Heetdraad anemometer

Definisie

'n Warmdraadanemometer is 'n toestel wat gebruik word om die snelheid en rigting van 'n vloeistofstroom te meet deur die hitteverlies van 'n verhit draad blootgestel aan die vloeistofstroom te kwantifiseer. Die draad word deur 'n elektriese stroom verhit, en sy temperatuurverandering - veroorsaak deur hitteoorgang na die vloeistof - dien as 'n aanduiding van vloei-eienskappe.

Wanneer die verhitte draad in die vloeistofstroom geplaas word, word hitte van die draad na die vloeistof gekonvektieer, wat lei tot 'n temperatuurdaling van die draad. Die verandering in die draad se elektriese weerstand (as gevolg van temperatuurvariasie) is direk verwant aan die vloeistof se vloei-snelheid, wat snelheidsmeting moontlik maak.

Gebaseer op die beginsel van hitteoorgang vanaf 'n hoë-temperatuurobjek na 'n laer-temperatuurvloeistof, word die warmdraadanemometer wyd as 'n navorsingsinstrument in vloeimekanika gebruik om komplekse vloei-dinamika te bestudeer.

Konstruksie

'n Warmdraadanemometer bestaan uit twee hoofkomponente:

• Geleidende Draad
  

• 'n Fyn, weerstandige draad (bv. platina, wolfraam) gehuisves binne 'n keramiese of metalliese sonde.

• Die draad word blootgestel aan die vloeistofstroom, waar dit as beide 'n verhitter en 'n temperatuursensor funksioneer.

• Leidings van die draad strek van die sonde om met die metingssirkuit te verbind.

• Wheatstone-brug-sirkuit

• 'n Nauwkeurige elektriese sirkuit gebruik om minute veranderings in die draad se weerstand te meet.

• Die brug is gekalibreer om weerstandsvariasies veroorsaak deur hitteverlies aan die vloeistof te bespeur, en dit omskep in vloei-snelheidsleesinge.

Operasie: Konstante Stroom Metode

• Opstelling: Die anemometersonde word in die vloeistofstroom geplaas waarvan die snelheid gemeet moet word.

• Verhit die Draad: 'n Konstante elektriese stroom word deur die geleidende draad gestuur, wat dit verhit tot 'n temperatuur hoër as die vloeistof.

• Hitteoorgang: Wanneer die vloeistof oor die draad vloei, dra dit hitte weg, wat lei tot 'n temperatuurdaling van die draad. Vinniger vloei-snelhede verhoog hitteverlies, wat lei tot 'n groter temperatuurdaling.

• Weerstand Meet: Die Wheatstone-brug moniteer die draad se weerstand, wat met temperatuur verminder (vir die meeste metale). Die brug-sirkuit word by 'n konstante spanning gehou, wat weerstandsveranderinge met vloeistofsnelheid via voorafgekalibreerde verhoudings korreleer.

Kern Toepassings

• Navorsing in aerodynamika, hidrodynamika, en grenslaagvloei.

• Industriële vloei-meting in leidinge, HVAC-stelsels, en windtunnels.

• Omgewingsstudies van vloeibeweging in oseane, atmosfeer, en biologiese stelsels.

Voordelige

• Hoë sensitiviteit vir vinnige vloei-fluktuasies (ideaal vir turbulentevloei-analise).

• Kompakte ontwerp stel meting in beperkte ruimtes moontlik.

• Direkte meting van sowel vloei-snelheid as rigting met gepaste sonde-oriëntasie.

Wanneer die verhitte draad in 'n vloeistofstroom geplaas word, word hitte van die draad na die vloeistof oorgedra. Die hoeveelheid afgevoerde hitte is direk eweredig aan die draad se weerstand. As hitteverlies verminder, verminder die draad se weerstand ook. Die Wheatstone-brug meet hierdie weerstandsvariasies, wat dan gekorreleer word met die vloeistof se vloei-snelheid.

Konstante Temperatuur Metode

In hierdie konfigurasie word die draad deur 'n elektriese stroom verhit. Wanneer die verhitte draad blootgestel word aan 'n vloeistofstroom, word hitte van die draad na die vloeistof oorgedra, wat lei tot 'n verandering in die draad se temperatuur - en gevolglik, sy weerstand. Die metode werk op die beginsel om die draad se temperatuur konstant te hou ondanks hitteverlies.

'n Terugspeel-meganisme pas die elektriese stroom deur die draad in real-time aan om hitteverlies te kompenseer. Die totale stroom wat benodig word om die draad se aanvanklike temperatuur te herstel en te handhaaf, is direk eweredig aan die vloeistof se vloei-snelheid: vinniger vloei-snelhede vereis hoër strome om verhoogde hitteverlies te kompenseer. Dit stel presiese meting van gas of vloeistof-snelheid in staat deur stroom-aanpassings met vloei-dinamika te korreleer.

Metings van Vloeistofvloei-Snelheid Deur 'n Warmdraadanemometer

In 'n warmdraadanemometer word 'n fyn draad binne 'n vloeistofstroom deur 'n elektriese stroom verhit. Die Wheatstone-brug-sirkuit word gebruik om die draad se temperatuur te meet deur sy elektriese weerstand te moniteer, aangesien weerstand varieer met temperatuur.

Vir die konstante temperatuur metode (n algemene operasie-modus), word die draad se temperatuur ondanks hitteverlies aan die vloeistof by 'n vaste vlak gehou. 'n Terugspeel-meganisme pas die verhittingsstroom in real-time aan om hitteverlies te kompenseer, en verseker dat die brug gebalanseerd bly. Die grootte van die verhittingsstroom wat benodig word om hierdie konstante temperatuur te handhaaf, is direk eweredig aan die vloeistof se vloei-snelheid, wat presiese snelheidsmeting stel.

'n Standaard weerstand word in reeks met die verhittingsdraad verbonden. Die stroom deur die draad kan bepaal word deur die spanningsval oor die weerstand te meet, wat akkuraat met 'n potentiometer gemeet word.

Die hitteverlies van die verhitte draad kan kwantifiseer word deur die volgende vergelyking:

Waar:

• v = snelheid van die vloeistofvloei,

• ρ = digtheid van die vloeistof,

• a en b = konstantes afhanklik van die afmetings, fisiese eienskappe van die vloeistof, en die draad.

Aanvaar dat I die stroom deur die draad is en R is sy weerstand, by ewewig: 

Die weerstand en temperatuur van die instrument word konstant gehou vir die meting van die vloeistof se tempo deur die stroom I te meet.

Hierdie opstelling benut die verhouding tussen vloeistofsnelheid, hitteoorgang, en elektriese weerstand om akkurate, dinamiese vloei-snelheidsdata in verskeie toepassings te verskaf, van laboratoriumnavorsing tot industriële prosesbeheer.

Deur die interaksie tussen hitteoorgang, elektriese weerstand, en vloeidinamika te benut, bly die warmdraadanemometer 'n hoeksteen-instrument vir presiese vloei-karakterisering in wetenskaplike en ingenieurswese dissiplines.