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热线风速仪的工作原理
发布时间:2010-2-25 点击数:4886
 
热线风速仪的工作原理:
热线风速仪(Hot wire Anemometer,简称HWA),发明于20世纪20年代。其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。根据强迫对流热交换理论,通过测量热线两端的电压,即可确定流速。
标准的热线探头由两根支架张紧一根短而细的金属丝组成,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。根据不同的用途,热线探头还做成双丝、三丝、斜丝及V形、X形等。为了增加强度,有时用金属膜代替金属丝,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。 热线探头在使用前必须进行校准。静态校准是在专门的标准风洞里进行的,测量流速与输出电压之间的关系并画成标准曲线;动态校准是在已知的脉动流场中进行的,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。
热线风速仪的优点是:
(1)体积小,对流场干扰小;
(2)适用范围广。不仅可用于气体也可用于液体,在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用;除了测量平均速度外,还可测量脉动值和湍流量;除了测量单方向运动外还可同时测量多个方向的速度分量。
(3)频率响应高,可高达1 MH z。
(4)测量精度高,重复性好。热线风速仪的缺点是探头对流场有一定干扰,热线容易断裂。
热线风速仪的主要用途是:
(1)测量平均流动的速度和方向。
(2)测量来流的脉动速度及其频谱。
(3)测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。
(4)测量壁面切应力(通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的,原理与热线测速相似)。
(5)测量流体温度(事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线,然后根据测得的探头电阻就可确定温度)。
 
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