Τι είναι ένας πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας; Τι είναι ένας αισθητήρας ταχύτητας ανέμου κυπελλών ανέμου;
1. Εισαγωγή στους αισθητήρες
Ένας αισθητήρας (αγγλική ονομασία: transducer/sensor) είναι μια συσκευή ανίχνευσης που μπορεί να ανιχνεύσει τις μετρούμενες πληροφορίες και να μετατρέψει τις ανιχνευόμενες πληροφορίες σε ηλεκτρικά σήματα ή άλλες απαιτούμενες μορφές εξόδου πληροφοριών σύμφωνα με ορισμένους κανόνες για την κάλυψη των απαιτήσεων μετάδοσης, επεξεργασίας και αποθήκευσης πληροφοριών , προβολή, εγγραφή και έλεγχος. Λόγω των πολλών τύπων αισθητήρων, σε αυτό το άρθρο, ο συντάκτης εισάγει μόνο τον πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα και τον αισθητήρα ταχύτητας ανέμου κυπέλλου ανέμου.
2. Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας
Πρώτα απ 'όλα, ας ρίξουμε μια ματιά σε μερικές σχετικές γνώσεις πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων. Οι αισθητήρες πίεσης είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι αισθητήρες στη βιομηχανική πρακτική και οι αισθητήρες πίεσης που χρησιμοποιούμε συνήθως κατασκευάζονται κυρίως χρησιμοποιώντας το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο. Τέτοιοι αισθητήρες ονομάζονται επίσης πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες.
Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά που χρησιμοποιούνται κυρίως σε πιεζοηλεκτρικούς αισθητήρες περιλαμβάνουν χαλαζία, τρυγικό νάτριο κάλιο και διόξινο φωσφορικό αμμώνιο. Μεταξύ αυτών, ο χαλαζίας (διοξείδιο του πυριτίου) είναι ένας φυσικός κρύσταλλος και το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο βρίσκεται σε αυτόν τον κρύσταλλο. Μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος θερμοκρασίας, η πιεζοηλεκτρική ιδιότητα υπάρχει πάντα, αλλά όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει αυτό το εύρος, η πιεζοηλεκτρική ιδιότητα εξαφανίζεται εντελώς (αυτή η υψηλή θερμοκρασία είναι το λεγόμενο "σημείο Curie"). Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό πεδίο αλλάζει ελαφρώς με την αλλαγή της τάσης (δηλαδή ο πιεζοηλεκτρικός συντελεστής είναι σχετικά χαμηλός), ο χαλαζίας σταδιακά αντικαθίσταται από άλλους πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους. Το τρυγικό νάτριο κάλιο έχει μεγάλη πιεζοηλεκτρική ευαισθησία και πιεζοηλεκτρικό συντελεστή, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί μόνο σε περιβάλλον με σχετικά χαμηλή θερμοκρασία δωματίου και υγρασία. Το διόξινο φωσφορικό αμμώνιο είναι ένας τεχνητός κρύσταλλος, ο οποίος αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες και σχετικά υψηλή υγρασία, γι' αυτό έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως.
3. Αισθητήρας ταχύτητας ανέμου κυπέλλου ανέμου
Αφού κατανοήσουμε τις σχετικές γνώσεις για τον πιεζοηλεκτρικό αισθητήρα, ας ρίξουμε μια ματιά σε κάποιο περιεχόμενο του προσαρμοσμένου αισθητήρα κύπελλου ανέμου.
Ο αισθητήρας ταχύτητας ανέμου είναι ένας πολύ κοινός αισθητήρας ταχύτητας ανέμου, ο οποίος εφευρέθηκε για πρώτη φορά από τον Robinson στην Αγγλία. Στην Κίνα, ο αισθητήρας ταχύτητας ανέμου κυπελλών ανέμου έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως. Το αισθητήριο τμήμα του αισθητήρα ταχύτητας ανέμου του κυπέλλου ανέμου αποτελείται από τρία ή τέσσερα κωνικά ή ημισφαιρικά κενά κύπελλα. Το κοίλο κέλυφος του κυπέλλου στερεώνεται στα τρίποντα στηρίγματα σε σχήμα αστεριού στις 120 μοίρες ή στα στηρίγματα σε σχήμα σταυρού σε γωνία 90 μοιρών μεταξύ τους. Οι κοίλες επιφάνειες των κυπέλλων είναι διατεταγμένες σε μία κατεύθυνση και ολόκληρο το πλαίσιο του εγκάρσιου βραχίονα στερεώνεται σε έναν κατακόρυφο άξονα περιστροφής.
Όταν ο άνεμος φυσά από τα αριστερά, το κύπελλο ανέμου 1 είναι παράλληλο με την κατεύθυνση του ανέμου και η συνιστώσα δύναμη της πίεσης του ανέμου στο κύπελλο ανέμου 1 προς την κατεύθυνση που είναι πιο κάθετη στον άξονα του κυπέλλου ανέμου είναι περίπου μηδέν. Τα ανεμοκύπελλα 2 και 3 τέμνονται με την κατεύθυνση του ανέμου υπό γωνία 60 μοιρών. Για το κύπελλο ανέμου 2, η κοίλη επιφάνειά του είναι στραμμένη προς τον άνεμο και φέρει τη μεγαλύτερη πίεση ανέμου. Το κύπελλο ανέμου 3 έχει μια κυρτή επιφάνεια στραμμένη προς τον άνεμο και ο άνεμος γύρω του κάνει την πίεση του ανέμου μικρότερη από αυτή του ανεμοκύπελλου 2. Λόγω της διαφοράς πίεσης μεταξύ του ανεμοκύπελλου 2 και του κύπελλου ανέμου 3 στην κατεύθυνση κάθετη προς τον άξονα του wind cup, το wind cup αρχίζει να περιστρέφεται δεξιόστροφα.
Αφού το κύπελλο ανέμου αρχίσει να περιστρέφεται, επειδή το κύπελλο 2 περιστρέφεται κατά μήκος της κατεύθυνσης του ανέμου, η πίεση του ανέμου μειώνεται σχετικά, ενώ το κύπελλο 3 περιστρέφεται ενάντια στον άνεμο με την ίδια ταχύτητα, η πίεση του ανέμου αυξάνεται σχετικά και η διαφορά πίεσης ανέμου συνεχίζει να μειώνεται. Μετά από ένα χρονικό διάστημα (σταθερή ταχύτητα ανέμου), όταν η διαφορά μερικής πίεσης που επενεργεί στα τρία κύπελλα ανέμου είναι μηδέν, τα ανεμοκύπελλα θα περιστρέφονται με ομοιόμορφη ταχύτητα. Με αυτόν τον τρόπο, η ταχύτητα του ανέμου μπορεί να προσδιοριστεί σύμφωνα με την ταχύτητα του κύπελλου ανέμου (στροφές ανά δευτερόλεπτο).
Όταν το κύπελλο ανέμου περιστρέφεται, οδηγεί τον ομοαξονικό δίσκο κοπής πολλαπλών δοντιών ή τη μαγνητική ράβδο για να περιστραφεί και λαμβάνει ένα σήμα παλμού ανάλογο με την ταχύτητα του κύπελλου ανέμου μέσω του κυκλώματος. Το σήμα παλμού μετράται από τον μετρητή και η πραγματική τιμή της ταχύτητας ανέμου μπορεί να ληφθεί μετά τη μετατροπή. Προς το παρόν, το νέο ανεμόμετρο ρότορα χρησιμοποιεί τρία κύπελλα και η απόδοση του κωνικού κυπέλλου είναι καλύτερη από αυτή του ημισφαιρικού. Όταν η ταχύτητα του ανέμου αυξάνεται, ο ρότορας μπορεί να αυξήσει γρήγορα την ταχύτητα για να ταιριάζει με την ταχύτητα ροής αέρα. Όταν η ταχύτητα του ανέμου μειώνεται, λόγω της επίδρασης της αδράνειας, η ταχύτητα του ανέμου δεν θα πέσει αμέσως. Τα περιστροφικά ανεμόμετρα συνήθως υποδεικνύουν πολύ υψηλή ταχύτητα ανέμου σε ριπές και έχουν μεγάλο αποτέλεσμα (παράγει ένα μέσο σφάλμα περίπου 10 τοις εκατό).
