Co je piezoelektrický senzor? Co je to snímač rychlosti větru?
1. Úvod do senzorů
Senzor (anglický název: transducer/sensor) je detekční zařízení, které dokáže snímat měřené informace a převádět snímané informace na elektrické signály nebo jiné požadované formy výstupu informací podle určitých pravidel tak, aby splňovaly požadavky na přenos, zpracování, ukládání informací. , zobrazení, nahrávání a ovládání. Vzhledem k mnoha typům snímačů v tomto článku editor představuje pouze piezoelektrický snímač a snímač rychlosti větru.
2. Piezoelektrický snímač
Nejprve se podívejme na některé relevantní poznatky o piezoelektrických snímačích. Snímače tlaku jsou nejčastěji používanými snímači v průmyslové praxi a snímače tlaku, které běžně používáme, jsou vyráběny především s využitím piezoelektrického jevu. Takové senzory se také nazývají piezoelektrické senzory.
Piezoelektrické materiály používané hlavně v piezoelektrických senzorech zahrnují křemen, tartrát sodno-draselný a dihydrogenfosforečnan amonný. Mezi nimi je křemen (oxid křemičitý) přírodní krystal a v tomto krystalu se nachází piezoelektrický efekt. V určitém teplotním rozsahu piezoelektrická vlastnost vždy existuje, ale když teplota tento rozsah překročí, piezoelektrická vlastnost zcela zmizí (tato vysoká teplota je tzv. „Curieho bod“). Protože se elektrické pole se změnou napětí mírně mění (to znamená, že piezoelektrický koeficient je relativně nízký), je křemen postupně nahrazován jinými piezoelektrickými krystaly. Vinan sodnodraselný má velkou piezoelektrickou citlivost a piezoelektrický koeficient, ale lze jej aplikovat pouze v prostředí s relativně nízkou pokojovou teplotou a vlhkostí. Dihydrogenfosforečnan amonný je umělý krystal, který odolává vysoké teplotě a relativně vysoké vlhkosti, takže je široce používán.
3. Snímač rychlosti větru
Po pochopení příslušných znalostí piezoelektrického snímače se podívejme na obsah vlastního snímače větrného poháru.
Snímač rychlosti větru je velmi běžný snímač rychlosti větru, který jako první vynalezl Robinson v Anglii. V Číně byl široce používán snímač rychlosti větru. Snímací část snímače rychlosti větru větrného poháru se skládá ze tří nebo čtyř kuželových nebo polokulových prázdných pohárků. Pouzdro dutého pohárku je upevněno na konzolách ve tvaru třícípé hvězdy pod úhlem 120 stupňů nebo na konzolách ve tvaru kříže ve vzájemném úhlu 90 stupňů. Konkávní povrchy pohárků jsou uspořádány v jednom směru a celý rám příčného ramene je upevněn na svislé ose otáčení.
Když vítr fouká zleva, větrák 1 je rovnoběžný se směrem větru a složka síly tlaku větru na větrák 1 ve směru nejvíce kolmém k ose větráku je přibližně nulová. Větrné misky 2 a 3 se protínají se směrem větru pod úhlem 60 stupňů. Pro větrnou misku 2 je její konkávní povrch obrácený k větru a nese největší tlak větru; větrný pohár 3 má konvexní povrch obrácený k větru a vítr kolem něj způsobuje, že tlak větru je menší než tlak větrného poháru 2. V důsledku tlakového rozdílu mezi větrným pohárem 2 a větrným pohárem 3 ve směru kolmém k ose větráku větrný pohár, větrný pohár se začne otáčet ve směru hodinových ručiček.
Poté, co se miska větru začne otáčet, protože se miska 2 otáčí ve směru větru, tlak větru relativně klesá, zatímco miska 3 se otáčí proti větru stejnou rychlostí, tlak větru se relativně zvyšuje a rozdíl tlaku větru stále klesá. Po určité době (konstantní rychlost větru), kdy je parciální tlakový rozdíl působící na tři větrné kryty nulový, se větrné kryty budou otáčet rovnoměrnou rychlostí. Tímto způsobem lze určit rychlost větru podle rychlosti větrného poháru (otáčky za sekundu).
Když se větrný pohár otáčí, pohání koaxiální vícezubý řezný kotouč nebo magnetickou tyč k otáčení a získává pulzní signál úměrný rychlosti větráku přes obvod. Pulzní signál je počítán čítačem a po převodu lze získat skutečnou hodnotu rychlosti větru. V současné době používá nový rotorový anemometr tři misky a výkon kónické misky je lepší než u polokulovitého. Když se rychlost větru zvýší, rotor může rychle zvýšit rychlost tak, aby odpovídala rychlosti proudění vzduchu. Při poklesu rychlosti větru vlivem setrvačnosti rychlost větru hned neklesne. Rotační anemometry obvykle ukazují příliš vysokou rychlost větru v poryvech a mají předimenzovaný účinek (produkují průměrnou chybu asi 10 procent).
