常规风速仪器自动化检定模块的研究设计

　　0　引言

　　自动站风速传感器自动化检定系统是中国气象局2007年重点建设项目之一,该系统推广应用以前,绝大部分省级气象计量检定所对常规风速仪器的检定基本上都采用人工手动的方式:人工调节变频器频率,人工调整微压表和读数,人工计算标准风速等等。这种方式操作不便,人为误差大,检定精度不高,已经不能适应快速发展的气象仪器检定业务的需要。常规风速仪器自动化检定模块作为自动站风速传感器自动化检定系统的组成模块,主要用于气象计量检定所对常规风速仪器的日常检定,具有自动化程度较高,操作简单,工作稳定,控制精度好,贴近检定员的使用习惯等优点。常规风速仪器自动化检定模块与自动气象站风速传感器全自动检定模块相比,既有相同,又有不同。

　　1　工作原理

　　当应用程序开始运行后,控制软件算出某一设定风速对应的频率,通过通信接口,将该频率写入数字变频器,数字变频器则根据写入的频率,驱动风洞变频电机加速或减速,在当前风速值处于程序设定的风速范围内时,进入稳定状态,在达到一定的稳定时间后,程序进入读数状态,在输入某一检定点的读数后,控制程序自动换点,进行下一检定点的检定,直至整个检定过程结束。

　　那么,如何算出风速的对应频率呢?由于每次对常规风速仪器检定的风速点可能有很大的不同,因此不能象全自动检定风速传感器那样只需设置几个固定频率值,直接写入变频器就能控制风速的大小。一般来说,根据实验经验,风速值和变频器的频率存在近似的线性关系,那么,根据该线性关系,则不难求出检定能力范围内任意风速点的近似频率。当然,由于设备性能以及地域的不同,该线性关系的常数和系数可能需要根据不同的实际情况进行调试修改。该线性关系式可以用下式表示:

　　式中:F为写入变频器的风速点频率;V为设置点风速值;a为关系式系数;b为常数。例如,假设风速设置值为20 m/s,a为0.41,b为0.30,则写入变频器的数值应该为F=0.41×20+0.30=8·50,这样就可以控制变频器快速地达到或接近所需的设定风速值,至于输出的风速有可能超出程序设定的控制偏离值,则可以在风速的稳定前做多步微调,使输出的风速值始终处于允许范围内。这便是本模块开发设计的关键点和难点。

　　2　硬件设计

　　常规风速仪器自动化检定模块和对自动气象站风速传感器全自动检定模块共用相同的硬件配置,这样可以大大地降低整套系统的开发建设费用,提高设备的利用率。常规风速仪器自动化检定模块的硬件配置主要有:风洞、数字变频器、皮托管、数字微压表、数据采集器、温湿度传感器和压力传感器、RS485-RS232转换器、计算机。图1是该模块的主要硬件组成图。