双加热湿度传感器的CFD分析与加热策略设计

探空气象观测中湿度传感器表面结冰、结霜等污染物会降低其测量精度,双加热湿度传感器为该问题的解决提供了可能。为了实现对双加热湿度传感器加热策略进行优化设计,必须研究其稳态及瞬态工作状况。本文采用计算流体动力学(CFD)方法针对测量周期的四个阶段进行了优化设计。利用稳态分析模拟出两个湿度传感器不同间距下的相互影响情况。利用瞬态分析模拟出升温时间和冷却时间特性。传感器测量周期随气压不同在45 s～145 s之间变化。在探空仪上升速度为6 m/s的条件下,两个传感器之间的距离不小于3 mm时,两者互不影响。提出高空和低空两种模式加热策略,分别采用温度降幅为40℃和46℃的测量周期。

基于Fluent的双加热湿度传感器传热性能分析

双加热湿度传感器可实现大气湿度连续探测。液滴、冰晶等水凝物覆盖在双加热湿度传感器表面,容易导致其测量精度和响应速度降低。为了提高测量精度和响应速度,有必要对双加热湿度传感器进行除湿处理。采用Pro/E建立4种尺寸的双加热湿度传感器三维模型;利用ICEM CFD中模块化的方法对模型进行分网,得到了较高的网格质量,降低了计算时间,提高了计算精度;利用Fluent稳态分析模拟出2只湿度传感器不同间距下的相互影响情况,瞬态分析模拟出升温时间和降温时间特性。根据仿真结果,提出高空和低空2种模式加热策略。

基于ARM处理器的双加热湿度传感器设计

为消除地面气象探测领域中湿度传感器的温漂误差与沾湿误差,设计了一种双加热湿度传感器。利用24位低噪声模数转换器和电容-数字转换器实现温度和湿度的低噪声、高线性度测量,以Optidew Vision冷镜式露点仪作为标定仪器并结合遗传算法拟合修正温漂,使用交替加热的方法抑制沾湿误差。实验结果表明,该传感器的相对湿度测量精度可达±1%,并在6 min内将10%量级的沾湿误差降低至±1%。

基于Fuzzy-PID双加热探空仪湿度传感器加热控制

为了有效解决了探空仪在高空低温环境中遇到的传感器结露、结冰问题,采用双加热湿度传感器自动轮换交替加热来去除传感器污染,提高测量精度。在常温常压下对双加热湿度传感器进行加热实验,得出在额定电压下,传感器上升温度与响应时间的关系曲线,运用扩充响应曲线法求出双加热湿度传感器加热片的加热模型,通过对加热模型的分析,利用Fuzzy-PID进行加热控制,仿真结果表明利用Fuzzy-PID能够满足实际高空探测的要求。

探空湿度传感器空间飞行姿态和加热模型研究

为计算出探空湿度传感器随气球上升过程中在空间的飞行姿态和测量周期,应用了一种计算流体动力学方法。首先,建立五种传感器间距模型,获得最优的传感器间距。其次,建立四种飞行姿态,通过观察传感器的壁面剪切应力大小,确定最优的飞行姿态角。最后,利用瞬态分析,仿真出0~32 km高空的加热时间和冷却时间,从而确定测量周期。仿真结果表明：在入口风速8 m/s,次流入口为10 m/s时,最优的间距为3.5~6 mm。传感器的俯仰角为45°时,壁面剪切应力较大,故较为理想的俯仰角为43°~48°。传感器的测量周期采用0.53 W的加热功率和温度降幅为超环境温度12℃所对应的时间。