探空湿度传感器太阳辐射误差理论修正与实验验证

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作者 张加宏 沙秩生 +2 位作者 王立 刘清惓 李敏 《传感技术学报》 北大核心 2025年第7期1182-1189,共8页

为了修正太阳辐射对探空湿度测量的影响,首先分析研究了太阳辐射引起湿度测量误差的机理,然后采用计算流体动力学方法(CFD,Computational Fluid Dynamics)进行仿真模拟,并设计与构建了硬件电路和实验验证平台。计算流体动力学仿真结果表... 为了修正太阳辐射对探空湿度测量的影响,首先分析研究了太阳辐射引起湿度测量误差的机理,然后采用计算流体动力学方法(CFD,Computational Fluid Dynamics)进行仿真模拟,并设计与构建了硬件电路和实验验证平台。计算流体动力学仿真结果表明:海拔高度、太阳辐射强度以及太阳高度角等三个因素对湿敏电阻的升温量产生正相关影响,升温量可达5℃,引起的湿度测量相对误差约20%。实验测试发现太阳辐射导致湿度测量出现偏干误差,且温度升温量越大、湿度测量的太阳辐射偏干误差越显著,这与理论计算结果一致,表明CFD理论模拟可以用于探空湿度测量太阳辐射误差修正。 展开更多

关键词 太阳辐射 计算流体动力学 探空湿度传感器 误差修正

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探空温度测量太阳辐射误差的流体动力学分析 被引量：12

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作者 刘清惓 戴伟 +2 位作者 杨荣康 张加宏 李敏 《高原气象》 CSCD 北大核心 2013年第4期1157-1164,共8页

针对太阳辐射加热导致的误差限制了温度的准确度,提出了一种新的太阳辐射加热误差修正方法——数值分析法。通过计算流体动力学CFD软件对探空温度传感器进行了地面到32km高空不同气压条件下的热数值模拟分析。在分析中考虑探空温度传感... 针对太阳辐射加热导致的误差限制了温度的准确度,提出了一种新的太阳辐射加热误差修正方法——数值分析法。通过计算流体动力学CFD软件对探空温度传感器进行了地面到32km高空不同气压条件下的热数值模拟分析。在分析中考虑探空温度传感器的外部热环境情况,施加对流-太阳辐射耦合热边界条件,建立了探空温度传感器的热分析模型,并引入了表面涂层反射率和电阻体尺寸两个影响参数。分析数值仿真结果表明,海拔与太阳辐射加热误差之间并非简单的线性关系,而是随着海拔的增加斜率不断增大的曲线关系。现在业务使用的温度传感器表面涂层反射率的提高和电阻体尺寸的减小在高气压条件下降低辐射加热有明显效果,但在低气压条件下,太阳辐射对温度准确性的影响仍十分明显。 展开更多

关键词 探空仪 温度传感器 珠状热敏电阻 计算流体动力学 太阳辐射

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探空温度传感器的太阳辐射误差研究 被引量：8

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作者 杨荣康 戴伟 +2 位作者 刘清惓 张加宏 李敏 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第1期13-16,共4页

伴随着数值天气预报和气候变化研究精细化程度的不断提高,希望探空温度传感器的观测精度达到0.1 K数量级。为了实现此目标,运用计算流体动力学(CFD)方法对珠状热敏电阻器从海平面上升至32 km高空的整个过程进行太阳辐射误差数值分析。... 伴随着数值天气预报和气候变化研究精细化程度的不断提高,希望探空温度传感器的观测精度达到0.1 K数量级。为了实现此目标,运用计算流体动力学(CFD)方法对珠状热敏电阻器从海平面上升至32 km高空的整个过程进行太阳辐射误差数值分析。在此基础上,针对影响测温精度的引线、引线夹角大小以及太阳照射角度进行分析与探讨,获得其与太阳辐射误差的内在联系。数值求解结果表明:引线、引线夹角大小以及太阳照射角度是太阳辐射误差的重要影响因子。海拔高度与太阳辐射误差之间呈现出随海拔高度的增加斜率不断增大的类指数函数关系。 展开更多

关键词 探空温度传感器 珠状热敏电阻器 太阳辐射误差 计算流体动力学 数值模拟

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基于流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差研究 被引量：3

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作者 曹鸿霞 顾秋峰 +3 位作者 蒋航 潘晓晖 储剑秋 刘清惓 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第2期5-8,共4页

针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了温度测量的准确度的问题,提出了基于流体动力学的太阳辐射误差的修正方法——数值分析法。建立从地面到32 km高空不同气压条件下珠状热敏电阻器探空温度传感器的误差热分析模型,通过计算流体动力... 针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了温度测量的准确度的问题,提出了基于流体动力学的太阳辐射误差的修正方法——数值分析法。建立从地面到32 km高空不同气压条件下珠状热敏电阻器探空温度传感器的误差热分析模型,通过计算流体动力学对其进行太阳辐射误差数值模拟分析。着重研究了太阳辐射方向、传感器表面涂层反射率、传感器尺寸等物理参数对太阳辐射误差的影响。研究结果表明:太阳辐射引起的温度测量误差随海拔高度的上升呈现非线性单调递增的变化趋势。当太阳辐射方向垂直于传感器正面时误差最大,增大传感器表面涂层反射率、减小传感器尺寸都能有效降低太阳辐射误差。 展开更多

关键词 温度传感器 流体动力学 太阳辐射误差 珠状热敏电阻器

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机械通风连栋温室的温度场CFD模拟 被引量：18

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作者 赵杰强 赵云 《中国农机化学报》 北大核心 2014年第6期76-79,共4页

采用计算流体力学软件GAMBIT对安装有湿帘风机系统的三连栋温室进行三维几何建模,然后采用FLUENT软件对温室在夏季典型的气候条件下的内部温度场进行模拟计算,通过稳态计算得到了温室内部温度场的分布图。并依次分析了在几种风机通风风... 采用计算流体力学软件GAMBIT对安装有湿帘风机系统的三连栋温室进行三维几何建模,然后采用FLUENT软件对温室在夏季典型的气候条件下的内部温度场进行模拟计算,通过稳态计算得到了温室内部温度场的分布图。并依次分析了在几种风机通风风速、太阳辐射强度时,温室内温度场表现的温度分布特征。 展开更多

关键词 计算流体力学 机械通风 温度场 风速 太阳辐射

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防雨帽对探空仪湿度测量影响的CFD研究 被引量：2

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作者 冒晓莉 张加宏 +3 位作者 李敏 马涛 杨杰 戴伟 《传感器与微系统》 CSCD 2015年第12期39-42,共4页

采用流体动力学方法研究了GL—5000P探空仪湿度传感器的防雨帽对湿度测量的影响。运用Pro/E对湿度测量系统结构进行建模,使用前处理软件ICEM对其进行网格划分,导入Fluent软件进行稳态和瞬态计算分析。模拟结果表明:GL—5000P防雨帽很好... 采用流体动力学方法研究了GL—5000P探空仪湿度传感器的防雨帽对湿度测量的影响。运用Pro/E对湿度测量系统结构进行建模,使用前处理软件ICEM对其进行网格划分,导入Fluent软件进行稳态和瞬态计算分析。模拟结果表明:GL—5000P防雨帽很好地防止了高空云雨滴对湿度传感器的影响,其兼具一定的防太阳辐射功能,但高空25 km以上防辐射能力减弱,甚至起相反作用;防雨帽厚度对太阳辐射误差影响较小,而其反射率影响则较显著;瞬态分析揭示了传感器表面的湿度场分布产生了时间滞后,且时间滞后常数随海拔高度的升高而增加,到27 km达到0.42 s。该研究为湿度垂直廓线的时间滞后修正提供了理论依据。 展开更多

关键词 防雨帽 湿度传感器 太阳辐射 响应时间 计算流体动力学

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探空温度传感器受太阳辐射影响的仿真分析 被引量：1

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作者 杨荣康 张利 +3 位作者 刘清惓 李敏 张加宏 戴伟 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 2013年第6期527-532,共6页

随着高空温度探测精度要求的日益提高,如何减小温度传感器测量误差已成为亟需解决的问题,而太阳辐射作为影响温度传感器探测性能的重要因素已成为该领域研究的热点.利用计算机仿真技术,引入太阳高度角、引线夹角2个影响因子,根据流体动... 随着高空温度探测精度要求的日益提高,如何减小温度传感器测量误差已成为亟需解决的问题,而太阳辐射作为影响温度传感器探测性能的重要因素已成为该领域研究的热点.利用计算机仿真技术,引入太阳高度角、引线夹角2个影响因子,根据流体动力学模型模拟分析探空温度传感器从海平面上升到32km高空时所受太阳辐射的影响,最终得到辐射误差与海拔高度的关系曲线族,仿真结果将为开展高空温度传感器误差分析提供基础依据,从而提高传感器测量准确度. 展开更多

关键词 探空温度传感器 太阳辐射 计算流体动力学 误差修正

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基于计算流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差修正方法 被引量：7

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作者 张利 刘清惓 +3 位作者 杨荣康 张加宏 李敏 戴伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期78-83,共6页

高空大气温度是天气预报和气候变化研究所需的关键观测资料,随着对防灾减灾和应对气候变化能力要求的提高,希望探空温度传感器的准确度达到0.1℃量级,而太阳辐射引起的误差可达3℃量级甚至更高,已成为制约探空温度观测精度提高的瓶颈。... 高空大气温度是天气预报和气候变化研究所需的关键观测资料,随着对防灾减灾和应对气候变化能力要求的提高,希望探空温度传感器的准确度达到0.1℃量级,而太阳辐射引起的误差可达3℃量级甚至更高,已成为制约探空温度观测精度提高的瓶颈。本文利用计算流体动力学(CFD)方法对探空温度传感器从地面到32 km高空不同气压和多种引线夹角以及太阳高度角条件下的辐射误差效应进行求解,获得了辐射误差—海拔高度曲线族。研究结果表明,引线夹角以及太阳高度角是太阳辐射误差的重要影响因子。海拔高度与太阳辐射误差之间呈现出随海拔高度的增加斜率不断增大的类抛物线关系。 展开更多

关键词 温度传感器 太阳辐射误差 计算流体动力学 珠状热敏电阻 探空仪

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用于气象探测的低辐射误差温度传感器设计 被引量：3

9

作者 邓俊 刘清惓 +1 位作者 龚定祺 杨杰 《科学技术与工程》 北大核心 2015年第16期72-76,共5页

为了降低太阳辐射对温度传感器测量精度的影响,提出了一种低辐射误差温度传感器设计.该传感器系统包括不同涂层外壳的铂电阻探头、信号调理电路、嵌入式处理系统及误差修正算法构成.在不同太阳辐射强度下,利用不同涂层传感器的温升比值... 为了降低太阳辐射对温度传感器测量精度的影响,提出了一种低辐射误差温度传感器设计.该传感器系统包括不同涂层外壳的铂电阻探头、信号调理电路、嵌入式处理系统及误差修正算法构成.在不同太阳辐射强度下,利用不同涂层传感器的温升比值不变,推算出真实的大气温度.采用计算流体动力学方法（CFD）仿真计算出的辐射温升比值为2.31,实测比值为2.23.实验结果表明,通过低辐射误差温度传感器推算的温度值与真实大气温度值误差在0.09 - 0.26 C之间.与传统气象站使用的温度传感器相比,这种低辐射误差温度传感器具有精度高、响应速度快、体积小等优点. 展开更多

关键词 太阳辐射 温度传感器 辐射误差 计算流体动力学

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强制通风温度传感器计算流体动力学设计与分析 被引量：5

10

作者 冯琪 刘清惓 +1 位作者 杨杰 丁仁惠 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2017年第11期17-20,29,共5页

自然通风防辐射罩内部的温度传感器受到太阳辐射的影响会导致其温度测量值高于大气真实温度,辐射误差可达0.8℃甚至更高。为提高气温观测精度,文中提出一种强制通风温度传感器设计。利用计算流体动力学方法(CFD)分析计算该传感器在不同... 自然通风防辐射罩内部的温度传感器受到太阳辐射的影响会导致其温度测量值高于大气真实温度,辐射误差可达0.8℃甚至更高。为提高气温观测精度,文中提出一种强制通风温度传感器设计。利用计算流体动力学方法(CFD)分析计算该传感器在不同环境条件下的辐射误差,采用麦夸特法对仿真数据进行拟合,获得辐射误差修正方程。结果表明,强制通风温度传感器具有较高的气温观测精度,可达0.05℃量级。CFD仿真结果和辐射误差修正方程结果之差小于0.005℃,两者具有较高的一致性。 展开更多

关键词 温度传感器 计算流体动力学 辐射误差 气温观测

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一种阵列式探空温度传感器设计 被引量：3

11

作者 周悦 刘清惓 +2 位作者 杨杰 戴伟 余寅 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1297-1304,共8页

为降低传统探空温度传感器的横梁尾流热污染误差,设计了一种基于热电偶阵列的探空温度传感器。该传感器由铂电阻,四个热电偶组成的阵列,高精度测量电路等部分组成。采用计算流体动力学（CFD）软件FLUENT对探空温度传感器进行数值分析仿... 为降低传统探空温度传感器的横梁尾流热污染误差,设计了一种基于热电偶阵列的探空温度传感器。该传感器由铂电阻,四个热电偶组成的阵列,高精度测量电路等部分组成。采用计算流体动力学（CFD）软件FLUENT对探空温度传感器进行数值分析仿真计算。搭建了一套高空环境模拟实验装置。实验结果表明,使用阵列式热电偶作为探空温度传感器,可将横梁热辐射误差降低至横梁升温量的0.43%~8.72%,实验测量结果与仿真结果相差-3.02%~5.44%,吻合度较高。阵列式低辐射误差探空温度传感器和传统探空温度传感器相比,降低了横梁尾流在上升过程中对传感器探头的影响,具有较低的辐射误差。 展开更多

关键词 探空温度传感器 传感器阵列 高空探测 太阳辐射 计算流体动力学

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基于BP神经网络的温度传感器辐射误差分析 被引量：2

12

作者 蔡晶晶 刘清惓 +1 位作者 戴伟 杨杰 《现代电子技术》 北大核心 2019年第2期22-25,共4页

为了降低太阳辐射对地面温度测量造成的影响,修正太阳辐射误差,文中采用计算流体动力学方法(CFD)仿真得到不同气流速度和太阳高度角下的温度传感器的辐射误差。通过BP神经网络算法对仿真数据进行拟合,获得辐射误差修正方程,实现对测量... 为了降低太阳辐射对地面温度测量造成的影响,修正太阳辐射误差,文中采用计算流体动力学方法(CFD)仿真得到不同气流速度和太阳高度角下的温度传感器的辐射误差。通过BP神经网络算法对仿真数据进行拟合,获得辐射误差修正方程,实现对测量的地表温度的修正。BP神经网络的拟合结果和仿真结果的均方根误差值为0.05℃。为便于应用该算法求解任意环境参数条件下的温度传感器辐射误差,文中亦设计了一种误差修正软件。 展开更多

关键词 计算流体动力学 温度传感器 太阳辐射误差 仿真数据 BP神经网络算法 误差修正

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探空温度传感器的太阳辐射误差修正方法研究 被引量：7

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作者 孙星 刘清惓 +2 位作者 戴伟 李东升 吕鸣晨 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2018年第11期118-122,共5页

由于太阳辐射的影响,探空温度传感器高空测量时的辐射误差可达3 K量级。为提高传感器测量精度,提出一种太阳辐射误差修正方法。首先通过计算流体动力学(CFD)方法计算珠状热敏电阻的太阳辐射误差,然后采用准牛顿法(BFGS)拟合仿真数据并... 由于太阳辐射的影响,探空温度传感器高空测量时的辐射误差可达3 K量级。为提高传感器测量精度,提出一种太阳辐射误差修正方法。首先通过计算流体动力学(CFD)方法计算珠状热敏电阻的太阳辐射误差,然后采用准牛顿法(BFGS)拟合仿真数据并得到太阳辐射误差修正方程,最后通过低气压风洞和太阳模拟器实验平台对修正方程的准确性进行验证。实验结果表明,在太阳高度角和海拔高度范围分别为0°～60°和10～32 km时,珠状热敏电阻辐射误差修正值与实验测量值之间差值的平均值为0.124 K,均方根误差为0.083 K,验证了辐射误差修正方法的可行性。 展开更多

关键词 珠状热敏电阻 计算流体动力学 太阳辐射误差 准牛顿法 低气压风洞 太阳模拟器

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用于气象探测的阵列式球型温度传感器设计 被引量：2

14

作者 丁枫 刘清惓 +3 位作者 杨杰 陈高颖 袁宇 付川琪 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第7期16-20,共5页

太阳辐射是影响大气温度观测精度的主要因素,为降低辐射误差,文中提出一种阵列式球形温度传感器设计,无需安装于百叶箱或防辐射罩内。该传感器利用阵列式球形温度传感器之间的辐射误差比值关系,可推导出环境温度的真实值。首先,利用计... 太阳辐射是影响大气温度观测精度的主要因素,为降低辐射误差,文中提出一种阵列式球形温度传感器设计,无需安装于百叶箱或防辐射罩内。该传感器利用阵列式球形温度传感器之间的辐射误差比值关系,可推导出环境温度的真实值。首先,利用计算流体动力学(CFD)方法计算出阵列式球形温度传感器相互之间的辐射误差比值。然后,采用极限学习机(ELM)算法获得该比值与环境各因素之间的关系。最后,为验证阵列式球形温度传感器的观测精度,以基于太阳模拟器的实验平台测试数据为参考,进行标准气温测量对比实验。实验结果表明,文中提出的阵列式球形温度传感器均方根误差为0.16 K。 展开更多

关键词 太阳辐射 温度传感器 辐射误差比值 计算流体动力学 极限学习机 太阳模拟器

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地面气象测量温度传感器的设计与实验研究 被引量：2

15

作者 王帅 刘清惓 +1 位作者 杨杰 葛祥建 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第6期25-28,共4页

根据国家基准气候站和基本气象站的记录,近54年来我国年平均地表气温变化幅度为1.3℃。然而实际测量过程中,观测站采用的百叶箱和防辐射罩的辐射误差通常可达1℃以上。为了降低辐射误差,提出了一种地面气象测量温度传感器。该传感器包... 根据国家基准气候站和基本气象站的记录,近54年来我国年平均地表气温变化幅度为1.3℃。然而实际测量过程中,观测站采用的百叶箱和防辐射罩的辐射误差通常可达1℃以上。为了降低辐射误差,提出了一种地面气象测量温度传感器。该传感器包括导流通风防辐射罩、高反射率铂电阻探头、高精度嵌入式温度采集系统及误差修正算法。首先,通过计算流体动力学(CFD)方法计算不同环境因素下的辐射误差;然后,利用反向传播(BP)神经网络算法进行拟合仿真得到辐射误差修正公式模型;最后,在室外综合观测基地对此温度传感器测量精度进行验证。结果表明:温度传感器的修正值与参考值的误差ΔT平均值为0.052℃,均方根误差为0.039℃,有望将辐射误差降至0.1℃以内。 展开更多

关键词 地面气象测量 温度传感器 辐射误差修正 神经网络算法 计算流体力学

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一种气象温度传感器设计及实验研究 被引量：2

16

作者 姚澄 刘清惓 +2 位作者 杨杰 王亚楠 朱化难 《电子测量技术》 北大核心 2022年第24期9-14,共6页

针对传统防辐射罩内气流不易流通以及其工作能耗较大的问题,提出了一种具有低辐射误差、组合自然通风与强制通风的气象温度传感器设计。首先使用计算流体动力学(CFD)仿真分析在不同环境变量和风扇速度下的辐射误差优化设计,其次利用支... 针对传统防辐射罩内气流不易流通以及其工作能耗较大的问题,提出了一种具有低辐射误差、组合自然通风与强制通风的气象温度传感器设计。首先使用计算流体动力学(CFD)仿真分析在不同环境变量和风扇速度下的辐射误差优化设计,其次利用支持向量回归(SVR)算法训练仿真结果得到预测模型,最后搭建户外实验测试平台验证本设计的可行性以及预测模型的测量精度。实验结果表明,本文提出的气象温度传感器可将测量辐射误差降低至0.05℃以内,其降低辐射效果显著且预测模型准确度高,实验值与076B强制通风防辐射罩测量值的均方根误差为0.185℃,与预测值的均方根误差是0.129℃。 展开更多

关键词 气象温度传感器 辐射误差 计算流体动力学 支持向量回归

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基于CFD的地表温度传感器的设计与实验研究 被引量：1

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作者 王亚楠 刘清惓 +2 位作者 杨杰 薛贵璐 姚澄 《南京信息工程大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2023年第4期439-447,共9页

地面温度变化速度为每10年升高0.1℃,然而受太阳辐射的影响,在实际测量时传统防辐射罩会产生约1 K量级的太阳辐射误差.为提升地表温度测量精度,降低工作能耗,本文设计了一种基于压电振片振动加速传感器探头辐射热量扩散的温度传感器.首... 地面温度变化速度为每10年升高0.1℃,然而受太阳辐射的影响,在实际测量时传统防辐射罩会产生约1 K量级的太阳辐射误差.为提升地表温度测量精度,降低工作能耗,本文设计了一种基于压电振片振动加速传感器探头辐射热量扩散的温度传感器.首先利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法计算温度传感器在多物理因素下的辐射误差,然后使用神经网络算法对数据进行拟合分析,最后搭建外场实验平台,将传感器放置在真实环境中来验证方案的可行性.实验结果表明,本文提出的地表温度传感器具有较高的温度测量精度,其修正值与基准值的绝对误差和均方根误差分别为0.041℃和0.055℃,也验证了神经网络算法修正效果的优越性. 展开更多

关键词 计算流体动力学(CFD) 温度传感器 太阳辐射误差 压电振片 神经网络

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面向高精度探空温度传感器的结构设计与数值模拟 被引量：5

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作者 戴伟 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第11期5-8,17,共5页

为降低探空仪摆动对探空温度传感器观测精度的影响,针对珠状热敏电阻提出一种在三维空间对称的四引线十字型结构设计,并运用计算流体动力学方法建立珠状热敏电阻和外围空气域的流固耦合模型,对珠状热敏电阻在不同太阳照射方向和不同引... 为降低探空仪摆动对探空温度传感器观测精度的影响,针对珠状热敏电阻提出一种在三维空间对称的四引线十字型结构设计,并运用计算流体动力学方法建立珠状热敏电阻和外围空气域的流固耦合模型,对珠状热敏电阻在不同太阳照射方向和不同引线数量条件下的温度分布进行数值模拟研究。结果表明:珠状热敏电阻的四引线十字型结构能够显著降低摆动对观测精度的影响,可将太阳辐射误差的修正精度提高到0.05 K量级;同时两引线和六引线结构降低摆动影响的能力均弱于四引线结构,验证了四引线结构是目前最优的结构设计方案。 展开更多

关键词 珠状热敏电阻 太阳辐射 辐射误差 计算流体动力学 数值仿真

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