補(bǔ)償溫度的線性風(fēng)能表

高升的化石燃料價格與對全球變暖的恐懼使人們對可再生能源的興趣大增，并使得相關(guān)支持與演示儀表也受到關(guān)注。本設(shè)計(jì)順應(yīng)了這一形勢，能夠直接和方便地測量一種重要的可再生能源：風(fēng)能。它便于對可能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)場地作快速而簡單的初步評估，帶有一個風(fēng)速變換器，其中包含一個光學(xué)檢測型葉片式風(fēng)速計(jì)；一個溫度傳感器，其中包含一個接成二極管的晶體管（圖1）。這些元件與一個數(shù)字/模擬混合電路相連接，它們共同提供實(shí)時、線性、有溫度補(bǔ)償的風(fēng)能密度讀數(shù)。

　　風(fēng)力的發(fā)電勢能是：×空氣密度 (kg/m3)×空氣流速 (m/sec)3。因此，為計(jì)算這個值就需要估算空氣密度（空氣密度與絕對溫度成反比），還需要測量空氣流速和計(jì)算一個三次方。

　　下面就是風(fēng)能計(jì)的詳情。接成二極管的Q1在25°C (298K)時約為600 mV的基射電壓和C2 mV/°C的溫度系數(shù)，偏置電流為550 A。因此，Q1是一個跟蹤空氣密度與溫度關(guān)系的電壓基準(zhǔn)，按照理想氣體定律，空氣密度與溫度的關(guān)系為：C0.3%/°C。同時，光傳感器O1與一個旋轉(zhuǎn)風(fēng)速計(jì)葉輪一起工作，提供與風(fēng)速成正比的頻率：FW=10 Hz/(m/s)。于是，VQ1和FW 按1mV=1W/m2轉(zhuǎn)換為輸出信號就是三個級聯(lián)CMOS開關(guān)FVC（頻率-電壓轉(zhuǎn)換器）電荷泵S1、S2,和S3的三階X×Y×Z乘積的函數(shù)。

　　FVC S1/IC1A產(chǎn)生一個C0.17×VQ1×FW的負(fù)電壓；FVC S2/IC1B產(chǎn)生V2=CV×FW=0.17×VQ1×FW2；而FVC S3/IC1D產(chǎn)生CV3=C0.17×VQ1×FW3。最后，差分變換器IC1C將CV3偏移并縮放至輸出VOUT=0.42×VQ1×FW3=1V/(kW/m2)。

　　用汽車可以簡單地校準(zhǔn)風(fēng)能計(jì)，方法是在無風(fēng)天以18.6 m/s = 41.5 mph = 66.8 kph的恒定速度駕駛。風(fēng)速計(jì)暴露在外面氣流中，調(diào)整校準(zhǔn)用電位器，使輸出電壓為4V，如果要獲得更好的精度，可以按下列適應(yīng)真實(shí)空氣密度的公式計(jì)算輸出電壓：VOUT=1.14V × 空氣壓力 mbar/(273+以攝氏為單位的環(huán)境溫度)。