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風速儀工作原理和特點
點擊次數(shù)：2896 發(fā)布時間：2017-12-26
風速計（anemometer） 顧名思義是測量空氣流速的儀器。它的種類較多，氣象臺站zui常用的為風杯風速計，它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風力的作用下，風杯繞軸以正比于風速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。另一種旋轉(zhuǎn)式風速計為旋槳式風速計，由一個三葉或四葉螺旋槳組成感應部分，將其安裝在一個風向標的前端，使它隨時對準風的來向。槳葉繞水平軸以正比于風速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
原理
風速計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
風速計稱為“”。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(jù)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。標準的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；zui小的探頭直徑僅1μm，長為0.2 mm。根據(jù)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。探頭在使用前必須進行校準。靜態(tài)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(tài)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。
0至100m/s的流速測量范圍可以分為三個區(qū)段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。風速儀的熱敏式探頭用于0至5m/s的測量；風速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭測量5至40m/s的流*果；而利用皮托管則可在高速范圍內(nèi)得到*結(jié)果。正確選擇風速儀的流速探頭的一個附加標準是溫度，通常風速儀的熱敏式傳感器的使用溫度約達+-70C。特制風速儀的轉(zhuǎn)輪探頭可達350C。皮托管用于+350C以上。
探頭的選擇
風速儀的熱敏式探頭
風速計風速儀的熱敏式探頭的工作原理是基于冷沖擊氣流帶走熱元 件上的熱量，借助一個調(diào)節(jié)開關，保持溫度恒定，則調(diào)節(jié)電流和流速成正比關系。當在湍流中使用熱敏式探頭時，來自各個方向的氣流同時沖擊熱元件，從而會影響到測量結(jié)果的準確性。在湍流中測量時，熱敏式風速儀流速傳感器的示值往往高于轉(zhuǎn)輪式探頭。以上現(xiàn)象可以在管道測量過程中觀察到。根據(jù)管理管道紊流的不同設計，甚至在低速時也會出現(xiàn)。因此，風速儀測量過程應在管道的直線部分進行。直線部分的起點應至少在測量點*×D（D=管道直徑，單位為CM）外；終點至少在測量點后4×D處。流體截面不得有任何遮擋。（棱角，重懸，物等）
風速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭
風速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭的工作原理是基于把轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成電信號，先經(jīng)過一個臨近感應開頭，對轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動進行“計數(shù)”并產(chǎn)生一個脈沖系列，再經(jīng)檢測儀轉(zhuǎn)換處理，即可得到轉(zhuǎn)速值。風速儀的大口徑探頭（60mm,100mm）適合于測量中、小流速的紊流（如在管道出口）。風速儀的小口徑探頭更適于測量管道橫截面大于探險頭橫截面貌一新100倍以上的氣流。
特點
風速計
1、體積小，對流場干擾??；
2、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；
3、頻率響應高，可高達1 MH z。
4、測量精度高，重復性好。風速儀的缺點是探頭對流場有一定干擾，容易斷裂。
5、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。
主要用途
風速計
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(jù)測得的探頭電阻就可確定溫度。
除此以外還開發(fā)出許多專業(yè)用途。