风速风向传感器

风的概念和古代测风的方法

风影响着我们，利用草船借箭的故事

现代是社会测风的方法以及对风的利用

引出气象站：

风是空气流动引起的一种自然现象，包括方向和大小，即我们所说的风向和风速。在西汉刘安的《淮南子•齐俗训》中有“俔之见风也，无须臾之闲定矣。”说的是人们在风杆上系上布帛或长条旗用来测定风向；到东汉时，张衡发明了相风铜鸟，不仅能测风向，还能观测较大的风。

风无时无刻的影响着我们的生活，到了现代社会，随着科学技术的发展，用来测量风的方向和大小的的风速风向传感器得到了在气象监测方面得到了广泛的应用。

风向传感器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；它主体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。

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）大小的传感器。比较常见的风速传感器是风杯式风速传感器，最早由英国鲁宾孙发明。感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。

在气象领域，对多种自然现象的观察是通过气象站来完成的，主要用于测量气温、相对湿度、光照度、雨量、风速、风向、气压等气象要素，对于风速风向的测量，主要依靠风速风向传感器来解决这个问题。

聚碳风向传感器和聚碳风速传感器是山东仁科测控采用聚碳酸酯复合材料制造的，具有良好的防腐、防侵蚀的特点；能够保证风速变送器在长期使用无锈琢现象，风向变送器长期使用不变形。

聚碳风向传感器机械强度大，硬度高，设备结构及重量经过精心设计及分配，转动惯量小，响应灵敏；采用高性能进口轴承，转动阻力小，测量精确；防电磁干扰处理。

聚碳风速传感器采用三杯设计理念，外形小巧轻便，具有良好的防电磁干扰功能；采用底部出线的方式，完全杜绝航空插头橡胶垫老化问题；设备结构及重量经过精心设计及分配，转动惯量小，响应灵敏；采用高性能进口轴承，转动阻力小，测量精确。

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。

随着传感器技术的发展，一些新式的风速传感器如超声波风速风向变送器也开始在气象监测中使用。相信在不久的将来，风向风速传感器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。

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。

电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似滑动变阻器的结构，将产生的电阻值的最大值与最小值分别标成360°与0°，当风向标产生转动的时候，滑动变阻器的滑杆会随着顶部的风向标一起转动，而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了。

太阳能气象站可对风向、风速、雨量、温度、湿度、辐射、大气压等气象要素进行全天候现场精确测量。大容量数据存储可保存至少一年的气象数据；太阳能气象站具有多种通讯方式（有线、数传电台、GPRS移动通讯等）将数据传输到中心计算机气象数据库中，用于统计分析和处理。

太阳能气象站是集气象数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的气象采集系统。用于测量气温、相对湿度、照度、雨量、风速、风向、气压、等基本气象要素。广泛应用于工农业生产、旅游、城市环境监测和其它专业领域。

风速传感器

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、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。

螺旋桨式风速传感器工作原理

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

风杯式风速传感器，是一种十分常见的风速传感器，最早由英国鲁宾孙发明。感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上或互成90°的十字形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。

当风从左方吹来时，风杯1与风向平行，风对风杯1的压力在最直于风杯轴方向上的分力近似为零。风杯2与3同风向成60度角相交，对风杯2而言，其凹面迎着风，承受的风压最大；风杯3其凸面迎风，风的绕流作用使其所受风压比风杯2小，由于风杯2与风杯3在垂直于风杯轴方向上的压力差，而使风杯开始顺时针方向旋转，风速越大，起始的压力差越大，产生的加速度越大，风杯转动越快。

风杯开始转动后，由于杯2顺着风的方向转动，受风的压力相对减小，而杯3迎着风以同样的速度转动，所受风压相对增大，风压差不断减小，经过一段时间后（风速不变时），作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就变作匀速转动。这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈数）就可以确定风速的大小。

当风杯转动时，带动同轴的多齿截光盘或磁棒转动，通过电路得到与风杯转速成正比的脉冲信号，该脉冲信号由计数器计数，经换算后就能得出实际风速值。目前新型转杯风速表均是采用三杯的，并且锥形杯的性能比半球形的好，当风速增加时转杯能迅速增加转速，以适应气流速度，风速减小时，由于惯性影响，转速却不能立即下降，旋转式风速表在阵性风里指示的风速一般是偏高的成为过高效应（产生的平均误差约为10%）

热式风速传感器工作原理

热式风速传感器以热丝(钨丝或铂丝) 或是以热膜(铂或铬制成薄膜) 为探头，裸露在被测空气，并将它接入惠斯顿电桥，通过惠斯顿电桥的电阻或电流的平衡关系，检测出被测截面空气的流速。热膜式风速传感器的热膜外涂有极薄的石英膜绝缘层，以便和流体绝缘，并可防止污染，可在带有颗粒的气流中工作，其强度比金属热线丝高。

当空气温度稳定不变时，热丝上的耗电功率等于热丝在空气中瞬时耗去的热量。热丝电阻随温度而变化，热线的电阻和热线温度在通常温度范围(0～300 ℃) 之内，表现为线性关系。放热系数与气流速度有关，流速越大，对应的放热系数也越大，即散热快；流速小，则散热慢。

热式风速传感器所测气流速度是电流与电阻的函数。将电流(或电阻) 保持不变，所测气流速度仅与电阻(或电流) 一一对应。

风向风速传感器的应用

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。

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。

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。

风向风速传感器在空调及通风设备领域的应用

变风量末端装置是变风量空调系统的主要设备之一。风速传感器又是变风量末端装置的关键部件，因此，风速传感器的类型与性能直接影响系统风量的检测和控制质量。目前，我国及欧美各厂家的变风量末端装置均采用皮托管式风速传感器，而日本各厂家多不采用皮托管式风速传感器。

风向风速传感器在航空领域的应用

飞机上的“空速管”是一种典型的皮托管风速传感器，是飞机上极为重要的测量工具。它的安装位置一定要在飞机外面气流较少受到飞机影响的区域，一般在机头正前方，垂尾或翼尖前方。当飞机向前飞行时，气流便冲进空速管，在管子末端的感应器会感受到气流的冲击力量，即动压。飞机飞得越快，动压就越大。如果将空气静止时的压力即静压和动压相比就可以知道冲进来的空气有多快，也就是飞机飞得有多快。比较两种压力的工具是一个用上下两片很薄的金属片制成的表面带波纹的空心圆形盒子，称为膜盒。这盒子是密封的，但有一根管子与空速管相连。如果飞机速度快，动压便增大，膜盒内压力增加，膜盒会鼓起来。用一个由小杠杆和齿轮等组成的装置可以将膜盒的变形测量出来并用指针显示，这就是最简单的飞机空速表。

空速管测量出来的静压还可以用来作为高度表的计算参数。如果膜盒完全密封，里面的压力始终保持相当于地面空气的压力。这样当飞机飞到空中，高度增加，空速管测得的静压下降，膜盒便会鼓起来，测量膜盒的变形即可测得飞机高度。这种高度表称为气压式高度表。

空速管测量出来的速度并非是飞机真正相对于地面的速度，而只是相对于大气的速度，所以称为空速。如果有风，飞机相对地面的速度(称地速)还应加上风速(顺风飞行)或减去风速(逆风飞行)。

随着现代科学技术的开展，诸如激光等一些新式的风速传感器也开始在风速检测中运用。相信不久的将来，各种新式的风向风速传感器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。