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熱式風速儀原理

來源:深圳市恩慈電子有限公司   2014年09月22日 09:49  

1、原理簡介

測速儀(Hot wire Anemometer,簡稱HWA),發明于20世紀20年代。其基本原理是將一根細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,因此將金屬絲稱為“”。當流體沿垂直方向流過金屬絲時,將帶走金屬絲的一部分熱量,使金屬絲溫度下降。根據強迫對流熱交換理論,可導出散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關系式

 

(D3.4.4a)

上式稱為金(L.V.King,1914)公式,RI分別為的電阻和流過的電流強度,ΔT為與流體的溫度差,A、B為與流體和有關的物理常數。考慮到材料的電阻溫度特性,(D3.4.4a)式可化為

 

(D3.4.4b)

上式中U為的輸出電壓,A’,B’為與的電阻溫度系數有關的物理常數,由實驗確定。這樣通過測量兩端的電壓,即可確定流速。

 

2、探頭的結構

標準的探頭由兩根支架張緊一根短而細的金屬絲組成,如圖2.1所示。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm,長為2 mm;zui小的探頭直徑僅1μm,長為0.2 mm根據不同的用途,探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。為了增加強度,有時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。   探頭在使用前必須進行校準。靜態校準是在專門的標準風洞里進行的,測量流速與輸出電壓之間的關系并畫成標準曲線;動態校準是在已知的脈動流場中進行的,或在測速儀加熱電路中加上一脈動電信號,校驗測速儀的頻率響應,若頻率響應不佳可用相應的補償線路加以改善。

     測速儀的優點是(1)體積小,對流場干擾小;(2)內部設有溫度補償,在一定溫度范圍內能夠保持高精度。(3)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中均可使用;除了測量平均速度外,還可測量脈動值和湍流量;除了測量單方向運動外還可同時測量多個方向的速度分量。(4)頻率響應高,可高達1 MH z。(5)測量精度高,重復性好。測速儀的缺點是探頭對流場環境有一定要求。比如,測試環境要較潔凈,且測試探頭對環境溫度有一定要求。

     測速儀的主要用途是(1)測量平均流動的速度和方向。(2)測量來流的脈動速度及其頻譜。(3)測量湍流中的雷諾應力及兩點的速度相關性、時間相關性。(4)測量壁面切應力(通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來進行的,原理與測速相似)。(5)測量流體溫度(事先測出探頭電阻隨流體溫度的變化曲線,然后根據測得的探頭電阻就可確定溫度。除此以外還開發出許多專業用途

 

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