गर्म तार एनेमोमीटर

परिभाषा

गर्म तार एनेमोमीटर एक उपकरण है जो द्रव प्रवाह की गति और दिशा मापने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसमें एक गर्म तार को द्रव प्रवाह में रखा जाता है और उससे होने वाली ऊष्मा की हानि को मापा जाता है। तार को विद्युत धारा से गर्म किया जाता है, और तार का तापमान परिवर्तन (द्रव से ऊष्मा हस्तांतरण के कारण) प्रवाह की विशेषताओं का निर्देशक होता है।

जब गर्म तार को द्रव प्रवाह में रखा जाता है, तो तार से द्रव को ऊष्मा चलना जाती है, जिससे तार का तापमान घटता है। तार की विद्युत प्रतिरोधता में परिवर्तन (तापमान भिन्नता के कारण) द्रव की प्रवाह दर से सीधे संबंधित होता है, जिससे गति का मापन किया जा सकता है।

उच्च-तापमान वाले वस्तु से निम्न-तापमान वाले द्रव को ऊष्मा हस्तांतरण के सिद्धांत पर आधारित, गर्म तार एनेमोमीटर द्रव यांत्रिकी में जटिल प्रवाह गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला शोध उपकरण है।

निर्माण

गर्म तार एनेमोमीटर में दो प्राथमिक घटक होते हैं:

• चालक तार
  

• एक छोटा, प्रतिरोधी तार (जैसे, प्लैटिनम, टंगस्टन) जो कार्बनिक या धातु छोड़ में स्थित होता है।

• तार द्रव प्रवाह में रखा जाता है, जहाँ यह एक हीटर और तापमान सेंसर के रूप में कार्य करता है।

• तार से छोड़ के बाहर निकलने वाले लीड नाप चालक तक जुड़े होते हैं।

• व्हीटस्टोन ब्रिज सर्किट

• एक सटीक विद्युत सर्किट जो तार की प्रतिरोधता में छोटे-छोटे परिवर्तनों को मापने के लिए उपयोग किया जाता है।

• ब्रिज को कैलिब्रेट किया जाता है ताकि द्रव से ऊष्मा हस्तांतरण के कारण होने वाली प्रतिरोधता के परिवर्तनों को प्रवाह गति के मापन में बदला जा सके।

संचालन: निरंतर धारा विधि

• सेटअप: एनेमोमीटर छोड़ को उस द्रव प्रवाह में रखा जाता है जिसकी गति मापनी जानी हो।

• तार को गर्म करना: चालक तार में एक निरंतर विद्युत धारा पारित की जाती है, जो तार को द्रव से अधिक तापमान पर गर्म करती है।

• ऊष्मा हस्तांतरण: जब द्रव तार पर फ़्लो करता है, तो यह तार से ऊष्मा ले जाता है, जिससे तार का तापमान घटता है। तेज प्रवाह दरें ऊष्मा हानि बढ़ाती हैं, जिससे तापमान गिरावट बढ़ती है।

• प्रतिरोध मापन: व्हीटस्टोन ब्रिज तार की प्रतिरोधता का निगरानी करता है, जो तापमान के साथ घटती है (अधिकांश धातुओं के लिए)। ब्रिज सर्किट को निरंतर वोल्टेज पर रखा जाता है, जिससे प्रतिरोधता के परिवर्तनों को प्रवाह गति के साथ संबंधित किया जा सकता है।

महत्वपूर्ण अनुप्रयोग

• एरोडायनामिक्स, हाइड्रोडायनामिक्स और सीमा परत प्रवाह के शोध में।

• पाइपलाइन, HVAC सिस्टम और विंड टनल में औद्योगिक प्रवाह मापन में।

• समुद्र, वायुमंडल और जैविक प्रणालियों में द्रव गति के पर्यावरणीय अध्ययन में।

लाभ

• तेज प्रवाह उतार-चढ़ावों के प्रति उच्च संवेदनशीलता (तुफानी प्रवाह विश्लेषण के लिए आदर्श)।

• संकुचित स्थानों में मापन के लिए संक्षिप्त डिजाइन।

• उचित छोड़ की दिशा के साथ प्रवाह गति और दिशा का सीधा मापन।

जब गर्म तार को द्रव प्रवाह में रखा जाता है, तो तार से द्रव को ऊष्मा हस्तांतरित की जाती है। ऊष्मा हानि तार की प्रतिरोधता के सीधे समानुपाती होती है। जैसे-जैसे ऊष्मा हानि घटती है, तार की प्रतिरोधता भी घटती है। व्हीटस्टोन ब्रिज इन प्रतिरोधता के परिवर्तनों को मापता है, जो द्रव की प्रवाह दर से संबंधित होते हैं।

निरंतर तापमान विधि

इस विन्यास में, विद्युत धारा तार को गर्म करती है। जब गर्म तार को द्रव प्रवाह में रखा जाता है, तो तार से द्रव को ऊष्मा हस्तांतरित की जाती है, जिससे तार का तापमान बदलता है - और इसके परिणामस्वरूप, इसकी प्रतिरोधता। यह विधि तार के तापमान को निरंतर रखने के सिद्धांत पर कार्य करती है, ऊष्मा हानि के बावजूद।

एक प्रतिक्रिया तंत्र तार में विद्युत धारा को वास्तविक समय में समायोजित करता है ताकि ऊष्मा हानि को नियंत्रित किया जा सके। तार के प्रारंभिक तापमान को वापस लाने और इसे बनाए रखने के लिए आवश्यक विद्युत धारा द्रव की प्रवाह दर से सीधे संबंधित होती है: तेज प्रवाह दरें ऊष्मा हानि को बनाए रखने के लिए अधिक धारा की आवश्यकता होती है। यह गैस या द्रव गति का सटीक मापन करने की अनुमति देता है द्वारा धारा की समायोजन को प्रवाह गतिशीलता से संबंधित किया जाता है।

गर्म तार एनेमोमीटर का उपयोग से द्रव प्रवाह दर का मापन

गर्म तार एनेमोमीटर में, विद्युत धारा एक द्रव प्रवाह में स्थित छोटे तार को गर्म करती है। व्हीटस्टोन ब्रिज सर्किट तार की तापमान को मापने के लिए उपयोग किया जाता है इसकी विद्युत प्रतिरोधता का निगरानी करके, क्योंकि प्रतिरोधता तापमान के साथ बदलती है।

निरंतर तापमान विधि (सामान्य संचालन मोड) के लिए, तार का तापमान द्रव से ऊष्मा हानि के बावजूद निरंतर स्तर पर रखा जाता है। एक प्रतिक्रिया तंत्र वास्तविक समय में गर्मी धारा को समायोजित करता है ताकि ऊष्मा हानि को नियंत्रित किया जा सके, यह सुनिश्चित करता है कि ब्रिज संतुलित रहता है। निरंतर तापमान को बनाए रखने के लिए आवश्यक गर्मी धारा की तीव्रता द्रव की प्रवाह दर से सीधे संबंधित होती है, जिससे सटीक गति का मापन किया जा सकता है।

स्थानीय रोडस्टार से गर्मी तार को श्रृंखला में जोड़ा जाता है। तार से गुजरने वाली धारा को रोडस्टार पर वोल्टेज गिरावट को मापकर निर्धारित किया जा सकता है, जो पोटेंशियोमीटर द्वारा सटीक रूप से मापा जाता है।

गर्म तार से ऊष्मा हानि को निम्न समीकरण द्वारा मापा जा सकता है:

जहाँ:

• v = द्रव प्रवाह की गति,

• ρ = द्रव का घनत्व,

• a और b = द्रव, तार के आयाम और भौतिक गुणों पर निर्भर नियतांक।

यह मानते हुए कि I तार में धारा है और R इसकी प्रतिरोधता है, संतुलन पर:

द्रव की दर मापने के लिए उपकरण की प्रतिरोधता और तापमान को निरंतर रखा जाता है धारा I को मापकर।

यह सेटअप द्रव गति, ऊष्मा हस्तांतरण और विद्युत प्रतिरोधता के बीच संबंध का लाभ उठाता है ताकि विभिन्न अनुप्रयोगों में सटीक, गतिशील प्रवाह दर का डेटा प्रदान किया जा सके, शैक्षणिक शोध से लेकर औद्योगिक प्रक्रिया नियंत्रण तक।

ऊष्मा हस्तांतरण, विद्युत प्रतिरोधता और द्रव गतिशीलता के बीच के अंतर्संबंध का लाभ उठाकर, गर्म तार एनेमोमीटर विज्ञान और अभियांत्रिकी के क्षेत्रों में सटीक प्रवाह विशेषताओं के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बना रहा है।