Что такое пьезоэлектрический датчик? Что такое датчик скорости ветра в ветрозащитной чашке?
1. Знакомство с датчиками
Датчик (английское название: преобразователь/сенсор) — это устройство обнаружения, которое может воспринимать измеренную информацию и преобразовывать полученную информацию в электрические сигналы или другие необходимые формы вывода информации в соответствии с определенными правилами для удовлетворения требований передачи, обработки и хранения информации. , отображение, запись и управление. Из-за большого количества типов датчиков в этой статье редактор знакомит только с пьезоэлектрическим датчиком и датчиком скорости ветра с ветрозащитной чашкой.
2. Пьезоэлектрический датчик
Прежде всего, давайте взглянем на некоторые соответствующие знания о пьезоэлектрических датчиках. Датчики давления являются наиболее часто используемыми датчиками в промышленной практике, а датчики давления, которые мы обычно используем, в основном изготавливаются с использованием пьезоэлектрического эффекта. Такие датчики еще называют пьезоэлектрическими датчиками.
Пьезоэлектрические материалы, в основном используемые в пьезоэлектрических датчиках, включают кварц, тартрат калия-натрия и дигидрофосфат аммония. Среди них кварц (диоксид кремния) является природным кристаллом, в этом кристалле обнаружен пьезоэлектрический эффект. В определенном диапазоне температур пьезоэлектрические свойства существуют всегда, но при выходе температуры за пределы этого диапазона пьезоэлектрические свойства полностью исчезают (эта высокая температура и есть так называемая «точка Кюри»). Поскольку электрическое поле при изменении напряжения меняется незначительно (т. е. пьезоэлектрический коэффициент сравнительно невелик), кварц постепенно заменяется другими пьезоэлектрическими кристаллами. Тартрат калия-натрия обладает большой пьезоэлектрической чувствительностью и пьезоэлектрическим коэффициентом, но его можно применять только в среде с относительно низкой комнатной температурой и влажностью. Дигидрофосфат аммония представляет собой искусственный кристалл, способный выдерживать высокие температуры и относительно высокую влажность, поэтому он нашел широкое применение.
3. Датчик скорости ветра в ветровом стакане.
После понимания соответствующих знаний о пьезоэлектрическом датчике, давайте взглянем на содержимое специального датчика ветрозащитной чашки.
Датчик скорости ветра с ветрозащитной чашкой — это очень распространенный датчик скорости ветра, который впервые был изобретен Робинсоном в Англии. В Китае широко используется датчик скорости ветра с ветрозащитной чашкой. Чувствительная часть датчика скорости ветра ветрозащитной чашки состоит из трех или четырех пустых чашек конической или полусферической формы. Полая чашка крепится на трехконечных звездообразных кронштейнах под углом 120 градусов или на крестообразных кронштейнах под углом 90 градусов друг к другу. Вогнутые поверхности чашек расположены в одном направлении, а вся рамка траверсы закреплена на вертикальной оси вращения.
Когда ветер дует слева, ветровой стакан 1 параллелен направлению ветра, а составляющая сила давления ветра на ветровой стакан 1 в направлении, наиболее перпендикулярном оси ветрового стакана, равна примерно нулю. Ветровые чашки 2 и 3 пересекаются с направлением ветра под углом 60 градусов. Для ветровой чашки 2 ее вогнутая поверхность обращена к ветру и выдерживает наибольшее давление ветра; ветровая чашка 3 имеет выпуклую поверхность, обращенную к ветру, и ветер вокруг нее делает давление ветра меньшим, чем у ветровой чашки 2. За счет разницы давлений между ветровой чашкой 2 и ветровой чашкой 3 в направлении, перпендикулярном оси ветровой чашки 3, ветровая чашка, ветровая чашка начинает вращаться по часовой стрелке.
После того, как ветровая чашка начинает вращаться, поскольку чашка 2 вращается вдоль направления ветра, давление ветра относительно уменьшается, в то время как чашка 3 вращается против ветра с той же скоростью, давление ветра относительно увеличивается, и разница давлений ветра продолжает уменьшаться. По истечении определенного периода времени (постоянная скорость ветра), когда разность парциальных давлений, действующая на три ветровых чашки, равна нулю, ветровые чашки начнут вращаться с одинаковой скоростью. Таким образом, скорость ветра можно определить по скорости ветровой чаши (оборотов в секунду).
Когда ветровая чашка вращается, она приводит во вращение коаксиальный многозубый режущий диск или магнитный стержень и получает через цепь импульсный сигнал, пропорциональный скорости ветровой чаши. Импульсный сигнал подсчитывается счетчиком, после преобразования можно получить фактическое значение скорости ветра. В настоящее время в новом роторном анемометре используются три чашки, причем характеристики конической чашки лучше, чем у полусферической. Когда скорость ветра увеличивается, ротор может быстро увеличить скорость, чтобы соответствовать скорости воздушного потока. Когда скорость ветра уменьшается, из-за влияния инерции скорость ветра не упадет сразу. Ротационные анемометры обычно указывают на слишком высокую скорость ветра при порывах и имеют слишком большой эффект (даёт среднюю ошибку около 10 процентов).
