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風(fēng)速計(jì)(anemometer) 顧名思義是測(cè)量空氣流速的儀器。它的種類較多,氣象臺(tái)站zui常用的為風(fēng)杯風(fēng)速計(jì),它由3個(gè)互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應(yīng)部分,空杯的凹面都順向一個(gè)方向。整個(gè)感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上,在風(fēng)力的作用下,風(fēng)杯繞軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。另一種旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)為旋槳式風(fēng)速計(jì),由一個(gè)三葉或四葉螺旋槳組成感應(yīng)部分,將其安裝在一個(gè)風(fēng)向標(biāo)的前端,使它隨時(shí)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)的來(lái)向。槳葉繞水平軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
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“”。當(dāng)流體沿垂直方向流過(guò)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)的探頭由兩根支架張緊一根短而細(xì)的金屬絲組成。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;zui小的探頭直徑僅1μm,長(zhǎng)為0.2 mm。根據(jù)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(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。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)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的測(cè)量;風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭測(cè)量5至40m/s的流*果;而利用皮托管則可在高速范圍內(nèi)得到*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。
探頭的選擇
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(kāi)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(guò)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(guò)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)*×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(guò)一個(gè)臨近感應(yīng)開(kāi)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)
風(fēng)速計(jì)
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。風(fēng)速儀的缺點(diǎn)是探頭對(duì)流場(chǎng)有一定干擾,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
風(fēng)速計(jì)
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(kāi)發(fā)出許多專業(yè)用途。