風(fēng)速儀的原理及應(yīng)用

　　作為一款測(cè)量空氣流速的儀器，風(fēng)速儀的種類多，其中人們所熟悉的氣象臺(tái)站的風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)也屬于此類儀器。風(fēng)速儀在我們?nèi)粘５纳钪衅鋵?shí)應(yīng)用的還是比較廣泛的，那么今天我們就來了解下它具體的工作原理和應(yīng)用。
 

　　風(fēng)速儀的作用
 

　　風(fēng)速儀的作用正如其名，主要是用來測(cè)量空氣流速的，那么都是在什么場(chǎng)合下需要進(jìn)行空氣流速的測(cè)量呢？
 

　　1、測(cè)量平均流動(dòng)的速度和方向。

　　測(cè)量壁面切應(yīng)力(通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來進(jìn)行的，原理與熱線測(cè)速相似)。

　　2、測(cè)量湍流中的雷諾應(yīng)力及兩點(diǎn)的速度相關(guān)性、時(shí)間相關(guān)性。

　　3、測(cè)量來流的脈動(dòng)速度及其頻譜。

　　4、測(cè)量流體溫度(事先測(cè)出探頭電阻隨流體溫度的變化曲線，然后根據(jù)測(cè)得的探頭電阻就可確定溫度。

　　5、其他的許多專業(yè)用途。
 

　　風(fēng)速儀的測(cè)試原理
 

　　我們先來看一下風(fēng)速儀所運(yùn)用的理論知識(shí)：空氣流通過濾網(wǎng)后會(huì)發(fā)生一個(gè)壓差，這個(gè)壓差和氣流的速度成正比，風(fēng)速越大，壓差就越大，依據(jù)兩者之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來標(biāo)定風(fēng)速;還有一種就是相似于流體力學(xué)中的文丘力管，氣流沖擊到測(cè)力板上，沖擊力和風(fēng)速成正比，依據(jù)沖擊力來標(biāo)定風(fēng)速。

　　風(fēng)速計(jì)通過將一根細(xì)的金屬絲放在流體中，通電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，因此將金屬絲風(fēng)速計(jì)稱為“熱線”。當(dāng)流體沿垂直方向流過金屬絲時(shí)，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。根據(jù)強(qiáng)迫對(duì)流熱交換理論，可導(dǎo)出熱線散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關(guān)系式。標(biāo)準(zhǔn)的熱線探頭由兩根支架張緊一根短而細(xì)的金屬絲組成。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長為2 mm；小的探頭直徑僅1μm，長為0.2 mm。根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。為了增加強(qiáng)度，有時(shí)用金屬膜代替金屬絲，通常在一熱絕緣的基體上噴鍍一層薄金屬膜，稱為熱膜探頭。熱線探頭在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn)。靜態(tài)校準(zhǔn)是在專門的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞里進(jìn)行的，測(cè)量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動(dòng)流場(chǎng)中進(jìn)行的，或在風(fēng)速儀加熱電路中加上一脈動(dòng)電信號(hào)，校驗(yàn)熱線風(fēng)速儀的頻率響應(yīng)，若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補(bǔ)償線路加以改善。