CN201540301U - 一种压电风速仪 - Google Patents
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Abstract
一种压电风速仪，由气流通道(1)、靶片(2)、刚性连杆(3)、压电传感器(4)、IC芯片(5)、LCD液晶显示模块(6)以及关联导线组合而成，其结构特征是：靶片(2)与刚性连杆(3)以及压电传感器(4)是依次直接相连的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风速测量技术方案，能够适合在化学工作环境中测量具有轻微腐蚀性的低速气流速度。
背景技术
风速测量的技术方案已经有许多种类，包括：热球式、风扇式、风杯转轮式等。
现有的各种形式的风速测量技术方案，都有其各自的一些局限性：
热球式风速测量技术方案，其采用的敏感元件是纤细的金属电热丝(及热球)，由于电热测量原理具有比较高的灵敏度，所以适合测量低风速；但是由于纤细的金属电热丝不耐化学腐蚀，所以无法长时间在具有轻微腐蚀性的化学工作环境中测量低速气流速度。
风扇式和风杯转轮式风速测量技术方案，其采用的敏感元件是被气流推动旋转的扇叶和风杯所产生的电信号，由于扇叶和风杯材质通常采用塑料，所以适合长时间在具有轻微腐蚀性的化学工作环境中测量气流速度；但是由于低风速时的气流推动扇叶和风杯旋转的力量有限，所以不易测量低风速(小于0.6m/s)的气流速度。
有些场合，比如化学实验室内需要长期使用的变风量排风柜面风速监察设备，待测风速的气流速度常为0.2～0.8m/s，为此需要风速监察设备的风速测量技术方案具有良好的低风速测量灵敏度；同时由于化学实验室环境内待测风速的气流中，可能长期伴随着轻微的腐蚀性化学物质，为此需要风速监察设备的风速测量技术方案具有良好的耐腐特性。
所以至今为止，还不能够寻找到一种“能够具备低风速(0.2～0.8m/s)的测量灵敏度，同时还能够具备良好的耐化学腐蚀特性的”风速测量技术方案，来适合“长时间在具有轻微腐蚀性的化学工作环境中测量低速气流速度的”测量设备之性能要求。
发明内容
为了解决上述的【低风速与具有轻微腐蚀性的气流】的风速测量、显示间题，特别是长时间连续测量情况下，能够同时兼顾灵敏度与耐腐性问题，本实用新型提供了一个风速测量技术方案，其特点是利用压电传感器所具备的高灵敏度的【形变与电信号变送】特性，利用低速气流冲击耐腐靶片所产生的冲击力，实现风速测量目标。
本实用新型解决其技术问题的技术方案是这样的：
1.一种压电风速仪，由气流通道(1)、靶片(2)、刚性连杆(3)、压电传感器(4)、IC芯片(5)、LCD液晶显示模块(6)以及关联导线组合而成，其结构特征是：靶片(2)与刚性连杆(3)以及压电传感器(4)是依次直接向连的。
2.所述的压电风速仪，其特征是气流通道(1)的材质为耐腐材料，可以是304、316、316L不锈钢或者钛合金，也可以是高分子塑料，也可以是塑料与纤维或者填料组成的复合材料。
3.所述的压电风速仪，其特征是气流通道(1)的形状可以是圆形直管状，也可以是矩形直管状或者其他固定形状的直管状；更进一步的还可以是弧形圆管或者弧形方管状。
4.所述的压电风速仪，其特征是靶片(2)的形状为片状物体，其外周边缘形状需要与气流通道(1)的内壁形状保持一致，并在气流通道(1)内壁与靶片(2)外周边缘之间留出固定宽度的缝隙。
5.所述的压电风速仪，其特征是靶片(2)的材质为刚性的耐腐材料，可以是高分子塑料，也可以是塑料与纤维或者填料组成的复合材料。
6.所述的压电风速仪，其特征是靶片(2)的装配特征是需要悬空地摆放在气流通道(1)中，并且靶片(2)的平面法线方向，应该与气流方向正面向对；摆片(2)由连杆(3)承担重力支撑作用。
7.所述的压电风速仪，其特征是刚性连杆(3)的装配特征是需要与摆片(2)与压电传感器(4)之间刚性直连，并且在穿越气流通道(1)与压电传感器的封装盒时，避免与后两者碰触。
8.所述的压电风速仪，其特征是IC芯片(5)能够将压电传感器(4)输出的压电应变电信号，转换为风速读数电信号，输出给LCD液晶显示模块(6)。
具体的讲，上述的技术方案是按照如下的方式实现的：
如附图1，用一个薄型的轻质塑料膜状材料做成靶片(2)，将靶片(2)悬空放置在一个固定截面积的气流通道(1)内。
气流穿行过通道(1)时，会对通道(1)内悬空放置的靶片(2)形成轻微的气流冲击推力。靶片(2)与压电传感器(4)之间，通过耐腐材质做成的连杆(3)直接刚性相连，将靶片(2)在气流通道(1)中感受到的轻微气流冲击推力，通过刚性连杆(3)和压电传感器(4)转换为电信号。
如附图2，通过IC芯片(5)，将压电传感器(4)输出的电信号，转换为气流速度的显示电信号；再采用LCD液晶显示模块(6)，将IC芯片(5)输出的风速显示信号，显示在液晶屏面上。
如附图3，为避免压电传感器(4)以及IC芯片(5)与LCD液晶显示模块(6)在腐蚀气流中的腐蚀问题，这些部件均采用耐腐塑料盒子外壳，密闭安装，避免与腐蚀气流直接接触。刚性连杆(3)穿越气流通道(1)以及压敏传感器(4)的封装盒子(4-1)时，间隙都精确控制并尽可能小。
本实用新型的技术方案之主要益处是：测量灵敏度高，适合低流速气流的风速检测；由于耐腐材质与合理的结构，使其具有良好的耐腐特性，所以适合长时间在具有轻微腐蚀性的化学工作环境中测量低速气流速度。
附图说明
图1是本发明的风速信号采集部件结构示意图：
(1)是测量风速的气流通道，
(2)是采集气流速度所产生的气流冲击推力的靶片，
(4)压电传感器
(3)是连接靶片(2)与压电传感器(4)之间的刚性连杆，
图2是本发明的电信号处理部件结构示意图：
(3)是连接靶片(2)与压电传感器(4)之间的刚性连杆，
(4)是压电传感器，
(5)是IC芯片，负责将压电传感器(4)输出的电信号，按照一定的换算规则，转变为风速读数；
(6)是LCD液晶显示模块，显示来自IC芯片(5)输出的风速数据。
图3是本发明的电信号处理部件外加了防腐封装盒后的结构示意图，其中：
(4-1)是外加了防腐封装盒的压电传感器，
(5-1)是外加了防腐封装盒的IC芯片，
(6-1)是外加了防腐封装盒的LCD液晶显示模块。
图4是本发明的结构示意图，其中：
测量风速的气流通道(1)从原来的直型圆筒状，变更为弧形圆筒状；刚性连杆(3)与压电传感器(4)之间的连接方式，也从原来的平行变更为垂直；其他结构特征维持不变。
图5是本发明的结构示意图，其中：
测量风速的气流通道(1)从原来的直型圆筒状，变更为弧形矩形管状；刚性连杆(3)与压电传感器(4)之间的连接方式，也从原来的平行变更为垂直；其他结构特征维持不变。
具体实施方式
实施例1
如图3所示，采用一个内径为30mm的圆形管状腔体做气流通道(1)，悬空内置一个直径为28mm的片状靶片(2)，用刚性连杆(3)将靶片与压电传感器直接连接。
将气流通道(1)正对着待测风速的气流(气流速度在1～0.3m/s范围内)，让气流能够流经气流通道，并正面冲击靶片(2)。
靶片(2)将气流冲击力通过刚性连杆(3)传递到压电传感器(4)上，由压电传感器(4)产生电信号再传递到IC芯片(5)上，IC芯片(5)经过运算处理，输出风速显示电信号到LCD液晶显示模块(6)上，最终在LCD液晶显示模块(6)上显示气流通道(1)中的气流速度读数。
气流通道(1)中的气流速度在0.5m/s的气流速度情况下，靶片(2)上将出现0.3～0.4克的气流冲击力，压电传感器(4)可以将冲击力转换为电信号，经过IC芯片的换算，以及LCD液晶显示模块的显示，最终能够精确显示出0.5m/s的气流速度读数。
随着气流通道(1)中气流速度的变化，靶片(2)上的气流冲击力将发生变化，这种冲击力的变化，将通过IC芯片(5)的运算，在LCD液晶显示模块(6)上得到及时显示，整个变化与实时显示的过程，完成了风速检测与显示的全过程。
由于压电传感器(4)以及IC芯片(5)和LCD液晶显示模块(6)都采用了防腐封装措施，同时靶片(2)以及气流通道(1)也都采用耐腐材质，所以图3所示的整个风速测量装置，就构成了一个适合测量低气流速度的耐腐的压电风速仪。
实施例2
如图4所示，采用一个内径为30mm的弧形圆管状腔体做气流通道(1)，悬空内置一个直径为28mm的片状靶片(2)，用刚性连杆(3)将靶片与压电传感器直接连接。
将气流通道正对着待测风速的气流(气流速度在1～0.3m/s范围内)，让气流能够流经气流通道，并正面冲击靶片(2)。
靶片(2)将气流冲击力通过刚性连杆(3)传递到压电传感器(4)上，由压电传感器(4)产生电信号再传递到IC芯片(5)上，IC芯片(5)经过运算处理，输出风速显示电信号到LCD液晶显示模块(6)上，最终在LCD液晶显示模块(6)上显示气流通道(1)中的气流速度读数。
气流通道(1)中的气流速度在0.5m/s的气流速度情况下，靶片(2)上将出现0.3～0.4克的气流冲击力，压电传感器(4)可以将冲击力转换为电信号，经过IC芯片的换算，以及LCD液晶显示模块的显示，最终能够精确显示出0.5m/s的气流速度读数。
随着气流通道(1)中气流速度的变化，靶片(2)上的气流冲击力将发生变化，这种冲击力的变化，将通过IC芯片(5)的运算，在LCD液晶显示模块(6)上得到及时显示，整个变化与实时显示的过程，完成了风速检测与显示的全过程。
由于压电传感器(4)以及IC芯片(5)和LCD液晶显示模块(6)都采用了防腐封装措施，同时靶片(2)以及气流通道(1)也都采用耐腐材质，所以图4所示的整个风速测量装置，就构成了一个适合测量低气流速度的耐腐的压电风速仪。
实施例3
如图5所示，采用一个内径为30mm×30mm的弧形方管状腔体做气流通道(1)，悬空内置一个28mm×28mm的矩形片状靶片(2)，用刚性连杆(3)将靶片与压电传感器直接连接。
将气流通道正对着待测风速的气流(气流速度在1～0.3m/s范围内)，让气流能够流经气流通道，并正面冲击靶片(2)。
靶片(2)将气流冲击力通过刚性连杆(3)传递到压电传感器(4)上，由压电传感器(4)产生电信号再传递到IC芯片(5)上，IC芯片(5)经过运算处理，输出风速显示电信号到LCD液晶显示模块(6)上，最终在LCD液晶显示模块(6)上显示气流通道(1)中的气流速度读数。
气流通道(1)中的气流速度在0.5m/s的气流速度情况下，靶片(2)上将出现0.4～0.5克的气流冲击力，压电传感器(4)可以将冲击力转换为电信号，经过IC芯片的换算，以及LCD液晶显示模块的显示，最终能够精确显示出0.5m/s的气流速度读数。
随着气流通道(1)中气流速度的变化，靶片(2)上的气流冲击力将发生变化，这种冲击力的变化，将通过IC芯片(5)的运算，在LCD液晶显示模块(6)上得到及时显示，整个变化与实时显示的过程，完成了风速检测与显示的全过程。
由于压电传感器(4)以及IC芯片(5)和LCD液晶显示模块(6)都采用了防腐封装措施，同时靶片(2)以及气流通道(1)也都采用耐腐材质，所以图5所示的整个风速测量装置，就构成了一个适合测量低气流速度的耐腐的压电风速仪。
Claims (8)
1.一种压电风速仪，由气流通道(1)、靶片(2)、刚性连杆(3)、压电传感器(4)、IC芯片(5)、LCD液晶显示模块(6)以及关联导线组合而成，其结构特征是：靶片(2)与刚性连杆(3)以及压电传感器(4)是依次直接向连的。
2.根据权利要求1所述的压电风速仪，其特征是气流通道(1)的材质为耐腐材料，可以是304、316、316L不锈钢或者钛合金，也可以是高分子塑料，也可以是塑料与纤维或者填料组成的复合材料。
3.根据权利要求1所述的压电风速仪，其特征是气流通道(1)的形状可以是圆形直管状，也可以是矩形直管状或者其他固定形状的直管状；更进一步的还可以是弧形圆管或者弧形方管状。
4.根据权利要求1所述的压电风速仪，其特征是靶片(2)的形状为片状物体，其外周边缘形状需要与气流通道(1)的内壁形状保持一致，并在气流通道(1)内壁与靶片(2)外周边缘之间留出固定宽度的缝隙。
5.根据权利要求1所述的压电风速仪，其特征是靶片(2)的材质为刚性的耐腐材料，可以是高分子塑料，也可以是塑料与纤维或者填料组成的复合材料。
6.根据权利要求1所述的压电风速仪，其特征是靶片(2)的装配特征是需要悬空地摆放在气流通道(1)中，并且靶片(2)的平面法线方向，应该与气流方向正面向对；摆片(2)由连杆(3)承担重力支撑作用。
7.根据权利要求1所述的压电风速仪，其特征是刚性连杆(3)的装配特征是需要与摆片(2)与压电传感器(4)之间刚性直连，并且在穿越气流通道(1)与压电传感器的封装盒时，避免与后两者碰触。
8.根据权利要求1所述的压电风速仪，其特征是IC芯片(5)能够将压电传感器(4)输出的压电应变电信号，转换为风速读数电信号，输出给LCD液晶显示模块(6)。
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