風(fēng)速傳感器的測量原理

　　風(fēng)速傳感器是在空氣中放置一條風(fēng)速傳感器，將風(fēng)速轉(zhuǎn)換成電信號輸出的一種儀器。風(fēng)速傳感器具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、體積小、重量輕等特點。主要用于風(fēng)環(huán)境測試、風(fēng)速測量、風(fēng)力測量等領(lǐng)域。風(fēng)速傳感器是一種可以連續(xù)測量風(fēng)速和風(fēng)量(風(fēng)量=風(fēng)速x橫截面積)大小的常見傳感器。風(fēng)速傳感器大體上分為機(jī)械式(主要有螺旋槳式、風(fēng)杯式)風(fēng)速傳感器、熱風(fēng)式風(fēng)速傳感器、皮托管風(fēng)速傳感器和基于聲學(xué)原理的超聲波風(fēng)速傳感器。關(guān)于每種傳感器的工作原理，聚英電子帶您來了解一下。

　　一、螺旋槳式風(fēng)速傳感器工作原理

　　我們知道電扇由電動機(jī)帶動風(fēng)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(fēng)速計的工作原理恰好與此相反，對準(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)來測量風(fēng)速，螺旋槳一般裝在一個風(fēng)標(biāo)的前部，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對風(fēng)的來向，它的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。

　　二、風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器工作原理

　　風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器，又稱三杯式風(fēng)速傳感器，是一種十分常見的風(fēng)速傳感器，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。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，杯的凹面順著一個方向排列，整個橫臂架則固定在一根垂直的旋轉(zhuǎn)軸上。

　　當(dāng)風(fēng)從左方吹來時，風(fēng)杯1與風(fēng)向平行，風(fēng)對風(fēng)杯1的壓力在直于風(fēng)杯軸方向上的分力近似為零。風(fēng)杯2與3同風(fēng)向成60度角相交，對風(fēng)杯2而言，其凹面迎著風(fēng)，承受的風(fēng)壓大;風(fēng)杯3其凸面迎風(fēng)，風(fēng)的繞流作用使其所受風(fēng)壓比風(fēng)杯2小，由于風(fēng)杯2與風(fēng)杯3垂直于風(fēng)杯軸方向上的壓力差，而使風(fēng)杯開始順時針方向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速越大，起始的壓力差越大，產(chǎn)生的加速度越大，風(fēng)杯轉(zhuǎn)動越快。

　　風(fēng)杯開始轉(zhuǎn)動后，由于杯2順著風(fēng)的方向轉(zhuǎn)動，受風(fēng)的壓力相對減小，而杯3迎著風(fēng)以同樣的速度轉(zhuǎn)動，所受風(fēng)壓相對增大，風(fēng)壓差不斷減小，經(jīng)過一段時間后(風(fēng)速不變時)，作用在三個風(fēng)杯上的分壓差為零時，風(fēng)杯就變作勻速轉(zhuǎn)動。這樣根據(jù)風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速(每秒鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù))就可以確定風(fēng)速的大小。

　　當(dāng)風(fēng)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(fēng)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(fēng)速值。目前新型轉(zhuǎn)杯風(fēng)速表均是采用三杯的，并且錐形杯的性能比半球形的好，當(dāng)風(fēng)速增加時轉(zhuǎn)杯能迅速增加轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)氣流速度，風(fēng)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(fēng)速表在陣性風(fēng)里指示的風(fēng)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%)

　　三、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，檢測出被測截面空氣的流速。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。

　　當(dāng)空氣溫度穩(wěn)定不變時，熱絲上的耗電功率等于熱絲在空氣中瞬時耗去的熱量。熱絲電阻隨溫度而變化，表現(xiàn)為線性關(guān)系。放熱系數(shù)與氣流速度有關(guān)，流速越大，對應(yīng)的放熱系數(shù)也越大，即散熱快;流速小，則散熱慢。

　　熱式風(fēng)速傳感器所測氣流速度是電流與電阻的函數(shù)。將電流(或電阻) 保持不變，所測氣流速度僅與電阻(或電流) 一一對應(yīng)。

　　風(fēng)速測量采用多點式結(jié)構(gòu)，可以安裝在多個地方，如地面、立柱、柱子等。其采用兩點式結(jié)構(gòu)形式，即風(fēng)速傳感器的一個支點，兩個測點分別測風(fēng)信號源的一個風(fēng)向標(biāo)和一個測風(fēng)管。兩個測點分別位于風(fēng)速計的中心位置，測量人員在中心位置放置一個測風(fēng)管，當(dāng)風(fēng)速傳感器檢測到風(fēng)速值后，測風(fēng)管向測量人員發(fā)出信號以帶動風(fēng)筒轉(zhuǎn)動直至風(fēng)筒轉(zhuǎn)速達(dá)到最大時才停止。測風(fēng)管與風(fēng)筒表面相互接觸，形成一個表面接觸層，此時測量人員將測到的風(fēng)與風(fēng)管表面之間產(chǎn)生的壓力差通過測量人員佩戴的眼鏡等間接工具進(jìn)行測量，從而獲得風(fēng)速測量值。

　　風(fēng)速測量是使用風(fēng)速儀在空氣中測量空氣對風(fēng)速的力。因此在使用風(fēng)速儀時要注意其安裝方式以及周圍的環(huán)境。如安裝在水平方向有水流過，應(yīng)在水平方向有水流過或水流過的位置安裝風(fēng)速儀。當(dāng)氣流通過風(fēng)速儀時，其中一部分水流會穿過風(fēng)速儀內(nèi)部產(chǎn)生壓力。因此在風(fēng)速儀內(nèi)有多個水流過風(fēng)速儀的時候，壓力會改變流經(jīng)被測風(fēng)速物體的壓力場的分布情況。這時由于流過風(fēng)速傳感器的水流過，因此壓力場也會改變。

　　使用注意事項

　　風(fēng)速變送器不能在有腐蝕性氣體、酸、堿、灰塵、塵埃等介質(zhì)的環(huán)境下使用。若使用環(huán)境較為惡劣或溫度較高時，請務(wù)必將風(fēng)速變送器與儀器分開存放。在使用風(fēng)速變送器時，應(yīng)定期檢查轉(zhuǎn)子與傳感器的連接是否牢固，定期對轉(zhuǎn)子與傳感器進(jìn)行調(diào)整、清洗。在使用過程中，應(yīng)定期檢查風(fēng)速變送器是否出