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風(fēng)速傳感器的分類(lèi)_風(fēng)速傳感器的測(cè)量原理
風(fēng)速傳感器是一種可以連續(xù)測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)量（風(fēng)量=風(fēng)速x橫截面積）大小的常見(jiàn)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,，我們來(lái)一一了解一下,。
一、螺旋槳式風(fēng)速傳感器工作原理
我們知道電扇由電動(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(guò)一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉(zhuǎn)來(lái)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(lái)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(chēng)三杯式風(fēng)速傳感器,，是一種十分常見(jiàn)的風(fēng)速傳感器,，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,?？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(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,。
當(dāng)風(fēng)從左方吹來(lái)時(shí)，風(fēng)杯1與風(fēng)向平行,，風(fēng)對(duì)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(duì)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(kāi)始順時(shí)針?lè)较蛐D(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(dòng)越快。
風(fēng)杯開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)后,，由于杯2順著風(fēng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng),，受風(fēng)的壓力相對(duì)減小，而杯3迎著風(fēng)以同樣的速度轉(zhuǎn)動(dòng),，所受風(fēng)壓相對(duì)增大,，風(fēng)壓差不斷減小，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后（風(fēng)速不變時(shí)）,，作用在三個(gè)風(fēng)杯上的分壓差為零時(shí),，風(fēng)杯就變作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)時(shí),，帶動(dòng)同軸的多齒截光盤(pán)或磁棒轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)電路得到與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào),，該脈沖信號(hào)由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù),，經(jīng)換算后就能得出實(shí)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(shí)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(shí),，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(guò)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(cè)空氣,，并將它接入惠斯頓電橋,，通過(guò)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。
當(dāng)空氣溫度穩(wěn)定不變時(shí),，熱絲上的耗電功率等于熱絲在空氣中瞬時(shí)耗去的熱量,。熱絲電阻隨溫度而變化，熱線的電阻和熱線溫度在通常溫度范圍（0～300 ℃） 之內(nèi),，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(duì)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(cè)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(cè)氣流速度僅與電阻（或電流） 一一對(duì)應(yīng),。
熱線式風(fēng)速傳感器有恒流與恒溫兩種設(shè)計(jì)電路。恒溫式熱線風(fēng)速傳感器較為常用,。恒溫法原理是測(cè)量過(guò)程中保持熱絲溫度恒定,，使電橋平衡，此時(shí)熱絲電阻保持不變,，氣流速度只是電流的單值函數(shù),，根據(jù)已知的氣流速度與電流的關(guān)系可求得通過(guò)末端裝置的氣流速度。恒流式熱線風(fēng)速傳感器在測(cè)量過(guò)程中保持流經(jīng)熱絲的電流值不變,。當(dāng)電流值不變時(shí),，氣流速度僅僅與熱絲電阻有關(guān)。根據(jù)已知的氣流速度與熱絲電阻的關(guān)系可求得通過(guò)風(fēng)速傳感器的氣流速度,。
熱線式風(fēng)速傳感器可測(cè)量脈動(dòng)風(fēng)速,。恒流式風(fēng)速傳感器熱慣性較大，恒溫式風(fēng)速傳感器的熱慣性相對(duì)較小,，具有較高的速度響應(yīng),。熱線式風(fēng)速傳感器的測(cè)量精度均不很高， 使用時(shí)要注意溫度補(bǔ)償,。
四,、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,。
用實(shí)驗(yàn)方法直接測(cè)量氣流的速度比較困難,，但氣流的壓力則可以用測(cè)壓計(jì)方便地測(cè)出,。它主要是用來(lái)測(cè)量飛機(jī)速度的,，同時(shí)還兼具其他多種功能,。因此,，可用皮托管測(cè)量壓力,，再應(yīng)用伯努利定理算出氣流的速度,。皮托管由一個(gè)圓頭的雙層套管組成（見(jiàn)圖）,，外套管直徑為D,，在圓頭中心O處開(kāi)一與內(nèi)套管相連的總壓孔,，聯(lián)接測(cè)壓計(jì)的一頭,，孔的直徑為0.3～0.6D,。在外套管側(cè)表面距O約3～8D的C處沿周向均勻地開(kāi)一排與外管壁垂直的靜壓孔,，聯(lián)接測(cè)壓計(jì)另一頭，將皮托管安放在欲測(cè)速度的定常氣流中,，使管軸與氣流的方向一致,，管子前緣對(duì)著來(lái)流,。當(dāng)氣流接近O點(diǎn)處,，其流速逐漸減低,，流至O點(diǎn)滯止為零,。所以O(shè)點(diǎn)測(cè)出的是總壓P,。其次,，由于管子很細(xì),，C點(diǎn)距O點(diǎn)充分遠(yuǎn),，因此C點(diǎn)處的速度和壓力已經(jīng)基本上恢復(fù)到同來(lái)流速度V和壓力P相等的數(shù)值，因而在C點(diǎn)測(cè)出的是靜壓,。對(duì)于低速流動(dòng)（流體可近似地認(rèn)為是不可壓縮的）,，由伯努利定理得確定流速的公式為：
根據(jù)測(cè)壓計(jì)測(cè)出的總壓和靜壓差P-P，以及流體的密 度ρ,，可以按照公式求出氣流的速度,。
五、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(lái)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(guò)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)速傳感器它具有重量輕,、沒(méi)有任何移動(dòng)部件、堅(jiān)固耐用的特點(diǎn),， 而且不需維護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn),，能同時(shí)輸出風(fēng)速和風(fēng)向?？蛻艨筛鶕?jù)需要選擇風(fēng)速單位,、輸出頻率及輸出格式。也可根據(jù)需要選擇加熱裝置（在冰冷環(huán)境下推薦使用）或模擬輸出,?？梢耘c電腦、數(shù)據(jù)采集器或其它具有RS485或模擬輸出相符合的采集設(shè)備連用,。如果需要,，也可以多臺(tái)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行使用。
超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀是一種較為*的測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向的儀器,。由于它很好地克服了機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀固有的缺陷,， 因而能全天候地、長(zhǎng)久地正常工作，越來(lái)越廣泛地得到使用,。它將是機(jī)械式風(fēng)速儀的強(qiáng)有力替代品。