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風速儀的原理及應用

更新時間:2020-04-28點擊次數:2769
  作為一款測量空氣流速的儀器,風速儀的種類多,其中人們所熟悉的氣象臺站的風杯風速計也屬于此類儀器。風速儀在我們日常的生活中其實應用的還是比較廣泛的,那么今天我們就來了解下它具體的工作原理和應用。
 
  風速儀的作用
 
  風速儀的作用正如其名,主要是用來測量空氣流速的,那么都是在什么場合下需要進行空氣流速的測量呢?
 
  1、測量平均流動的速度和方向。
  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,原理與熱線測速相似)。
  2、測量湍流中的雷諾應力及兩點的速度相關性、時間相關性。
  3、測量來流的脈動速度及其頻譜。
  4、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。
  5、其他的許多專業用途。
 
  風速儀的測試原理
 
  我們先來看一下風速儀所運用的理論知識:空氣流通過濾網后會發生一個壓差,這個壓差和氣流的速度成正比,風速越大,壓差就越大,依據兩者之間的對應關系來標定風速;還有一種就是相似于流體力學中的文丘力管,氣流沖擊到測力板上,沖擊力和風速成正比,依據沖擊力來標定風速。
  風速計通過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;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。
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