如何测量风速和风向其实在古代很早就出现了。 著名的诸葛亮利用东风烧墙，就是因为他有效地掌握了风向和风速的知识，从而取得了军事上的重大胜利。
作为气象测量设备，用于测量风的方向和大小的风速传感器和风向传感器也已广泛应用于各个行业。 下面我们就来看看这两款设备。
风向传感器
风向传感器是一种利用风向箭头的旋转来检测和感知外界风向信息，并将其传输到同轴编码板，同时输出与风向相关的相应值的物理装置。
通常风向传感器的主体采用风向标的机械结构。 当风吹向风向标的尾翼时，风向标的箭头将指向风的方向。 为了保持对方向的敏感性，还使用不同的内部机制来识别风速传感器的方向。 通常分为三类：
电磁风向传感器：利用电磁原理设计。 由于原理种类繁多，结构也各不相同。 目前，部分传感器已开始采用陀螺仪芯片或电子罗盘作为基础元件，其测量精度得到进一步提高。
光电风向传感器：此类风向传感器采用绝对格雷码盘作为基本部件，并采用专门定制的编码。 基于光电信号转换原理，可以准确输出相应的风向信息。
电阻式风向传感器：这种风向传感器采用类似于滑动变阻器的结构。 电阻值的最大值和最小值分别标记为360°和0°。 当风向标转动时，滑动变阻器的滑杆也会随之转动。 旋转顶部的风向标，产生的不同电压变化可以计算出风向的角度或方向。
风速传感器
风速传感器是一种常见的传感器，可以连续测量风速和风量（风量=风速×横截面积）。
风速传感器一般分为机械式（主要是螺旋桨式、风杯式）风速传感器、热风风速传感器、皮托管风速传感器和基于声学原理的超声波风速传感器。
螺旋桨风速传感器工作原理
我们知道，电风扇是利用电动机带动扇叶旋转，使扇叶前后产生压力差，促进空气流动。 螺旋桨风速计的工作原理正好相反。 与气流对齐的叶片系统受到风压的影响，产生一定的扭矩使叶片系统旋转。 通常，螺旋桨式速度传感器通过绕水平轴旋转一组三叶或四叶螺旋桨来测量风速。 螺旋桨通常安装在风向标的前部，使其旋转平面始终面向风向，其转速与风速成正比。 。
风杯式风速传感器工作原理
杯式风速传感器是一种很常见的风速传感器，最早由英国人罗宾逊发明。 感应部分由三四个圆锥形或半球形空杯组成。 空心杯壳固定在互成120°的三尖星形支架或互成90°的十字形支架上。 杯体的凹面朝一个方向排列，整个横担架固定在一根垂直的旋转轴上。
当风从左侧吹来时，风杯1与风向平行，风在风杯1上的压力在最直达风杯轴线的方向上的分力近似为零。 风杯2和3与风向相交成60度角。 对于风杯2来说，其凹面面向风，承受的风压最大； 而风杯3则有一个迎风的凸面，周围的风流使其承受风压。 小于风杯2，由于风杯2和风杯3在垂直于风杯轴线的方向上存在压力差，风杯开始顺时针旋转。 风速越大，初始压力差越大，导致加速度越大，风杯旋转得越快。
风杯开始旋转后，由于杯2顺风方向旋转，风的压力相对减小，而杯3以相同速度逆风旋转，其所受的风压力相对增大传感器原理，风压差继续减小。 经过一段时间（风速不变的情况下），当作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就会匀速旋转。 这样，就可以根据风杯的转速（每秒转数）来确定风速。
当风杯旋转时，带动同轴多齿盘或磁棒旋转，通过电路得到与风杯转速成正比的脉冲信号。 脉冲信号通过计数器进行计数，经过转换后即可得到实际的风速值。 目前新型转杯式风速计均采用三个杯体，且锥形杯体的性能优于半球形杯体。 当风速增大时，转杯可以迅速提高转速以适应气流速度。 当风速降低时，由于惯性的影响，转速却不会立即下降。 阵风时旋转式风速计指示的风速一般偏高，形成超调效应（产生的平均误差约为10%）。
热式风速传感器的工作原理
热式风速传感器采用热丝（钨丝或铂丝）或热膜（铂或铬制成的薄膜）作为探头，暴露在被测空气中，与惠斯通桥。 利用代顿电桥的电阻或电流平衡关系来检测被测断面空气的流速。 热膜风速传感器的热膜上涂有极薄的石英膜绝缘层，使其与流体绝缘，防止污染。 它可以在有颗粒的气流中工作，其强度比金属热丝高。
当空气温度稳定时，电热丝上的耗电量等于电热丝在空气中的瞬时热量消耗。 热丝的电阻随温度变化。 电热丝的电阻与电热丝的温度在常温范围内（0～300℃），呈线性关系。 放热系数与气流速度有关。 流速越大，相应的放热系数越大，意味着散热快； 流速小则散热慢。
热风传感器测量的风速是电流和电阻的函数。 保持电流（或电阻）恒定，测得的气流速度仅与电阻（或电流）一一对应。
热线风速传感器有恒流和恒温两种设计电路。 恒温热线风速传感器更为常用。 恒温法的原理是在测量过程中保持热丝温度恒定，以平衡电桥。 此时，热丝的电阻保持不变，气流速度只是电流的单值函数。 根据已知的气流速度与电流的关系，可以得到终端单元的气流速度。 恒流热线风速传感器在测量过程中保持流过热线的电流值不变。 当电流值不变时，气流速度仅与热丝的电阻有关。 根据已知的气流速度与热丝电阻的关系，即可得到通过风速传感器的气流速度。
热线风速传感器测量脉动风速。 恒流风速传感器热惯性较大，而恒温风速传感器热惯性相对较小，速度响应较高。 热线式风速传感器的测量精度不是很高，使用时要注意温度补偿。
皮托管风速传感器工作原理
皮托管又称“皮托管”、“风速管”，是一种测量气流总压和静压以确定气流速度的管状装置。 它因法国人H.皮托的发明而得名。
用实验方法很难直接测量气流的速度，但用压力表可以很容易地测量气流的压力。 它主要用于测量飞机的速度，但也有许多其他功能。 因此，可以用皮托管来测量压力，然后用伯努利定理来计算气流的速度。 皮托管由带有圆头的双层套管组成（见图）。 外壳的直径为D。圆头的中心O处开有与内壳相连的总压孔，与压力表的一端相连。 直径为0.3~0.6D。 在外管侧面距O约3～8D处，沿周向均匀开一排垂直于外管壁的静压孔。 连接压力表的另一端，将皮托管置于稳定气流中，测量速度。 ，使管轴线与气流方向一致，管前缘面向来流。 当气流接近O点时，其流速逐渐减小，到达O点时流速为零。所以在O点测得的就是总压力P。其次，由于管道很细，C点距离足够远。 O点时，C点的速度和压力已基本恢复到与来流速度V和压力P相同的值。因此，C点测得的静压为 。 对于低速流动（可近似认为流体不可压缩），根据伯努利定理确定流量的公式为：
根据压力表测得的总压和静压差PP，以及流体的密度ρ，可按式（1）计算出气流的速度。
超声波风速传感器工作原理
超声波风速传感器的工作原理是利用超声波时间差法来测量风速。 因为声音在空气中传播的速度会与风向气流的速度叠加。 如果超声波与风同向传播，则其速度会增加； 反之，如果超声波以与风相反的方向传播，其速度就会减慢。 因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以对应于风速函数。 通过计算可以得到准确的风速和风向。 由于声波在空气中传播，其速度受温度影响较大； 风速传感器在两个通道上检测两个相反的方向，因此温度对声波速度的影响可以忽略不计。
超声波风速传感器重量轻，无活动部件，坚固耐用，无需维护或现场校准。 可同时输出风速和风向。 客户可以根据需要选择风速单位、输出频率和输出格式。 您还可以根据需要选择加热装置（寒冷环境下推荐）或模拟输出。 可与计算机、数据采集器或其他具有RS485或模拟输出的采集设备配合使用。 如果需要，也可以使用多个单元组成网络。
超声波风速风向仪是一种比较先进的测量风速风向的仪器。 由于它很好地克服了机械式风速风向仪的固有缺点，可以全天候、长时间正常工作，正在得到越来越广泛的应用。 它将成为机械风速计的强大替代品。
超声波风速传感器特点：
1、采用声学相位补偿技术，精度更高；
2、采用随机误差识别技术，即使在强风情况下也能保证测量的低离散误差，使输出更加稳定；
3、毛毛雨、大雾天气测量补偿技术，环境适应性更强；
4.数字滤波技术，抗电磁干扰能力更强；
5、无启动风速限制，零风速运行，适合室内微风测量，无角度限制（360°全向），同时获取风速和风向数据；
6、测量精度高； 性能稳定； 功耗低，无需校准；
7、结构坚固，仪表耐腐蚀性强。 安装和使用过程中无需担心损坏；
8、设计灵活、轻便、携带方便、安装拆卸方便；
9、信号接入方便，同时提供数字信号和模拟信号；
10.无需维护或现场校准传感器原理，真正0~359°工作（无死角）。
风向风速传感器的应用
虽然风向传感器和风速传感器是两个完全独立的传感器，但大多数情况下，这两个传感器集成在同一个测量装置中，通过综合处理数据信息来协同工作。
风向风速传感器在气象领域的应用
在气象领域，通常需要观察很多自然现象，比如风速和天气的变化，当然还有风向的变化。 对于风向的测量，现在基本上都是采用风向仪或者风向传感器设备来解决这个问题。
地面风向变化测量：在沙漠、高原地区的防沙工作中，人们通常需要关注气流速度和风向的变化，以便掌握更多的气象数据，制定更完善的防治方案，所以在整个过程中都会用到风传感器等气象设备。
海洋风暴预警：可以说，海洋气象预警系统是风向传感器在气象领域的重要应用之一。 它为海洋气象预警系统提供的风向变化数据是预测台风覆盖范围和“运行”轨迹的重要参数之一。
风向风速传感器在煤矿井下的应用
矿井安装的通风设备往往型号不同，其工作功率也有很大差异。 因此，有必要使用风速传感器设备来监测每个通风通道的风速值，以防止某个位置的通风率过低而导致有害气体浓度过高的现象出现。
事实上，为了保证大、中、小型煤矿的安全生产，根据相关规定，煤矿都应安装风速传感器设备。 各矿区、翼回风巷、主回风巷均应安装风速传感器设备。 ，且掘进工作面属于矿区的一部分，因此掘进工作面需要安装风速传感器。
事实上，隧道面需要安装风速传感器还有一个主要原因。 这就是煤矿井下的甲烷、一氧化碳、瓦斯等有害气体最容易从巷道面出现，有的气体甚至存在于地下形成的“气室”中。 该瓦斯是直接有害气体，因此煤矿需要在每个位置安装风速传感器并连接通风设备。
风向风速传感器在风力发电领域的应用
现代大型风力发电机为了更好地利用风资源，叶轮的方向通常不是由尾翼控制，而是由风向传感器控制。 通常风向传感器需要安装在风力发电机的顶部，但需要防止叶轮妨碍传感器的测量。 如果传感器的高度达到一定程度，人们还需要注意发电机组和传感器的防雷、漏电保护。
通常安装在风电场附近的风向传感器有两个主要用途：
1、保证风机叶片能够实时正对风向，保证其处于正常工作状态。
2.风电场附近气象站设备上的风向测量仪器可以确保强风不会对风力发电机造成威胁。
风向风速传感器在塔机领域的应用
通常，为了保证施工项目的进度，大多数塔式起重机通常都配备有风速传感器设备。 它的存在可以让起重机在强风影响起重机工作时发出警报。 然而，当大风已经开始影响起重机的工作时，往往需要注意风向的变化，以便能够采取措施应对不同方向的风，因此有些起重机已经利用了风向传感器设备。
风向风速传感器在空调通风设备领域的应用
变风量末端装置是变风量空调系统的主要设备之一。 风速传感器是变风量末端装置的关键部件。 因此，风速传感器的类型和性能直接影响系统风量的检测和控制质量。 目前我国及欧美各厂家的变风量终端装置均采用皮托管式风速传感器，而日本多数厂家不采用皮托管式风速传感器。
风向风速传感器在航空领域的应用
飞机上的“皮托管”就是典型的皮托管风速传感器，是飞机上极其重要的测量工具。 其安装位置必须在飞机外部气流受飞机影响较小的区域，通常是机头正前方、垂尾或翼尖前方。 当飞机向前飞行时，气流冲入皮托管，管末端的传感器会感受到气流的冲击力，即动压力。 飞机飞得越快，动压力就越大。 如果比较空气静止时的压力，即静压和动压，就可以知道空气冲进来的速度有多快，即飞机飞得有多快。 比较两个压力的工具是一个空心的圆形盒子，其表面呈波纹状，由上下两片薄金属片制成，称为膜片。 盒子是密封的，但有一根管子连接到皮托管。 如果飞行器速度快，动压增大，膜盒内部压力增大，膜盒就会鼓起。 由小杠杆、齿轮等组成的装置可以测量波纹管的变形并用指针显示出来。 这是最简单的飞机空速指示器。
皮托管测得的静压也可作为高度计的计算参数。 如果波纹管完全密封，则内部压力始终等于地面空气压力。 这样，当飞机飞到空中，高度升高时物理资源网，皮托管测得的静压减小，膜盒就会鼓起，通过测量膜盒的变形量就可以测出飞机高度。 这种类型的高度计称为气压高度计。
皮托管测得的速度并不是飞机相对于地面的实际速度，而只是相对于大气的速度，所以称为空速。 如果有风，飞机相对于地面的速度（称为地速）应加上风速（顺风飞行）或减去风速（逆风飞行）。
随着现代科学技术的发展，激光等一些新型风速传感器也开始应用于风速检测。 相信在不久的将来，各种新型风向风速传感器将越来越多地应用于工程机械、铁路、港口、码头、电厂、气象、索道、环境、温室、养殖等各个领域。
顺风飞行）或减去风速（顺风飞行）。
随着现代科学技术的发展，激光等一些新型风速传感器也开始应用于风速检测。 相信在不久的将来，各种新型风向风速传感器将越来越多地应用于工程机械、铁路、港口、码头、电厂、气象、索道、环境、温室、养殖等各个领域。