高性能風(fēng)速檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，系統(tǒng)可以產(chǎn)生寬范圍、高穩(wěn)定性和均勻性的流場(chǎng)，用于多種風(fēng)速測(cè)量?jī)x表的快速準(zhǔn)確檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)際上在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)(如生產(chǎn)企業(yè)有害煙氣量排放的測(cè)量)，室內(nèi)通風(fēng)環(huán)境空氣質(zhì)量的檢測(cè)(如大型建筑中央空調(diào)通風(fēng)換氣能力的測(cè)量)，安全生產(chǎn)(如煤礦通風(fēng)換氣能力的測(cè)量)，氣象預(yù)報(bào)等行業(yè)領(lǐng)域中大量廣泛使用著空氣流速測(cè)量?jī)x器。此外，空氣流速不僅是航空航天、精密測(cè)量等前沿科研領(lǐng)域所必需解決的測(cè)量問(wèn)題，也是體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館，如奧運(yùn)會(huì)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館達(dá)標(biāo)的指標(biāo)之一。因此，空氣流速測(cè)量與國(guó)防科研、環(huán)境保護(hù)、人民生活都有著緊密聯(lián)系。
[0003]隨著風(fēng)速測(cè)量?jī)x表的快速發(fā)展，其種類(lèi)多樣化、測(cè)量準(zhǔn)確度顯著提高，而大量風(fēng)速儀表的檢測(cè)工作依靠傳統(tǒng)的測(cè)風(fēng)裝置，已經(jīng)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求，很多高準(zhǔn)確度的風(fēng)速計(jì)對(duì)風(fēng)場(chǎng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求都很高。國(guó)際上風(fēng)洞的發(fā)展非常早，英、德、法、美、日等國(guó)家多采用以LDA為風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)量擴(kuò)展不確定度U=2)從0.1%?2.5%不等。雖然以LDA為標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)速檢測(cè)裝置風(fēng)速測(cè)量不確定度較小，但LDA的價(jià)格及其昂貴，系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，檢測(cè)時(shí)參數(shù)設(shè)置繁瑣，標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)中要求嚴(yán)苛，檢測(cè)結(jié)果受溫度、煙氣發(fā)生質(zhì)量、被檢儀器固定位置等眾多因素影響，發(fā)出的煙氣還容易污染被檢的風(fēng)速儀。國(guó)內(nèi)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)的的很多風(fēng)速檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，流場(chǎng)整定效果差，控制部分很簡(jiǎn)易，變頻調(diào)速方式大都采用落后的電位器調(diào)節(jié)方式，風(fēng)場(chǎng)的穩(wěn)定性不高，均勻性較差，量程范圍較窄，通常其流場(chǎng)均勻性在1.5%左右，流場(chǎng)穩(wěn)定性在0.5%左右，量程比小于1:70。風(fēng)場(chǎng)穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)，裝置的整體性能不高，嚴(yán)重制約了風(fēng)速儀表檢測(cè)和科研工作的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種便于對(duì)風(fēng)速測(cè)量?jī)x表進(jìn)行檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)的高性能風(fēng)速檢測(cè)系統(tǒng)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括入口段、第一擴(kuò)散段、第一拐角段、風(fēng)扇段、過(guò)渡段、第二擴(kuò)散段、第二拐角段、整流段、穩(wěn)定段、縮流段、試驗(yàn)段，其結(jié)構(gòu)要點(diǎn)入口段、第一擴(kuò)散段、第一拐角段、風(fēng)扇段、過(guò)渡段、第二擴(kuò)散段、第二拐角段、整流段、穩(wěn)定段、縮流段依次首尾相連呈下長(zhǎng)邊中部開(kāi)口的長(zhǎng)方形，長(zhǎng)方形下長(zhǎng)邊開(kāi)口處為試驗(yàn)段，入口段、縮流段分別置于長(zhǎng)方形下長(zhǎng)邊開(kāi)口的兩側(cè)，第一拐角段、第二拐角段分別置于所述長(zhǎng)方形兩側(cè)短邊上(所述入口段、第一擴(kuò)散段、第一拐角段、風(fēng)扇段、過(guò)渡段、第二擴(kuò)散段、第二拐角段、整流段、穩(wěn)定段、縮流段均采用筒體結(jié)構(gòu))。
[0006]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述風(fēng)扇段內(nèi)設(shè)置有風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)軸與直流電機(jī)輸出軸相連，直流電機(jī)控制信號(hào)輸入端口與變頻調(diào)速器的控制信號(hào)輸出端口相連，變頻調(diào)速器的控制信號(hào)輸入端口與程控器的控制信號(hào)輸出端口相連，程控器的控制信號(hào)輸入端口與工業(yè)控制機(jī)的控制信號(hào)輸出端口相連；所述直流電機(jī)的軸段設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)輸出端口與工業(yè)控制機(jī)的信號(hào)輸入端口相連；所述縮流段出口處設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速儀，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速儀的信號(hào)輸出端口與工業(yè)控制機(jī)的信號(hào)輸入端口相連。
[0007]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述風(fēng)機(jī)的葉片采用鋁合金葉片，風(fēng)機(jī)的葉片和輪緣采用數(shù)控一次成型結(jié)構(gòu)；所述縮流段采用雙三次曲線結(jié)構(gòu)；所述穩(wěn)流段采用六邊形蜂窩發(fā)生器裝置。
[0008]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明還包括手持控制器，手持控制器上設(shè)置有所述風(fēng)機(jī)的風(fēng)速設(shè)定按鈕，控制器的信號(hào)傳輸端口通過(guò)485串口與所述工業(yè)控制機(jī)的信號(hào)傳輸端口相連。
[0009]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述工業(yè)控制機(jī)的信號(hào)輸入端口與信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸出端口相連，信號(hào)采集模塊的信號(hào)輸入端口分別與壓力變送器的信號(hào)輸出端口、溫濕度變送器的信號(hào)輸出端口、標(biāo)準(zhǔn)皮托管處壓差檢測(cè)壓差變送器的信號(hào)輸出端口、喇叭口調(diào)整板處溫度檢測(cè)溫度變送器的信號(hào)輸出端口相連，標(biāo)準(zhǔn)皮托管設(shè)置在所述縮流段出口處，調(diào)整板設(shè)置在入口段(溫度、壓力、濕度變送器可以自動(dòng)進(jìn)行風(fēng)速修正，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)皮托管得到)。
[0010]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述風(fēng)扇段與過(guò)渡段通過(guò)非金屬減震筒連接，減震筒兩端分別通過(guò)密封卡帶與風(fēng)扇段、過(guò)渡段非剛性連接。
[0011]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述第二拐角段設(shè)置有氣流導(dǎo)向板。
[0012]作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述工業(yè)控制機(jī)發(fā)出指令至變頻調(diào)速器，變頻調(diào)速器控制風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，逐步達(dá)到要求的風(fēng)速值，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器監(jiān)視風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋給工業(yè)控制機(jī)，工業(yè)控制機(jī)比較實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速的偏差，有偏差則進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速儀將標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速也反饋給工業(yè)控制機(jī)，用于監(jiān)視實(shí)際風(fēng)速值與設(shè)定風(fēng)速值的偏差，如果有偏差則進(jìn)行調(diào)整。
[0013]調(diào)整轉(zhuǎn)速的方式為兩種，一種為雙閉環(huán)方式，用于風(fēng)速設(shè)定偏差較大的情況下，這種方式是依據(jù)預(yù)先設(shè)定的風(fēng)速轉(zhuǎn)速控制曲線進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，設(shè)定風(fēng)速通過(guò)控制曲線函數(shù)進(jìn)行計(jì)算得到轉(zhuǎn)速值，變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)電機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速值，并計(jì)算風(fēng)速值偏差，如有偏差反饋給工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行再調(diào)節(jié)；另一種方式是采用分離型PID調(diào)節(jié)方式，用于風(fēng)速設(shè)定偏差較小的情況下，調(diào)節(jié)前需要設(shè)定閾值參數(shù)以及PID參數(shù)，調(diào)節(jié)時(shí)在設(shè)定閾值以下用轉(zhuǎn)速風(fēng)速控制曲線進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)節(jié)，達(dá)到閾值以后采用PID進(jìn)行調(diào)節(jié)(系統(tǒng)的調(diào)速采用雙閉環(huán)和分離型PID兩種控制方法結(jié)合，達(dá)到對(duì)氣體流速的快速調(diào)節(jié))。
[0014]其次，本發(fā)明所述控制曲線為通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)用最小二乘法擬合的控制曲線。
[0015]另外，本發(fā)明所述雙閉環(huán)方式的內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)，外環(huán)是速度控制環(huán)；每一個(gè)環(huán)都含有一個(gè)調(diào)節(jié)器，對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速；風(fēng)機(jī)的風(fēng)速控制采用前饋-反饋控制；前饋控制利用預(yù)先植入工業(yè)控制機(jī)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速-風(fēng)速的數(shù)學(xué)模型控制轉(zhuǎn)速，控制曲線采用實(shí)驗(yàn)擬合轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的曲線；如果未達(dá)到風(fēng)速要求，則反饋進(jìn)行控制，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的幅度由當(dāng)前風(fēng)速與設(shè)定風(fēng)速之差決定；當(dāng)風(fēng)速大于閾值后，分離型PID調(diào)節(jié)方式采用比例積分和微分進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。
[0016]本發(fā)明有益效果。
[0017]本發(fā)明采用環(huán)路方式，使風(fēng)扇產(chǎn)生的不穩(wěn)定流場(chǎng)經(jīng)過(guò)過(guò)渡段、擴(kuò)散段、拐角段、整流段、穩(wěn)定段、縮流段的整理，形成均勻穩(wěn)定的流場(chǎng)，在試驗(yàn)段可以進(jìn)行各類(lèi)風(fēng)速測(cè)量?jī)x表的檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)。
[0018]經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院檢測(cè)裝置的測(cè)量范圍達(dá)到0.2m/s?50m/s，裝置的流場(chǎng)均勻性?xún)?yōu)于0.37% ;流場(chǎng)穩(wěn)定性?xún)?yōu)于0.10% ;流場(chǎng)紊流度優(yōu)于0.68%。多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于國(guó)內(nèi)外技術(shù)機(jī)構(gòu)同類(lèi)裝置的技術(shù)水平。
【附圖說(shuō)明】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明保護(hù)范圍不僅局限于以下內(nèi)容的表述。
[0020]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖所示，本發(fā)明包括直流電機(jī)、風(fēng)機(jī)、過(guò)渡段、擴(kuò)散段、拐角段、整流段、穩(wěn)定段、縮流段、試驗(yàn)段、入口段。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制和分離型PID組合的方式進(jìn)行控制，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)，外環(huán)是速度控制環(huán)，直流電機(jī)軸段加裝旋轉(zhuǎn)編碼器作為速度控制環(huán)的反饋。每一個(gè)環(huán)都含有一個(gè)調(diào)節(jié)器，可以實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速和調(diào)磁調(diào)速，能夠增加直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍，改善電動(dòng)機(jī)的低速特性。這種控制方式下，風(fēng)速的控制是通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。風(fēng)速控制系統(tǒng)采用前饋-反饋控制系統(tǒng)。前饋控制是指利用預(yù)先植入工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速-風(fēng)速的數(shù)學(xué)模型控制轉(zhuǎn)速，控制曲線采用大量實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的曲線，通常情況下可直接達(dá)到所設(shè)定的風(fēng)速，如果未達(dá)到風(fēng)速要求，則反饋進(jìn)行控制，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的幅度由當(dāng)前風(fēng)速與設(shè)定風(fēng)速之差決定，一般情況下，至多進(jìn)行一次調(diào)整就可達(dá)到所設(shè)定的風(fēng)速。
[0023]當(dāng)風(fēng)速的控制要求較高，如風(fēng)速誤差小于0.2m/s時(shí)，采用雙閉環(huán)和分離型PID控制方式進(jìn)行控制，由于風(fēng)速控制是靠控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的，不同于溫度控制，電機(jī)不能一下達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速，會(huì)對(duì)電機(jī)有非常大的損傷，所以采用兩種控制方法結(jié)合進(jìn)行控制。系統(tǒng)軟件預(yù)先設(shè)定有閾值，在達(dá)到閾值之前，控制系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方式達(dá)到設(shè)定閾值的風(fēng)速，這時(shí)系統(tǒng)采用內(nèi)置的通過(guò)實(shí)驗(yàn)擬合得到的轉(zhuǎn)速風(fēng)速調(diào)節(jié)曲線進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)風(fēng)速大于閾值后分離型PID控制方式介入進(jìn)行風(fēng)速控制，PID控制方式采用比例積分和微分進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。
[0024]采用標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速儀和標(biāo)準(zhǔn)皮托管的雙標(biāo)準(zhǔn)器方式，實(shí)現(xiàn)了超寬的風(fēng)速測(cè)量范圍，達(dá)到了普通兩個(gè)風(fēng)洞