风言风语之三——测风技术（热式风速传感器）

风言风语之——测风技术

当前测风技术丰富多样、风速传感器品类繁多，其技术特点和应用形式也各有不同。但有关描述风特性的指标并不是很多，主要有：风速、风温、风向、风压等，暖通空调中的风量是基于以上参数的间接计算值。这里仅以最主要的指标——风速（空气流速）作为参照指标，简略概括一下常见的测风技术和传感器仪器等。

NO1  机械式测风 ——主要指转杯式或叶轮式测风。其原理是当风驱动扇叶或风杯使其旋转，扇叶或风杯的转速和风速呈现正比例关系。通过测量扇叶或风杯的旋转来反映实际风速的大小。从信号转换及采集角度，常通过测量电机速度、触电开合速度、以及闪光速度来间接测量风速。

机械式测风优缺点：机械式测量优点在于，机构精简便于操作，抗外界干扰能力强，经济性好；缺点是采用机械式测量一个不能忽视的因素就是摩擦力的影响。摩擦力的影响直接导致了测量精度和最大限值风速的测量不准确。此外这种测量方式对于突变风的灵敏度不高也是其缺点之一。比如启动风速往往就需要0.5m/s以上，可测试下限范围不理想，适合测试高风速。

NO2 比托管测风 ——利用特定的结构，将风总压（动压+静压）和静压分开，产生压差对应风速。皮托管的构造头部为半球形，后为一双层套管。对于不可压缩流动，根据伯努利方程和能量方程可求出气流马赫数，进而再求速度。

缺点：皮托管很难精确测试低于2m/s和超声范围的风速；同时压差与大气压、温度紧密相关，必须实时测试风温和气压进行修正才能相对准确。

NO3  超声波测风 ——加载一个超声波机械能，空气为载体，流速和波传播速度叠加产生对于关系。基本原理是根据声波信号在介质中传播与气体流动的关系来实现测量的。速度差不能直接测量，一般转换成超声波在顺风和逆风路径上传播的时间差。

优缺点：优点采用非接触式测量，不干扰风场，无压力损失；不存在机械磨损；可捕捉瞬时的风速微小变化，不要求启动风速。缺点，对安装要求十分严格；其次，结构较为复杂，故障排除较困难，所以对安装地点环境的要求较高。

NO4  热式传感技术 ——加热的热敏可变阻性器件或材料（热敏电阻，PTC或NTC，或热电偶）其散热速率和风速对应函数关系。从结构形式可分为热线、热球、热膜式等。

风温测试：基于以上的基本原理可知，影响热平衡的除了风速外界因素，还有当前的环境温度。即环境温度和风速的不同组合都会使得感风器件产生一样的电信号。这样，就必须知道当前温度值，计算出环境温度引起的散热变化量，才能准确计算风速引起的散热变化，实现风速的测试。

基本原理：激光测量法激光激光多普勒测速仪的测量方式分为相干方式和非相干方式2种。目前常采用非相干方式。大气后向散射光进入频率检测器件，频率检测器件对不同的频率具有不同的透射率，从而将频率信号转化为强度信号，根据信号强度可以得到多普勒频移信息。

优缺点：激光多普勒测速仪具有以下优点：非接触式测量，对流场无干扰；空间分辨率高，测量点的空间容积很小，满足点测量的要求；测量精度高，测量公式是一个精确的物理关系式，基本上与流体的其他特征无关，如温度、压力等。缺点就是价格昂贵、操作维护困难。且是一个系统性产品，需要专业软件支撑。

正视差距，砥砺前行

测风传感器及仪器同其它科学仪器一样，和发达国家相比，依然差距巨大，特别是测试仪器。造成巨大差距的原因是多方面的，也很复杂，有历史原因、战略失策、意识落后、外部冲击等等。

下面用令人痛惜的激光多普勒测速仪为例，就能体会到我们究竟错失了多少机遇：

1964，哥伦比亚大学将频移用于测速，提出人实为留美华人叶寅，其父叶楷也是清华大学教授。1971 DISA(丹麦丹迪DANTEC公司前身)推出LDA（Laser Doppler Anemometry ）激光多普勒测速仪。几乎同步的1973年底，清华大学与宁夏银河仪表厂正式合作开发多普勒测速仪，1975年6月，正式样机研制成功，并生产了5台成品。

但后来，丹麦丹迪公司的产品走向了世界，而中国的激光多普勒测速仪止步于清华大学的校内博物馆。

丹麦多普勒测试仪样机

现存于清华大学校内博物馆的多普勒测试仪样机

探究主流测风技术的演进与产品的迭代发展，回溯前辈们拼搏的峥嵘岁月以及途中遭遇的挫折坎坷，这对于本土科仪人而言，无疑是一种强劲的激励，更是深刻的警示。知晓差距与不足后，激发出奋进的勇气，本土科仪人正以坚定的步伐，全力开拓一条特色的发展之路，在这条充满挑战的征程中，持续磨砺，勇往直前，绝不停歇！

热式风速传感器：全向型/定向型，高精度风速传感器