Thermô kế dòng nóng

Định nghĩa

Máy đo tốc độ gió热线风速计是一种用于通过量化暴露在流体流中的加热导线的热量损失来测量流体流的速度和方向的设备。导线通过电流加热，其温度变化（由向流体传递热量引起）作为流动特性的指示。 当加热导线放置在流体流中时，热量从导线传导到流体，导致导线温度下降。导线电阻的变化（由于温度变化引起）与流体的流速直接相关，从而可以进行速度测量。 基于高温物体向低温流体传热的原理，热线风速计被广泛用作流体力学研究工具，以研究复杂的流动动力学。 **结构** 热线风速计主要由两个组件组成： - **导电导线** - 一根细电阻丝（例如铂、钨）安装在陶瓷或金属探头内。 - 导线暴露在流体流中，既作为加热器又作为温度传感器。 - 导线的引线从探头延伸出来连接到测量电路。 - **惠斯通电桥电路** - 一种精密的电气电路，用于测量导线电阻的微小变化。 - 该电桥经过校准，可以检测由流体传热引起的电阻变化，并将其转换为流速读数。 **操作：恒定电流法** - **设置**：将风速计探头置于需要测量流速的流体流中。 - **加热导线**：通过导电导线施加恒定电流，将其加热至高于流体的温度。 - **传热**：当流体流过导线时，会带走热量，降低导线的温度。流速越快，热量损失越大，导致温度下降更多。 - **电阻测量**：惠斯通电桥监测导线的电阻，对于大多数金属而言，电阻随温度下降而减小。电桥电路保持恒定电压，使电阻变化与流体流速通过预校准的关系相关联。 **主要应用** - 空气动力学、水动力学和边界层流的研究。 - 工业管道、暖通空调系统和风洞中的流速测量。 - 海洋、大气和生物系统中流体运动的环境研究。 **优点** - 对快速流动波动具有高灵敏度（适用于湍流分析）。 - 紧凑的设计允许在狭小空间内进行测量。 - 通过适当的探头定向，可以直接测量流速和方向。 当加热导线置于液体流中时，热量从导线传递到流体。散失的热量与导线的电阻成正比。随着热量损失减少，导线的电阻也相应减少。惠斯通电桥测量这些电阻变化，并将其与液体流速相关联。 **恒温法** 在这种配置下，电流加热导线。当热线暴露在流体流中时，热量从导线传递到流体，导致导线温度变化——进而导致其电阻变化。该方法基于保持导线温度恒定的原则，尽管有热量损失。 反馈机制实时调整通过导线的电流，以抵消热量耗散。恢复并维持导线初始温度所需的总电流与流体流速成正比：流速越快，补偿增加的热量损失所需的电流就越高。这使得通过将电流调整与流动动力学相关联来精确测量气体或液体流速成为可能。 **使用热线风速计测量流体流速** 在热线风速计中，电流加热位于流体流中的细导线。**惠斯通电桥电路**通过监测导线的电阻来测量其温度，因为电阻随温度变化而变化。 对于**恒温法**（一种常见的工作模式），尽管有热量损失到流体，但导线的温度保持在一个固定水平。反馈机制实时调整加热电流，以抵消热量耗散，确保电桥保持平衡。**维持这一恒定温度所需的加热电流大小**与流体流速成正比，从而实现精确的速度测量。 标准电阻与加热导线串联。通过测量电阻上的电压降可以确定通过导线的电流，这可以通过电位器准确测量。 热线的热量损失可以用以下公式量化： \[ Q = \frac{v^a \rho^b}{R} \] 其中： - \( v \) = 流体流速， - \( \rho \) = 流体密度， - \( a \) 和 \( b \) = 取决于流体尺寸、物理特性和导线的常数。 假设 \( I \) 是通过导线的电流，\( R \) 是其电阻，在平衡状态下： \[ P = I^2 R \] 为了测量流体的速率，仪器的电阻和温度保持恒定，通过测量电流 \( I \) 来实现。 这种设置利用了流体速度、热传递和电阻之间的关系，提供了从实验室研究到工业过程控制等各种应用中的精确动态流速数据。 通过利用热传递、电阻和流体动力学之间的相互作用，热线风速计仍然是科学和工程学科中精确流动表征的关键工具。