0 导言
在环保气候、家用电器、工业设备、卫生保健等许多范畴，空气流速都是一项重要的检测参数，特别是在当今社会，各种电扇、空调等家用电器很多进入家庭、办公室和公共场所。依据以上原因，本文规划了一种丈量风速的风速丈量电路，它具有本钱低、运用方便、丈量精度较高级特色，而且能够与单片机等其他集成芯片合作运用而成为其他体系的运用电路。
1 数学模型的树立
1．1 Ptl00的温度特性
铂热电阻是世界公认的老练产品，它因功能安稳、抗震性好、精度高而被广泛运用。下面是Ptl00电阻随温度改变的联系：
式中Rt为温度在t℃时铂热电阻的电阻值；R0为0℃时铂热电阻的电阻值；A=3．968×10-3；B=-5．847×10-7；C=-4．22×10-12。在0～100℃规模内，B值效果不明显，Rt与R0近似成线性联系，即Rt=R0×（1+At）。
1．2 Ptl00的热平衡方程
当一个被加热的物体置于流体中，该物体的热量丢失首要是热辐射和热对流。在温度较低，辐射散热能够疏忽不计的情况下，物体的热量传递首要是热对流。当流体的速度添加时，物体的热量丢失亦添加。假如以电的方法给铂热电阻加热，那么铂热电阻将到达一个由流体流速所确认的平衡温度。
咱们选用铂热电阻作为加热目标。因为温度的改变引起铂热电阻自身阻值的改变，然后能够经过桥式电路树立流体速度和桥式电路输出电压的数学模型。运用此原理来进行风速的丈量。
对流换热是指活动的流体流过停止的固体界面时，因为两者的温差而产生的热传递进程。当空气流过铂热电阻时，其单位时刻内传热量为：
其间h为对流换热系数；A为对流面积：△t为流体和界面温度差。
依据传热学有努塞尔特征数
和流体沿界面活动悉数为层流的公式
可知：
其间uf为流体的速度；L为界面长度：vm为均匀运动黏度；Prm关于空气约等于0．710，λm为均匀导热系数。令
则 电流给热阻加热时，其功率为。当热阻单位时刻内产热W和φ持平时，即热阻到达热平衡状况。
由上述得出下面定论：当热阻温度和环境温度一守时，电流和风速的1／4次方成正比。
2 电路作业原理
如图所示电路，两条支路a和b两头电压持平，依据热功率公式可知，其产热效率约为支路a的1／10。因而，在考虑因为热功时能够疏忽电流对b支路的影响。
风速为0m／s时，规划R2和Ptl000阻值之比小于R1和（Ptl00+R3）之比，放大器输出低电平，晶体管基极电位下降，晶体管Ql集电极电流增大，因为两个半桥的分流比约为10：1，由并联电路分流原理知Ptl00电流增大，使得铂热电阻阻值添加，c点电压下降，终究反应电路调停使c点电位和d 点挨近，到达平衡状况，并以c点电压作为表征风速的输出值。当风速增大时，对流散热添加，Ptl00温度下降，其阻值减小，使得c点电压高于d点电压，放大器输出电压下降，导致晶体管Q1基极电流添加，集电极电流升高使得Ptl00阻值添加，终究到达一新的安稳平衡点。由上述剖析可知，风速增大，受控电流增大，端子c输出电压增大。因为选用了差动式丈量，且两个丈量半桥装备的传感元件同为铂电阻，气体温度对电路丈量值的影响能够疏忽不计，在不附加其他温度补偿电路的情况下，能够在较宽的温度规模下运用，适合于大多数现场丈量环境。
3 试验成果及差错剖析
为了验证所规划的风速丈量传感器，搭建了简易的试验验证渠道。试验验证渠道由EE66-VB5风速计作为规范风速计量单元，对所规划的传感器和丈量电路取得的丈量数据进行比照。风速计EE66-VB5是一种高精度的风速丈量传感器，丈量规模：0～2m／s，输出电压：0～10V，风速精度：± （0．1m／s+3％丈量值），呼应时刻：0．2秒，作业温度：-10～+50℃。因为其很高的精度及灵敏度，因而该试验把其丈量的值作为实在值，将该风速计和待丈量传感器置于相同的环境，在相同的风速下，其丈量值和铂热电阻组成的风速传感器丈量值做比较。然后剖析铂热电阻组成的风速传感器的功能。下面是分别在不同风速下的输出电压，所测部分成果如表1所示。
图2中，因为放大器饱满电压的影响，当输入电压为0V时，其输出电压约为0．25V。经核算，本试验所规划的风速传感器的规范差错为0．085，其差错首要是因为EE66-VB5探头和铂热电阻采样点的偏筹，以及小电扇风速不安稳性等要素形成的。
4 定论
综上所述，本文论述了铂热风速传感器的数学模型、电路原理。而且经过对试验数据的详细丈量、剖析、核算得出本试验风速传感器差错。本试验规划的风速传感器因为具有电路简略，本钱低价，功耗小，较高的精度等特色而具有很强的实用性。可对家用设备如空调、电扇等的风速进行丈量，一起还可用在汽车工业等其他职业上用于检测单位时刻内的空气流量。
