熱線風速表

熱線風速表

熱線風速表,通常又稱為熱線風速儀,是一種用來測量風速的儀器,其工作原理是利用一根被加熱的金屬絲置於空氣中,散熱速率與周圍空氣的流速有關的特性來測量風速。發明於20世紀20年代。現在被廣泛的運用於各種領域。

定義

熱線風速表是利用一根被加熱的金屬絲置於空氣中,散熱速率與周圍空氣的流速有關的特性來測量風速,散熱量導致熱線溫度變化而引起電阻變化,流速信號即轉變成電信號。

工作原理

熱線風速表將一金屬絲通電進行加熱,若氣流經過金屬絲,則會吸收部分熱量,使其表面溫度降低,金屬絲表面溫度降低的快慢與風速成一定的關係,因此,通過降溫速率就可算出氣流的流速,這就是熱線式風速儀的設計原理。

工作模式

熱線風速表有兩種工作模式:①恆流式。通過熱線的電流保持不變,溫度變化時,熱線電阻改變,因而兩端電壓變化,由此測量流速;②恆溫式。熱線的溫度保持不變,如保持150℃,根據所需施加的電流可度量流速。恆溫式比恆流式套用更廣泛。

熱線特點

熱線長度一般在0.5~2毫米範圍,直徑在1~10微米範圍,材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄(厚度小於0.1微米)的金屬膜代替金屬絲,即為熱膜風速儀,功能與熱絲相似,但多用於測量液體流速。熱線除普通的單線式外,還可以是組合的雙線式或三線式,用以測量各個方向的速度分量。從熱線輸出的電信號,經放大、補償和數位化後輸入計算機,可提高測量精度,自動完成數據後處理過程,擴大測速功能,如同時完成瞬時值和時均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數的測量。熱線風速儀與皮托管相比,具有探頭體積小,對流場干擾小;回響快,能測量非定常流速;能測量很低速(如低達0.3米/秒)等優點。

優缺點

熱線風速表的優點是:

(1)體積小,對流場干擾小;

(2)適用範圍廣。不僅可用於氣體也可用於液體,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。

(3)頻率回響高,可高達1 MH z。

(4)測量精度高,重複性好。

熱線風速表的缺點是:探頭對流場有一定干擾,熱線容易斷裂。

主要用途

熱線風速表的主要用途:

(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(通常是採用與壁面平齊放置的熱膜探頭來進行的,原理與熱線測速相似)。

(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,然後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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