風(fēng)速儀原理

原理

　　風(fēng)速計(jì)其基本原理是將一根細(xì)的金屬絲放在流體中，通電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，因此將金屬絲

　　風(fēng)速計(jì)稱為“熱線”。當(dāng)流體沿垂直方向流過金屬絲時(shí)，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。根據(jù)強(qiáng)迫對(duì)流熱交換理論，可導(dǎo)出熱線散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關(guān)系式。標(biāo)準(zhǔn)的熱線探頭由兩根支架張緊一根短而細(xì)的金屬絲組成，如圖2.1所示。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長(zhǎng)為2 mm；最小的探頭直徑僅1μm，長(zhǎng)為0.2 mm。根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。為了增加強(qiáng)度，有時(shí)用金屬膜代替金屬絲，通常在一熱絕緣的基體上噴鍍一層薄金屬膜，稱為熱膜探頭，如圖2.2所示。熱線探頭在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn)。靜態(tài)校準(zhǔn)是在專門的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞里進(jìn)行的，測(cè)量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動(dòng)流場(chǎng)中進(jìn)行的，或在風(fēng)速儀加熱電路中加上一脈動(dòng)電信號(hào)，校驗(yàn)熱線風(fēng)速儀的頻率響應(yīng)，若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補(bǔ)償線路加以改善。

　　0至100m/s的流速測(cè)量范圍可以分為三個(gè)區(qū)段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。風(fēng)速儀的熱敏式探頭用于0至5m/s的精確測(cè)量；風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭測(cè)量5至40m/s的流速效果最理想；而利用皮托管則可在高速范圍內(nèi)得到最佳結(jié)果。正確選擇風(fēng)速儀的流速探頭的一個(gè)附加標(biāo)準(zhǔn)是溫度，通常風(fēng)速儀的熱敏式傳感器的使用溫度約達(dá)+-70C。特制風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪探頭可達(dá)350C。皮托管用于+350C以上。

探頭選擇

風(fēng)速儀的熱敏式探頭

　　風(fēng)速計(jì)風(fēng)速儀的熱敏式探頭的工作原理是基于冷沖擊氣流帶走熱元件上的熱量，借助一個(gè)調(diào)節(jié)開關(guān)，保持溫度恒定，則調(diào)節(jié)電流和流速成正比關(guān)系。當(dāng)在湍流中使用熱敏式探頭時(shí)，來(lái)自各個(gè)方向的氣流同時(shí)沖擊熱元件，從而會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在湍流中測(cè)量時(shí)，熱敏式風(fēng)速儀流速傳感器的示值往往高于轉(zhuǎn)輪式探頭。以上現(xiàn)象可以在管道測(cè)量過程中觀察到。根據(jù)管理管道紊流的不同設(shè)計(jì)，甚至在低速時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。因此，風(fēng)速儀測(cè)量過程應(yīng)在管道的直線部分進(jìn)行。直線部分的起點(diǎn)應(yīng)至少在測(cè)量點(diǎn)前10×D（D=管道直徑，單位為CM）外；終點(diǎn)至少在測(cè)量點(diǎn)后4×D處。流體截面不得有任何遮擋。（棱角，重懸，物等）

風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭

　　風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭的工作原理是基于把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，先經(jīng)過一個(gè)臨近感應(yīng)開頭，對(duì)轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行“計(jì)數(shù)”并產(chǎn)生一個(gè)脈沖系列，再經(jīng)檢測(cè)儀轉(zhuǎn)換處理，即可得到轉(zhuǎn)速值。風(fēng)速儀的大口徑探頭（60mm,100mm)適合于測(cè)量中、小流速的紊流（如在管道出口）。風(fēng)速儀的小口徑探頭更適于測(cè)量管道橫截面大于探險(xiǎn)頭橫截面貌一新100倍以上的氣流。

特點(diǎn)

　　1、體積小，對(duì)流場(chǎng)干擾??；

　　2、適用范圍廣。不僅可用于氣體也可用于液體，在氣體的亞聲速、跨聲速和超聲速流動(dòng)中均可使用；

　　3、頻率響應(yīng)高，可高達(dá)1 MH z。

　　4、測(cè)量精度高，重復(fù)性好。熱線風(fēng)速儀的缺點(diǎn)是探頭對(duì)流場(chǎng)有一定干擾，熱線容易斷裂。

　　5、除了測(cè)量平均速度外，還可測(cè)量脈動(dòng)值和湍流量；除了測(cè)量單方向運(yùn)動(dòng)外還可同時(shí)測(cè)量多個(gè)方向的速度分量。

主要用途

　　1、測(cè)量平均流動(dòng)的速度和方向。

　　2、測(cè)量來(lái)流的脈動(dòng)速度及其頻譜。

　　3、測(cè)量湍流中的雷諾應(yīng)力及兩點(diǎn)的速度相關(guān)性、時(shí)間相關(guān)性。

　　4、測(cè)量壁面切應(yīng)力（通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來(lái)進(jìn)行的，原理與熱線測(cè)速相似）。

　　5、測(cè)量流體溫度（事先測(cè)出探頭電阻隨流體溫度的變化曲線，然后根據(jù)測(cè)得的探頭電阻就可確定溫度。

　　除此以外還開發(fā)出許多專業(yè)用途。

使用方法

　　1、使用前觀察電表的指針是否指于零點(diǎn)，如有偏移，可輕輕調(diào)整電表的機(jī)械調(diào)整螺絲，使指針回到零點(diǎn)；

　　2、將校正開關(guān)置于斷的位置；

　　3、將測(cè)桿插頭插在插座上，測(cè)桿垂直向上放置，螺塞壓緊使探頭密封，“校正開關(guān)”置于滿度位置，慢慢調(diào)整“滿度調(diào)節(jié)”旋紐，使電表指針指在滿度位置；

　　4、將“校正開關(guān)”置于“零位”，慢慢調(diào)整“粗調(diào)”、“細(xì)調(diào)”兩個(gè)旋紐，使電表指針指在零點(diǎn)的位置；

　　5、經(jīng)以上步驟后，輕輕拉動(dòng)螺塞，使測(cè)桿探頭露出（長(zhǎng)短可根據(jù)需要選擇），并使探頭上的紅點(diǎn)面對(duì)對(duì)著風(fēng)向，根據(jù)電表度讀數(shù)，查閱校正曲線，即可查出被測(cè)風(fēng)速；

　　6、在測(cè)定若干分后（10min左右），必須重復(fù)以上3、4步驟一次，使儀表內(nèi)的電流得到標(biāo)準(zhǔn)化；

　　7、測(cè)畢，應(yīng)將“校正開關(guān)”置于斷的位置。

　　風(fēng)速計(jì)將流速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種測(cè)速儀器，也可測(cè)量流體溫度或密度。其原理是，將一根通電加熱的細(xì)金屬絲（稱熱線）置于氣流中，熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，而散熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號(hào)即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。它有兩種工作模式：①恒流式。通過熱線的電流保持不變，溫度變化時(shí)，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測(cè)量流速；②恒溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛。熱線長(zhǎng)度一般在0.5～2毫米范圍，直徑在1～10微米范圍，材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風(fēng)速儀，功能與熱絲相似，但多用于測(cè)量液體流速。熱線除普通的單線式外，還可以是組合的雙線式或三線式，用以測(cè)量各個(gè)方向的速度分量。從熱線輸出的電信號(hào)，經(jīng)放大、補(bǔ)償和數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，可提高測(cè)量精度，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)后處理過程，擴(kuò)大測(cè)速功能，如同時(shí)完成瞬時(shí)值和時(shí)均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數(shù)的測(cè)量。熱線風(fēng)速儀與皮托管相比，具有探頭體積小，對(duì)流場(chǎng)干擾??；響應(yīng)快，能測(cè)量非定常流速；能測(cè)量很低速（如低達(dá)0.3米／秒)等優(yōu)點(diǎn)。