風速儀的種類及應用

原理 

　　風速計其基本原理是將一根細的金屬絲(si) 放在流體(ti) 中，通電流加熱金屬絲(si) ，使其溫度高於(yu) 流體(ti) 的溫度，因此將金屬絲(si)  　　風速計稱為(wei) “”。當流體(ti) 沿垂直方向流過金屬絲(si) 時，將帶走金屬絲(si) 的一部分熱量，使金屬絲(si) 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(yu) 流體(ti) 的速度v之間存在關(guan) 係式。標準的探頭由兩(liang) 根支架張緊一根短而細的金屬絲(si) 組成，如圖2.1所示。金屬絲(si) 通常用鉑、銠、鎢等熔點高、延展性好的金屬製成。常用的絲(si) 直徑為(wei) 5μm，長為(wei) 2 mm；zui小的探頭直徑僅(jin) 1μm，長為(wei) 0.2 mm。根據不同的用途，探頭還做成雙絲(si) 、三絲(si) 、斜絲(si) 及V形、X形等。為(wei) 了增加強度，有時用金屬膜代替金屬絲(si) ，通常在一熱絕緣的基體(ti) 上噴鍍一層薄金屬膜，稱為(wei) 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(zhuan) 門的標準風洞裏進行的，測量流速與(yu) 輸出電壓之間的關(guan) 係並畫成標準曲線；動態校準是在已知的脈動流場中進行的，或在風速儀(yi) 加熱電路中加上一脈動電信號，校驗風速儀(yi) 的頻率響應，若頻率響應不佳可用相應的補償(chang) 線路加以改善。 　　0至100m/s的流速測量範圍可以分為(wei) 三個(ge) 區段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。風速儀(yi) 的熱敏式探頭用於(yu) 0至5m/s的測量；風速儀(yi) 的轉輪式探頭測量5至40m/s的流*果；而利用皮托管則可在高速範圍內(nei) 得到*結果。正確選擇風速儀(yi) 的流速探頭的一個(ge) 附加標準是溫度，通常風速儀(yi) 的熱敏式傳(chuan) 感器的使用溫度約達+-70C。特製風速儀(yi) 的轉輪探頭可達350C。皮托管用於(yu) +350C以上。

探頭選擇

風速儀(yi) 的熱敏式探頭

　　風速計風速儀(yi) 的熱敏式探頭的工作原理是基於(yu) 冷衝(chong) 擊氣流帶走熱元件上的熱量，借助一個(ge) 調節開關(guan) ，保持溫度恒定，則調節電流和流速成正比關(guan) 係。當在湍流中使用熱敏式探頭時，來自各個(ge) 方向的氣流同時衝(chong) 擊熱元件，從(cong) 而會(hui) 影響到測量結果的準確性。在湍流中測量時，熱敏式風速儀(yi) 流速傳(chuan) 感器的示值往往高於(yu) 轉輪式探頭。以上現象可以在管道測量過程中觀察到。根據管理管道紊流的不同設計，甚至在低速時也會(hui) 出現。因此，風速儀(yi) 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(wei) CM）外；終點至少在測量點後4×D處。流體(ti) 截麵不得有任何遮擋。（棱角，重懸，物等）

風速儀(yi) 的轉輪式探頭

　　風速儀(yi) 的轉輪式探頭的工作原理是基於(yu) 把轉動轉換成電信號，先經過一個(ge) 臨(lin) 近感應開頭，對轉輪的轉動進行“計數”並產(chan) 生一個(ge) 脈衝(chong) 係列，再經檢測儀(yi) 轉換處理，即可得到轉速值。風速儀(yi) 的大口徑探頭（60mm,100mm）適合於(yu) 測量中、小流速的紊流（如在管道出口）。風速儀(yi) 的小口徑探頭更適於(yu) 測量管道橫截麵大於(yu) 探險頭橫截麵貌一新100倍以上的氣流。

特點

1、體(ti) 積小，對流場幹擾小；

2、適用範圍廣。不僅(jin) 可用於(yu) 氣體(ti) 也可用於(yu) 液體(ti) ，在氣體(ti) 的亞(ya) 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，重複性好。風速儀(yi) 的缺點是探頭對流場有一定幹擾，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(ge) 方向的速度分量。

主要用途

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(liang) 點的速度相關(guan) 性、時間相關(guan) 性。 　　

4、測量壁麵切應力（通常是采用與(yu) 壁麵平齊放置的熱膜探頭來進行的，原理與(yu) 測速相似）。 　　

5、測量流體(ti) 溫度（事先測出探頭電阻隨流體(ti) 溫度的變化曲線，然後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(zhuan) 業(ye) 用途。

使用方法

　　1、使用前觀察電表的指針是否指於(yu) 零點，如有偏移，可輕輕調整電表的機械調整螺絲(si) ，使指針回到零點；

2、將校正開關(guan) 置於(yu) 斷的位置； 　　3、將測杆插頭插在插座上，測杆垂直向上放置，螺塞壓緊使探頭密封，“校正開關(guan) ”置於(yu) 滿度位置，慢慢調整“滿度調節”旋紐，使電表指針指在滿度位置； 　　4、將“校正開關(guan) ”置於(yu) “零位”，慢慢調整“粗調”、“細調”兩(liang) 個(ge) 旋紐，使電表指針指在零點的位置； 　　5、經以上步驟後，輕輕拉動螺塞，使測杆探頭露出（長短可根據需要選擇），並使探頭上的紅點麵對對著風向，根據電表度讀數，查閱校正曲線，即可查出被測風速； 　　6、在測定若幹分後（10min左右），必須重複以上3、4步驟一次，使儀(yi) 表內(nei) 的電流得到標準化； 　　7、測畢，應將“校正開關(guan) ”置於(yu) 斷的位置。 　　風速計將流速信號轉變為(wei) 電信號的一種測速儀(yi) 器，也可測量流體(ti) 溫度或密度。其原理是，將一根通電加熱的細金屬絲(si) （稱）置於(yu) 氣流中，在氣流中的散熱量與(yu) 流速有關(guan) ，而散熱量導致溫度變化而引起電阻變化，流速信號即轉變成電信號。它有兩(liang) 種工作模式：①恒流式。通過的電流保持不變，溫度變化時，電阻改變，因而兩(liang) 端電壓變化，由此測量流速；②恒溫式。的溫度保持不變，如保持150℃，根據所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應用更廣泛。長度一般在0.5～2毫米範圍，直徑在1～10微米範圍，材料為(wei) 鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄（厚度小於(yu) 0.1微米）的金屬膜代替金屬絲(si) ，即為(wei) 熱膜風速儀(yi) ，功能與(yu) 熱絲(si) 相似，但多用於(yu) 測量液體(ti) 流速。除普通的單線式外，還可以是組合的雙線式或三線式，用以測量各個(ge) 方向的速度分量。從(cong) 輸出的電信號，經放大、補償(chang) 和數字化後輸入計算機，可提高測量精度，自動完成數據後處理過程，擴大測速功能，如同時完成瞬時值和時均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數的測量。風速儀(yi) 與(yu) 皮托管相比，具有探頭體(ti) 積小，對流場幹擾小；響應快，能測量非定常流速；能測量很低速（如低達0.3米/秒）等優(you) 點。

風速測量儀(yi) 器

風杯風速計

　　它是zui常見的一種風速計。轉杯式風速計zui早由英國魯賓孫發明，當時是四杯，後來改用三杯。三個(ge) 互成度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一麵，整個(ge) 架子連同風杯裝在一個(ge) 可以自由轉動的軸上。在風力的作用下風杯繞軸旋轉，其轉速正比於(yu) 風速。轉速可以用電觸點、測速發電機或光電計數器等記錄。

螺旋槳式風速計

　　它是一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉的風速計。螺旋槳裝在一個(ge) 風標的前部，使其旋轉平麵始終正對風的來 　　風速計向，它的轉速正比於(yu) 風速。

風速計

　　一根被電流加熱的金屬絲(si) ，流動的空氣使它散熱，利用散熱速率和風速的平方根成線性關(guan) 係，再通過電子線路線性化（以便於(yu) 刻度和讀數），即可製成風速計。風速計分旁熱式和直熱式兩(liang) 種。旁熱式的一般為(wei) 錳銅絲(si) ，其電阻溫度係數近於(yu) 零，它的表麵另置有測溫元件。直熱式的多為(wei) 鉑絲(si) ，在測量風速的同時可以直接測定本身的溫度。風速計在小風速時靈敏度較高，適用於(yu) 對小風速測量。它的時間常數隻有百分之幾秒，是大氣湍流和農(nong) 業(ye) 氣象測量的重要工具。

聲學風速表

　　在聲波傳(chuan) 播方向的風速分量將增加（或減低）聲波傳(chuan) 播速度，利用這種特性製作的聲學風速表可用來測量風速分量。聲學風速表至少有兩(liang) 對感應元件，每對包括發聲器和接收器各一個(ge) 。使兩(liang) 個(ge) 發聲器的聲波傳(chuan) 播方向相反，如果一組聲波順著風速分量傳(chuan) 播，另一組恰好逆風傳(chuan) 播，則兩(liang) 個(ge) 接收器收到聲脈衝(chong) 的時間差值將與(yu) 風速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩(liang) 對元件，就可以分別計算出水平風速、風向和鉛直風速。由於(yu) 超聲波具有抗幹擾、方向性好的優(you) 點，聲學風速表發射的聲波頻率多在超聲波段。

測量

　　1、在管道內(nei) 氣流流速測量 實踐證明風速計的16mm的探頭用途zui廣。其尺寸大小既保證了良好的通透性，又能承受更高達60m/s的流速。管道內(nei) 氣流流速測量作為(wei) 可行的測量方法之一，間接測量規程（柵極測量法）適用空氣測量。 　　風速計2、抽氣排氣中的測量通氣口會(hui) 極大的變管道內(nei) 氣流相對均衡的分布狀態：在自由通氣口表麵產(chan) 生高速區，其餘(yu) 部位為(wei) 低速區，並在柵格上產(chan) 生旋渦。根據柵格的不同設計方式，在柵格前一定距離處（約20cm）,氣流截麵較為(wei) 穩定。在這種情況下，通常采用大風速計的口徑轉輪進行測量。因為(wei) 較大的口徑能夠對不均衡的流速進行平均，並在較大範圍內(nei) 計算其平均值。 　　3、在抽氣孔的測量，即使在抽氣處沒有柵格的幹擾，空氣流動的路線也沒有方向，並且其氣流截麵極不均勻。其原因是管道內(nei) 的局部真空，以漏鬥狀把空氣中抽出在氣室中，即使是在距離抽氣很近的區域內(nei) ，也沒有一個(ge) 滿足測量條件的位置，可供進行測量操作。如采用帶有平均值計算功能的柵極測量法進行測量，並借以確定容積流量法進行測量，並借以確定容積流量等，隻有管道或漏鬥測量法能夠提供可重複測量結果。在這種情況下，不同尺寸的測量漏鬥可以滿足使用要求。利用測量漏鬥可以在片狀閥前一定距離處生成一個(ge) 滿足流速測量條件的固定截麵，測出定位該截麵中心並固定截麵，測出定位該截麵中心並固定截麵，測出定位該截麵中心並固定於(yu) 此。流速測頭得到的測量值乘以漏鬥係數，即可計算出抽出的容積流量。（如漏鬥係數20）

應用

　　風速計的應用很廣泛，在所有領域都能靈活運用,，廣泛應用於(yu) 電力、鋼鐵、石化、節能等行業(ye) ，在北京奧運會(hui) 中 還有其他的應用，帆船比賽，劃艇比賽，野外射擊比賽等都需要用到風速儀(yi) 來測量。現在的風速儀(yi) 比較先進，除了測量風速外同時還可以測風溫、風量。有很多行業(ye) 都需要用到風速儀(yi) ，推薦使用的行業(ye) ：出海捕撈業(ye) 、各類風扇製造業(ye) 、需要抽風排氣係統的行業(ye) 等等。 　　風速計不同的季節及不同的地理形勢，都會(hui) 令到大氣中的風向不斷變動。如海邊日夜的風向不同，冬季及夏季亦有不同的季候風。研究風向可幫助我們(men) 預測及研究氣候的變化。研究風向需要使用風速計 。風速計的設計多為(wei) 箭狀，也有做成動物形態，像公雞造型的。風速計的箭羽部份會(hui) 隨風向轉動。風速計需裝置於(yu) 沒有建築物或樹木等，阻擾風移動的地方。用途及適用範圍QDP係列熱球式電風速計，用在采暖、通風、空氣調節、氣象、農(nong) 業(ye) 、冷藏幹燥、勞動衛生調查等各方麵，需要測定室內(nei) 外或模型的氣流速度時都可使用，是一種測量低風速的基本儀(yi) 器。該產(chan) 品於(yu) 一九八七年曾被北京市經濟委員會(hui) 評為(wei) 北京市產(chan) 品。工作原理本儀(yi) 器由熱球式傳(chuan) 感器和測量儀(yi) 表兩(liang) 部分組成。傳(chuan) 感器的頭部有一微小的玻璃球，球內(nei) 燒有加熱玻璃的鎳鉻絲(si) 線圈和兩(liang) 個(ge) 串連的熱電偶。熱電偶的冷端連接在磷銅質的支柱上，直接暴露在氣流中，當一定大小的電流通過加圈後，玻璃球被加熱到一定溫度，此溫度和氣流的速度有關(guan) ，流速小時溫度較高，反之溫度較低。