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風速計的工作原理
發布時間:2019/7/22 9:14:11   點擊次數:611

風速計,是測量空氣流速的儀器。它的種類較多,氣象臺站最常用的為風杯風速計,它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應部分,空杯的凹面都順向一個方向。整個感應部分安裝在一根垂直旋轉軸上,在風力的作用下,風杯繞軸以正比于風速的轉速旋轉。

工作原理

 風速計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,因此將金屬絲風速計稱為“熱線”。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,可導出熱線散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關系式。標準的熱線探頭由兩根支架張緊一根短而細的金屬絲組成。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;最小的探頭直徑僅1μm,長為0.2 mm。根據不同的用途,熱線探頭還做成雙絲、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。熱線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,或在風速儀加熱電路中加上一脈動電信號,校驗熱線風速儀的頻率響應,若頻率響應不佳可用相應的補償線路加以改善。

0至100m/s的流速測量范圍可以分為三個區段:低速:0至5m/s;中速:5至40m/s;高速:40至100m/s。風速儀的熱敏式探頭用于0至5m/s的精確測量;風速儀的轉輪式探頭測量5至40m/s的流速效果zui理想;而利用皮托管則可在高速范圍內得到zui佳結果。正確選擇風速儀的流速探頭的一個附加標準是溫度,通常風速儀的熱敏式傳感器的使用溫度約達+-70C。特制風速儀的轉輪探頭可達350C。皮托管用于+350C以上。

優點

風速計具有諸多優點,下面是幾個比較重要的:

1、體積小,對流場干擾小;

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中均可使用;

3、測量精度高,重復性好。熱線風速儀的缺點是探頭對流場有一定干擾,熱線容易斷裂。

4、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。

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