Anemometro nga Hot Wire

Pahayag

Ang Hot Wire Anemometer usa ka aparato nga gigamit aron sukolon ang bilis ug direksyon sa pag-ubo sa likido pinaagi sa pagkuha sa kaluoy sa init gikan sa isang na-init nga linyahan nga naka-expose sa likido. Ang linyahan ma-init pinaagi sa elektrikong kuryente, ug ang kausaban sa temperatura niini—gikan sa pag-transfer sa init sa likido—ginagamit isip indicator sa mga katangian sa pag-ubo.

Kung ang na-init nga linyahan nailhan sa likido, ang init mao ang konvektado gikan sa linyahan tungod sa likido, nagresulta sa pagbaba sa temperatura sa linyahan. Ang kausaban sa electrical resistance sa linyahan (tungod sa pagkainit) direktang may relasyon sa rate sa pag-ubo sa likido, nagpasabot sa sukol sa bilis.

Basaha sa prinsipyong transfer sa init gikan sa objekto nga may mataas nga temperatura sa mas bataas nga temperatura sa likido, ang hot wire anemometer gamiton kasagaran isip tool sa pagtuon sa fluid mechanics aron sukolon ang komplikado nga pag-ubo sa likido.

Pagbuhat

Ang hot wire anemometer adunay duha ka pangutana nga bahin:

• Conducting Wire
  

• Isang fina, resistive wire (e.g., platinum, tungsten) nga nahimutang sa loob sa ceramic o metallic probe.

• Ang linyahan nailhan sa likido, diin it serves as both a heater and a temperature sensor.

• Ang mga leads gikan sa linyahan giextend gikan sa probe aron makonekta sa measurement circuitry.

• Wheatstone Bridge Circuit

• Isang precision electrical circuit nga gigamit aron sukolon ang minyutang kausaban sa resistance sa linyahan.

• Ang bridge calibrated aron mahatagan og detection sa resistance variations caused by heat loss to the fluid, translating these into flow velocity readings.

Operasyon: Constant Current Method

• Setup: Ang probe sa anemometer gi-position sa likido uban ang bilis nga kinahanglan sukolon.

• Heating the Wire: Isang constant electric current gipasa sa conducting wire, heating it to a temperature higher than the fluid.

• Heat Transfer: Kung ang likido moadto sa linyahan, iya gyud ang init nga mag carry away, nagresulta sa pagbaba sa temperatura sa linyahan. Mas rapido nga rate sa pag-ubo mosiguro sa mas dako nga kaluoy sa init, resulta sa mas dako nga pagbaba sa temperatura.

• Resistance Measurement: Ang Wheatstone bridge monitor ang resistance sa linyahan, nga mobaba sa temperatura (para sa most metals). Ang bridge circuit maintained sa constant voltage, allowing resistance changes to be correlated with fluid velocity via pre-calibrated relationships.

Key Applications

• Research in aerodynamics, hydrodynamics, and boundary layer flow.

• Industrial flow measurement in pipelines, HVAC systems, and wind tunnels.

• Environmental studies of fluid motion in oceans, atmospheres, and biological systems.

Advantages

• High sensitivity to rapid flow fluctuations (ideal for turbulent flow analysis).

• Compact design allows measurement in confined spaces.

• Direct measurement of both flow velocity and direction with appropriate probe orientation.

Kung ang na-init nga linyahan nailhan sa likido, ang init transfer gikan sa linyahan sa likido. Ang amount sa kaluoy sa init directly proportional sa resistance sa linyahan. Kung ang kaluoy sa init mobaba, ang resistance sa linyahan mobaba usab. Ang Wheatstone bridge measures these resistance variations, which are then correlated to the liquid's flow rate.

Constant Temperature Method

Sa configuration, isang electric current ma-init ang linyahan. Kung ang na-init nga linyahan nailhan sa likido, ang init transfer gikan sa linyahan sa likido, nagresulta sa kausaban sa temperatura sa linyahan—and consequently, its resistance. Ang method operates on the principle of maintaining the wire’s temperature constant despite heat loss.

Isang feedback mechanism adjust the electrical current through the wire in real time to counteract heat dissipation. The total current required to restore and sustain the wire’s initial temperature directly proportional to the fluid’s flow rate: faster flow rates necessitate higher currents to compensate for increased heat loss. This allows for precise measurement of gas or liquid velocity by correlating current adjustments with flow dynamics.

Measurement of Fluid Flow Rate Using a Hot Wire Anemometer

Sa hot wire anemometer, ang electrical current ma-init ang fine wire positioned within a fluid stream. The Wheatstone bridge circuit used to measure the wire’s temperature by monitoring its electrical resistance, as resistance varies with temperature.

Para sa constant temperature method (a common operating mode), ang temperature sa linyahan maintained sa fixed level despite heat loss to the fluid. A feedback mechanism adjusts the heating current in real time to counteract heat dissipation, ensuring the bridge remains balanced. The magnitude of the heating current required to sustain this constant temperature directly proportional to the fluid’s flow rate, allowing for precise velocity measurement.

A standard resistor connected in series with the heating wire. The current passing through the wire can be determined by measuring the voltage drop across the resistor, which is accurately measured using a potentiometer.

The heat loss from the heated wire can be quantified using the following equation:

Where:

• v = velocity of the fluid flow,

• ρ = density of the fluid,

• a and b = constants dependent on the dimensions, physical properties of the fluid, and the wire.

Assuming I is the current through the wire and R is its resistance, at equilibrium:

The resistance and temperature of the instrument are kept constant for measuring the rate of the fluid by measuring the current I.

This setup leverages the relationship between fluid velocity, heat transfer, and electrical resistance to provide accurate, dynamic flow rate data in various applications, from laboratory research to industrial process control.

By leveraging the interplay between heat transfer, electrical resistance, and fluid dynamics, the hot wire anemometer remains a cornerstone tool for precise flow characterization in scientific and engineering disciplines.