第3.5-6节 湿度、风速传感器.ppt

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1、1—干球温度计；2—湿球温度计；3—湿棉纱布；4、5—双层金属保护管；6—通风器；7—风管第2.3.6节风速传感器风速检测方法风速传感器工作原理测风方法与测风步骤（重点掌握）一、检测方法矿井通风是保证煤矿安全生产的重要技术手段，及时掌握井下某些地点的风速、风量，对煤矿安全生产有着重要意义。风速传感器是实现矿井通风遥测、遥控的重要器件。井下不同地点的风速相差很大，为了全面监测矿井通风系统，要求风速传感器有较大的测量范围（一般在0～15m/s之间）。此外，为了提高风速传感器的测量精度，经常将风速传感器测量范围分成几段。例如：VA216型超声

2、波漩涡传感器的测量范围是0.3～15m/s、0.75～50m/s；Wentor3U型热线风速传感器的测量范围是0.15～0.75m/s、0.5～2.5m/s、1.5～7.5m/s。一、检测方法风速检测方法超声波式传感器热线式传感器叶轮式传感器杯式传感器二、传感器1、超声波1）超声波的定义超声波是机械波的一种。它的特征是：频率高（现在可以产生频率高达109Hz的超声波）、波长短、绕射现象小、方向性好；在液体、固体中衰减小，穿透能力大；在传播途中遇有杂质时分界面有显著的反射现象。（一）超声波风速传感器1）超声波的定义介质中一切质点是依靠弹性

3、力互相联系。某质点在介质內振动，能激起周围质点振动。振动在弹性介质內的传播过程称为机械波。声波就是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波。它可以分为次声波、声波、超声波、特超声波。（一）超声波风速传感器1、超声波（一）超声波风速传感器1、超声波1）超声波的定义图1声波频率的界限（一）超声波风速传感器1、超声波2）超声波的波形由于声源对介质的施力方向与声波在介质中传播方向不同，声波的波形也有不同。(1)纵波：质点振动方向与传播方向一致。纵波能在气体、固体、液体中传播。(2)横波：质点振动方向与传播方向垂直。它只能在固体中传播。(3)表面波

4、：质点的振动介于纵波与横波之间。它沿表面传播，振幅随深度增加迅速衰减。它只能在固体中传播。（一）超声波风速传感器1、超声波3）超声波的传播速度纵波、横波、表面波的传播速度取决于介质的弹性系数与介质的密度。由于气体和液体的剪切模量为零，因而在这两种物态中只能传播纵波。气体的纵波声速公式：γ——热容比；p0——静态压力；p——气体密度。在常态下，声波在气体中的传播速度为344m/s，在液体中的传播速度为900～1900m/s。（一）超声波风速传感器1、超声波4）超声波传播方式扩散角越小，超声波的方向性越好。扩散角与声源直径成反比，与波长成正

5、比。通常在实际使用时，声源的直径是一定的，因此波长越短（频率越高），则指向性越好。超声波的波束是以某一扩散角度从声源辐射出去的。D是声源直径，L0是干扰区，图2超声波传播示意图（一）超声波风速传感器1、超声波5）超声波的衰减超声波在单一介质中传播，其振幅和强度将按指数规律衰减。造成超声波衰减的主要原因是介质对超声波的吸取。此外，在流体介质中有悬浮颗粒，超声波在这些粒子上发生散射也是形成衰减的主要原因之一。衰减系数是吸取衰减和散射衰减的综合指标，在一般检测频率下其数值为1～100。（一）超声波风速传感器2.涡街式风速传感器1）卡曼涡街理论

6、15世纪，达芬奇发现非流体型物体后面的流体具有周期振荡现象。1911年，匈牙利人冯·卡曼利用场的概念，经过严密的数学推导，提出了著名的卡曼涡街理论。在无限流场中，垂直于流体方向插入一根无限长的非线性阻力体，则在一定雷诺数范围（=200～5000），阻力体下游会产生两排內旋交替的旋涡列。旋涡列的频率正比于流体的速度，如图3所示。（一）超声波风速传感器1）卡曼涡街理论图3卡曼涡旋由于流体粘性，旋涡列逐步衰减、消失。涡街频率的计算公式如下：式中，f——卡曼涡街频率，Hz；Sx——斯特拉哈系数，一般取0.21；V——流体速度，m/s；d——圆柱

7、形阻力体直径。2）超声波涡街风速传感器（一）超声波风速传感器超声波涡街风速传感器就是利用穿过风流的超声波束被旋涡调制的原理，来测定卡曼旋涡频率，利用下式实现对风速的测量：（1）图4旋涡调制超声波原理图2）超声波涡街风速传感器（一）超声波风速传感器S、R是频率相同的超声波发射器、接收器。S、R连线与阻力体、风速互相垂直。工作时，S发出连续、等幅的超声波束，超声波穿越风流被R接收。当超声波不被旋涡调制时（如图4a所示），R接收到的也是一束连续、等幅的超声波微弱信号。当超声波束与旋涡相遇时，因旋涡内压力梯度、涡街旋转运动等因素影响，使通过旋涡

8、的大部分横能被折射或反射，结果到达R的声能减小，使R输出调幅电信号，如图4b所示。旋涡通过后，超声波束又恢复原态。显然，有一个旋涡通过一次声束，超声波束就被调制一次。信号处理电路对R输出的条幅波进行放大、检