風言風語之五——參數解讀-測試范圍

近日氣象預警，本月12、13日兩天將有數十年不遇的颶風侵襲，將會大面積影響大家周末出行，無奈只能留家避風。值此閑暇之余，我們繼續風的話題。本文開始，我們開啟關于風速傳感器的另一個重要板塊的探討——有關風速傳感器技術參數的解讀。

關于熱式風速傳感器的技術參數

     熱式風速傳感器相關技術參數較多，有“測試范圍"、“測試精度"、“分辨率"、“供電電壓"、“通信方式"、“防護等級"、“年衰減度"、“使用壽命"等等……。技術參數是評價傳感器性能的重要依據，也是用戶選擇風速傳感器的主要參考。同時，技術參數更是決定傳感器價格的主要因素之一！那么這么多的參數，要想在選擇和使用風速傳感器中做到客觀理性、識詐避坑，確實不是一件易事！

關于參數虛標

       在當前的科學儀器及傳感器行業，如眾多其他行業一樣，早已卷的血雨腥風！市場上大量充斥著價格超低、指標超 “高"、宣傳超“牛"的產品，實則是給用戶預埋了很多坑，讓人防不勝防。正是部分商家肆無忌憚的虛假宣傳、參數肆意虛標的行為，不僅給廣大用戶帶來了極大的困擾和利益損害，也極大地損害了本土傳感器行業的信譽和形象。而與此同時，對于大多數用戶而言，由于缺乏相關知識，且基本都不具備驗證產品指標真實性的條件，所以也就總是不斷的避阱入坑、頻頻中招。

       虛假宣傳、參數虛標，已然成為了科學儀器行業難以去除的 “牛皮癬"。面對相對混亂的市場環境，要求人人都練就一雙 “火眼金睛"，去準確甄別產品的優劣顯然不現實。但對基礎的技術參數的概念、背景知識的了解是必要的。建通科技作為超20年自主研發儀器傳感器科技企業，亦深受無序競爭、惡意侵權之害久矣！這里，和大家一起逐個解剖各項重要指標參數，深入探討一下各參數的特征特點。望能為大家在后續的風速傳感器選用當中有所幫助，為能夠正確選型、防詐避坑提供一些有價值的參考信息！今天我們就先從最主要指標之一——“測試范圍"說起！

測試范圍

      風速傳感器的測試范圍不難理解，即指傳感器可測試風速上下限之間的整個區間。顧名思義測試范圍的下限是指傳感器能夠可靠檢測到的較低風速；上限則是指在不損壞傳感器且能保證測量精度在規定范圍內的最高風速。比如，一款熱式風速傳感器的測量范圍是 0.05～10m/s，意味著它能準確測量不低于 0.05m/s 且不高于 10m/s 的風速。

      對于熱式風速傳感器，其測試范圍的大小，是由其測試原理決定的。熱式風速是基于熱傳遞原理工作的，當氣流流過傳感器的發熱元件時，會帶走熱量，通過測量發熱元件的溫度變化或熱量損失，從而得出風速。由以上原理可以看出，寬的測試范圍，往往需要較大的加熱功率、較寬的響應特性方可實現。范圍越寬，對探頭和電路的要求也就更高。所以一般來說，測量范圍越寬的熱式風速傳感器，其成本也就越高。

     上述可見，確定風速傳感器的測試范圍其實就是要確定傳感器可測試的上下限。而講傳感器可測試的上下限值，就又不得不結合風速傳感器研發生產必要的校準裝置——風洞來一起探討。

風洞與測試上下限

       作為風速傳感器自主生產廠家，擁有性能穩定、技術指標符合相關標準的風洞，是需必要的基礎條件。就如你從某個商家點了個外賣，他連個廚房都沒有，卻聲稱他所供的食物是符合衛生標準的，能信嗎？但我們知道，當前這樣的商家卻不在少數。所以，是否有專業的風洞裝置以及風洞性能是否達標，決定了一個風速傳感器廠商所供產品能否達到指標要求。

我們先了解一下風洞與風速傳感器可測試下限值關系：

      因空氣對流的特性，在發熱的風速探頭表面附近的空氣是不會靜止不動的，即不會是絕對的零風速。相關實驗研究證明，在封閉穩定不受干擾的實驗室環境中，常溫下熱式風速探頭表面自然對流產生的空氣流速約0.006m/s左右（不同探頭溫度不同，對流值會有所不同）。但在實際中，這樣的環境是很少的，空氣自身的擾動產生背景噪聲往往都會遠大于0.01m/s，所以準確測試如此低的風速幾乎是不可能的。同時，這么低的風速，傳統風洞也是無法模擬出來的，只能通過相對運動的逆向型“風洞"來實現。即采用傳感器在直線或圓形軌道上按設定速度運動來實現風速模擬，下面了解一下該實驗室的相關背景。

       為實現更低風速的測試，世界各國先后建立了超低風速風洞。典型的有20世紀60年代英國NPL研發了旋臂機校準風速儀；意大利INRIM在地下實驗室建立了微風速標準裝置；日本NMIJ利用長105 m的地下隧道建立了相對法的微風速計量標；近年來我國中國計量科學研究院在基地深度8．3 m的地下實驗室建也建有83 m直線導軌，該實驗空間有良好的溫度分布，利用現有的基礎設施搭建了第一套微風速校準風洞。由于地下隧道良好的溫場分布，使得微風速下風速儀的校準將干擾減少到較低。但國家院的這個實驗室不對外提供校準服務，僅用于科研和基準。

      在實際計量校準中，目前可通過LDV測試到0.1m/s是經過眾多實驗驗證可信度較高的下限值，但由于LDV在測量流速時，必須在流體中散播散射粒子，而散射粒子在低速流動下的跟隨性無法得到有效的量化驗證，因此LDV在測量小于0.1m/s微風速時的準確度水平也會遭到質疑。綜合上述內容，從計量嚴謹的角度出發，目前國家計量院及大多數地方計量機構，在民品校準服務上，能出具正式測試報告的可測下限值一般不低于0.2m/s。

      所以，一般風速傳感器制造廠商，如標注下限可測試到低于0.01m/s是不符合熱式風速探頭物理特性的；標注下限可測試到低于0.05m/s也是可信度較低的，一是目前這樣的基準無處溯源，二是這樣的風速場大部分普通廠商是沒有條件模擬的。建通科技目前可測試下限做到0.05m/s，是基于公司建設有自己的旋臂風洞設備，該設備可穩定模擬0.05-0.1m/s的風速，該微小風速段也通過了計量送檢標準風速傳感器的特性曲線進行的延展計算驗證。此外，建通科技和中國計量科學研究院長期有良好的合作關系，在≥0.1m/s的范圍內，溯源標準都能保證來自于國家計量院。

       關于風洞和測試上限：對于熱式風速傳感器，其散熱功率不僅與風速有關，同時，也極大受環境溫度的影響。所以，熱式風速傳感器的可測試上限，一般不會太高。目前，能見到的熱式風速傳感器最高測量風速100m/s左右。還有一種用鎢絲特制的熱線風速傳感器，因鎢絲在空氣當中400攝氏度以上才發生輕微氧化，所以可以加熱到較高溫度。使得這種熱線式風速探頭可達亞音速300m/s。當然這類傳感器制造困難，價格也較高，僅適用于科研級，不具有普及性。最常見的熱式風速上限一般30m/s左右。目前大多數計量機構，包括國家計量院、中國氣象局、中國建筑科學研究院等的檢測中心，可提供測試服務的上限一般都不高于30m/s，也足以證明其普遍性。當然，高于40m/s的風洞，其功率、綜合性能非普通風洞所能滿足，造價也會大幅增加，對于多數廠家的是一種實力考驗。總之，廠商所宣傳風速上限可達到多少，前提是其是否具備相應規格的風洞設備，否則就是“鞋上去了腳沒上去"，逗人玩兒！

做個小結：

     目前風速傳感器可測下限在0.1m/s可信度是比較高的，計量機構可出具報告的下限則在0.2m/s以上；即多數計量機構和可提供檢測服務的范圍：0.2-30m/s；在行業計量所，如航天等單位有的可提供40m/s甚至60m/s的校準，但嚴格來講只是具備測試能力溯源是無法溯到國家計量機構。

至于選型中如何避坑，似乎也沒有什么偏方，只能下猛藥：