Kuumaljuhe Anemoomeeter

Määratlus

Kuumjuhe anemomeeter on seade, mis kasutatakse vedeliku vooga ja suuna mõõtmiseks, määramaks kuumendatud juhe soojuse kadumist, millele vedelik tohib. Juht on kuumendatud elektrivoolu kaudu, ja selle temperatuurimuutus – mis on põhjustatud soojuse edastamisega vedelikule – annab viitepunktidega voogu omadusi.

Kui kuumendatud juht asetatakse vedeliku voogu, siis soojus konvekteeritakse jühelt vedeliku poole, mis põhjustab jühete temperatuuri laskumist. Jühete elektrilise vastupidavuse muutus (mida põhjustab temperatuurimuutus) on otse seotud vedeliku vooluhulgaga, võimaldades kiirguse mõõtmist.

Põhineb printsiibil, et soojus edastub kõrgema temperatuuriga objektist madalama temperatuuriga vedeliku poole, kuumjuhe anemomeeter on laialdaselt kasutatav uurimismeetod vedelike mehaanika valdkonnas keerukate voogude uurimiseks.

Ehitus

Kuumjuhe anemomeeter koosneb kahest peamisest komponendist:

• Joobive juhe
  

• Tihke, vastupidavusega juhe (nt platina, tungsteen) keramiika või metalli sondu sees.

• Juht on avatud vedeliku voogu, kus see toimib nii kuumendajana kui ka temperatuuriandurina.

• Juuhe jooned ulatuvad sondist välja, ühendudes mõõtmiskiirgusega.

• Wheatstone'i silmikring

• Täpne elektriring, mis kasutatakse juhe väikeste vastupidavuse muutuste mõõtmiseks.

• Silmik on kalibreeritud, et tuvastada vastupidavuse muutused, mida põhjustab soojuse kadumine vedeliku poole, need muutused tõlgendatakse voogukiirguse näitajateks.

Toiming: Püsivoo meetod

• Seadistamine: Anemomeetri sonnu paigutatakse vedeliku voogu, mille kiirgust soovitakse mõõta.

• Juhe kuumendamine: Joobiva jühe läbi läbib püsiv elektrivool, kuumendades seda kõrgemale temperatuurile kui vedelik.

• Soojuse edastamine: Kui vedelik voolab üle jühed, viib see kaasa soojust, alandades jühete temperatuuri. Kiiremad vooluhulgad suurendavad soojuse kadumist, mille tulemuseks on suurem temperatuuri laskumine.

• Vastupidavuse mõõtmine: Wheatstone'i silmik jälgib jühete vastupidavust, mis laskub temperatuuriga ( enamike metallide puhul). Silmikring hoidetakse püsivolt spänningul, lubades vastupidavuse muutused siduda vedeliku voolukiirusega eelnevalt kalibreeritud seostustega.

Peamised rakendused

• Uurimine aerodünaamikas, hidrodünaamikas ja piirkihidrolikas.

• Teoste voolu mõõtmine putukites, HVAC-süsteemides ja tuulekanalites.

• Ümbritseva keskkonna uuringud vedelike liikumises ookeanides, atmosfääris ja bioloogilistes süsteemides.

Eelised

• Suur tundlikkus kiirete voolumuutustele (ideaalne turbulentsete voolude analüüsimiseks).

• Kompaktne disain võimaldab mõõtmist kitsedes ruumides.

• Otseste voolu kiirguse ja suuna mõõtmise võime sobiva sondi orientatsiooniga.

Kui kuumendatud juht asetatakse vedeliku voogu, edastatakse soojus jühelt vedeliku poole. Soojuse kadumise hulk on otse seotud jühete vastupidavusega. Kui soojuse kadumine väheneb, väheneb jühete vastupidavus vastavalt. Wheatstone'i silmik mõõdab neid vastupidavuse muutusi, mida siis sidutakse vedeliku vooluhulga.

Püsitemperatuuri meetod

Sellisel konfiguratsioonil elektrivool kuumendab jühed. Kui kuum juhe on avatud vedeliku voogu, edastatakse soojus jühelt vedeliku poole, põhjustades jühete temperatuuri – ja seega vastupidavuse – muutuse. Meetod toimib põhimõttel, et hoitakse jühete temperatuuri püsivana, hoolimata soojuse kadumisest.

Tagasiside mehhanism reguleerib reaalajas elektrivoolu jühede läbi, vastandamaks soojuse kadumist. Kokku voolu, mis on vajalik jühete algse temperatuuri taastamiseks ja säilitamiseks, on otse seotud vedeliku vooluhulgaga: kiiremad vooluhulgad nõuavad suuremaid voolusid, et kompenseerida suuremat soojuse kadumist. See võimaldab täpset gaasi või vedeliku kiirguse mõõtmist, sidudes voolu muutused vooludünaamikaga.

Vedeliku vooluhulga mõõtmine kuumjuhe anemomeetri abil

Kuumjuhe anemomeetris kuumendab elektrivool tihka jühed, mis on paigutatud vedeliku voogu. Wheatstone'i silmikring kasutatakse jühete temperatuuri mõõtmiseks, jälgides selle elektrilist vastupidavust, kuna vastupidavus muutub temperatuuriga.

Püsitemperatuuri meetodi (tavaline töörežiim) korral hoitakse jühete temperatuuri püsivana, hoolimata soojuse kadumisest vedeliku poole. Tagasiside mehhanism reguleerib kuumendamise voolu reaalajas, vastandamaks soojuse kadumist, tagades, et silmik jääks tasakaalu. Kuumendamise voolu suurus, mis on vajalik selle püsivana temperatuurina hooldamiseks, on otse seotud vedeliku vooluhulgaga, võimaldades täpset kiirguse mõõtmist.

Standardne vastupaneel on ühenduses jühete kuumendamise juhega. Voolu, mis läbib jühed, saab mõõta mõõtva vastupaneeli spänningupõhjenduse mõõtmise kaudu, mida täpselt mõõdetakse potentsiaalmõõturiga.

Soojuse kadumist kuumendatud jühedest saab kvantifitseerida järgmise võrrandi abil:

Kus:

• v = vedeliku voolu kiirus,

• ρ = vedeliku tiheus,

• a ja b = konstandid, mis sõltuvad mõõtmetest, vedeliku füüsikaliste omadustest ja jühete omadustest.

Oletame, et I on vool jühete läbi ja R on selle vastupidavus, tasakaalu korral:

Seadme vastupidavus ja temperatuur hoidetakse püsivana vedeliku voolu mõõtmiseks, mõõttes voolu I.

See seadistus kasutab suhet vedeliku voolu, soojuse edastamise ja elektrilise vastupidavuse vahel, et anda täpseid, dünaamilisi vooluhulga andmeid erinevates rakendustes, laboritoetusest teoste protsessijuhtimiseni.

Kasutades soojuse edastamise, elektrilise vastupidavuse ja vedelike dünaamika vahelist suhet, jääb kuumjuhe anemomeeter täpse voolu karakteriseerimise üheks olulisemaks tööriistaks teaduslikes ja inseneriülesannetes.