风压传感器 风压传感器的原理以及应用
风压传感器的原理以及应用
风压传感器是一种能够实时检测并测量风速和风压的传感器。其工作原理基于空气动力学的基本原理，即流体动力学方程与质量守恒定律。在风压传感器中，当气流经过探头表面时，会产生气动力作用，并将其转化为压力信号。探头内部的压电传感器会将此信号转化为电信号输出，经过放大和处理后，可得到风速和风压等相关参数。
风压传感器广泛应用于各个领域。在高层建筑和大型桥梁等巨型工程的建设中，风压传感器能够帮助工程师们了解大气环境的状态，并提供支持数据进行建筑设计、工程施工和安全评估等方面的工作。此外，在空调系统、通风设备、测风塔、航空等行业中也广泛应用。
在工业实践中，风压传感器是一种非常常用的传感器，广泛应用于各种工业自控环境，涉及锅炉送风、除尘设备、水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。主要用于锅炉负压、暖通空调、风速测量、泄漏检测、洁净室、电厂风压、除尘器、风门控制等。
总的来说，风压传感器在各个领域都有广泛的应用，其原理基于空气动力学基本原理，通过探头对风速和风压进行实时测量，并将信号转化为电信号输出，为各行业的工业自控环境提供重要的技术支持。
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什么是压电压力波（PWP）传感器？看完就懂了
压电材料作为感知电力设备放电、振动等信号的关键材料，在电力设备振动监测、放电检测、探伤、温度测量、电压传感等领域得到广泛应用。
压电材料在压电传感器件中的应用多种多样，其核心在于机械能和电能的相互转换：压电材料受机械振动（压电振动传感器）、声波传导（压电声传感器）等机械外力作用时晶格形变，引起极化状态的变化，输出传感电信号，或通过对压电材料受电场作用产生的形变进行测量来反映电场大小（压电电压传感器）。
声波信号可较好地实现与电信号的耦合与相互转换。根据声波激励、传播和耦合方式的不同，压电声传感器可分为压电超声传感器、声表面波传感器、电声脉冲传感器、压力波传感器等。
除压电电声脉冲传感器外，压电压力波（Pressure Wave Propagation, PWP）传感器同样被广泛用于固体介质空间电荷测量。
不同压电压力波传感器产生压力波的方式略有不同，如利用薄压电陶瓷片产生压力脉冲即压电感应压力波传播法（PIPWP）、利用PVDF压电薄膜产生压力脉冲（压电压力波传播法（Piezo-PWP））等，但测量原理基本相同：产生压力波在介质中传播引起介质产生形变，导致介质内部局部电场的微小变化，从而在外电路上感应出对应的电压或者电流信号，由此反映绝缘介质内部的空间电荷分布情况。常见压电压力波传感器测试装置如图1所示。
压力波阶跃上升沿宽度或脉冲宽度应尽可能窄（远小于介质厚度），以提高压电压力波传感器分辨率和灵敏度。郑飞虎等研究发现，压电薄膜厚度、电脉冲下降沿宽度、背衬层材料及声传播介质等因素都会对压力波脉冲波形和脉冲宽度产生影响，实际测试时选用25μm压电薄膜产生脉宽约50ns的单极性压力波声脉冲。
图1 压电压力波传感器测试装置
目前压电压力波传感器的理论模型与测量技术已经基本明晰，在工业界已开始推广应用。如S.Holé等将压电压力波传感器用于欧洲BESTPATHS项目中高压超导直流电缆绝缘测试，在极低温度下对液氮/纸复合绝缘空间电荷分布进行了测量，其测试装置如图2所示。
图2 压电压力波传感器测试装置
本文编自2021年第7期《电工技术学报》，论文标题为“压电材料与器件在电气工程领域的应用”，作者为姚睿丰、王妍 等。
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