熱式風速儀原理

1、原理簡介

測速儀（Hot wire Anemometer，簡稱HWA），發明于20世紀20年代。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，因此將金屬絲稱為“”。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，可導出散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關系式

上式稱為金（L.V.King,1914）公式，R、I分別為的電阻和流過的電流強度，ΔT為與流體的溫度差，A、B為與流體和有關的物理常數。考慮到材料的電阻溫度特性，（D3.4.4a）式可化為

上式中U為的輸出電壓，A’，B’為與的電阻溫度系數有關的物理常數，由實驗確定。這樣通過測量兩端的電壓，即可確定流速。

2、探頭的結構

標準的探頭由兩根支架張緊一根短而細的金屬絲組成，如圖2.1所示。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；zui小的探頭直徑僅1μm，長為0.2 mm。根據不同的用途，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。   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，或在測速儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗測速儀的頻率響應，若頻率響應不佳可用相應的補償線路加以改善。

     測速儀的優點是（1）體積小，對流場干擾小；（2）內部設有溫度補償，在一定溫度范圍內能夠保持高精度。（3）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；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。（4）頻率響應高，可高達1 MH z。（5）測量精度高，重復性好。測速儀的缺點是探頭對流場環境有一定要求。比如，測試環境要較潔凈，且測試探頭對環境溫度有一定要求。

     測速儀的主要用途是（1）測量平均流動的速度和方向。（2）測量來流的脈動速度及其頻譜。（3）測量湍流中的雷諾應力及兩點的速度相關性、時間相關性。（4）測量壁面切應力（通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來進行的，原理與測速相似）。（5）測量流體溫度（事先測出探頭電阻隨流體溫度的變化曲線，然后根據測得的探頭電阻就可確定溫度。除此以外還開發出許多專業用途