三、风速的测量

三、风速的测量

风速可用风速仪准确测量。测量风速的仪器称为风速仪。下面介绍几种常用的风速仪。

1.风杯风速仪

风杯风速仪的感应部分由三个或四个风杯等距离地固定在架子上而构成，风杯呈圆锥形或半球形，由轻质材料制成。风杯和架子一同安装在垂直的旋转轴上，旋转轴可以自由转动，所有风杯都顺着同一方向。目前测量风速普遍采用的是风杯风速仪。

风杯风速仪是一个阻力装置，如图2-13所示。当风从左边吹来时，风杯a平行于风向，几乎不产生推动作用；风杯b的凹面迎着风，凹面迎风阻力大；风杯c的凸面迎着风，凸面迎风阻力小。于是，风杯b和c在垂直于风杯轴方向上产生压力差，在压力差的作用下，风杯顺着凸面方向顺时针旋转。风速越大，起始的压力差越大，风杯转动速度就越快，最后会达到一个平衡转速。

风杯b顺风转动，所受的风压力相对减小，相反，风杯c逆风转动，所受的风压力相对增大，于是压力差不断减小，如果风速不变，经过一段时间后，作用在三个风杯上的压力差为零，风杯达到一个平衡转速。

在风杯风速仪转轴下有两个被包围在定子中的多极永磁体，利用风杯的转速指示器测出随风速变化的电压，从而显示出相对应的风速值。风杯风速仪启动风速要求不高，风速为1～2m/s时就可以启动。风杯风速仪具有一定的滞后性，风杯随风加速快，但是减速慢，风杯达到匀速转动所需的时间比风速的变化时间慢。例如，当风速较大又很快地变小甚至为零时，由于惯性作用，风杯会继续转动，不会很快停下来。这种滞后性使得用风杯风速仪测量风速不够准确。一般用风杯风速仪测量0～20 m/s的风速时比较准确，而且在测量准确度上三杯比四杯高，圆锥形比半球形高，测定平均风速比瞬时风速准确。

2.螺旋桨式风速仪

螺旋桨式风速仪是一种桨叶式风速仪，由若干片桨叶按一定的角度等距离地安装在同一垂直面内，如图2-14所示。桨叶有平板叶片的风车式和螺旋桨式，其中由3～4片叶片组成的螺旋桨式比较常见。叶片由轻质材料制成，桨叶正对风向，在升力的作用下旋转，旋转速度正比于风速。螺旋桨式风速仪启动风速较高，灵敏度不及风杯风速仪。

3.压力板风速仪

压力板风速仪如图2-15所示，它包括摆动盘、水平臂、垂直轴。风向标使摆动盘始终垂直于气流，摆动盘在气流压力的作用下向内摆动，摆动幅度取决于风力强度。压力板风速仪较适合于测量大风。

4.压力管风速仪(https://www.daowen.com)

压力管风速仪中最常见的就是利用皮托管的工作原理，它包括全压探头和静压探头，利用空气流的总压和静压之差测量风速。通过合理地调整皮托管各部分的尺寸，可以使总压和静压的测量误差接近于零。

图2-16所示为标准皮托管的结构简图。

采用压力管风速仪测量风速时，风速的计算公式为

式中，v为风速，p为全压，p0为静压，ρ为空气密度。

5.超声波风速仪

超声波风速仪利用声波在大气中的传播速度与风速的函数关系来测量风速，如图2-17所示。声波在大气中的传播速度为声波传播速度与气流速度的代数和，它与气温、气压和湿度等因素有关。在一定的距离内，声波顺风传播和逆风传播有一个时间差，利用这个时间差便可测得气流速度。

超声波风速仪在0～65 m/s的风速范围内测得的风速比较准确，而且没有转动部件，响应快，能够测定任何指定方向的风速，但其价格昂贵。