風速傳感器是一種可以連續(xù)測量風速和風量(風量=風速x橫截面積)大小的常見傳感器。
風速傳感器大體上分為機械式(主要有螺旋槳式、風杯式)風速傳感器、熱風式風速傳感器、皮托管風速傳感器和基于聲學原理的超聲波風速傳感器。
螺旋槳式風速傳感器工作原理
我們知道電扇由電動機帶動風扇葉片旋轉(zhuǎn),在葉片前后產(chǎn)生一個壓力差,推動氣流流動。螺旋漿式風速計的工作原理恰好與此相反,對準氣流的葉片系統(tǒng)受到風壓的作用,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)來測量風速,螺旋槳一般裝在一個風標的前部,使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對風的來向,它的轉(zhuǎn)速正比于風速。
風杯式風速傳感器工作原理
風杯式風速傳感器,是一種十分常見的風速傳感器,最早由英國魯賓孫發(fā)明。感應(yīng)部分是由三個或四個圓錐形或半球形的空杯組成??招谋瓪す潭ㄔ诨コ?20°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上,杯的凹面順著一個方向排列,整個橫臂架則固定在一根垂直的旋轉(zhuǎn)軸上。
當風從左方吹來時,風杯1與風向平行,風對風杯1的壓力在最直于風杯軸方向上的分力近似為零。風杯2與3同風向成60度角相交,對風杯2而言,其凹面迎著風,承受的風壓最大;風杯3其凸面迎風,風的繞流作用使其所受風壓比風杯2小,由于風杯2與風杯3在垂直于風杯軸方向上的壓力差,而使風杯開始順時針方向旋轉(zhuǎn),風速越大,起始的壓力差越大,產(chǎn)生的加速度越大,風杯轉(zhuǎn)動越快。
風杯開始轉(zhuǎn)動后,由于杯2順著風的方向轉(zhuǎn)動,受風的壓力相對減小,而杯3迎著風以同樣的速度轉(zhuǎn)動,所受風壓相對增大,風壓差不斷減小,經(jīng)過一段時間后(風速不變時),作用在三個風杯上的分壓差為零時,風杯就變作勻速轉(zhuǎn)動。這樣根據(jù)風杯的轉(zhuǎn)速(每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù))就可以確定風速的大小。
當風杯轉(zhuǎn)動時,帶動同軸的多齒截光盤或磁棒轉(zhuǎn)動,通過電路得到與風杯轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號,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速值。目前新型轉(zhuǎn)杯風速表均是采用三杯的,并且錐形杯的性能比半球形的好,當風速增加時轉(zhuǎn)杯能迅速增加轉(zhuǎn)速,以適應(yīng)氣流速度,風速減小時,由于慣性影響,轉(zhuǎn)速卻不能立即下降,旋轉(zhuǎn)式風速表在陣性風里指示的風速一般是偏高的成為過高效應(yīng)(產(chǎn)生的平均誤差約為10%)。
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