风速仪的原理及应用
时间:2020-04-28 阅读:2520
作为一款测量空气流速的仪器,风速仪的种类多,其中人们所熟悉的气象台站的风杯风速计也属于此类仪器。风速仪在我们日常的生活中其实应用的还是比较广泛的,那么今天我们就来了解下它具体的工作原理和应用。
风速仪的作用
风速仪的作用正如其名,主要是用来测量空气流速的,那么都是在什么场合下需要进行空气流速的测量呢?
1、测量平均流动的速度和方向。
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)。
2、测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。
3、测量来流的脉动速度及其频谱。
4、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。
5、其他的许多专业用途。
风速仪的测试原理
我们先来看一下风速仪所运用的理论知识:空气流通过滤网后会发生一个压差,这个压差和气流的速度成正比,风速越大,压差就越大,依据两者之间的对应关系来标定风速;还有一种就是相似于流体力学中的文丘力管,气流冲击到测力板上,冲击力和风速成正比,依据冲击力来标定风速。
风速计通过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,因此将金属丝风速计称为“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,可导出热线散失的热量Q与流体的速度v之间存在关系式。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;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。