4：风速传感器原理是什么？

4：风速传感器原理是什么？

现在市面上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。

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地成为过高效应（产生的平均误差约为10%）。

什么是风速传感器？

风速传感器是用来测量风速的仪器，可以不间断测量风速和风量，是进行气象监测时重要的监测设备，通过机械式风速传感器或者是超声波式风速传感器，实现收集风速信息的目的，风速传感器的外形小巧玲珑，十分便于携带，测量方式简单，可以随时随地实现拆卸和组装。

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风速传感器相比其他的传感器，价格较低，因此得到了广泛的应用，现在常见的材质就是铝合金材质或者聚碳酸酯复合材料，因为长期在室外工作，所以风速传感器有统一的特点：防水防风，耐腐蚀，抗老化，安全性高，测量精准。

风速传感器的应用领域？

农业领域

在农业领域，风向和风速发挥十分重要的作用，从植物生长发育到传播授粉，起着关键性作用，包括农田中病虫害的蔓延，也与风速和风向脱不了关系，如果风速过大，还会造成农产品的物理损伤，比如农作物倒地，树木倾斜，果子掉落等，都会影响农作物的最终产量。农业领域做好对风向和风速的监测，可以防止沙丘移动，毁坏农田，防止风速过大随农作物造成重大损失。

气象监测：

地面风向监测：在一些特殊地域，比如沙漠、高原，人们时刻会注意风速和风向的变化，预测即将到来的天气，以便于制定相应的方案，这时候风速传感器就会派上用场，其中气象站的重要组成部分，就是带有风速风向传感器的仪器。

海洋气象：

海洋上的天气复杂多变，有经验的人员会通过观察海洋上空云层的变化，以及海水的波动判断天气，现在有了风速传感器，可以检测出更精准的数据，在海洋气象领域，风速和风向传感器一般不会单独使用，天气的判断需要综合指标，所以会搭配温度传感器，相对湿度传感器，气压传感器等一系列监测设备，综合预测天气状况。

航空领域：

飞机上的“空速管”作为一种皮托管风速传感器，是飞机上十分重要的监测工具，风速传感器就位于机身外受气流影响较少的位置，飞机飞行时，气流会进入空速管，风速传感器就开始工作，此刻风速传感器受到的气流冲击力量，也叫动压，飞机速度越快，动压越强，管理人员可以通过观察数据来判断自己的的速度。

煤矿作业：

在煤矿作业中，通风十分重要，风速和风量决定矿工作业时的氧气是否充足，也会影响到瓦斯，或者一氧化碳等有害气体的浓度。在地下矿山的通风系统中，安装风速传感器可以协助相关人员，随时随地查看矿井中的风速变化，以便随机根据情况作出相应对策。

生活中：

生活中比较常见的就是空调传感器，在空调中的空调传感器是作为一个控制风量的装置存在。

风速传感器的主要分类：

皮托管式风速传感器、热线式风速传感器、超声波式风速传感器、霍尔效应电磁风速传感器。

超声波风速传感器 顾名思义，利用超声波试差法测量风速，在固定的测量环境下，如果超声波的传播方向和风向对应，风的速度越快，超声波的传播速度也会变快，如果风的速度降低，超声波的速度也会减缓。

螺旋桨风速传感器的组成部分是：螺旋桨叶片、传感器轴、传感器支架以及磁感应线圈等组成，将传感器放于室外，当空气流动时，会产生动能，从而带动传感器的螺旋桨转动，根据螺旋桨转动的频率和速度可以得出空气的流速。

毕托管式风速传感器

此种测量仪在市面上并不多见，它是由18世纪法国物理学家H.皮托发明，又名皮托管式风速传感器，毕托管风速传感器主要应用于管道或者风动的测量，在测量河流速度时也会出现它的身影。

这种测量的方式本身具有局限性，不可以测量有颗粒流体的流量，就算测量的流体中，只含有少量的颗粒，也有可能堵塞测量孔，所以也可以利用这种原理，进行风速和风量的测量。

热线式风速传感器

热线风速传感器主要是以热丝或者热膜作为探头，直接在空气中进行测量，将它与惠斯顿电桥连接，利用惠斯顿电桥的电阻或者电流的平衡关系，得出别测试截面空气的流速。

霍尔效应电磁风速传感器

霍尔效应传感器主要应用于商业领域，比如DVD、CD、内存驱动器、自动玩具、手机、工业旋转设备、位置检测器甚至在军事或者航空设备中，都会出现霍尔效应传感器的身影。

霍尔效应传感器的原理其实就是，在以一定的角度穿过一片材料的磁场时，影响到这片材料中流动的电流，就会产生霍尔电压。说简单点，它属于三杯风速传感器的一种，但与传统的三杯风速传感器有所差别，它是利用霍尔效应进行测量。

目前来说，常规使用风杯式风速传感器的比较多，主要是具有测风范围大、强度高、耐腐蚀等优点，其实价格成本低，因此是运用最为广泛的。通常在农业、气象、船舶等领域

风速传感器是用来测量风速的设备, 外形小巧轻便，便于携带和组装。按照工作原理可粗略分为机械式风速传感器、超声波式风速传感器。能有效获得风速信息，壳体采用优质 铝合金型材 或 聚碳酸酯 复合材料，防雨水，耐腐蚀，抗老化，是一种使用方便，安全可靠的智能仪器仪表。

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）大小的常见传感器。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。

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，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。

热线式风速传感器有恒流与恒温两种设计电路。恒温式热线风速传感器较为常用。恒温法原理是测量过程中保持热丝温度恒定，使电桥平衡，此时热丝电阻保持不变，气流速度只是电流的单值函数，根据已知的气流速度与电流的关系可求得通过末端装置的气流速度。恒流式热线风速传感器在测量过程中保持流经热丝的电流值不变。当电流值不变时，气流速度仅仅与热丝电阻有关。根据已知的气流速度与热丝电阻的关系可求得通过风速传感器的气流速度。

热线式风速传感器可测量脉动风速。恒流式风速传感器热惯性较大，恒温式风速传感器的热惯性相对较小，具有较高的速度响应。热线式风速传感器的测量精度均不很高， 使用时要注意温度补偿。

皮托管，又名“空速管”，“风速管”，是测量气流总压和静压以确定气流速度的一种管状装置，由法国H.皮托发明而得名。

用实验方法直接测量气流的速度比较困难，但气流的压力则可以用测压计方便地测出。它主要是用来测量飞机速度的，同时还兼具其他多种功能。因此，可用皮托管测量压力，再应用伯努利定理算出气流的速度。皮托管由一个圆头的双层套管组成（见图），外套管直径为D，在圆头中心O处开一与内套管相连的总压孔，联接测压计的一头，孔的直径为0.3～0.6D。在外套管侧表面距O约3～8D的C处沿周向均匀地开一排与外管壁垂直的静压孔，联接测压计另一头，将皮托管安放在欲测速度的定常气流中，使管轴与气流的方向一致，管子前缘对着来流。当气流接近O点处，其流速逐渐减低，流至O点滞止为零。所以O点测出的是总压P。其次，由于管子很细，C点距O点充分远，因此C点处的速度和压力已经基本上恢复到同来流速度V和压力P相等的数值，因而在C点测出的是静压。对于低速流动（流体可近似地认为是不可压缩的），由伯努利定理得确定流速的公式为：

根据测压计测出的总压和静压差P-P，以及流体的密 度ρ，可以按照式（1）求出气流的速度。

超声波风速传感器的工作原理是利用超声波时差法来实现风速的测量。由于声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。假如超声波的传播方向与风向相同，那么它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相反，那么它的速度会变慢。所以，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。 通过计算即可得到精确的风速和风向。由于声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；风速传感器检测两个通道上的两个相反方向，因此温度对声波速度产生的影响可以忽略不计。

超声波风速传感器它具有重量轻、没有任何移动部件、坚固耐用的特点， 而且不需维护和现场校准，能同时输出风速和风向。客户可根据需要选择风速单位、 输出频率及输出格式。也可根据需要选择加热装置（在冰冷环境下推荐使用）或模拟输出。可以与电脑、数据采集器或其它具有RS485或模拟输出相符合的采集设备连用。如果需要，也可以多台组成一个网络进行使用。

超声波风速风向仪是一种较为先进的测量风速风向的仪器。 由于它很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷， 因而能全天候地、长久地正常工作，越来越广泛地得到使用。它将是机械式风速仪的强有力替代品。

目前来说，常规使用风杯式风速传感器的比较多，主要是具有测风范围大、强度高、耐腐蚀等优点，其实价格成本低，因此是运用最为广泛的。通常在农业、气象、船舶等领域。

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我们深知，在医疗、工业等领域的一些特定场景对气体流动非常敏感，一旦疏于监控或者由于错误报警导致的成本损失，以及带来的危害是非常巨大的，因此选择一款品质可靠的风速传感器至关重要。

AFS1100是奥松电子潜心研发的一款基于热膜式原理测量空气、氮气等多种气体流速的传感器。产品在0~30m/s的测量范围内可获得精准可靠的测量结果，使用了标准Modbus-RTU数据输出信号格式以及RS485的协议通信，配置了12~24V的宽工作直流电压，无需进行额外的温度补偿，每一个传感器的出厂都经过校准和严格的测试，使用寿命长，满足客户的使用需求。

热膜式工作原理，可靠性高

当芯片处于工作状态时，在传感器的周边会形成稳定的温度场分布。当气体流动时，将对该温度场的均衡分布进行破坏，测量温度场的变化即可以精确计算出气体流动的风速。这种工作原理使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，提高了空气流速测量的可靠性。

自研芯片，一致性、稳定性高

奥松电子是MEMS领域集研发、设计、制造、封装测试、终端应用为一体的智能传感器全产业链企业。AFS1100风速传感器拥有奥松电子自主研发的高性能热膜式风速芯片，该芯片是采用高稳定加热和测温电阻的技术完成，并采用了成熟的封装工艺技术，使AFS1100测量精准，具有良好的一致性和稳定性。

AFS1100的探头内安装了金属针，用于稳定风流和保护芯片。探杆采用金属管材质，耐热性好、可靠性强，探杆的长度可根据客户的应用场景、实际需求进行定制。

应用范围广泛

AFS1100风速传感器专为通风管道内风速测量而设计，主要应用于暖通空调、过滤器压降监控、电厂烟气处理、纺织、化工、航空管道空气流量、变风量系统、手术室、净化室、生物实验室、医药环境、养殖场等领域，产品应用十分广泛。