读懂风向风速传感器,看看哪些你不知道?
发布者:精讯畅通上传时间:2023 年 3 月 2 日

如何测量风速和风向,其实在古代很早就已经出现,著名的诸葛亮借东风火烧壁,就是因为有效的掌握了风向和风速方面的知识,从而取得了军事的重大胜利。

作为一种对天气测量的设备,用来测量风的方向在大小的的风速传感器和风向传感器在各行各业也得到了广泛的应用。

风向传感器

风向传感器是以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息,并将其传递给同轴码盘,同时输出对应风向相关数值的一种物理装置。

通常风向传感器主体都采用风向标的机械结构,当风吹向风向标的尾部的尾翼的时候,风向标的箭头就会指风吹过来的方向。为了保持对于方向的敏感性,同时还采用不同的内部机构来给风速传感器辨别方向。通常有以下三类:

电磁式风向传感器:利用电磁原理设计,由于原理种类较多,所以结构与有所不同,目前部分此类传感器已经开始利用陀螺仪芯片或者电子罗盘作为基本元件,其测量精度得到了进一步的提高。

光电式风向传感器:这种风向传感器采用绝对式格雷码盘作为基本元件,并且使用了特殊定制的编码编码,以光电信号转换原理,可以准确的输出相对应的风向信息。

风速传感器

风速传感器是一种可以连续测量风速和风量(风量=风速x横截面积)大小的常见传感器。

风速传感器大体上分为机械式(主要有螺旋桨式、风杯式)风速传感器、热风式风速传感器。

我们知道电扇由电动机带动风扇叶片旋转,在叶片前后产生一个压力差,推动气流流动。螺旋浆式风速计的工作原理恰好与此相反,对准气流的叶片系统受到风压的作用,产生一定的扭力矩使叶片系统旋转。通常螺旋桨式速传感器通过一组三叶或四叶螺旋桨绕水平轴旋转来测量风速,螺旋桨一般装在一个风标的前部,使其旋转平面始终正对风的来向,它的转速正比于风速。

风杯式风速传感器工作原理
风速风向传感器
超声波风速传感器工作原理

超声波风速传感器的工作原理是利用超声波时差法来实现风速的测量。由于声音在空气中的传播速度,会和风向上的气流速度叠加。

假如超声波的传播方向与风向相同,那么它的速度会加快;反之,若超声波的传播方向若与风向相反,那么它的速度会变慢。所以,在固定的检测条件下,超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。

通过计算即可得到精确的风速和风向。由于声波在空气中传播时,它的速度受温度的影响很大;风速传感器检测两个通道上的两个相反方向,因此温度对声波速度产生的影响可以忽略不计。

超声波风速传感器它具有重量轻、没有任何移动部件、坚固耐用的特点, 而且不需维护和现场校准,能同时输出风速和风向。客户可根据需要选择风速单位、 输出频率及输出格式。

也可根据需要选择加热装置(在冰冷环境下推荐使用)或模拟输出。可以与电脑、数据采集器或其它具有RS485或模拟输出相符合的采集设备连用。如果需要,也可以多台组成一个网络进行使用。

超声波风速风向仪是一种较为先进的测量风速风向的仪器。由于它很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷, 因而能全天候地、长久地正常工作,越来越广泛地得到使用。它将是机械式风速仪的强有力替代品。

超声波风速传感器特点

1、采用声波相位补偿技术,精度更高;

2、采用随机误差识别技术,大风下也可保证测量的低离散误差,使输出更平稳;

3、针对细雨,浓雾天气的测量补偿技术,具有更强的环境适应力;

4、数字滤波技术,抗电磁干扰能力更强;

5、无启动风速限制,零风速工作,适合室内微风的测量,无角度限制(360°全方位),同时获得风速、风向的数据;

6、测量精度高;性能稳定;低功耗不需校准;

7、结构坚固,仪器抗腐蚀性强,在安装和使用时无需担心损坏;

8、设计灵活,轻巧,携带轻便,安装、拆卸容易;

9、信号接入方便,同时提供数字和模拟两种信号;

10、不需维护和现场校准, 真正的0~359°工作 (无死角)。

风向风速传感器的应用
风速风向仪

风向传感器和风速传感器虽然是两种完全独立的传感器,但大多数情况下,这两种传感器是整合在同一测量设备中,通过综合处理数据信息,共同发挥作用的。

风向风速传感器在气象领域的应用

在气象领域,通常需要对许多种自然现象进行观察,如风速与气象的变化,当然还有风向的变化,对于风向的测量工作,现在基本是使用风向仪或者风向传感器设备来解决这个问题。

地面风向变化的测量:在沙漠、高原地区的风沙治理工作中,通常人们需要注意气流流动的速度与风向的变化,这样可以掌握到更多的气象数据,一边制定更完善的治理方案,所以在整个过程中用到风向传感器这种气象设备。

海洋风暴预警:可以说海洋气象预警系统是风向传感器在气象领域重要应用之一,它为海洋气象预警系统提供的风向变化数据,是预测台风覆盖范围以及运行轨迹的重要参数之一。

风向风速传感器在煤矿领域的应用

安装在矿井中的通风设备,往往型号不一,而且其工作功率也有着较大的差别,所以需要使用风速传感器设备对各个通风道的风速值进行监视,防止某个位置的通风率过低而出现的有害气体浓度过高的现象出现。

风速风向仪

其实为了确保各大、中、小型煤矿生产工作安全的进行,根据相关规定,在煤矿中应该安装风速传感器设备,在每一个采矿区、翼回风巷以及总回风巷都应该设置风速传感器设备,而掘进工作面就属于采矿区的一部分,因此掘进工作面,是需要安装风速传感器的。

其实在掘进面中需要安装风速传感器还有一个主要的原因,就是通常煤矿中的甲烷、一氧化碳、瓦斯等有害气体往往从掘进面出现的概率最大,甚至有些气体在地下形成的气室中的气体直接就是一些有害性气体,因此煤矿中需要在每个位置都安装风速传感器并连接通风设备。

风向风速传感器在风力发电领域的应用

现代化的大型风力发电机为了能够更好的利用风力资源,通常叶轮方向的控制已经不是用尾翼进行的,而是通过风向传感器来完成这个角度的控制,通常风向传感器 需要安装在风电机组顶部,但需要防止叶轮阻碍传感器进行测量,如果传感器的高度达到一定程度的时候,人们还需要注意对发电机组以及传感器进行防雷、防漏电处理。

通常风力场附近安装的风向传感器有以下两个主要用途:

1、保障风力发电机叶片可以实时正对风向角,确保事实都在正常工作状态。

2、在风电场附近的气象站设备上的风向测量仪器可以确保大风天气不会对风电机组构成威胁。

风向风速传感器在塔式起重机领域的应用

通常,为了确保建筑工程的进行,大多数的塔式起重机通常都会安装风速传感器设备,它的存在可以让起重机在大风影响起重机工作的时候,发出报警,但是当大风已经开始影响起重机工作的时候,往往就需要注意风向的变化,这样才能针对不同风向的风做出应对措施,所以部分起重机上面已经使用了风向传感器设备。

结语

随着现代科学技术进步,激光等一些新式的风速传感器也开始在风速检测中运用,使得各种特殊环境下,对风速风向的检测更加精确,更加便捷。

结合物联网、大数据、AI技术等,相信不久的将来,各种新式的、智能的风向风速传感器将会越来越多地应用在建筑机械、铁路、港口、码头、电厂、气象、索道、环境、温室、养殖等各个领域,实时监控并进行智能调节。


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