机械式风速仪风向标原理

风速仪风向标原理

当前风场所使用的风速仪风向标种类主要有两种，机械式和超声波风速风向仪，其中使用较多的是机械式风速仪，利用机械部件旋转来敏感风速大小，并结合风向标获得风向，尽管这种方法简单可靠，但由于其测量部分具有机械活动部件，在长期暴露于室外的工作环境下容易磨损，寿命有限，维护成本较高。另外，其检测精度也不高，而采用超声波风速风向测量系统，精度高，可靠性高，寿命长且维护成本相对较低。

1. 超声波风速风向测量原理

系统由超声波探头，发射接收电路，电源模块，发射接收控制及数据分析处理中心和数据结果显示单元组成。四个超声波探头成90度布置。可以测到两个方向的风速值，经矢量合成运算，可以得到风速风向值。发射接收电路在不同时刻，即可以驱动探头发射超声波，又可以接受探头受到的超声波信号，可以地隔离、发射接收互不影响。电源模块提供电路所需要的5V和12V直流稳压电源。发射接收控制及数据分析处理中心产生超声波信号，经发射接收电路放大后驱动探头发射；对探头接收带的信号进行采样，将模拟信号转换为数字信号；对探头的发射接收顺序进行控制；对发射时刻和信号到达时刻进行判断，计算出传播时间;分析处理数据结果，计算出风速风向值，传输给数据结果显示单元，数据结果显示单元将以数字形式直观的现实出瞬时风速风向值或某一段时间的平均风速值

2机械式风向标（NRG相同工作原理）

图1

图中：WIND ORIENTATION VANE ：风向标

风向标和风速计位于机舱的后部外侧。

风向标包括两个需要提供24V电源（白色+，棕色/黄色/粉红色-）的光耦合器：B302指示0°，B303指示90°。在风向标（底部）的固定部分有底座，外加整个电子电路。不固定部分（顶部）包括风向标本身和位于基座内部的金属半环。

金属半环的作用是随着风向标的转动,通过光耦合器起动它们或者停止它们的工作。

当金属半环通过光耦合器时信号为低电平（0V），而出现相反的情况时信号为高电平（24V）。见图1。

恒定的高电平信号表示0%屏蔽，也就是说，金属环不在光耦合器里。 在高电平和低电平之间变动的信号表示50%屏蔽，也就是说，金属环“是-不是”恒定通过光耦合器。

恒定的低电平信号表示100%屏蔽，也就是说，金属环一直在光耦合器里。 根据这些百分比，可以得知机舱的偏向。

当机舱已被定向，而风向标随着风摆动时，0°传感器信号（绿色电缆），在高电平和低电平之间一直变化；而90°传感器信号（灰色）给出恒定的高电平信号。

0°传感器信号经过滤波过程后，滤波结果由PLC处理，然后，如果有必要，转动机舱。

3. 机械式风速计原理。http://www.xiandasy.com

风速由风速计测量。风速计由一个需要提供24V电源（绿色+，黄色-）的位于固定部分（底座）的光耦合器，外加其它的电子电路和另一不固定部分（顶部），不固定部分随着风的作用而转动。在顶部的内部基座中有一带齿的金属环，环齿每次经过光耦合器（B301），给出一个24V的脉冲或者信号（白色），每转会总共给出六个脉冲。

脉冲与脉冲之间的时间得出频率，PLC将频率乘以0.3得到以m/s为单位的风速。 风速仪给出两种读数，一种是瞬时读数，瞬时读数显示在显示屏上，另一种是按照由控制程序定义的参数经过滤波后的读数。

如果风速的滤波后的值超过另一同样也是由控制程序定义的参数，机器进入暂停状态。 为了去除电噪声，在连接器中与24V电源并行安装了抗寄生电路。一个0V的信号（棕色）直接取自连接器，并被与正信号的返回值一起送到顶部控制器。

5.机械式风速计和风向标加热元件

风速计和风向标加热元件 风向标和风速计都有加热系统以防它们的电子元件受冻。 加热系统包括两个串联的200W/220V的外部加热元件。一个元件连接到风向标的底座另一个元件连接到风速计的底座它们都由位于机舱后部的盒A6内的卡PTS5控制。加热系统还有一位于桅杆内并与之直接接触的外部PT。 如果PT传送给卡PTS5的温度低于2°C加热元件接收最大的功率。如果温度在2°C到期0°C之间加热元件接收到的功率被恒定调节。PTS5根据温度切断加热元件的电源最长可达2秒。如果外部温度高于10°CPTS5长期切断加热元件的电源。

风向标和风速仪日常维护（针对Gamesa） 1. 风向标风速仪支架的垂直检查

2. 检查风向标的对风准确性，检查风标半圆形的正确位置，转动风向标并检查PLC模块上LED的显示或从触摸屏上直接检查。

3.检查风速仪风标是否运动自如及塑料封壳是否损坏

4.与附近其他风机比较风向及风速。

风向标和风速计都有加热系统，以防它们的电子元件受冻。

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