מהו חיישן פיזואלקטרי? מהו חיישן מהירות רוח כוס רוח?
1. מבוא לחיישנים
חיישן (שם באנגלית: transducer/sensor) הוא מכשיר זיהוי שיכול לחוש את המידע הנמדד ולהמיר את המידע הנחוש לאותות חשמליים או צורות אחרות הנדרשות של פלט מידע לפי כללים מסוימים כדי לעמוד בדרישות של העברת מידע, עיבוד, אחסון. , תצוגה, הקלטה ובקרה. בשל סוגי החיישנים הרבים, במאמר זה, העורך מציג רק את החיישן הפיאזואלקטרי ואת חיישן מהירות הרוח של גביע הרוח.
2. חיישן פיזואלקטרי
קודם כל, בואו נסתכל על כמה ידע רלוונטי על חיישנים פיזואלקטריים. חיישני לחץ הם החיישנים הנפוצים ביותר בפרקטיקה התעשייתית, וחיישני הלחץ בהם אנו משתמשים בדרך כלל מיוצרים בעיקר באמצעות אפקט פיזואלקטרי. חיישנים כאלה נקראים גם חיישנים פיזואלקטריים.
החומרים הפיאזואלקטריים המשמשים בעיקר בחיישנים פיזואלקטריים כוללים קוורץ, אשלגן נתרן טרטרט ואמוניום דימימן פוספט. ביניהם, קוורץ (סיליקון דו חמצני) הוא גביש טבעי, והאפקט הפייזואלקטרי נמצא בגביש זה. בתוך טווח טמפרטורות מסוים, התכונה הפיזואלקטרית תמיד קיימת, אך כאשר הטמפרטורה חורגת מטווח זה, התכונה הפיזואלקטרית נעלמת לחלוטין (הטמפרטורה הגבוהה הזו היא מה שמכונה "נקודת הקורי"). מכיוון שהשדה החשמלי משתנה מעט עם שינוי המתח (כלומר, המקדם הפיאזואלקטרי נמוך יחסית), הקוורץ מוחלף בהדרגה על ידי גבישים פיזואלקטריים אחרים. לטרטרט אשלגן נתרן יש רגישות פיזואלקטרית ומקדם פיזואלקטרי גבוהים, אך ניתן ליישם אותו רק בסביבה עם טמפרטורת החדר ולחות נמוכה יחסית. אמוניום דימימן פוספט הוא גביש מלאכותי, שיכול לעמוד בטמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה יחסית, ולכן נעשה בו שימוש נרחב.
3. כוס רוח חיישן מהירות רוח
לאחר הבנת הידע הרלוונטי של החיישן הפיאזואלקטרי, בואו נסתכל על חלק מהתוכן של החיישן המותאם אישית של גביע הרוח.
חיישן מהירות הרוח של גביע הרוח הוא חיישן מהירות רוח נפוץ מאוד, אשר הומצא לראשונה על ידי רובינסון באנגליה. בסין נעשה שימוש נרחב בחיישן מהירות הרוח של גביע הרוח. חלק החישה של חיישן מהירות הרוח של כוס הרוח מורכב משלושה או ארבע כוסות ריקות חרוטיות או חצי כדוריות. מעטפת הכוס החלולה מקובעת על סוגריים בצורת כוכבים משולשת ב-120 מעלות או על סוגריים בצורת צלב ב-90 מעלות אחד עם השני. המשטחים הקעורים של הכוסות מסודרים בכיוון אחד, וכל מסגרת הזרוע הצולבת קבועה על ציר סיבוב אנכי.
כאשר הרוח נושבת משמאל, כוס הרוח 1 מקבילה לכיוון הרוח, וכוח המרכיב של לחץ הרוח על גביע הרוח 1 בכיוון הניצב ביותר לציר כוס הרוח הוא אפסי בקירוב. כוסות רוח 2 ו-3 מצטלבות עם כיוון הרוח בזווית של 60 מעלות. לגבי כוס רוח 2, המשטח הקעור שלו פונה לרוח ונושא את לחץ הרוח הגדול ביותר; לכוס רוח 3 יש משטח קמור הפונה לרוח, והרוח מסביבו הופכת את לחץ הרוח לקטן מזה של כוס רוח 2. בגלל הפרש הלחצים בין כוס רוח 2 לכוס רוח 3 בכיוון המאונך לציר כוס הרוח, כוס הרוח מתחילה להסתובב עם כיוון השעון.
לאחר שכוס הרוח מתחילה להסתובב, בגלל שהכוס 2 מסתובבת לאורך כיוון הרוח, לחץ הרוח יורד יחסית, בעוד שהכוס 3 מסתובבת נגד הרוח באותה מהירות, לחץ הרוח גדל יחסית, והפרש לחץ הרוח ממשיך לרדת. לאחר פרק זמן (מהירות רוח קבועה), כאשר הפרש הלחצים החלקי הפועל על שלוש כוסות הרוח הוא אפסי, כוסות הרוח יסתובבו במהירות אחידה. בדרך זו ניתן לקבוע את מהירות הרוח לפי מהירות כוס הרוח (סיבובים לשנייה).
כאשר כוס הרוח מסתובבת, היא דוחפת את דיסק החיתוך מרובת השיניים הקואקסיאלי או המוט המגנטי להסתובב, ומקבל אות דופק פרופורציונלי למהירות כוס הרוח דרך המעגל. אות הדופק נספר על ידי המונה, וניתן לקבל את ערך מהירות הרוח בפועל לאחר ההמרה. נכון לעכשיו, מד הרוח הרוטור החדש משתמש בשלוש כוסות, והביצועים של הכוס החרוטית טובים יותר מאלו של חצי הכדור. כאשר מהירות הרוח עולה, הרוטור יכול להגביר במהירות את המהירות כדי להתאים למהירות זרימת האוויר. כאשר מהירות הרוח יורדת, עקב השפעת האינרציה, מהירות הרוח לא תרד מיד. מדי רוח סיבוביים מצביעים בדרך כלל על מהירות רוח גבוהה מדי במשבים ויש להם השפעה מוגזמת (יוצר שגיאה ממוצעת של כ-10 אחוזים).
