【導讀】如何測量風速和風向，其實在古代很早就已經(jīng)出現(xiàn)，著名的諸葛亮借東風火燒壁，就是因為有效的掌握了風向和風速方面的知識，從而取得了軍事的重大勝利。作為一種對天氣測量的設備，用來測量風的方向在大小的的風速傳感器和風向傳感器在各行各業(yè)也得到了廣泛的應用，下面我們就看看這兩種設備。
風向傳感器
風向傳感器是以風向箭頭的轉(zhuǎn)動探測、感受外界的風向信息，并將其傳遞給同軸碼盤，同時輸出對應風向相關數(shù)值的一種物理裝置。
通常風向傳感器主體都采用風向標的機械結(jié)構，當風吹向風向標的尾部的尾翼的時候，風向標的箭頭就會指風吹過來的方向。為了保持對于方向的敏感性，同時還采用不同的內(nèi)部機構來給風速傳感器辨別方向。
通常有以下三類：
1.電磁式風向傳感器：利用電磁原理設計，由于原理種類較多，所以結(jié)構與有所不同，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一步的提高。
2.光電式風向傳感器：這種風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，可以準確的輸出相對應的風向信息。
3.電阻式風向傳感器：這種風向傳感器采用類似滑動變阻器的結(jié)構，將產(chǎn)生的電阻值的最大值與最小值分別標成360°與0°，當風向標產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的時候，滑動變阻器的滑桿會隨著頂部的風向標一起轉(zhuǎn)動，而產(chǎn)生的不同的電壓變化就可以計算出風向的角度或者方向了。
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。
熱式風速傳感器工作原理
熱式風速傳感器以熱絲（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系，檢測出被測截面空氣的流速。熱膜式風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，其強度比金屬熱線絲高。
皮托管風速傳感器工作原理
皮托管，又名“空速管”，“風速管”，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。
超聲波風速傳感器工作原理
超聲波風速傳感器的工作原理是利用超聲波時差法來實現(xiàn)風速的測量。由于聲音在空氣中的傳播速度，會和風向上的氣流速度疊加。假如超聲波的傳播方向與風向相同，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速函數(shù)對應。 通過計算即可得到精確的風速和風向。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。
超聲波風速傳感器特點：
1、采用聲波相位補償技術，精度更高；
2、采用隨機誤差識別技術，大風下也可保證測量的低離散誤差，使輸出更平穩(wěn)；
3、針對細雨，濃霧天氣的測量補償技術，具有更強的環(huán)境適應力；
4、數(shù)字濾波技術，抗電磁干擾能力更強；
5、無啟動風速限制，零風速工作，適合室內(nèi)微風的測量，無角度限制（360°全方位），同時獲得風速、風向的數(shù)據(jù)；
6、測量精度高；性能穩(wěn)定；低功耗不需校準；
7、結(jié)構堅固，儀器抗腐蝕性強，在安裝和使用時無需擔心損壞；
8、設計靈活，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、不需維護和現(xiàn)場校準， 真正的0——359°工作 （無死角）。
風向風速傳感器的應用
風向傳感器和風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備中，通過綜合處理數(shù)據(jù)信息，共同發(fā)揮作用的。
風向風速傳感器在氣象領域的應用
在氣象領域，通常需要對許多種自然現(xiàn)象進行觀察，如風速與氣象的變化，當然還有風向的變化，對于風向的測量工作，現(xiàn)在基本是使用風向儀或者風向傳感器設備來解決這個問題。
風向風速傳感器在煤礦領域的應用
安裝在礦井中的通風設備，往往型號不一，而且其工作功率也有著較大的差別，所以需要使用風速傳感器設備對各個通風道的風速值進行監(jiān)視，防止某個位置的通風率過低而出現(xiàn)的有害氣體濃度過高的現(xiàn)象出現(xiàn)。
風向風速傳感器在風力發(fā)電領域的應用
現(xiàn)代化的大型風力發(fā)電機為了能夠更好的利用風力資源，通常葉輪方向的控制已經(jīng)不是用尾翼進行的，而是通過風向傳感器來完成這個角度的控制，通常風向傳感器 需要安裝在風電機組頂部，但需要防止葉輪阻礙傳感器進行測量，如果傳感器的高度達到一定程度的時候，人們還需要注意對發(fā)電機組以及傳感器進行防雷、防漏電處理。
通常風力場附近安裝的風向傳感器有以下兩個主要用途：
1、保障風力發(fā)電機葉片可以實時正對風向角，確保事實都在正常工作狀態(tài)。
2、在風電場附近的氣象站設備上的風向測量儀器可以確保大風天氣不會對風電機組構成威脅。
風向風速傳感器在塔式起重機領域的應用
通常，為了確保建筑工程的進行，大多數(shù)的塔式起重機通常都會安裝風速傳感器設備，它的存在可以讓起重機在大風影響起重機工作的時候，發(fā)出報警，但是當大風已經(jīng)開始影響起重機工作的時候，往往就需要注意風向的變化，這樣才能針對不同風向的風做出應對措施，所以部分起重機上面已經(jīng)使用了風向傳感器設備。
風向風速傳感器在空調(diào)及通風設備領域的應用
變風量末端裝置是變風量空調(diào)系統(tǒng)的主要設備之一。風速傳感器又是變風量末端裝置的關鍵部件，因此，風速傳感器的類型與性能直接影響系統(tǒng)風量的檢測和控制質(zhì)量。目前，我國及歐美各廠家的變風量末端裝置均采用皮托管式風速傳感器，而日本各廠家多不采用皮托管式風速傳感器。
風向風速傳感器在航空領域的應用
飛機上的“空速管”是一種典型的皮托管風速傳感器，是飛機上極為重要的測量工具。它的安裝位置一定要在飛機外面氣流較少受到飛機影響的區(qū)域，一般在機頭正前方，垂尾或翼尖前方。
當飛機向前飛行時，氣流便沖進空速管，在管子末端的感應器會感受到氣流的沖擊力量，即動壓。飛機飛得越快，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來的空氣有多快，也就是飛機飛得有多快。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空速表。
推薦閱讀：
