风速仪满足使用要求
热线 风速仪(Hot wire Anemometer,简称HWA),发明于20世纪20年代,已经有80多年的历史,由于测试探头为一根通电加热的金属丝,金属丝温度高于流体的温度,因此将金属丝称为“热线”。 标准的热线探头由两根支架张紧一根短而细的金属丝组成,如图1所示。金属丝通常用铂、铑、钨等熔点高、延展性好的金属制成。常用的丝直径为5μm,长为2 mm;最小的探头直径仅1μm,长为0.2 mm。为了增加强度,有时用金属膜代替金属丝,通常在一热绝缘的基体上喷镀一层薄金属膜,称为热膜探头
由于热线 风速仪具有体积小,对流场干扰小;适用范围广;频率响应高;测量精度高;重复性好等许多优点,因此,在20 世纪60 年代以后几乎垄断了湍流脉动测速领域。近年来,随着动态风对于人体热舒适性研究的展开,热线风速仪的使用和研究也成了一项重要的任务。
按照热平衡原理可以将热线分为恒流风速仪和恒温风速仪。由于恒温风速仪热滞后效应很小,频率响应很宽,反应快速,而恒流风速仪则不具备上述特点,因此恒温风速仪的出现成为热线技术进一步发展的重要标志。本文主要针对恒温风速仪的测温原理及测量影响因素进行分析和说明。
热线风速仪的主要用途是:(1)测量平均流动的速度和方向。(2)测量来流的脉动速度及其频谱。(3)测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。(4)测量壁面切应力(通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的,原理与热线测速相似)。(5)测量流体温度(事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线,然后根据测得的探头电
2.恒温热线风速仪测速原理
恒流热线风速仪的应用范围远不如恒温热线风速仪的应用范围广泛,下面对恒温热线 风速仪的测量原理进行介绍。热线 风速仪测量速度的基本原理是热平衡原理,利用放置在流场中的具有加热电流的细金属丝来测量流场中的流速,风速的变化会使金属丝的温度产生变化,从而产生电信号而获得风速。
根据热平衡原理,在热线没有其他形式的热交换的条件下,置于介质(流场)中并通以电流的热线,产生的热量应同耗散的热量相等,即加热电流在热线中产生的热量等于热线与周围介质的热交换。根据King公式,我们可以近似的得到换热表面的努谢尔数与雷诺数之间的关系,也就是说,只要知道换热系数,就可以得到通过热线处气流流速的大小。
如何选择风速仪的探头
流速测量范围 ( 0至100m/s)可以分为三个区段:低速:0至5m/s;中速:5至40m/s;高速:40至100m/s。风速仪的热敏式探头用于0至5m/s的精确测量;风速仪的转轮式探头测量5至40m/s的流速效果最理想;而利用皮托管则可在高速范围内得到最佳结果。正确选择风速仪的流速探头的一个附加标准是温度,通常风速仪的热敏式传感器的使用温度约达+-70C。特制风速仪的转轮探头可达350C。皮托管用于+350C以上。
既使在抽气处没有栅格的干扰风速仪,空气流动的路线也没有方向,并且其气流截面极不均匀。其原因是管道内的局部真空,以漏斗状把空气中抽出在气室中,既使是在距离抽气很近的区域内,也没有一个满足测量条件的位置,可供进行测量操作。如采用带有平均值计算功能的栅极测量法进行测量,并借以确定容积流量法进行测量,并借以确定容积流量等,只有管道或漏斗测量法能够提供可重复测量结果。在这种情况下,不同尺寸的测量漏斗可以满足使用要求。利用测量漏斗可以在片状阀前一定距离处生成一个满足流速测量条件的固定截面,测出定位该截面中心并固定截面,测出定位该截面中心并固定截面,测出定位该截面中心并固定于此。流速测头得到的测量值乘以漏斗系数,即可计算出抽出的容积流量。(如漏斗系数20)
风速仪的热敏式探头
风速仪的热敏式探头的工作原理是基于冷冲击气流带走热元件上的热量,借助一个调节开关,保持温度恒定,则调节电流和流速成正比关系。当在湍流中使用热敏式探头时,来自各个方向的气流同时冲击热元件,从而会影响到测量结果的准确性。在湍流中测量时,热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式探头。以上现象可以在管道测量过程中观察到。根据管理管道紊流的不同设计,甚至在低速时也会出现。因此,风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D(D=管道直径,单位为CM)外;终点至少在测量点后4×D处。流体截面不得有任何遮挡。(棱角,重悬,物等)
风速仪的转轮式探头
风速仪的转轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号,先经过一个临近感应开头,对转轮的转动进行"计数"并产生一个脉冲系列,再经检测仪转换处理,即可得到转速值。风速仪的大口径探头(60mm,100mm)适合于测量中、小流速的紊流(如在管道出口)。风速仪的小口径探头更适于测量管道横截面大于探头横截面貌一新100倍以上的气流。
风速仪在空气流中的定位
风速仪的转轮式探头的正确调整位置,是气流流向平行于转轮轴。在气流中轻轻转动探头时,示值会随之发生变化。当读数达到最大值时,即表明探头处于正确测量位置。在管道中测量时,管道平直部分的起点到测量点的距离应大于是0XD,紊流对风速仪的热敏式探头和皮托管的影响相对较小。
风速仪在管道内气流流速测量
实践证明风速仪的16mm的探头用途最广。其尺寸大小既保证了良好的通透性,又能承受更高达60m/s的流速。 管道内气流流速测量作为可行的测量方法之一,间接测量规程(栅极测量法)适用空气测量。
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