風(fēng)向傳感器

 

風(fēng)向傳感器是以風(fēng)向箭頭的轉(zhuǎn)動(dòng)探測(cè)、感受外界的風(fēng)向信息，并將其傳遞給同軸碼盤，同時(shí)輸出對(duì)應(yīng)風(fēng)向相關(guān)數(shù)值的一種物理裝置。

 

通常風(fēng)向傳感器主體都采用風(fēng)向標(biāo)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，當(dāng)風(fēng)吹向風(fēng)向標(biāo)的尾部的尾翼的時(shí)候，風(fēng)向標(biāo)的箭頭就會(huì)指風(fēng)吹過來的方向。為了保持對(duì)于方向的敏感性，同時(shí)還采用不同的內(nèi)部機(jī)構(gòu)來給風(fēng)速傳感器辨別方向。

 

通常有以下三類：

 

1.電磁式風(fēng)向傳感器：利用電磁原理設(shè)計(jì)，由于原理種類較多，所以結(jié)構(gòu)與有所不同，目前部分此類傳感器已經(jīng)開始利用陀螺儀芯片或者電子羅盤作為基本元件，其測(cè)量精度得到了進(jìn)一步的提高。

 

2.光電式風(fēng)向傳感器：這種風(fēng)向傳感器采用絕對(duì)式格雷碼盤作為基本元件，并且使用了特殊定制的編碼編碼，以光電信號(hào)轉(zhuǎn)換原理，可以準(zhǔn)確的輸出相對(duì)應(yīng)的風(fēng)向信息。

 

3.電阻式風(fēng)向傳感器：這種風(fēng)向傳感器采用類似滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)，將產(chǎn)生的電阻值的最大值與最小值分別標(biāo)成360°與0°，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，滑動(dòng)變阻器的滑桿會(huì)隨著頂部的風(fēng)向標(biāo)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而產(chǎn)生的不同的電壓變化就可以計(jì)算出風(fēng)向的角度或者方向了。

 

螺旋槳式風(fēng)速傳感器工作原理

 

我們知道電扇由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn)，在葉片前后產(chǎn)生一個(gè)壓力差，推動(dòng)氣流流動(dòng)。螺旋漿式風(fēng)速計(jì)的工作原理恰好與此相反，對(duì)準(zhǔn)氣流的葉片系統(tǒng)受到風(fēng)壓的作用，產(chǎn)生一定的扭力矩使葉片系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)。通常螺旋槳式速傳感器通過一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉(zhuǎn)來測(cè)量風(fēng)速，螺旋槳一般裝在一個(gè)風(fēng)標(biāo)的前部，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對(duì)風(fēng)的來向，它的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。

 

風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器工作原理

 

風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器，是一種十分常見的風(fēng)速傳感器，最早由英國(guó)魯賓孫發(fā)明。感應(yīng)部分是由三個(gè)或四個(gè)圓錐形或半球形的空杯組成。空心杯殼固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面順著一個(gè)方向排列，整個(gè)橫臂架則固定在一根垂直的旋轉(zhuǎn)軸上。

 

熱式風(fēng)速傳感器工作原理

 

熱式風(fēng)速傳感器以熱絲（鎢絲或鉑絲） 或是以熱膜（鉑或鉻制成薄膜） 為探頭，裸露在被測(cè)空氣，并將它接入惠斯頓電橋，通過惠斯頓電橋的電阻或電流的平衡關(guān)系，檢測(cè)出被測(cè)截面空氣的流速。熱膜式風(fēng)速傳感器的熱膜外涂有極薄 的石英膜絕緣層，以便和流體絕緣，并可防止污染，可在帶有顆粒的氣流中工作，其強(qiáng)度比金屬熱線絲高。

 

皮托管風(fēng)速傳感器工作原理

 

皮托管，又名“空速管”，“風(fēng)速管”，是測(cè)量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置，由法國(guó)H.皮托發(fā)明而得名。

 

超聲波風(fēng)速傳感器工作原理

 

超聲波風(fēng)速傳感器的工作原理是利用超聲波時(shí)差法來實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的測(cè)量。由于聲音在空氣中的傳播速度，會(huì)和風(fēng)向上的氣流速度疊加。假如超聲波的傳播方向與風(fēng)向相同，那么它的速度會(huì)加快；

 

反之，若超聲波的傳播方向若與風(fēng)向相反，那么它的速度會(huì)變慢。所以，在固定的檢測(cè)條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風(fēng)速函數(shù)對(duì)應(yīng)。 通過計(jì)算即可得到精確的風(fēng)速和風(fēng)向。由于聲波在空氣中傳播時(shí)，它的速度受溫度的影響很大；風(fēng)速傳感器檢測(cè)兩個(gè)通道上的兩個(gè)相反方向，因此溫度對(duì)聲波速度產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。

 

超聲波風(fēng)速傳感器特點(diǎn)：

 

1、采用聲波相位補(bǔ)償技術(shù)，精度更高；

 

2、采用隨機(jī)誤差識(shí)別技術(shù)，大風(fēng)下也可保證測(cè)量的低離散誤差，使輸出更平穩(wěn)；

 

3、針對(duì)細(xì)雨，濃霧天氣的測(cè)量補(bǔ)償技術(shù)，具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力；

 

4、數(shù)字濾波技術(shù)，抗電磁干擾能力更強(qiáng)；

 

5、無(wú)啟動(dòng)風(fēng)速限制，零風(fēng)速工作，適合室內(nèi)微風(fēng)的測(cè)量，無(wú)角度限制（360°全方位），同時(shí)獲得風(fēng)速、風(fēng)向的數(shù)據(jù)；

 

6、測(cè)量精度高；性能穩(wěn)定；低功耗不需校準(zhǔn)；

 

7、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，儀器抗腐蝕性強(qiáng)，在安裝和使用時(shí)無(wú)需擔(dān)心損壞；

 

8、設(shè)計(jì)靈活，輕巧，攜帶輕便，安裝、拆卸容易；

 

9、信號(hào)接入方便，同時(shí)提供數(shù)字和模擬兩種信號(hào)；

 

10、不需維護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)， 真正的0——359°工作 （無(wú)死角）。

 

風(fēng)向風(fēng)速傳感器的應(yīng)用

 

風(fēng)向傳感器和風(fēng)速傳感器雖然是兩種完全獨(dú)立的傳感器，但大多數(shù)情況下，這兩種傳感器是整合在同一測(cè)量設(shè)備中，通過綜合處理數(shù)據(jù)信息，共同發(fā)揮作用的。

 

風(fēng)向風(fēng)速傳感器在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用

 

在氣象領(lǐng)域，通常需要對(duì)許多種自然現(xiàn)象進(jìn)行觀察，如風(fēng)速與氣象的變化，當(dāng)然還有風(fēng)向的變化，對(duì)于風(fēng)向的測(cè)量工作，現(xiàn)在基本是使用風(fēng)向儀或者風(fēng)向傳感器設(shè)備來解決這個(gè)問題。

 

風(fēng)向風(fēng)速傳感器在煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用

 

安裝在礦井中的通風(fēng)設(shè)備，往往型號(hào)不一，而且其工作功率也有著較大的差別，所以需要使用風(fēng)速傳感器設(shè)備對(duì)各個(gè)通風(fēng)道的風(fēng)速值進(jìn)行監(jiān)視，防止某個(gè)位置的通風(fēng)率過低而出現(xiàn)的有害氣體濃度過高的現(xiàn)象出現(xiàn)。

 

風(fēng)向風(fēng)速傳感器在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用

 

現(xiàn)代化的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)為了能夠更好的利用風(fēng)力資源，通常葉輪方向的控制已經(jīng)不是用尾翼進(jìn)行的，而是通過風(fēng)向傳感器來完成這個(gè)角度的控制，通常風(fēng)向傳感器 需要安裝在風(fēng)電機(jī)組頂部，但需要防止葉輪阻礙傳感器進(jìn)行測(cè)量，如果傳感器的高度達(dá)到一定程度的時(shí)候，人們還需要注意對(duì)發(fā)電機(jī)組以及傳感器進(jìn)行防雷、防漏電處理。

 

通常風(fēng)力場(chǎng)附近安裝的風(fēng)向傳感器有以下兩個(gè)主要用途：

 

1、保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片可以實(shí)時(shí)正對(duì)風(fēng)向角，確保事實(shí)都在正常工作狀態(tài)。

 

2、在風(fēng)電場(chǎng)附近的氣象站設(shè)備上的風(fēng)向測(cè)量?jī)x器可以確保大風(fēng)天氣不會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成威脅。

 

風(fēng)向風(fēng)速傳感器在塔式起重機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用

 

通常，為了確保建筑工程的進(jìn)行，大多數(shù)的塔式起重機(jī)通常都會(huì)安裝風(fēng)速傳感器設(shè)備，它的存在可以讓起重機(jī)在大風(fēng)影響起重機(jī)工作的時(shí)候，發(fā)出報(bào)警，但是當(dāng)大風(fēng)已經(jīng)開始影響起重機(jī)工作的時(shí)候，往往就需要注意風(fēng)向的變化，這樣才能針對(duì)不同風(fēng)向的風(fēng)做出應(yīng)對(duì)措施，所以部分起重機(jī)上面已經(jīng)使用了風(fēng)向傳感器設(shè)備。

 

風(fēng)向風(fēng)速傳感器在空調(diào)及通風(fēng)設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

 

變風(fēng)量末端裝置是變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。風(fēng)速傳感器又是變風(fēng)量末端裝置的關(guān)鍵部件，因此，風(fēng)速傳感器的類型與性能直接影響系統(tǒng)風(fēng)量的檢測(cè)和控制質(zhì)量。目前，我國(guó)及歐美各廠家的變風(fēng)量末端裝置均采用皮托管式風(fēng)速傳感器，而日本各廠家多不采用皮托管式風(fēng)速傳感器。

 

風(fēng)向風(fēng)速傳感器在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

 

飛機(jī)上的“空速管”是一種典型的皮托管風(fēng)速傳感器，是飛機(jī)上極為重要的測(cè)量工具。它的安裝位置一定要在飛機(jī)外面氣流較少受到飛機(jī)影響的區(qū)域，一般在機(jī)頭正前方，垂尾或翼尖前方。

 

當(dāng)飛機(jī)向前飛行時(shí)，氣流便沖進(jìn)空速管，在管子末端的感應(yīng)器會(huì)感受到氣流的沖擊力量，即動(dòng)壓。飛機(jī)飛得越快，動(dòng)壓就越大。如果將空氣靜止時(shí)的壓力即靜壓和動(dòng)壓相比就可以知道沖進(jìn)來的空氣有多快，也就是飛機(jī)飛得有多快。比較兩種壓力的工具是一個(gè)用上下兩片很薄的金屬片制成的表面帶波紋的空心圓形盒子，稱為膜盒。

 

這盒子是密封的，但有一根管子與空速管相連。如果飛機(jī)速度快，動(dòng)壓便增大，膜盒內(nèi)壓力增加，膜盒會(huì)鼓起來。用一個(gè)由小杠桿和齒輪等組成的裝置可以將膜盒的變形測(cè)量出來并用指針顯示，這就是最簡(jiǎn)單的飛機(jī)空速表。

 

 

推薦閱讀：