轻便遥测风向风速表

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测量风速的感应器是球形或锥形的风杯。当风杯在气流中旋转时,其旋转速度与风速成正比,即风速等于三倍风杯转速。因此我们可以通过测量风杯的转速来实现风速的测定。

现在常用的风速表,多采用机械传动计数测速。这种方式会使风杯旋转摩擦系数增大,降低仪器的灵敏度,也难以实现遥控。这里介绍一种用晶体管电路控制的风速表,它具有可遥测、轻便、起动风速小、机械结构简单等优点。

图1是风速表整机电路图,它是由开关电路、平均风速显示电路、瞬时风速显示电路、报时电路和电源几部分组成。

图1
图1 🔍原图 (1794×863)

风杯转速的电量变换,是利用开关电路来实现的。振荡管BG\(_{1}\)与L1、L\(_{2}\)组成互感耦合振荡回路,L2为反馈线圈。L\(_{1}\)用φ0.1毫米漆包线绕80匝,L2用φ0.12毫米漆包线绕2匝,L\(_{3}\)用φ0.12毫米漆包线绕40匝,磁芯系一般电子管中周磁芯。振荡电压由L3输出,经D\(_{1}\)整流供给BG2的基极,使BG\(_{2}\)导通,BG3截止,开关电路输出电压等于零。若电路停止振荡,L\(_{3}\)无输出,BG2截止,BG\(_{3}\)导通,开关电路输出一个正脉冲。

在风杯轴下端装一个四齿薄铝圆盘,铝盘的齿刚好置于L\(_{1}\)和L2之间(如图2所示)。当铝盘随同风杯一起旋转到铝齿恰好处于L\(_{1}\)、L2之间时,L\(_{3}\)的磁力线大部分在铝齿上产生涡流,L2耦合的信号不足以维持电路振荡,只有齿片移开后,耦合恢复,振荡才重新建立。由于圆盘上有四个齿,风杯每旋转一周开关电路输出四个正脉冲,记住单位时间内的脉冲数,便可算出风速的大小。

图2
图2 🔍原图 (291×371)

在实际使用时,一般需观测两分钟内风速的平均值,本仪器采用积分电路来实现两分钟内脉冲的积累。BG\(_{4}\)、BG5组成单稳态电路。静态时BG\(_{4}\)导通,BG5截止。当开关电路有输出时,经C\(_{7}\)、R13微分后的负尖脉冲使电路翻转,BG\(_{4}\)截止、BG5导通。BG\(_{4}\)的截止导致BG6导通,输出电流使C\(_{9}\)充电。BG6在电路中接成共基极电路,这样当C\(_{9}\)被充电两端电压升高,BG6发射极—集电极间电压降低时,发射极输出的电流不变,保证了充电脉冲数与C\(_{9}\)上的充电电压成正比。测量C9两端电压时,要求用内阻很高的电表,一般电表不能直接测量。为了解决能用一般电表测量的问题,在电路中采用了两只输入阻抗高,输出阻抗低的结型场效应管BG\(_{7}\)、BG8组成直流放大器,将C\(_{9}\)上的电压放大后再用一般电表测量。

报时电路由单结晶体管延时电路和音频振荡电路构成。合上观测开关K\(_{2}\),电源经继电器J的常闭触点J1-1、W\(_{4}\)、R24向C\(_{1}\)0充电。两分钟后C10充电至单结晶体管的峰点电压,单结晶体管导通,C\(_{1}\)0通过继电器J放电,J吸合,常开触点J1-22闭合使J自锁。此时音频振荡器就接通电源立即振荡,喇叭发出声音报时。同时,J的第二组接点J\(_{2}\)-1断开,J2-2闭合,把C\(_{9}\)接入平均风速测量电路,电表指示的即为该两分钟内的平均风速。常开触点J3-2在J通电工作时为C\(_{1}\)0提供泄放残存电荷通路,以保证下次使用时延时准确。

在瞬时风速显示电路中,BG\(_{1}\)0为开关管。静态时截止,电源经R31、W\(_{5}\)、D4、R\(_{33}\)向C14充电。当BG\(_{3}\)导通,开关电路有输出时,BG10导通,C\(_{14}\)经BG10、D\(_{3}\)向微安表放电。流过微安表的平均电流值,取决于单位时间内C14放电的次数,即取决于开关电路单位时间内输出的脉冲数。所以把“平均、瞬时”显示开关K\(_{3}\)扳至“瞬时显示”,电表的读数就是当时的瞬时风速。

电源为一般串联负反馈稳压电路。电源变压器初级用φ0.2毫米漆包线绕1500匝,次级15伏档用φ0.51毫米漆包线绕105匝,6.3伏档用0.72毫米漆包线绕45匝,磁芯尺寸2.2×3.2毫米。

图3是测风向的电原理图,风向感应器是风向标。风向标下联有三角形的铜触点,铜触点可和印刷电路板上腐蚀成的八个方位块接触,每个方位块代表一个方向,分别通过电线接一个灯泡,灯泡的另一极接至图1中6.3伏档的A点。三角形铜触点接感应器外壳(接地)。当风标转动时。铜触点与相应方向的方位块接触,使该方向灯泡与电源构成回路,于是灯泡发亮在室内指示方向。有时三角铜触点同时接通两个方位块,如北方、东北方灯泡都亮,风向就记为“北东北”,这样就能利用8个灯泡显示出16个方向。

图3
图3 🔍原图 (943×535)

调试与使用:

W\(_{3}\)是零点调节电位器,在C9未接入测量电路时,调节W\(_{3}\)使电表指示为零。W2是平均风速刻度调节,设计使仪器测量最大风速时,电表指示为满刻度。W\(_{1}\)调节C9的充电电流。W\(_{4}\)是延时调节。W5调节C\(_{14}\)充电电流。作为瞬时显示电表刻度校正。

仪器的调测是把感应器置于已知流速的气流中,分别读出瞬时和平均的电表读数。如此测出五个或更多个风速的电表读数,然后按图4所示绘成查对图表。

图4
图4 🔍原图 (768×398)

使用时,感应部分安置在测场,印刷电路板腐蚀成的八个方位块安装时,要与实际方向对准确。用时先开电源开关K\(_{1}\),风向应有指示,再扳下观测开关K2,然后把开关K\(_{3}\)扳至“瞬时显示”,若有风则电表的指示为瞬时风速。等报时器发出声响后,把K2扳至“平均显示”,电表的指示为平均风速。利用图表4。 就可以查出实际的瞬时风速值和平均风速值。用完后关断K\(_{1}\)、K2。(吴绍金)