Sensong Panahon na may Mainit na Drayber

Pangungusap

Ang Hot Wire Anemometer ay isang aparato na ginagamit para sukatin ang bilis at direksyon ng pagdaloy ng fluid sa pamamagitan ng pagkuwenta ng pagkawala ng init mula sa isang mainit na wire na nakalantad sa daloy ng fluid. 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 daloy ng fluid, ang init ay inililipat mula sa wire sa fluid, nagreresulta sa pagbaba ng temperatura ng wire. Ang pagbabago ng electrical resistance ng wire (dahil sa pagbabago ng temperatura) ay direktang may kaugnayan sa rate ng pagdaloy ng fluid, na nagbibigay-daan sa pagsukat ng bilis.

Batay sa prinsipyong paglipat ng init mula sa isang high-temperature object patungo sa isang lower-temperature fluid, ang hot wire anemometer ay malawakang ginagamit bilang isang kasangkapan sa pananaliksik sa fluid mechanics upang unawain ang mahuhulog na flow dynamics.

Pagtatayo

Ang hot wire anemometer ay binubuo ng dalawang pangunahing komponente:

• Conducting Wire
  

• Isang maigting, resistive wire (halimbawa, platinum, tungsten) na nakalagay sa loob ng ceramic o metallic probe.

• Ang wire ay nakalantad sa daloy ng fluid, kung saan ito gumagamit bilang heater at temperature sensor.

• Ang mga lead mula sa wire ay lumalabas mula sa probe upang makonekta 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 nakalagay upang detektiin ang pagbabago ng resistance dahil sa pagkawala ng init sa fluid, na ito ay inaalin sa pagsukat ng bilis ng daloy.

Paggana: Constant Current Method

• Setup: Inilalagay ang anemometer probe sa daloy ng fluid na kailangang sukatin ang bilis nito.

• Heating the Wire: Isang constant electric current ay ipinapasa sa conducting wire, iniinit ito sa temperatura na mas mataas kaysa sa fluid.

• Heat Transfer: Habang ang fluid ay umuusbong sa wire, ito ay dinala ang init, nagreresulta sa pagbaba ng temperatura ng wire. Mas mabilis na rate ng daloy ay nagdudulot ng mas maraming pagkawala ng init, na nagreresulta sa mas malaking pagbaba ng temperatura.

• Resistance Measurement: Ang Wheatstone bridge ay nagmomonitor ng resistance ng wire, na bumababa sa temperatura (para sa karamihan sa mga metal). Ang bridge circuit ay pinapanatili sa constant voltage, nagbibigay-daan para sa pagbabago ng resistance na maisulat sa bilis ng fluid sa pamamagitan ng pre-calibrated relationships.

Mga Pangunahing Application

• Pananaliksik sa aerodynamics, hydrodynamics, at boundary layer flow.

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

• Environmental studies ng paggalaw ng fluid sa karagatan, atmospheres, at biological systems.

Mga Advantages

• High sensitivity sa mabilis na pagbabago ng daloy (ideal para sa turbulent flow analysis).

• Compact design na nagbibigay-daan sa pagsukat sa masikip na espasyo.

• Direktang pagsukat ng bilis at direksyon ng daloy sa tamang orientasyon ng probe.

Kapag inilagay ang mainit na wire sa daloy ng likido, ang init ay inililipat 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 din. Ang Wheatstone bridge ay sumusukat sa mga pagbabago ng resistance, na ito ay inaalin sa rate ng daloy ng likido.

Constant Temperature Method

Sa konfigurasyong ito, isang electric current ang nagiiinit ng wire. Kapag inilantad ang mainit na wire sa daloy ng fluid, ang init ay inililipat mula sa wire sa fluid, nagreresulta sa pagbabago ng temperatura ng wire—at sa huli, ang resistance nito. Ang paraan ay gumagana batay sa prinsipyong panatilihin ang temperatura ng wire na constant bagaman may pagkawala ng init.

Isang feedback mechanism ay nag-aadjust ng electrical current sa real time upang labanan ang pagkawala ng init. Ang kabuuang current na kailangan upang ibalik at sustayin ang orihinal na temperatura ng wire ay direktang proporsyonal sa rate ng daloy ng fluid: mas mabilis na rate ng daloy ay nangangailangan ng mas mataas na current upang kompensahan ang mas maraming pagkawala ng init. Ito ay nagbibigay-daan para sa mahusay na pagsukat ng bilis ng gas o likido sa pamamagitan ng pag-correlate ng mga adjustment ng current sa flow dynamics.

Pagsukat ng Rate ng Daloy ng Fluid Gamit ang Hot Wire Anemometer

Sa hot wire anemometer, ang electrical current ay iniinit ang fine wire na naka-position sa loob ng daloy ng fluid. Ang Wheatstone bridge circuit ay ginagamit para 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 mode ng operasyon), ang temperatura ng wire ay pinanatili sa fixed level bagaman may pagkawala ng init sa fluid. Isang feedback mechanism ay nag-aadjust ng heating current sa real time upang labanan ang pagkawala ng init, siguradong ang bridge ay balanced. Ang magnitude ng heating current na kailangan upang sustayin ang constant temperature ay direktang proporsyonal sa rate ng daloy ng fluid, nagbibigay-daan para sa mahusay na pagsukat ng bilis.

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

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

Kung saan:

• v = bilis ng daloy ng fluid,

• ρ = density ng fluid,

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

Assuming na I 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 gumagamit ng relasyon sa pagitan ng bilis ng fluid, 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 mahusay na flow characterization sa scientific at engineering disciplines.