热线风速仪根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,因而将金属丝称为“热线”。当流体沿垂直方向流过金属丝时,将带走金属丝的一局部热量,使金属丝温度降落。依据强迫对流热交流理论,可导出热线流失的热量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分别为热线的电阻和流过的电流强度,ΔT为热线与流体的温度差,A、B为与流体和热线有关的物理常数。思索到热线资料的电阻温度特性,(D3.4.4a)式可化为(D3.4.4b)
上式中U为热线的输出电压,A’,B’为与热线的电阻温度系数有关的物理常数,由实验肯定。这样经过丈量热线两端的电压,即可肯定流速。
规范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2.1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。依据不同的用处,热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。为了增增强度,有时用金属膜替代金属丝,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,如图2.2所示。 热线探头在运用前必需停止校准。静态校准是在特地的规范风洞里停止的,丈量流速与输出电压之间的关系并画成规范曲线;动态校准是在已知的脉动流场中停止的,或在风速仪加热电路中加上一脉动电信号,校验热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。
热线式风速仪hot-wire anemometer
将流速信号转变为电信号的一种测速仪器,也可丈量流体温度或密度。其原理是,将一根通电加热的细金属丝(称热线)置于气流中,热线在气流中的散热量与流速有关,而散热量招致热线温度变化而惹起电阻变化,流速信号即转变成电信号。
它有两种工作形式:
1、 恒流式。经过热线的电流坚持不变,温度变化时,热线电阻改动,因此两端电压变化,由此丈量流速;
2、恒温式。热线的温度坚持不变,如坚持150℃,依据所需施加的电流可度量流速。
恒温式比恒流式应用更普遍。热线长度普通在0.5~2毫米范围,直径在1~10微米范围,资料为铂、钨或铂铑合金等。若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金属膜替代金属丝,即为热膜风速仪,功用与热丝类似,但多用于丈量液体流速。热线除普通的单线式外,还能够是组合的双线式或三线式,用以丈量各个方向的速度重量。从热线输出的电信号,经放大、补偿和数字化后输入计算机,可进步丈量精度,自动完成数据后处置过程,扩展测速功用,好像时完成瞬时值和时均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流参数的丈量。热线式风速仪与皮托管相比,具有探头体积小,对流场干扰小;响应快,能丈量非定常流速;能丈量很低速(如低达0.3米/秒)等优点
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