等领域都有着极大的重要性。沿气体流动方向测量气流速度的技术，目前已知的就有好几种方法。例如，一种低速流场速度测量方法，它包含了粒子成像测速法，它是由气体中的悬浮微粒组成。在沿气体流动的平面横断面上使用一种快速电荷耦合器件，以反映胶体微粒情况。小晶粒胶体微粒可使用一个激光薄板来照射。电荷耦合器件摄像机以电子的形式将粒子散射的光记录下来。对所取得的成像进行分析可测定颗粒分离情况，进而测定了颗粒的速度，而这些颗粒则是假设沿流动通路流动的。然而，这种方法有着几种不利之处。主要缺点是其基本依据假设，即假设所有悬浮微粒都是沿流动方向运动。这就是说，在出现大粒度颗粒或流速非常缓慢的情况下，不一定会是这样。如此以来，这种方法的应用就限定在流速大于每秒2厘米的流速。这样，同样在采用这种方法时非常重要的是，要确保颗粒粒度很小，小到能保证其可以随气体流动而流动，但同时又要足够大，大到能足以有效地散射光。所需要的设备(激光、电荷耦合器件摄像机)体积也要很大。另一个缺点是该方法完全依赖成像分析，进而也就完全依赖于分析算法。由于粒子成像测速法测量的是悬浮微粒的速度，没有相对于气流速度的直接数字信号，因而纯气体的流动速度便得不到测量。另外，该方法不适合缺少光学通道的系统使用。另一个缺点是所要求的设备诸如激光和电荷耦合器件的价格非常昂贵。在现有的气流速度测量技术中，人们已知的另一个方法是多普勒测速法，它包括对来自气体的散射光的多普勒偏移的测量。在气体穿过两个激光光束的交叉点时，该方法依靠的是从气体接收的散射光强度波动。入射光和散射光之间的多普勒偏移等同于强度波动频率，因此强度波动频率与位于两个激光光束平面内的气流速度分量成正比，且垂直于两个光束的二等分线。然而，这个方法还具有其它几个缺点。该方法在颗粒速度大于每秒0.1厘米时可以操作使用。该方法还需要使用体积大，价格昂贵的设备，例如使用相当数量的激光器和数字计数器。该方法的另一个重大缺点是其局限在一个单点测量上。类似于粒子成像测速法，这种方法还要求颗粒粒度要小到能够很容易地沿气体流路流动，但又要大到能够产生高于噪音门限的所需信号。另外，如果系统在测量体积点处缺少进入气流通路的光学入口，那么这种方法也不能在这种系统装置上使用。信号电平取决于检测器的立体角。结果，尽管米氏散射强度在前向方向上非常好，但仍很难设置前向接收光学装置，因为它必须与移动的测量体积始终保持对正。可能会出现这样的情况，即射频干扰情况下速度较高，产生的噪音也较大。另外，类似于峰值反向电压(PIV)法，由于没有对应于气流速度的直接数字信号，结果非颗粒气体的流速也不能测量。这种方法只适合含有气体的悬浮微粒，而不适合纯净气体。美国专利(专利号3,915,572和6,141,086)介绍了一种测量物体速度或风速的激光多普勒测速仪，用来测量物体的速度或相对速度(如汽车等)或用在测风时，测量真空速或风梯度，如风的切变等。测量流体速度的另一种已知方法是使用一种电加热传感器测量传热变化情况，这种电加热传感器可以是一根金属丝或一个薄膜，通过一个电子控制电路使其保持在一个预先设定的恒定温度上。将加热传感器置于将要进行速度测量的流体中。流经传感器的流体就会冷却加热传感器，后者通过电子控制电路提高电流而得到补偿。这样，流体的流速就根据电子控制电路加到加热器上的补偿电流情况而进行测量。但是，采用这种方法时，研究中的流体的温度、压力或成分的轻微变化都可能导致读数的不正确。为了保持加热传感器的相对精确的测量结果，还必须使用一个复杂的补偿电子器件，以便根据环境参数的变化情况对传感器不断地进行校准。此外，这种补偿电子器件甚至也会出现错误。加热传感器一般都是在大于每秒1厘米的流体流动速度下工作，而不适合在很低的流速下使用。流体流动速度低时，气体中常规电流则会造成传感器故障。美国专利(专利号6,470,471)介绍了一种使用加热电阻丝的气体流量传感器，这种加热电阻丝通常称之为热丝式气流速度计。美国专利(专利号6,112,591)介绍了一种高响应、传热探测式流量传感器，它是根据IC生产所使用的一种微加工技术制作的。这种传感器通过控制两个元件之间的气体流动方向或使用其中流体流动特性，来改善从加热元件到受热(感应)元件之间的热传输效率。另外，人们为了测量差动压力，在沿集成流体限定面上，使用若干个成对压电电阻式压力传感器来计算高粘度流体的流速。但是，这种器件测量的是体积流速，而不是流动速度。再则，这种方法只适合测量小流速。然而，还有一种测量流速的方法，该方法使用了旋转式流速仪，该旋转式流速仪依靠若干个涡轮工作。流经涡轮的气体的动作使得涡轮转动，因此，该涡轮又称为转轮。转轮的旋转频率取决于气体的速度，而旋转频率的测量则是使用一种光电系统或通过电子感应方波脉冲来进行，这种方波脉冲是镶嵌在涡轮叶片内的磁铁产生的。另外，传感器装置的体积大小大约50立方厘米。旋转式流速仪适合在冷却系统中使用，不论气体性质如何(纯净气体还是带颗粒的气体)，该传感器可以测量气体流动方向是否为正向流动还是反向流动。从以上介绍可以看出，目前已知的流速测量方法有多种多样，但这些方法都具有各种不同的缺点或不利之处。粒子成像测速法和多普勒测速法都要求具备光学通路，而且使用激光器。结果，它们都不适合在生物系统等设备下使用。设备体积较大，价格昂贵。热风力和风速测量法需要使用大体积的气体，旨在将对流气流降到最小，而且一般情况下只适合大速度。因此，它不适合于某些低流速小体积流体的系统装置。旋转式流速仪、压力传感器和涡流传感器等都不能直接测量流速，而且只能测量体积流速。调查研究的另一个重要领域就是能量的转换和能量转换装置，这些装置经济实用而且使用寿命长。需要能量转换装置的另一个领域就是供电领域，提供生活用电和工业用电。目前，全球对电能的需求是依赖三种来源核能、火力和水力发电。考虑到发生辐射泄漏的潜在可能性，核电力装置要求采取昂贵的安全设备和措施。火力发电装置则使用矿物燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量气流速度的方法，不论气体性质如何或气流速度如何，所述方法包括将一个流量传感器固定在气流中，所述流动传感器又包含至少一个与气流成一个角度布置的导电固体材料，至少一个将所述至少一个导电材料连接到一个电测量设备上的导电元件，气体流经至少一个固体材料，在固体材料上产生的压力梯度的作用下，该固体材料沿气体流动方向产生电流，所述电能由所述导电元件传输到所述电测量设备，该设备提供有一个通向气流方向的外部接口，从而测量所述流体流动时产生的电能。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿贾伊库马尔索德，尚卡尔高希，
申请(专利权)人：印度科学院，
类型：发明
国别省市：IN[印度]