關(guān)于補(bǔ)償溫度的線性可再生能源風(fēng)能表

　高升的化石燃料價(jià)格與對(duì)全球變暖的恐懼使人們對(duì)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(shì)，能夠直接和方便地測(cè)量一種重要的可再生能源：風(fēng)能。它便于對(duì)可能的風(fēng)力發(fā)電機(jī)場(chǎng)地作快速而簡(jiǎn)單的初步評(píng)估，帶有一個(gè)風(fēng)速變換器，其中包含一個(gè)光學(xué)檢測(cè)型葉片式風(fēng)速計(jì)；一個(gè)溫度傳感器，其中包含一個(gè)接成二極管的晶體管（圖1）。這些元件與一個(gè)數(shù)字/模擬混合電路相連接，它們共同提供實(shí)時(shí)、線性、有溫度補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)能密度讀數(shù)。
　　

風(fēng)力的發(fā)電勢(shì)能是：×空氣密度 (kg/m3)×空氣流速 (m/sec)3。因此，為計(jì)算這個(gè)值就需要估算空氣密度（空氣密度與絕對(duì)溫度成反比），還需要測(cè)量空氣流速和計(jì)算一個(gè)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(shí)約為600 mV的基射電壓和–2 mV/°C的溫度系數(shù)，偏置電流為550 A。因此，Q1是一個(gè)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：–0.3%/°C。同時(shí)，光傳感器O1與一個(gè)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(hào)就是三個(gè)級(jí)聯(lián)CMOS開(kāi)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(gè)–0.17×VQ1×FW的負(fù)電壓；FVC S2/IC1B產(chǎn)生V2=–V×FW=0.17×VQ1×FW2；而FVC S3/IC1D產(chǎn)生–V3=–0.17×VQ1×FW3。最后，差分變換器IC1C將–V3偏移并縮放至輸出VOUT=0.42×VQ1×FW3=1V/(kW/m2)。

　　用汽車可以簡(jiǎn)單地校準(zhǔn)風(fēng)能計(jì)，方法是在無(wú)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)。