综合实践活动——研究制作风速仪
【提出问题】风速是气象观测中的重要参数,常用风速仪测量。风速仪工作原理是什么?怎样设计制作简易风速仪呢?
【实地学习】同学们来到气象馆,了解了杯式风速仪的工作原理。如图甲所示,质量较小的风杯可在360°任意方向的风力带动下绕轴转动,转动时传感器将风速转换成输出电流信号,再经系统处理后显示出风速值。在测量范围内电流随风速增大而均匀增大。
杯式风速仪工作参数 | |
量程 | 0.4~50m/s |
输出电流信号范围 | 4~20mA |
启动风速 | 0.4m/s |
电功率 | ≤0.48W |
【设计制作】受到杯式风速仪工作原理的启发,同学们设计并制作了简易风速仪,其原理如图乙所示。
电源为恒流源,能始终提供大小恒定的电流,电流表量程为0~0.6A,R0为10Ω的定值电阻, R1为压力传感器,无风时R1受到的压力为零,有风时迎风板受到的压力能大小不变地传递给R1 , R1的阻值随压力F大小变化的关系如图丙所示。读出电表示数,即可知此时的风速。
同学们通过查阅资料,知道了风压是指单位面积上垂直于气流方向的平面上所受风的压力,风压与风速的关系如下表。
风速v/(m·s-1) | 2 | 4 | 6 | 10 | 12 | 16 | 24 |
风压P/Pa | 2.5 | 10 | 22.5 | 62.5 | 90 | 160 | 360 |
【进行实验】迎风板是一块面积为0.15m2的轻质薄板,测量时风始终垂直吹在迎风板上,记录电表示数,发现风速增大,电流表示数随着增大。
【交流评价】同学们从实验制作、实验效果等方面进行交流评价。
①R1=Ω,所测的风速v=m/s;
②恒流源提供A的恒定电流;
③若用此简易风速仪测量16m/s的风速,则迎风板的面积至少需要(选填“增大”或“减小”)m2。