【導(dǎo)讀】如何測量風(fēng)速和風(fēng)向，其實在古代很早就已經(jīng)出現(xiàn)，著名的諸葛亮借東風(fēng)火燒壁，就是因為有效的掌握了風(fēng)向和風(fēng)速方面的知識，從而取得了軍事的重大勝利。作為一種對天氣測量的設(shè)備，用來測量風(fēng)的方向在大小的的風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器在各行各業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用，下面我們就看看這兩種設(shè)備。
風(fēng)向傳感器
風(fēng)向傳感器是以風(fēng)向箭頭的轉(zhuǎn)動探測、感受外界的風(fēng)向信息，并將其傳遞給同軸碼盤，同時輸出對應(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)的尾部的尾翼的時候，風(fēng)向標(biāo)的箭頭就會指風(fēng)吹過來的方向。為了保持對于方向的敏感性，同時還采用不同的內(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，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，以光電信號轉(zhuǎn)換原理，可以準(zhǔn)確的輸出相對應(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)動的時候，滑動變阻器的滑桿會隨著頂部的風(fēng)向標(biāo)一起轉(zhuǎn)動，而產(chǎn)生的不同的電壓變化就可以計算出風(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。
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。
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，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差法來實現(xiàn)風(fēng)速的測量。由于聲音在空氣中的傳播速度，會和風(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，那么它的速度會變慢。所以，在固定的檢測條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風(fēng)速函數(shù)對應(yīng)。 通過計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，它的速度受溫度的影響很大；風(fēng)速傳感器檢測兩個通道上的兩個相反方向，因此溫度對聲波速度產(chǎn)生的影響可以忽略不計。
超聲波風(fēng)速傳感器特點：
1、采用聲波相位補(bǔ)償技術(shù)，精度更高；
2、采用隨機(jī)誤差識別技術(shù)，大風(fēng)下也可保證測量的低離散誤差，使輸出更平穩(wěn)；
3、針對細(xì)雨，濃霧天氣的測量補(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、無啟動風(fēng)速限制，零風(fēng)速工作，適合室內(nèi)微風(fēng)的測量，無角度限制（360°全方位），同時獲得風(fēng)速、風(fēng)向的數(shù)據(jù)；
6、測量精度高；性能穩(wěn)定；低功耗不需校準(zhǔn)；
7、結(jié)構(gòu)堅固，儀器抗腐蝕性強(qiáng)，在安裝和使用時無需擔(dān)心損壞；
8、設(shè)計靈活，輕巧，攜帶輕便，安裝、拆卸容易；
9、信號接入方便，同時提供數(shù)字和模擬兩種信號；
10、不需維護(hù)和現(xiàn)場校準(zhǔn)， 真正的0——359°工作 （無死角）。
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，對于風(fēng)向的測量工作，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)備對各個通風(fēng)道的風(fēng)速值進(jìn)行監(jiān)視，防止某個位置的通風(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)行測量，如果傳感器的高度達(dá)到一定程度的時候，人們還需要注意對發(fā)電機(jī)組以及傳感器進(jìn)行防雷、防漏電處理。
通常風(fēng)力場附近安裝的風(fēng)向傳感器有以下兩個主要用途：
1、保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片可以實時正對風(fēng)向角，確保事實都在正常工作狀態(tài)。
2、在風(fēng)電場附近的氣象站設(shè)備上的風(fēng)向測量儀器可以確保大風(fēng)天氣不會對風(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)工作的時候，發(fā)出報警，但是當(dāng)大風(fēng)已經(jīng)開始影響起重機(jī)工作的時候，往往就需要注意風(fēng)向的變化，這樣才能針對不同風(fēng)向的風(fēng)做出應(yīng)對措施，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)量的檢測和控制質(zhì)量。目前，我國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，氣流便沖進(jìn)空速管，在管子末端的感應(yīng)器會感受到氣流的沖擊力量，即動壓。飛機(jī)飛得越快，動壓就越大。如果將空氣靜止時的壓力即靜壓和動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，動壓便增大，膜盒內(nèi)壓力增加，膜盒會鼓起來。用一個由小杠桿和齒輪等組成的裝置可以將膜盒的變形測量出來并用指針顯示，這就是最簡單的飛機(jī)空速表。
推薦閱讀：
