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风速计
风速计anemometer
是测量空气流速的仪器。它的种类较多,气象台站*常用的为风杯
风速计
,它由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分,空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上,在风力的作用下,风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。另一种旋转式
风速计
为旋桨式
风速计
,由一个三叶或四叶螺旋桨组成感应部分,将其安装在一个风向标的前端,使它随时对准风的来向。桨叶绕水平轴以正比于风速的转速旋转。常用的
风速计
类型还有:利用被加热物体的散热率与风速相关原理制成的
专线风速计
;利用声波传布速度受
风速
影响因而增加和减低原理制成的超声波
风速表
。
风速仪
的探头选择
0
至100m/s的流速测量范围可以分为三个区段: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**测量;风速仪的转轮式探头测量5至40m/s的流速效果*理想;而利用皮托管则可在高速范围内得到*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。具体细节如下:
1
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)
2
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险头横截面貌一新100倍以上的气流
专线风速仪
简介
专线风速仪
(
Hot wire Anemometer
,简称HWA),发明于20世纪20年代。其基本原理是将一根细的金属丝放在流体中,通电流加热金属丝,使其温度高于流体的温度,因此将金属丝称为“
专线
”。当流体沿垂直方向流过金属丝时,将带走金属丝的一部分热量,使金属丝温度下降。根据强迫对流热交换理论,可导出
专线
散失的热量Q与流体的速度v之间存在关系式(D3.4.4a)
上式称为金(L.V.King,1914)公式,R、I分别为专线的电阻和流过的电流强度,ΔT为
专线
与流体的温度差,A、B为与流体和专线有关的物理常数。考虑到专线材料的电阻温度特性,(D3.4.4a)式可化为(D3.4.4b)
上式中U为
专线
的输出电压,A’,B’为与
专线
的电阻温度系数有关的物理常数,由实验确定。这样通过测量专线两端的电压,即可确定流速。
标准的
专线
探头由两根支架张紧一根短而细的金属丝组成,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2mm;*小的探头直径仅1μm,长为0.2mm。根据不同的用途,专线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。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、
专线
探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的,测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线;动态校准是在已知的脉动流场中进行的,或在
风速仪
加热电路中加上一脉动电信号,校验
专线风速仪
的频率响应,若频率响应不佳可用相应的补偿线路加以改善。
专线风速仪
的优点是(1)体积小,对流场干扰小;(2)适用范围广。不仅可用于气体也可用于液体,在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用;除了测量平均速度外,还可测量脉动值和湍流量;除了测量单方向运动外还可同时测量多个方向的速度分量。(3)频率响应高,可高达1MH z。(4)测量精度高,重复性好。
专线风速仪
的缺点是探头对流场有一定干扰,专线容易断裂。
专线风速仪
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,原理与专线测速相似)。(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阻就可确定温度。除此以外还开发出许多专业用途。
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