Hot Wire Anemometer Sensong Pananalamin ng Mainit na Dila

Pagsasalita

Ang Hot Wire Anemometer ay isang aparato na ginagamit para sukatin ang bilis at direksyon ng pagdaloy ng fluid sa pamamagitan ng pagsukat ng pagkawala ng init mula sa isang mainit na wire na nakapwesto sa fluid stream. Ang wire ay iniinit gamit ang elektrikong kuryente, at ang pagbabago ng temperatura nito—dahil sa paglipat ng init sa fluid—ay nagsisilbing indikador ng mga katangian ng daloy.

Kapag inilagay ang mainit na wire sa fluid stream, ang init ay nilipat mula sa wire sa fluid, nagdudulot ng pagbaba ng temperatura ng wire. Ang pagbabago ng electrical resistance ng wire (dahil sa pagbabago ng temperatura) ay direktang may kaugnayan sa flow rate ng fluid, na nagbibigay-daan sa pagsukat ng bilis.

Nagtutuon sa prinsipyong paglipat ng init mula sa isang mataas na temperatura na bagay patungo sa mas mababang temperatura na fluid, ang hot wire anemometer ay malawakang ginagamit bilang isang kasangkapan sa pag-aaral ng fluid mechanics upang unawain ang mahuhubog na dinamika ng daloy.

Pagtatayo

Ang hot wire anemometer ay binubuo ng dalawang pangunahing komponente:

• Conducting Wire
  

• Isang maliit na resistive wire (halimbawa, platinum, tungsten) na nakasaad sa loob ng isang ceramic o metal probe.

• Ang wire ay inilalagay sa fluid stream, kung saan ito gumagana bilang heater at temperature sensor.

• Ang mga lead mula sa wire ay lumalabas mula sa probe upang konektado sa measurement circuitry.

• Wheatstone Bridge Circuit

• Isang precision electrical circuit na ginagamit para sukatin ang maliit na pagbabago sa resistance ng wire.

• Ang bridge ay kalibrado upang detektoin ang mga pagbabago sa resistance dahil sa pagkawala ng init sa fluid, na inililipat ito sa flow velocity readings.

Paggamit: Constant Current Method

• Setup: Inilalagay ang anemometer probe sa fluid stream na kailangan sukatin ang bilis nito.

• Pag-init ng Wire: Isang constant electric current ay ipinapadaan sa conducting wire, iniinit ito sa temperatura na mas mataas kaysa sa fluid.

• Heat Transfer: Kapag ang fluid ay lumampas sa wire, ito ay dinala ang init, nagdudulot ng pagbaba ng temperatura ng wire. Mas mabilis na flow rates ay nagdudulot ng mas maraming heat loss, na nagdudulot ng mas malaking pagbaba ng temperatura.

• Resistance Measurement: Ang Wheatstone bridge ay monitore ang resistance ng wire, na bumababa kapag ang temperatura (para sa karamihan sa mga metal). Ang bridge circuit ay pinapanatili sa constant voltage, na nagbibigay-daan sa resistance changes na maugnay sa fluid velocity sa pamamagitan ng pre-calibrated relationships.

Mga Pangunahing Application

• Pag-aaral sa aerodynamics, hydrodynamics, at boundary layer flow.

• Industrial flow measurement sa pipelines, HVAC systems, at wind tunnels.

• Environmental studies ng fluid motion sa oceans, atmospheres, at biological systems.

Mga Advantages

• High sensitivity sa rapid flow fluctuations (ideal para sa turbulent flow analysis).

• Compact design na nagbibigay-daan sa pagsukat sa confined spaces.

• Direct measurement ng parehong flow velocity at direction sa tamang orientasyon ng probe.

Kapag inilagay ang mainit na wire sa isang liquid stream, ang init ay nilipat mula sa wire sa fluid. Ang halaga ng init na nawala ay direktang proporsyonal sa resistance ng wire. Habang ang pagkawala ng init ay bumaba, ang resistance ng wire ay bumababa rin. Ang Wheatstone bridge ay sumusukat ng mga pagbabago sa resistance, na pagkatapos ay naugnay sa flow rate ng liquid.

Constant Temperature Method

Sa konpigurasyong ito, ang electric current ay iniinit ang wire. Kapag ang mainit na wire ay inilapat sa isang fluid stream, ang init ay nilipat mula sa wire sa fluid, nagdudulot ng pagbabago sa temperatura ng wire—at kaya, ang resistance nito. Ang paraan ay gumagana batay sa prinsipyong panatilihin ang temperatura ng wire na constant sa kabila ng pagkawala ng init.

Isang feedback mechanism ay nagsasama-sama ng electrical current sa wire sa real time upang labanan ang pagkawala ng init. Ang total current na kinakailangan upang ibalik at sustinahin ang unang temperatura ng wire ay direktang proporsyonal sa flow rate ng fluid: mas mabilis na flow rates ay nangangailangan ng mas mataas na current upang makompensahan ang pagtaas ng pagkawala ng init. Ito ay nagbibigay-daan para sa eksaktong pagsukat ng gas o liquid velocity sa pamamagitan ng pag-uugnay ng mga adjustment sa current sa flow dynamics.

Pagsukat ng Fluid Flow Rate Gamit ang Hot Wire Anemometer

Sa hot wire anemometer, ang elektrikong current ay iniinit ang fine wire na naka-position sa loob ng fluid stream. Ang Wheatstone bridge circuit ay ginagamit upang sukatin ang temperatura ng wire sa pamamagitan ng pag-monitor ng electrical resistance nito, dahil ang resistance ay nagbabago depende sa temperatura.

Para sa constant temperature method (isang karaniwang operating mode), ang temperatura ng wire ay pinanatili sa fixed level sa kabila ng pagkawala ng init sa fluid. Isang feedback mechanism ay nagsasama-sama ng heating current sa real time upang labanan ang pagkawala ng init, siguradong ang bridge ay balanced. Ang magnitude ng heating current na kinakailangan upang sustinahin ang constant temperature ay direktang proporsyonal sa flow rate ng fluid, nagbibigay-daan para sa eksaktong pagsukat ng bilis.

Isang standard resistor ay konektado sa series sa may heating wire. Ang current na lumalabas sa wire ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pagsukat ng voltage drop sa resistor, na aktwal na sinukat gamit ang potentiometer.

Ang pagkawala ng init mula sa heated wire ay maaaring quantified gamit ang sumusunod na equation:

Kung saan:

• v = bilis ng pagdaloy ng fluid,

• ρ = density ng fluid,

• a at b = constants depende sa dimensions, physical properties ng fluid, at ng wire.

Assuming I ay ang current sa wire at R ang resistance nito, sa equilibrium: 

Ang resistance at temperatura ng instrumento ay pinanatili na constant para sa pagsukat ng rate ng fluid sa pamamagitan ng pagsukat ng current I.

Ang setup na ito ay naglalayong gamitin ang relasyon sa pagitan ng fluid velocity, heat transfer, at electrical resistance upang magbigay ng accurate, dynamic flow rate data sa iba't ibang application, mula sa laboratory research hanggang sa industrial process control.

Sa pamamagitan ng paggamit ng interplay sa pagitan ng heat transfer, electrical resistance, at fluid dynamics, ang hot wire anemometer ay nananatiling isang cornerstone tool para sa precise flow characterization sa scientific at engineering disciplines.