Cảm biến đo gió/cảm biến vận tốc khí rất đa dạng, mỗi loại sẽ được vận hành bởi một nguyên lý khác nhau - tùy thuộc vào mục tiêu đo lường và cấu tạo thiết bị (cơ học đơn giản hay điện tử tiên tiến). Dưới đây, Sensors Việt Nam sẽ tổng hợp thông tin một cách có chọn lọc để giúp bạn hiểu rõ hơn các nguyên lý hoạt động của cảm biến đo gió, từ đó có thể chọn được loại cảm biến phù hợp cho ứng dụng của mình.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN ĐO GIÓ - KHÁI QUÁT CHUNG
Trước khi đi sâu vào tìm hiểu chi tiết cách thức vận hành của từng loại cảm biến, bạn cần nắm được rằng tất cả các cảm biến đo vận tốc gió đều dựa trên một nguyên lý cốt lõi - đó là đo sự tác động của dòng khí lên một vật thể đích để suy ra tốc độ gió.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo gió thường gồm các bước sau:
- Cảm biến nhận lực gió tác động lên một bộ phận (cánh quạt / dây nóng / sóng âm).
- Chuyển đổi tín hiệu thành tín hiệu điện hoặc cơ học.
- Tính toán thành giá trị ngõ ra phù hợp và hiển thị kết quả thông qua màn hình LCD hoặc gửi về bộ điều khiển trung tâm.
Nguyên lý hoạt động cảm biến vận tốc gió đa số thường đơn giản, thông qua 3 bước chính
XEM THÊM: CẢM BIẾN ĐO TỐC ĐỘ GIÓ: VẤN ĐỀ - NGUYÊN NHÂN - CÁCH KHẮC PHỤC
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN ĐO GIÓ - PHÂN LOẠI ĐIỂN HÌNH
Dưới đây là những nguyên lý hoạt động cảm biến đo gió thường gặp nhất:
Nguyên Lý Hoạt Động Cảm Biến Dây Nóng (Hot-Wire/Hot-Film)
Cảm biến sử dụng công nghệ dây nóng là một loại thiết bị tiên tiến, nó hoạt động bằng nguyên lý truyền nhiệt qua vật thể mục tiêu để đo tốc độ gió. Loại cảm biến này không có bộ phận quay và rất nhạy cảm nên được ưu tiên trong những ứng dụng đo thay đổi nhỏ trong luồng khí.
Cấu trúc cơ bản:
- Dây nóng/tấm film siêu mỏng được cấp nhiệt để đạt đến ngưỡng nhiệt độ cố định cao hơn nhiệt độ môi trường 50-80 độ.
- Hai cảm biến nhiệt độ - một cái của cảm biến, một cái để xác định nhiệt độ môi trường.
- Mạch điều khiển có chức năng duy trì nhiệt độ dây cố định, phân tích, chuyển đổi và truyền tín hiệu.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo gió:
Nguyên lý hoạt động cảm biến vận tốc gió này gồm các giai đoạn như sau:
- Dây/tấm film mỏng ở đầu dò cảm biến được cấp nhiệt điện để đạt ngưỡng nhiệt độ cố định.
- Khi có luồng gió đi qua, nó sẽ cuốn đi nhiệt từ dây/film vào không khí, khiến nó bị lạnh đi
- Mạch điều khiển sẽ phát hiện sự giảm nhiệt này và tự động cấp thêm dòng điện để duy trì nhiệt độ không đổi.
- Dòng điện cấp thêm này sẽ tỷ lệ thuận với tốc độ gió → gió mạnh thì mất nhiệt nhiều hơn nên cần cấp dòng nhiều hơn.
Đại diện của dòng cảm biến dây nhiệt chính là AVT-D-R
XEM THÊM: TRÊN TAY VÀ ĐÁNH GIÁ CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC GIÓ PRODUAL AVT-D-R
Nguyên Lý Hoạt Động Của Cảm Biến Cốc Gió
Cốc gió là một trong những loại cảm biến phổ biến nhất và được sử dụng suốt hàng trăm năm qua. Cho đến hiện tại nó vẫn là đại diện cho tiêu chuẩn đo lường gió công nghiệp.
Cấu trúc cơ bản:
- Ba cốc hình bán cầu/hình nón) được lắp trên ba cánh ngang.
- Trục quay thẳng đứng ở giữa.
- Bộ phận cảm biến bên trong (có thể làm từ công tắc cơ học/cảm biến từ).
Nguyên lý hoạt động của cảm biến gió:
- Bề mặt lõm của các cốc đều có cùng một hướng → Khi có luồng gió tác động lên các cốc thì luôn có một phía của cốc bị tác động mạnh/nhẹ hơn so với phía còn lại → Điều này tạo ra mô-men xoay làm trục quay.
- Tốc độ quay của trục tỷ lệ với tốc độ gió → gió càng mạnh thì trục quay càng nhanh.
- Trong cảm biến được trang bị một nam châm gắn trên trục → nam châm đi qua một công tắc sẽ tạo ra một xung điện.
- Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo gió hoạt động bằng cách đếm số xung điện trong khoảng thời gian cố định, hệ thống cảm biến sẽ tính toán được tốc độ quay → suy ra tốc độ gió.
Cảm biến cốc gió được sử dụng rất phổ biến từ xưa đến nay
XEM THÊM: CẢM BIẾN ĐO TỐC ĐỘ GIÓ: VẤN ĐỀ - NGUYÊN NHÂN - CÁCH KHẮC PHỤC
Nguyên Lý Hoạt Động Của Cảm Biến Tốc Độ Gió Dạng Cánh Quạt
Nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ gió tiếp theo mà chúng ta phân tích chính là nguyên lý cánh quạt. Cảm biến cánh quạt (cảm biến xoáy) có cánh quạt phía trước và cánh lái phía sau.
Cấu trúc cơ bản:
Cánh quạt được lắp phía tỉ lệ với tốc độ gió.
Cánh lái được lắp phía sau có chức năng hướng cảm biến về phía gió.
Trục quay ngang.
Cảm biến từ/công tắc làm nhiệm vụ phát hiện quay.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo gió:
Loại cảm biến này sẽ hoạt động như sau:
- Khi có luồng gió đi qua nó sẽ làm cánh quạt quay → số vòng quay đại diện cho tốc độ gió.
- Cánh lái phía sau đảm nhiệm vai trò luôn hướng cánh quạt về phía luồng gió.
- Bên cạnh đó, cảm biến này quay quanh trục ngang, không phải trục thẳng đứng
Nguyên lý hoạt động cảm biến vận tốc gió dạng cánh quạt khá đơn giản
XEM THÊM: CẢM BIẾN VẬN TỐC CÓ MẤY LOẠI? CÁC ỨNG DỤNG ĐIỂN HÌNH LÀ GÌ?
Nguyên Lý Hoạt Động Của Cảm Biến Đo Gió Siêu Âm
Cảm biến siêu âm là thiết bị không sử dụng bộ phận quay. Thay vào đó nó dùng sóng âm để xác định vận tốc gió. Đây là nguyên lý hoạt động của cảm biến đo gió tiên tiến nhất hiện tại.
Cấu trúc cơ bản:
- Các bộ phát siêu âm (thường là 3 / 4 bộ).
- Các bộ thu siêu âm được dùng để nhận tín hiệu từ các bộ phát.
- Bộ xử lý của cảm biến vận tốc có nhiệm vụ tính toán thời gian bay của sóng âm.
Nguyên lý hoạt động cảm biến vận tốc gió dạng sóng âm:
Nguyên lý này dựa trên hiệu ứng Doppler và xác định thời gian bay của sóng âm, cụ thể như sau:
- Bộ phát siêu âm 1 gửi xung sóng âm đến bộ thu siêu âm 2 (chúng được lắp cách nhau một khoảng cố định).
- Trong trường hợp không có gió: sóng âm sẽ bay với tốc độ âm thanh cố định, thời gian đi và về như nhau.
- Trong trường hợp có gió song song với đường sóng thì thời gian bay của sóng âm sẽ thay đổi:
+ Gió cùng hướng - sóng âm bay nhanh hơn (tương ứng thời gian ngắn hơn).
+ Gió ngược hướng - sóng âm bay chậm hơn (tương ứng thời gian dài hơn).
Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo gió dạng siêu âm sẽ xác định sự chênh lệch thời gian giữa đi và về của sóng → bộ xử lý tính toán giá trị này thành tốc độ gió.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến gió dạng siêu âm rất tiên tiến
XEM THÊM: CẢM BIẾN TỐC ĐỘ GIÓ LÀ GÌ? HIỂU RÕ VỀ CÔNG NGHỆ NHIỆT KẾ ĐIỆN TRỞ
Mỗi nguyên lý hoạt động của cảm biến đo gió đều sở hữu những ưu - nhược điểm khác nhau. Trong khi cảm biến cốc gió được lựa chọn nhờ sự đơn giản thì cảm biến siêu âm ngày càng phổ biến vì độ nhạy cao và bền bỉ. Tuy nhiên, hiện nay cảm biến dây nóng vẫn là lựa chọn tốt nhất khi có thể cho ra kết quả đo lường chính xác và rất nhạy. Hy vọng bài viết này của Sensors Việt Nam đã giúp bạn hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ gió để có thể lựa chọn cho mình dòng cảm biến phù hợp nhất.