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技術(shù)文章 / article
三種風(fēng)速測(cè)量?jī)x及其工作原理
2017-11-20 瀏覽次數(shù)：680
1、熱式風(fēng)速儀
將流速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種測(cè)速儀器，也可測(cè)量流體溫度或密度。其原理是，將一根通電加熱的細(xì)金屬絲（稱熱線）置于氣流中，熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，而散熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號(hào)即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。它有兩種工作模式：
①恒流式：通過(guò)熱線的電流保持不變，溫度變化時(shí)，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測(cè)量流速。
②恒溫式：熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛。
熱線長(zhǎng)度一般在0.5～2毫米范圍，直徑在1～10微米范圍，材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄（厚度小于0.1微米）的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風(fēng)速儀，功能與熱絲相似，但多用于測(cè)量液體流速。熱線除普通的單線式外，還可以是組合的雙線式或三線式，用以測(cè)量各個(gè)方向的速度分量。從熱線輸出的電信號(hào)，經(jīng)放大、補(bǔ)償和數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，可提高測(cè)量精度，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)后處理過(guò)程，擴(kuò)大測(cè)速功能，如同時(shí)完成瞬時(shí)值和時(shí)均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數(shù)的測(cè)量。熱線風(fēng)速儀[1]與皮托管相比，具有探頭體積小，對(duì)流場(chǎng)干擾小；響應(yīng)快，能測(cè)量非定常流速；能測(cè)量很低速（如低達(dá)0.3米／秒)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)在湍流中使用熱敏式探頭時(shí)，來(lái)自各個(gè)方向的氣流同時(shí)沖擊熱元件，從而會(huì)影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在湍流中測(cè)量時(shí)，熱敏式風(fēng)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(cè)量過(guò)程中觀察到。根據(jù)管理管道紊流的不同設(shè)計(jì)，甚至在低速時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。因此，風(fēng)速儀測(cè)量過(guò)程應(yīng)在管道的直線部分進(jìn)行。直線部分的起點(diǎn)應(yīng)至少在測(cè)量點(diǎn)前10×D（D=管道直徑，單位為CM）外；終點(diǎn)至少在測(cè)量點(diǎn)后4×D處。流體截面不得有任何遮擋（棱角，重懸，物等）。
2、葉輪風(fēng)速儀
風(fēng)速計(jì)的葉輪式探頭的工作原理是基于把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，先經(jīng)過(guò)一個(gè)臨近感應(yīng)開頭，對(duì)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行“計(jì)數(shù)” 并產(chǎn)生一個(gè)脈沖系列，再經(jīng)檢測(cè)儀轉(zhuǎn)換處理，即可得到轉(zhuǎn)速值。風(fēng)速儀的大口徑探頭（60mm，100mm）適合于測(cè)量中、小流速的紊流（如在管道出口）。風(fēng)速計(jì)的小口徑探頭更適于測(cè)量管道橫截面積大于探頭橫截面積100倍以上的氣流。
3、皮托管風(fēng)速儀
18世紀(jì)為法國(guó)物理學(xué)家H.皮托發(fā)明。最簡(jiǎn)單的皮托管有一根端部帶有小孔的金屬細(xì)管為導(dǎo)壓管，正對(duì)流束方向測(cè)出流體的總壓力；另在金屬細(xì)管前面附近的主管道壁上再引出一根導(dǎo)壓管，測(cè)得靜壓力。差壓計(jì)與兩導(dǎo)壓管相連，測(cè)出的壓力即為動(dòng)壓力。根據(jù)伯努利定理，動(dòng)壓力與流速的平方成正比。因此用皮托管可測(cè)出流體的流速。在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)后即成為組合式皮托管，即皮托-靜壓管。它是一根彎成直角的雙層管。外套管與內(nèi)套管之間封口，在外套管周圍有若干小孔。測(cè)量時(shí)，將此套管插入被測(cè)管道中間。內(nèi)套管的管口正對(duì)流束方向，外套管周圍小孔的孔口恰與流束方向垂直，這時(shí)測(cè)出內(nèi)外套管的壓差即可計(jì)算出流體在該點(diǎn)的流速。皮托管常用以測(cè)量管道和風(fēng)洞中流體的速度，也可測(cè)量河流速度。如果按規(guī)定測(cè)量得到各截面的流速，經(jīng)過(guò)積分即可用以測(cè)量管道中流體的流量。但當(dāng)流體中含有少量顆粒時(shí)，有可能堵塞測(cè)量孔，所以它只適于測(cè)量無(wú)顆粒流體的流量。所以，皮托管也可以用于測(cè)量風(fēng)速及風(fēng)的流量，這就是皮托管風(fēng)速儀的原理。
