風速傳感器是可連續(xù)監(jiān)測上述地點的風速、風量(風量=風速x橫截面積)大小,能夠對所處巷道的風速風量進行實時顯示,是礦井通風安全參數(shù)測量的重要儀表。其傳感器組件由風速傳感器、風向傳感器、傳感器支架組成。
原理
超聲波渦接測量原理
超聲波風速傳感器是利用超聲波時差法來實現(xiàn)風速的測量。聲音在空氣中的傳播速度,會和風向上的氣流速度疊加。
若超聲波的傳播方向與風向相同,它的速度會加快;反之,若超聲波的傳播方向若與風向相反,它的速度會變慢。因此,在固定的檢測條件下,超聲波在空氣中傳播的速度可以和風速函數(shù)對應。
通過計算即可得到精確的風速和風向。
由于聲波在空氣中傳播時,它的速度受溫度的影響很大;本風速儀檢測兩個通道上的兩個相反方向,因此溫度對聲波速度產(chǎn)生的影響可以忽略不計。
通過壓差變化原理
在流動方向上設置一個固定的障礙物(孔板、噴嘴等),這樣根據(jù)流速不同便會產(chǎn)生一個壓差。通過測量壓差,可以轉換成流速的測量。
熱量轉移原理
根據(jù)卡曼渦街理論,在無限界流場中垂直插入一根無限長的非線性阻力體(即旋渦發(fā)生體C,風速傳感器的探頭橫桿),當風流流經(jīng)旋渦發(fā)生體C時,在漩渦發(fā)生體邊緣下游側會產(chǎn)生兩排交替的、內旋的旋渦列(即氣流旋渦),而旋渦的產(chǎn)生頻率f正比于流速V,用公式表示如下:
f=St V/d;
因此超聲波風速傳感器就是利用超聲波旋渦調制的原理來測定旋渦頻率的 。
主要適用于煤礦井下具有瓦斯爆炸危險的各礦井通風總回風巷、風口、井下主要測風站、扇風機井口、掘進工作面、采煤工作面等處,以及相應的礦產(chǎn)企業(yè)。
另外,由于液位檢測環(huán)境的復雜性和多變性,也為傳感器的應用帶來了不同挑戰(zhàn)。例如:高粘度液體高度檢測、含雜質的廢水液位監(jiān)控、帶泡沫的液位高度測量、高腐蝕性液體高度報警等等。目前,市場上針對不同的應用,提供了多種有效的解決方案,但如何選擇合適、性價比高的傳感器一直是讓工程師們頭痛的問題。
常見的液位檢測方式:
為了選擇較佳的液位傳感器,我們不但需要了解被測液體的屬性和狀態(tài),同時,也要知道不同的檢測方式的優(yōu)點與局限性,從而才能選出合適的傳感器。以下為目前市場上常見的檢測技術。
激光測量:激光類傳感器基于光學檢測原理,通過物體表面反射光線至接收器進行檢測,其光斑較小且集中,易于安裝、校準,靈活性好,可應用于散料或液位的連續(xù)或者限位報警等;但其不適合應用于透明液體(透明液體容易折射光線,導致光線無法反射至接收器),含泡沫或者蒸汽環(huán)境(無法穿透泡沫或者容易受到蒸汽干擾),波動性液體(容易造成誤動作),振動環(huán)境等。
TDR(時域反射)/ 導波雷達/微波原理測量:其名稱在行業(yè)內有多種不同的叫法,其具備了激光測量的好處,如:易于安裝、校準,靈活性好等,另外其更優(yōu)于激光檢測,如無需重復校準和多功能輸出等,其適用于各種含泡沫的液位檢測,不受液體顏色影響,甚至可應用于高粘性液體,受外部環(huán)境干擾相對小,但其測量高度一般小于6米。
超聲波測量:由于其原理為通過檢測超聲波發(fā)送與反射的時間差來計算液位高度,故容易受到超聲波傳播的能量損耗影響。其亦具備安裝容易、靈活性高等特點,通??砂惭b于高處進行非接觸式測量。但當使用于含蒸汽、粉層等環(huán)境時,檢測距離將會明顯縮短,不建議使用在吸波環(huán)境,如泡沫等。
音叉振動測量:音叉式測量僅為開關量輸出,不能用于連續(xù)性監(jiān)控液體高度。其原理為:當液體或者散料填充兩個振動叉時,共振頻率改變時,依靠檢測頻率改變而發(fā)出開關信號。其可用于高粘度液體或者固體散料的高度監(jiān)控,主要為防溢報警、低液位報警等,不提供模擬量輸出,另外,多數(shù)情況下需要開孔安裝于容器側面。
光電折射式測量:該檢測方式通過傳感器內部發(fā)出光源,光源通過透明樹脂全反射至傳感器接受器,但遇到液面時,部分光線將折射至液體,從而傳感器檢測全反射回來光量值的減少來監(jiān)控液面。該檢測方式便宜,安裝、調試簡單,但僅能應用于透明液體,同時只輸出開關量信號。
靜壓式測量:該測量方式采用安裝于底部的壓力傳感器,通過檢測底部液體壓力,轉換計算出液位高度,其底部液體壓力參考值為與頂部連通的大氣壓或者已知氣壓。該檢測方式要求采用高精度、齊平式壓力傳感器,同時換算過程需要不斷進行校準,其優(yōu)點為可檢測不受液位高度限制,但高度越高,傳感器精度要求越高,長時間使用或者更換液體時需要重復校準。
式測量:電容式測量主要通過檢測由于液面或者散料高度變化而導致的電容值變化來測量料位高度。其具有多種類型,有可輸出模擬量的電容式液位計,液位電容式接近開關,電容式接近開關可以安裝于容器側面進行非接觸檢測。當選擇必須注意,電容傳感器容易受到不同的容器材質和溶液屬性影響,如塑料容器和掛料情況容易影響模擬量輸出的電容傳感器。
浮球式檢測:該方式為比較簡單、最古老的檢測方式,價格相對便宜。主要是通過浮球的上下升降來檢測液面的變化,其為機械式檢測,檢測精度容易受浮力影響,重復精度差,不同液體需要重新校準。不適用于粘稠性或者含雜質液體,容易造成浮球堵塞,同時,不符合食品衛(wèi)生行業(yè)的應用要求。
紅外線
紅外線是一種人眼看不見的光線,但事實上它和其它任何光線一樣,也是一種客觀存在的物質。
任何物體只要它的溫度高于熱力學零度,就會有紅外線向周圍輻射。紅外線是位于可見光中紅色光以外的光線,故稱紅外線。它的波長范圍大致在0.75~100μm的頻譜范圍之內。
紅外輻射
紅外輻射的物理本質是熱輻射。物體的溫度越高,輻射出來的紅外線越多,紅外輻射的能量就越強。
研究發(fā)現(xiàn),太陽光譜的各種單色光的熱效應從紫色光到紅色光是逐漸增大的,而且最大的熱效應出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍之內,因此人們又將紅外輻射稱為熱輻射或者熱射線。
傳感原理
熱傳感器是利用輻射熱效應,使探測器件接收輻射能后引起溫度升高,進而使傳感器中一欄與溫度的性能發(fā)生變化。檢測其中某一性能的變化,便可探測出輻射。
多數(shù)情況下是通過賽貝克效應來探測輻射的,當器件接收輻射后,引起一非電量的物理變化,也可通過適當變化變?yōu)殡娏亢筮M行測量。
紅外溫度傳感器根據(jù)原理可分為單色溫度傳感器和雙色溫度傳感器。對于單色溫度傳感器,在進行測溫時,被測目標面積應充滿傳感器視場。
電磁流量計建議被測目標尺寸超過視場大小的50%為好。如果目標尺寸小于視場,背景輻射能量就會進入傳感器的視聲符支干擾測溫讀數(shù),造成誤差。相反,如果目標大于測溫儀的視場,測溫儀就不會受到測量區(qū)域外面的背景影響。