Was ist ein piezoelektrischer Sensor? Was ist ein Windgeschwindigkeitssensor?
1. Einführung in Sensoren
Ein Sensor (englischer Name: Transducer/Sensor) ist ein Erfassungsgerät, das die gemessenen Informationen erfassen und die erfassten Informationen gemäß bestimmten Regeln in elektrische Signale oder andere erforderliche Formen der Informationsausgabe umwandeln kann, um die Anforderungen der Informationsübertragung, -verarbeitung und -speicherung zu erfüllen , Anzeige, Aufzeichnung und Steuerung. Aufgrund der vielen Arten von Sensoren stellt der Herausgeber in diesem Artikel nur den piezoelektrischen Sensor und den Windgeschwindigkeitssensor des Windbechers vor.
2. Piezoelektrischer Sensor
Werfen wir zunächst einen Blick auf einige relevante Kenntnisse über piezoelektrische Sensoren. Drucksensoren sind die in der industriellen Praxis am häufigsten verwendeten Sensoren, und die von uns üblicherweise verwendeten Drucksensoren werden hauptsächlich unter Verwendung des piezoelektrischen Effekts hergestellt. Solche Sensoren werden auch piezoelektrische Sensoren genannt.
Zu den piezoelektrischen Materialien, die hauptsächlich in piezoelektrischen Sensoren verwendet werden, gehören Quarz, Kaliumnatriumtartrat und Ammoniumdihydrogenphosphat. Unter ihnen ist Quarz (Siliziumdioxid) ein natürlicher Kristall, in dem der piezoelektrische Effekt zu finden ist. Innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs ist die piezoelektrische Eigenschaft immer vorhanden, aber wenn die Temperatur diesen Bereich überschreitet, verschwindet die piezoelektrische Eigenschaft vollständig (diese hohe Temperatur ist der sogenannte „Curie-Punkt“). Da sich das elektrische Feld mit der Spannungsänderung geringfügig ändert (d. h. der piezoelektrische Koeffizient ist relativ niedrig), wird Quarz nach und nach durch andere piezoelektrische Kristalle ersetzt. Kaliumnatriumtartrat weist eine hohe piezoelektrische Empfindlichkeit und einen hohen piezoelektrischen Koeffizienten auf, kann jedoch nur in einer Umgebung mit relativ niedriger Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit angewendet werden. Ammoniumdihydrogenphosphat ist ein künstlicher Kristall, der hohen Temperaturen und relativ hoher Luftfeuchtigkeit standhält und daher weit verbreitet ist.
3. Windgeschwindigkeitssensor des Windbechers
Nachdem wir die relevanten Kenntnisse des piezoelektrischen Sensors verstanden haben, werfen wir einen Blick auf einige Inhalte des benutzerdefinierten Windbechersensors.
Der Windbecher-Windgeschwindigkeitssensor ist ein weit verbreiteter Windgeschwindigkeitssensor, der erstmals von Robinson in England erfunden wurde. In China ist der Windgeschwindigkeitssensor „Wind Cup“ weit verbreitet. Der Erfassungsteil des Windgeschwindigkeitssensors besteht aus drei oder vier konischen oder halbkugelförmigen leeren Bechern. Die hohle Becherschale wird an den dreizackigen sternförmigen Halterungen im 120-Grad-Winkel oder an den kreuzförmigen Halterungen im 90-Grad-Winkel zueinander befestigt. Die konkaven Oberflächen der Becher sind in einer Richtung angeordnet und der gesamte Querarmrahmen ist auf einer vertikalen Drehachse fixiert.
Wenn der Wind von links weht, ist der Windbecher 1 parallel zur Windrichtung und die Kraftkomponente des Drucks des Windes auf den Windbecher 1 in der Richtung, die am weitesten senkrecht zur Windbecherachse verläuft, ist ungefähr Null. Die Windschalen 2 und 3 schneiden sich in einem Winkel von 60 Grad mit der Windrichtung. Bei der Windschale 2 ist ihre konkave Oberfläche dem Wind zugewandt und trägt den größten Winddruck; Windbecher 3 hat eine konvexe Oberfläche, die dem Wind zugewandt ist, und der Wind um ihn herum macht den Winddruck kleiner als den von Windbecher 2. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen Windbecher 2 und Windbecher 3 in der Richtung senkrecht zur Achse des Windbecher, der Windbecher beginnt sich im Uhrzeigersinn zu drehen.
Nachdem sich der Windbecher zu drehen beginnt, nimmt der Winddruck relativ ab, da sich der Becher 2 entlang der Windrichtung dreht, während sich der Becher 3 mit der gleichen Geschwindigkeit gegen den Wind dreht, steigt der Winddruck relativ und die Winddruckdifferenz nimmt immer weiter ab. Nach einer gewissen Zeit (konstante Windgeschwindigkeit), wenn die auf die drei Windbecher wirkende Partialdruckdifferenz Null ist, drehen sich die Windbecher mit gleichmäßiger Geschwindigkeit. Auf diese Weise kann die Windgeschwindigkeit anhand der Geschwindigkeit der Windschale (Umdrehungen pro Sekunde) ermittelt werden.
Wenn sich der Windbecher dreht, treibt er die koaxiale Mehrzahn-Schneidscheibe oder den Magnetstab zum Drehen an und erhält über den Stromkreis ein Impulssignal, das proportional zur Geschwindigkeit des Windbechers ist. Das Impulssignal wird vom Zähler gezählt und nach der Umrechnung kann der tatsächliche Windgeschwindigkeitswert ermittelt werden. Derzeit verwendet das neue Rotoranemometer drei Becher, und die Leistung des konischen Bechers ist besser als die des halbkugelförmigen Bechers. Wenn die Windgeschwindigkeit zunimmt, kann der Rotor die Geschwindigkeit schnell erhöhen, um sie an die Geschwindigkeit des Luftstroms anzupassen. Wenn die Windgeschwindigkeit aufgrund des Trägheitseinflusses abnimmt, sinkt die Windgeschwindigkeit nicht sofort. Rotationsanemometer zeigen in der Regel in Böen eine zu hohe Windgeschwindigkeit an und haben einen übergroßen Effekt (erzeugt einen durchschnittlichen Fehler von etwa 10 Prozent).
