Kas yra pjezoelektrinis jutiklis? Kas yra vėjo puodelio vėjo greičio jutiklis?
1. Supažindinimas su jutikliais
Jutiklis (angliškas pavadinimas: transducer/sensor) – tai aptikimo įtaisas, galintis pajusti išmatuotą informaciją ir paversti gautą informaciją elektriniais signalais ar kitomis reikalingomis informacijos išvedimo formomis pagal tam tikras taisykles, atitinkančias informacijos perdavimo, apdorojimo, saugojimo reikalavimus. , ekranas, įrašymas ir valdymas. Dėl daugybės jutiklių tipų šiame straipsnyje redaktorius pristato tik pjezoelektrinį jutiklį ir vėjo puodelio vėjo greičio jutiklį.
2. Pjezoelektrinis jutiklis
Visų pirma, pažvelkime į keletą svarbių žinių apie pjezoelektrinius jutiklius. Slėgio jutikliai yra dažniausiai naudojami jutikliai pramonėje, o mūsų dažniausiai naudojami slėgio jutikliai daugiausia gaminami naudojant pjezoelektrinį efektą. Tokie jutikliai taip pat vadinami pjezoelektriniais jutikliais.
Pjezoelektrinėse medžiagose, daugiausia naudojamos pjezoelektriniuose jutikliuose, yra kvarcas, kalio natrio tartratas ir amonio-divandenilio fosfatas. Tarp jų kvarcas (silicio dioksidas) yra natūralus kristalas, o pjezoelektrinis efektas randamas šiame kristale. Tam tikrame temperatūrų diapazone pjezoelektrinė savybė egzistuoja visada, tačiau kai temperatūra viršija šį diapazoną, pjezoelektrinė savybė visiškai išnyksta (ši aukšta temperatūra yra vadinamasis „Curie taškas“). Kadangi elektrinis laukas šiek tiek kinta keičiantis įtempiams (tai yra, pjezoelektrinis koeficientas yra santykinai mažas), kvarcas palaipsniui pakeičiamas kitais pjezoelektriniais kristalais. Kalio natrio tartratas turi didelį pjezoelektrinį jautrumą ir pjezoelektrinį koeficientą, tačiau jį galima naudoti tik santykinai žemoje kambario temperatūroje ir drėgnoje aplinkoje. Amonio divandenilio fosfatas yra dirbtinis kristalas, galintis atlaikyti aukštą temperatūrą ir santykinai didelę drėgmę, todėl buvo plačiai naudojamas.
3. Vėjo puodelio vėjo greičio jutiklis
Supratę atitinkamas žinias apie pjezoelektrinį jutiklį, pažvelkime į kai kuriuos vėjo puodelio pasirinktinio jutiklio turinį.
Vėjo puodelio vėjo greičio jutiklis yra labai paplitęs vėjo greičio jutiklis, kurį pirmasis išrado Robinsonas Anglijoje. Kinijoje vėjo puodelio vėjo greičio jutiklis buvo plačiai naudojamas. Vėjo puodelio vėjo greičio jutiklio jutimo dalis susideda iš trijų ar keturių kūginių arba pusrutulio formos tuščių puodelių. Tuščiaviduris puodelio apvalkalas pritvirtinamas prie trikampių žvaigždės formos laikiklių 120 laipsnių kampu arba ant kryžiaus formos laikiklių 90 laipsnių kampu vienas su kitu. Įgaubti puodelių paviršiai išdėstyti viena kryptimi, o visas kryžminės svirties rėmas pritvirtintas prie vertikalios sukimosi ašies.
Kai vėjas pučia iš kairės, vėjo taurė 1 yra lygiagreti vėjo krypčiai, o vėjo slėgio komponentinė jėga vėjo taurės 1 kryptimi statmeniausia vėjo taurės ašiai yra apytiksliai lygi nuliui. Vėjo kaušeliai 2 ir 3 susikerta su vėjo kryptimi 60 laipsnių kampu. 2 vėjo puodelio įgaubtas paviršius nukreiptas į vėją ir išlaiko didžiausią vėjo slėgį; 3 vėjo taurės paviršius yra išgaubtas, nukreiptas į vėją, o dėl vėjo aplink jį vėjo slėgis yra mažesnis nei 2 vėjo taurės. Dėl slėgio skirtumo tarp 2 ir 3 vėjo taurės statmena vėjo kaušelio ašiai. vėjo taurė, vėjo taurė pradeda suktis pagal laikrodžio rodyklę.
Vėjo taurei pradėjus suktis, kadangi taurė 2 sukasi pagal vėjo kryptį, vėjo slėgis santykinai sumažėja, o taurė 3 sukasi prieš vėją tuo pačiu greičiu, vėjo slėgis santykinai didėja, o vėjo slėgio skirtumas vis mažėja. Po tam tikro laikotarpio (pastovaus vėjo greičio), kai dalinio slėgio skirtumas, veikiantis tris vėjo kaušelius, yra lygus nuliui, vėjo taurės suksis vienodu greičiu. Tokiu būdu vėjo greitį galima nustatyti pagal vėjo taurės greitį (apsukimų per sekundę).
Kai vėjo kaušelis sukasi, jis priverčia suktis koaksialinį kelių dantukų pjovimo diską arba magnetinį strypą ir per grandinę gauna impulso signalą, proporcingą vėjo kaušelio greičiui. Pulso signalą skaičiuoja skaitiklis, o faktinę vėjo greičio vertę galima gauti konvertavus. Šiuo metu naujajame rotoriniame anemometre naudojami trys puodeliai, o kūginio puodelio našumas yra geresnis nei pusrutulio formos. Kai vėjo greitis didėja, rotorius gali greitai padidinti greitį, kad atitiktų oro srauto greitį. Sumažėjus vėjo greičiui, dėl inercijos įtakos vėjo greitis sumažės ne iš karto. Sukamieji anemometrai paprastai rodo per didelį vėjo greitį gūsiuose ir turi didesnį efektą (vidutinė paklaida apie 10 proc.).
