Sıcak Ttel Anemometresi

• Telin direncindeki küçük değişiklikleri ölçmek için kullanılan hassas bir elektrik devresidir.

• Köprü, akışkana ısı kaybından kaynaklanan direnç değişikliklerini algılayarak bunları akış hızı okumalarına çevirir.

Çalışma: Sabit Akım Yöntemi

• Kurulum: Anemometre probu, hızının ölçüleceği akışkan akışına yerleştirilir.

• Telin Isıtılması: İletken tele sabit bir elektrik akımı geçirilerek, tel akışkanın sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılır.

• Isı Aktarımı: Akışkan tel üzerinde akarken, ısıyı taşır ve teli soğutur. Daha hızlı akış hızları, daha fazla ısı kaybına ve dolayısıyla daha büyük bir sıcaklık düşüşüne neden olur.

• Direnç Ölçümü: Wheatstone köprüsü, telin direncini izler. Genellikle metallerde sıcaklık arttıkça direnç azalır. Köprü devresi sabit bir gerilim altında tutulur, bu da direnç değişikliklerinin akışkan hızıyla önceden kalibre edilmiş ilişkiler aracılığıyla ilişkilendirilmesine olanak tanır.

Ana Uygulamalar

• Aerodinamik, hidrodinamik ve sınır tabaka akışı araştırmaları.

• Boru hatlarında, HVAC sistemlerinde ve rüzgar tünelinde endüstriyel akış ölçümü.

• Okyanuslarda, atmosferde ve biyolojik sistemlerde akışkan hareketi üzerine çevre çalışmaları.

Avantajlar

• Hızlı akış dalgalanmalarına yüksek hassasiyet (turbulent akış analizi için ideal).

• Kompakt tasarım, sınırlı alanlarda ölçüm yapmayı sağlar.

• Uygun prob yönelimi ile hem akış hızını hem de yönünü doğrudan ölçme.

Isıtılmış tel bir sıvı akışına yerleştirildiğinde, ısının telden sıvıya aktarıldığı görülür. Kaybedilen ısı miktarı, telin direncine doğru orantılıdır. Isı kaybı azaldıkça, telin direnci de azalır. Wheatstone köprüsü, bu direnç değişikliklerini ölçer ve bunları sıvının akış hızıyla ilişkilendirir.

Sabit Sıcaklık Yöntemi

Bu yapılandırmada, tel elektrik akımıyla ısıtılır. Sıcak tel akışkan akışına maruz kaldığında, ısının telden akışkana aktarılması, teline bağlı olarak sıcaklık değişimine neden olur ve sonuç olarak direnç değişir. Yöntem, ısının kaybına rağmen telin sıcaklığının sabit tutulmasına dayanır.

Geribildirim mekanizması, telden geçen elektrik akımını gerçek zamanlı olarak ayarlar ve ısının kaybedilmesine karşı koymak için çalışır. Telin ilk sıcaklığını tekrar kurmak ve sürdürmek için gereken toplam akım, akışkanın akış hızına doğru orantılıdır: daha hızlı akış hızları, artan ısı kaybını telafi etmek için daha yüksek akımlara ihtiyaç duyar. Bu, akım ayarlamalarını akış dinamiğiyle ilişkilendirerek gaz veya sıvı hızının hassas ölçümünü sağlar.

Sıcak Tel Anemometresi ile Akışkan Akış Hızı Ölçümü

Sıcak tel anemometresinde, elektrik akımı, akışkan akışına yerleştirilmiş ince bir teli ısıtır. Wheatstone köprü devresi, teline bağlı olarak elektrik direncini izleyerek telin sıcaklığını ölçer, çünkü direnç sıcaklıkla değişir.

Sabit sıcaklık yöntemi (genel bir çalışma modu) için, teline rağmen ısının kaybına rağmen telin sıcaklığı sabit bir seviyede tutulur. Geribildirim mekanizması, ısının kaybedilmesine karşı koymak için ısıtma akımını gerçek zamanlı olarak ayarlar ve köprünün dengede kalmasını sağlar. Sabit sıcaklığı korumak için gerekli olan ısıtma akımının büyüklüğü, akışkanın akış hızına doğru orantılıdır, bu da hassas hız ölçümünü sağlar.

Standart bir direnç, ısıtma teliyle seri olarak bağlanır. Telden geçen akım, direnç üzerinden düşen gerilim ölçülerek belirlenebilir, bu gerilim ise potansiyometre ile hassas bir şekilde ölçülür.

Isıtılmış telden kaybedilen ısı, aşağıdaki denklemle nicelendirilebilir:

Burada:

• v = akışkan akışının hızı,

• ρ = akışkanın yoğunluğu,

• a ve b = akışkanın fiziksel özelliklerine, boyutlarına ve teline bağlı sabitler.

Eğer I telden geçen akım ve R onun direnciysa, denge durumunda: 

Akış hızını ölçmek için, cihazın direnci ve sıcaklığı sabit tutulur ve I akımı ölçülür.

Bu kurulum, laboratuvar araştırmalarından endüstriyel proses kontrolüne kadar çeşitli uygulamalarda, akışkan hızı, ısı aktarımı ve elektrik direnci arasındaki ilişkiyi kullanarak hassas, dinamik akış hızı verileri sağlar.

Isı aktarımı, elektrik direnci ve akışkan dinamiği arasındaki etkileşimi kullanarak, sıcak tel anemometresi, bilimsel ve mühendislik disiplinlerinde hassas akış karakterizasyonu için temel bir araç olarak kalır.