[发明专利]低温、低气压环境下风速测量方法

说明书

本申请公开了一种低温、低气压环境下风速测量系统及风速测量方法，风速测量系统包括热球风速传感器、真空毫伏信号变送器、环境温度传感器、环境压力传感器、串口服务器、终端设备、数据采集仪器和空间环境模拟设备，真空毫伏信号变送器上设有温度传感器和薄膜电加热器，温度传感器用于获取真空毫伏信号变送器的运转温度，薄膜电加热器用于控制真空毫伏信号变送器的运转温度。终端设备根据环境温度传感器数据、环境压力传感器数据和热球风速传感器输出信号，基于标定数据进行三元函数插值获得低气压下的风速值。本发明可靠性高，结构简单，可实现‑60℃以下低温，10³Pa～10⁵Pa低真空环境下的风速测量。

技术领域

本发明一般涉及航天器地面试验技术领域，具体涉及一种低温、低气压环境下风速测量系统及风速测量方法。

背景技术

随着航空、航天领域任务的多样化，平流层探测、行星表面探测任务提出了对低真空、低温环境下风速测量的需求，一般而言压力范围可达10³～ 10⁵Pa，温度范围可低至-60℃以下，为了在地面达到性能测试、验证等目的，在地面试验中对当前风速进行原位测量是试验中必须解决的难点问题之一。

目前针对低真空、低温环境下的风速测量工作主要包括：

通过动压原理进行测量，由于动压和风速间可直接进行换算，通过皮托管、五孔探针等可对风速进行测量，由于需要将测量压力的管路引入容器外进行测量，其系统较为复杂，难以对多点风速进行测量；

通过超声原理进行测量，由于声速仅和温度、气体成分相关，通过超声传感器可以对低气压风速进行测量，但往往需要对换能器进行重新设计，且体积同样较大，不适合于多点测量；

热线风速测量，标定后可以用低真空、低温下的风速测量，但成本较高；

文氏管测量，一般仅用于风速基准源，无法作为试验中的多点测量。

热球风速传感器是目前工业中常用的热式风速传感器之一，其具有结构简单，成本低等特点，广泛应用于常温、常压下的风速测量领域。在低真空、低温下使用热球风速传感器对风速进行测量的主要技术难点在于：首先热球风速传感器往往使用热电偶进行测量，线缆的延长、穿舱密封会造成额外的误差，影响电偶测量精度，进而影响风速换算。其次与热球风速传感器配合使用的测量仪表的运转温度会受到低温、低压环境的影响，存在较大的测量偏差，降低热球风速仪在试验中的可靠性。因此，设计和发明一种用于低真空、低温环境下使用的热风速测量系统具有积极的现实意义。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种低温、低气压环境下风速测量系统及风速测量方法。

为了克服现有技术的不足，本发明所提供的技术方案是：

本发明提供一种低温、低气压环境下风速测量方法，其特殊之处在于，所述方法包括：

步骤S10：读取标定数据，所述标定数据包括每个标定温度和标定压力下，真空毫伏信号变送器输出电压到风速的对应数组u[n]，V[n]；

步骤S20：根据环境温度传感器读取当前温度，根据环境压力传感器读取当前压力，根据真空毫伏信号变送器读取输出电压；

步骤S30：若当前温度和当前压力改变，执行步骤S40；若当前温度和当前压力未改变，执行步骤S60；

步骤S40：从所述标定温度T1、T2、T3…Tn中选取与所述当前温度最接近的Ti、Ti+1，从所述标定压力P1、P2、P3…Pn中选取与所述当前压力最接近的Pi-1，Pi，Pi+1；

步骤S50：对所述标定压力采取二次插值，对所述标定温度采取线性插值，获得所述当前温度和所述当前压力下所述输出电压到所述风速的对应数组u[n]，V[n]并存储；