风速传感器的基本原理
[原创 2010-03-20 08:46:07]
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,而日本各厂家无一采用皮托管式风速传感器。风速测量的方法多种多样,风速检
测范围、精度要求、使用要求都是选择风速传感器的主要依据。风速测量方法有气压法、机械法与散热率法等。气压法是通过测量全压和静压的差值求得风速,如皮
托管式风速传感器;机械法是利用流体的动压推动机械装置旋转来求得风速,如螺旋桨风速传感器;散热率法利用流速与散热率成对应关系的原理,通过测量相等散
热量的时间,或测温度变化,或保持原温度的加热电流量的变化来确定风速。
标准皮托管是一根弯成直角的金属细管,它由感测头、外管、内管、管柱与全压、静压引出导管等组成。在皮托管头部的顶端,迎着来流开有一个小孔,
小孔平面与流体流动方向垂直。在皮托管头部靠下游的地方,环绕管壁的外侧又开了多个小孔,流体流动的方向与这些小孔的孔面相切。顶端的小孔与侧面的小孔分
别与两条互不相通的管路相连。进入皮托管顶端小孔的气流压力(称为全压)
,除了流体本身的静压,还含有流体滞止后由动能转变来的那部分压力,而进入皮托管侧面小孔的气流压力仅仅是流体的静压,根据全压和静压即可求出动压,从而
求出风速。用皮托管只能测量某一点处的流速,而流体在管道中流动时,同一截面上各点的流速各不相同。
如采用标准皮托管,取空气密度ρ= 1. 2 kg/m3 ,放大系数K = 0. 97 , v = 1 m/ s 时,测得的压差值是0.
582 Pa
。要将如此小的压差信号变送为电信号,还要保持其精度,就要采用昂贵的微压差传感器。因此不同厂家对皮托管式风速传感器均采用不同的压差输出增幅技术。当
K = 3 ,压差测量范围为0～200 Pa ,测量精度为全量程3 %时,其误差值是±6 Pa ,折合成风速为±1. 8 m/
s。对于放大系数为3 的传感器,1. 8 m/ s 以下的风速信号没有意义。同样,当K = 3 ,压差测量范围为0～400Pa
,测量精度为全量程3 %时,风速传感器的误差值为±12 Pa 。所测量的风速低于2. 58 m/ s 时,其所测得的风速信号没有意义。
霍耳效应电磁风速传感器将霍耳元件固定在传感器支架上,将永磁铁安装在风动簧片上(倒过来也可以)
。风速推动簧片变形,改变霍耳元件与永磁铁的距离。霍耳元件与永磁铁距离的改变,改变了加在霍耳元件上的磁场,从而引起霍耳元件感应电压的改变。霍耳元件
感应电压的改变量经反向放大电路放大,变为霍耳效应电磁风速传感器的输出电压。风速越大,霍耳元件与永磁铁的距离越远,霍耳元件感应电压越小,反向放大电
路的输出越大,霍耳效应电磁风速传感器的输出电压也越大。
因此,设计人员在末端装置选型之前,必须确定采用高速还是采用低速变风量末端装置。当采用高速变风量末端装置时,设计风速应控制在
12～16m/ s 范围内,最小风速必须大于4 m/
s。末端装置不宜选择过大,如选型过大,风阀处于小开度范围,装置调节范围缩小,调节精度降低,尤其在最小风量运行时,精度没法保证,空调房间可能出现温
度波动现象。当采用低速变风量末端装置时,设计风速可控制在6～8 m/ s 范围内,最小风速大于产品样本要求的数值即可。
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