风的测量
Wind Measurements

风是由空气流动引起的一种自然现象,风主要指空气的水平方向流动,太阳辐射热是造成空气压力变化的主要原因,典型风类有海陆风山谷风季风信风等。风的主要参数是大小与方向。

可通过仪器来测量风力的大小与方向。根据测量原理主要有以下几类:机械式超声波式声振荡压力式热线式激光雷达微波雷达等,在一般场合用得较多的是机械式与超声波式,特别是在风力发电机中使用广泛。在风力发电中也称这些仪器为风速传感器风向传感器

机械式测风仪

风速测量仪器也叫风速传感器,最简单又常见的风速测量是三杯式风速仪,三个风杯由于阻力差而旋转,风力大则转速高,仪器内的转速传感器把风杯转速变为电信号输出。图1就是三杯式风速仪外形图,其原理参见风杯式阻力差风力机课件。

三杯式风速仪-风速传感器

图1--三杯式风速仪-风速传感器

最简单又常见的风向测量是风向标,也叫风向传感器,其原理不言而喻。其指向的角度由仪器内的角度传感器转变为电信号输出。图2就为风向标外形图。

风向标-风向传感器

图2--风向标-风向传感器

图3是是一种同时可测量风速与风向的仪器,仪器前方有测量转速的浆叶,浆叶随风速加大而增高,仪器后方有随风而摆的翼片,仪器内有转速传感器与角度传感器分别把风速与风向转换为电信号输出。图3就是该种仪器的外形图。

风速风向传感器

图3--风速风向传感器

机械式测风仪结构简单、价格低廉;缺点是有旋转件,存在磨损损耗,易被风沙磨损,冰冻雨雪会影响运行,需定期维护。

超声波式风速风向仪

超声波风速风向仪也叫超声波风速风向传感器,有多种测量计算方法,其中传播时差法简单也用得较多。时差法通过超声波在空气中的传播速度来测量风速,顺风传播速度快,逆风传播速度慢,风速为零时双向速度一样。图4就是一个超声波风速风向仪,在上方有四个超声波探头,每个探头即可发送超声波也能接受超声波,相对的两个探头是一组。每一组探头可测出相对方向的风速,两组探头联合则可测出具体的风速与风向。

超声波风速风向传感器

图4--超声波风速风向传感器

超声波式风速风向仪最大优点是无机械摩损,缺点是尺寸大些,雨、雪、霜、雾、沙尘会影响测量,使输出误差加大。采用探头加热技术,可防止冰雪对传感器造成的影响,以适合在恶劣天气条件下使用。

大型风力机都安装有风向与风速测量传感器,风向传感器向风力机偏航控制器实时提供信号,控制器驱动偏航电机保证风力机准确对风;风速传感器向风力机控制器提供风速信号,控制器根据风速、负荷调整桨距角,使风力机运行在最佳状态。

激光测风雷达

近些年激光测风雷达技术进展较快,开始在风力发电机组安装应用,有关介绍见多普勒测风激光雷达课件。

 
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