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風(fēng)速及其測量
風(fēng)是由空氣流動引起的一種自然現(xiàn)象,風(fēng)既有方向也有快慢.地面氣象觀測中測量的是水平運動的風(fēng),用風(fēng)向和風(fēng)速表示.
風(fēng)向標是測定風(fēng)向的設(shè)備.如圖甲所示的風(fēng)向標是一個形狀不對稱的物體,在風(fēng)的作用下,對空氣流動產(chǎn)生較大阻力的一端便會轉(zhuǎn)動至順風(fēng)方向,從而顯示風(fēng)向.
風(fēng)杯式風(fēng)速計是測量風(fēng)速的最常用的工具,它主要由三大部分組成:風(fēng)杯組件、支撐及轉(zhuǎn)動機構(gòu)(如支座、軸、轉(zhuǎn)盤等零件)、信號采集與處理系統(tǒng).風(fēng)杯組件由三個圓錐形或半球形的空杯組成,如圖乙所示.空心杯殼固定在互成120°的三叉星形支架上,杯的凹面順著一個方向排列,在水平風(fēng)力的驅(qū)動下風(fēng)杯組件朝著杯凹面后退的方向旋轉(zhuǎn),主軸和轉(zhuǎn)盤在風(fēng)杯組件的帶動下一起旋轉(zhuǎn).風(fēng)速不變時,風(fēng)杯穩(wěn)定后也作勻速轉(zhuǎn)速,即單位時間內(nèi)風(fēng)杯轉(zhuǎn)過的圈數(shù)是一個確定的值,實驗表明,風(fēng)速越大,風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速也越大,風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速與風(fēng)的速度成正比.
轉(zhuǎn)盤上固定有N個小磁鐵,當(dāng)小磁鐵正對磁敏開關(guān)時,磁敏開關(guān)導(dǎo)通,不正對時,磁敏開關(guān)斷開,風(fēng)杯組件每旋轉(zhuǎn)一周,電路a、b端就會輸出若干個周期的脈沖信號,其信號如圖所示.信號的頻率隨風(fēng)速的增大而成正比例地增加.該脈沖信號由計數(shù)器計數(shù),經(jīng)換算后就能得出實際風(fēng)速值.
(1)風(fēng)向標是測定風(fēng)向(風(fēng)向/風(fēng)速)的設(shè)備,若風(fēng)從正北方吹來,圖甲所示的風(fēng)向標的箭頭指向正北(正南/正北)
(2)對于同一個風(fēng)杯式風(fēng)速計,若風(fēng)速增大為原來的2倍,則風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍;圖丙中若以轉(zhuǎn)盤上的某個磁鐵為參照物,磁敏開關(guān)是運動(靜止/運動)的.
(3)測速電路中,開關(guān)S閉合,當(dāng)磁鐵靠近磁敏開關(guān)時,電路a、b輸出高電壓(高電壓/低電壓),由圖丁可知電源電壓為5V;
(4)風(fēng)速恒定時信號采集電路a、b輸出的電壓信號如圖丁所示,若風(fēng)速增大為某一確定值,則電壓信號圖象中的時間間隔與原來相比A
A.時間間隔(t
2-t
1)減小,時間間隔(t
3-t
2)減小
B.時間間隔(t
2-t
1)增大,時間間隔(t
3-t
2)增大
C.時間間隔(t
2-t
1)減小,時間間隔(t
3-t
2)增大
D.時間間隔(t
2-t
1)增大,時間間隔(t
3-t
2)減小
(5)若題中N=10,t
1=0.15s,t
2=0.20s,t
3=0.35s,由此可知風(fēng)杯組件(或轉(zhuǎn)盤)的轉(zhuǎn)速為每分鐘30轉(zhuǎn).