基于现场总线和智能变送器的风洞气流参数测量系统研制

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      随着集成电路技术的发展，传统变送器逐渐被智能变送器所取代。所谓智能变送器是指以DSP芯片为核心 ，将传统测量装置的四部分功能集成在一个设备里的现代仪器(有些变送器不包括传感器，如温度变送器)。DSP芯片在变送器中的作用类似于CPU在计算机中的功能，只是DSP的指令更侧重于对数字信号的处理操作。在智能变送器中，传感器测得的微弱模拟信号先经过放大电路放大，再通过A／D转换电路转换为数字信号。

   一旦转换为数字信号，以DSP芯片为核心的信号处理电路便可以对信号进行各种操作，例如，数字滤波、量程迁移等等。处理完的信号可以直接以数字量传给计算机，也可以再通过D／A转换转为模拟信号输给其它模拟控制装置。同时，计算机也可以发命令给

变送器，进行一些采集参数的设置。智能变送器与计算机之间相互传递信息，遵循现场总线协议。目前，世界主要的测控设备生产商已发展了多种现场总线协议。其中Hart通信协议是一种既支持新型智能仪表的数字信号又兼容传统模拟信号的现场总线协议，这是目前在智能变送器领域使用较多的总线协议。

气流参数测量探头选型

     风速测量探头采用皮托管，这是风洞来流速度澳4量最常用的方式。系统所用皮托管为法国Kimo公司生产，校准系数1．0015，安装气流偏角小于10。时，测量误差小于1 。皮托管是通过测量来流总压和静压进而间接得到来流风速，用皮托管探测来流总、静压不存在实质困难，因而选型也比较简单。以下主要介绍温度测量探头的选型。我们需要测量的是来流的静温，但直接测量来流静温存在较大困难。原因在于当考虑热传导和粘性作用后，由于温度边界层的存在，采用和测静压类似的方式测静温无法保证准确度。此时，探头壁面可看作绝热壁，按边界层理论，在绝热壁下温度边界层壁面温度大于来流静温，从而导致温度敏感元件测量的不是来流静温。这一问题对静压测量是不存在的，因为边界层内压力沿法向是不变的。因此，除非使探头以气流速度随气流一起运动，否则无法准确测量静温。基于以上问题，来流静温通常都是通过测量来流总温而间接测量的。但由于测量探头、温度传感器本身的散热效应，实际测量的总温也不是来流总温，是介于总温和静温之间的某个值，但更接近总温。对于北航D4低速风洞而言，最大风速80m／s，按等熵流理论(—1 0— 1+M。)，总静温比小于1．011，按夏季高温时假定

风洞内静温60。时计算，此时总温为60．66。，可见总静温差很小，因而可以不再区分总静温的区别，认为探头测得的温度即为静温。对于大气压测量因为是测量静止空气，不需要测量探头，压力测量传感器直接通大气。

传感器及数据采集设备选型

     选择压力和温度变送器时，为了利用智能设备和现场总线的优势，所选差压变送器和温度变送器都为带DSP芯片的智能变送器，支持Hart通信协议。其中差压变送器为塞尔瑟斯公司生产的V10系列3051压力变送器，精度0．075 。温度变送器为Siemens公司的Sitrans—TK／TK—H 型智能温度变送器，并定做了装配式四线制热电阻作为温度测量传感器，精度±0．2。C。此外，测量大气压的仪器若使用通常的工业用绝压变送器并不适合，这类仪器是用来测量一定范围的绝对压力，而大气压测量要求测量的是在一较大压力值附近的波动。本系统选用振简式气压仪为北京力龙威华测控技术有限公司生产的LQY一1型高精度振筒气压仪，精度为±30Pa。该气压仪一般用于民用机场的气压数据测量，灵敏度很高，可感受从地面到人胸前这样高度导致的气压差，本系统将该设备引入到风洞的环境气压测量。

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