风向风俗记录仪中输出电容和风速风向的关系
输出电容和风速风向的关系
图2是传感器的工作原理简图。以正北方向为0°，可以将空气流体的流向分为0°~90°、 90°~180°、180°~270°和270°~360°4个象限，空气流体在以风向角θ在任何象限内流动时，都有2个正交的电容器来检测风速和风向， 并且这2个正交电容器由于可动极板受到绕流阻力作用而使极板间距变小，输出电容值增大，另外2个正交电容器则由于可动极板受到空气流体剪切力作用而使极板 间距变大，输出电容值减小。风向角θ在第一象限内，C2和C3作为检测电容器，第二象限内C1和C2作为检测电容器，第三象限内C1和C4作为检测电容 器，第四象限内C3和C4作为检测电容器。
图2可以看出，电容器C1和C3检测的是南北方向的风速，电容器C2和C4检测的是东西方向的风速。设南北方向的风速值为uns，东西方向的风速值为uew，则实际风速为：
风向角度值θ为：
式中N表示第N象限(N=1，2，3，4)，在检测风向时首先根据电容器C1、C2、C3和C4输出电容值是增大或减小判断N的值，即可根据式(12)求 出风向的角度，如当C1和C2电容值增大时，则风向角θ在第二象限，N的值为2。
图3给出了风向角为0°时，根据式(7)求出的电容器C3的输出电容值和风速的变化曲线，从图中可以看出随着风速的增大，电容器C3的输出电容值在增大，且和风速近似成二次函数关系，从图3可以看出电容的变化值在fF量级，满足检测电路要求。
因为由空气流体剪切力引起的电容器输出电容值的减小量很小，即2个电容器作为检测电容时，另外2个电容器的输出电容值可用初始电容来代替，电容器的初始电容值为664.1×10-3pF。
图4给出了风速为5m/s时，风向在0°~360°范围内变化时，电容器C1、C2、C3和C4输出电容值随风向角度的变化曲线，从图4中可以看出C1和C3输出的电容值随风向角度的变化近似余弦函数关系，C2和C4输出的电容值随风向近似成正弦函数关系。
