一、风速计的概况
不同种类的风速计可以应用到不同的场合,目前用得比较多的是叶轮式风速计和热式风速计,以下简单介绍热式风速计的工作原理: 热式风速计是用来测量气流速度的仪表,因其测量准确度高、使用方便、测量范围宽、灵敏度高而被广泛应用。
二、风速测量仪器的种类
①风杯风速计。它是最常见的一种风速计。转杯式风速计最早由英国J.T.R.鲁宾孙发明(1846),当时是四杯,后来改用三杯。三个互成120度固定在架上的抛物形或半球形的空杯都顺一面,整个架子连同风杯装在一个可以自由转动的轴上。在风力的作用下风杯绕轴旋转,其转速正比于风速。转速可以用电触点、测速发电机或光电计数器等记录。
②螺旋桨式风速计。它是一组三叶或四叶螺旋桨绕水平轴旋转的风速计。螺旋桨装在一个风标的前部,使其旋转平面始终正对风的来向,它的转速正比于风速。
③热线风速计。一根被电流加热的金属丝,流动的空气使它散热,利用散热速率和风速的平方根成线性关系,再通过电子线路线性化(以便于刻度和读数),即可制成热线风速计。热线风速计分旁热式和直热式两种。旁热式的热线一般为锰铜丝,其电阻温度系数近于零,它的表面另置有测温元件。直热式的热线多为铂丝,在测量风速的同时可以直接测定热线本身的温度。热线风速计在小风速时灵敏度较高,适用于对小风速测量。它的时间常数只有百分之几秒,是大气湍流和农业气象测量的重要工具。
④声学风速计。在声波传播方向的风速分量将增加(或减低)声波传播速度,利用这种特性制作的声学风速计可用来测量风速分量。声学风速计至少有两对感应元件,每对包括发声器和接收器各一个。使两个发声器的声波传播方向相反,如果一组声波顺着风速分量传播,另一组恰好逆风传播,则两个接收器收到声脉冲的时间差值将与风速分量成正比。如果同时在水平和铅直方向各装上两对元件,就可以分别计算出水平风速、风向和铅直风速。由于超声波具有抗干扰、方向性好的优点,声学风速计发射的声波频率多在超声波段。
三、热式风速计的详细介绍
1、发展:热线风速计的发展:热线风速计(Hotwireanemometer,简称HWa),发明于20世纪20年代。
2、原理:热线风速计基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,因此将金属丝称为"热线"。当流体沿垂直方向流过金属丝时,将带走金属丝的一部分热量,使金属丝温度下降。国内有许多知名的热敏式风速计厂家,如广州宏诚香港CEM品牌,以DT-8880热敏式风速计为例,该风速计是一款性能稳定、安全可靠的专业风速计,可测量风速、空气温度。此风速计可应用于室内空气品质/工业健康环境,管道内的环境测试,暖通设备的性能调试等领域。 热式风速计是采用量热式原理测量风速的,主要由风速探头及测量指示仪表两部分组成。就结构有热球式和热线式,就显示形式有指针式、数字式等各种不同类型,但按照工作原理只有两种,即恒流式和恒温式。
①恒流式风速计是给风速敏感元件一恒定电流,加热至一定温度后,其随气流变化被冷却的程度为风速的函数。恒温式是给风速敏感元件电流可调,在不同风速下使处于不同热平衡状态的风速敏感元件的工作温度基本维持不便,即阻值基本恒定,该敏感元件所消耗的功率为风速的函数。
恒流式风速计的工作原理:风速探头是一敏感部件,当一恒定电流通过其加热线圈时,其敏感部件内,温度升高并于静止空气中达到一定数值。此时,其内测量元件热电偶产生相应的热电势,并被传送到测量指示系统,此热电势与电路中产生之基准反电势相互抵消,使输出信号为零,仪表指针也能相应指于零点或显示零值。若风速探头端部的热敏感部件暴露于外部空气流中时,由于进行热交换,此时将引起热电偶热电势变化,并与基准反电势比较后产生微弱差值信号,此信号被测量仪表系统放大并推动电表指针变化从而指示当前风速或经过单片机处理后通过显示屏显示当前风速数值。
②恒温风速计则是利用反馈电路使风速敏感元件的温度和电阻保持恒定。当风速变化时热敏感元件温度发生变化,电阻也随之变化,从而造成热敏感元件两端电压发生变化,此时反馈电路发挥作用,使流过热敏感元件的电流发生相应的变化,而使系统恢复平衡。上述过程是瞬时发生的,所以速度的增加就好像是电桥输出电压的增加,而速度的降低也等于是电桥输出电压的降低。
热式风速计相对于其他种类的风速仪器有着更宽的测量范围,可测量的最低风速能达到0.05m/s,最高风速可达到30m/s以上,低风速时分辨率可以达到0.01m/s,所以它可以用来测量各种风速,尤其在低风速测量中有着不可替代的作用。现在生产的热式风速计样式更加简洁,准确度更高,携带使用也更加方便,如广州宏诚热敏式风速计DT-8880,可广泛应用于采暖、通风、空气调节、环境保护、节能监测、气象、农业、冷藏、干燥、劳动卫生调查、洁净车间、化纤纺织、各种风速实验室等方面。