熱線風(fēng)速儀原理和使用

    恒流式。通過熱線的電流保持不變，溫度變化時，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測量流速；②恒溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛。熱線長度一般在0.5～2毫米范圍，直徑在1～10微米范圍，材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風(fēng)速儀，功能與熱絲相似，但多用于測量液體流速。熱線除普通的單線式外，還可以是組合的雙線式或三線式，用以測量各個方向的速度分量。從熱線輸出的電信號，經(jīng)放大、補(bǔ)償和數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，可提高測量精度，自動完成數(shù)據(jù)后處理過程，擴(kuò)大測速功能，如同時完成瞬時值和時均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數(shù)的測量。熱線風(fēng)速儀與皮托管相比，具有探頭體積小，對流場干擾??；響應(yīng)快，能測量非定常流速；能測量很低速（如低達(dá)0.3米／秒)等優(yōu)點(diǎn)。
熱線風(fēng)速儀介紹
熱線風(fēng)速儀（Hot wire Anemometer，簡稱HWA），發(fā)明于20世紀(jì)20年代。熱線風(fēng)速儀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，因此將金屬絲稱為“熱線”。當(dāng)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(jù)強(qiáng)迫對流熱交換理論，可導(dǎo)出熱線散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關(guān)系式(D3.4.4a)
上式稱為金（L.V.King,1914）公式，R、I分別為熱線的電阻和流過的電流強(qiáng)度，ΔT為熱線與流體的溫度差，A、B為與流體和熱線有關(guān)的物理常數(shù)。考慮到熱線材料的電阻溫度特性，（D3.4.4a）式可化為(D3.4.4b)
上式中U為熱線的輸出電壓，A’，B’為與熱線的電阻溫度系數(shù)有關(guān)的物理常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。這樣通過測量熱線兩端的電壓，即可確定流速。
標(biāo)準(zhǔn)的熱線探頭由兩根支架張緊一根短而細(xì)的金屬絲組成，如圖2.1所示。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，長為2 mm；最小的探頭直徑僅1μm，長為0.2 mm。根據(jù)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(qiáng)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，如圖2.2所示。 熱線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，測量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動流場中進(jìn)行的，或在風(fēng)速儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗(yàn)熱線風(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。