風(fēng)速風(fēng)向儀其基本原理是將一根細(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“專線”。當(dāng)流體沿垂直方向流過(guò)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)出專線散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關(guān)系式。標(biāo)準(zhǔn)的專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(zhǎng)為2mm;探頭直徑僅1μm,長(zhǎng)為0.2mm。根據(jù)不同的用途,專線探頭還做成雙絲、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。專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(mén)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(huà)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)速風(fēng)向儀加熱電路中加上一脈動(dòng)電信號(hào),校驗(yàn)專線風(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。
現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速風(fēng)向儀測(cè)量按原理分主要有壓差式,葉輪式,熱球式三種
壓差式是流體力學(xué)中測(cè)量流速的經(jīng)典方法,主要依靠皮托管和壓差計(jì)測(cè)量出動(dòng)壓,再根據(jù)伯努力方程算出流速。此方法優(yōu)點(diǎn)是檢出限低,靈敏度高,但對(duì)流場(chǎng)均勻性要求較高,在環(huán)境中測(cè)量時(shí)容易因?yàn)榱鲌?chǎng)不均勻而測(cè)不準(zhǔn),因此壓差法主要用在風(fēng)管中測(cè)量風(fēng)速。
熱球式主要原理是探頭設(shè)定了一個(gè)恒定的溫度,空氣流過(guò)探頭后會(huì)帶走熱量,這時(shí)探頭會(huì)被加熱至設(shè)定溫度,此過(guò)程中會(huì)有電信號(hào)被儀器收集,并依此換算出風(fēng)速。此方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,量程較大,適應(yīng)環(huán)境測(cè)量,缺點(diǎn)是探頭中連接熱球的鉑絲比較脆弱,在使用中若不小心容易造成探頭損壞,無(wú)法修復(fù)。目前國(guó)內(nèi)的熱球式風(fēng)速儀還是老式的風(fēng)速儀,建研院空調(diào)所已經(jīng)有了更先進(jìn)的替代技術(shù),將熱球換為陶瓷熱柱,強(qiáng)度比熱球好很多。
葉輪式主要靠風(fēng)吹動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生電磁信號(hào)來(lái)測(cè)量,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是儀器比較耐用,常用于長(zhǎng)期測(cè)量,氣象觀測(cè)中所用的三杯式風(fēng)速風(fēng)向儀也是相同的原理,缺點(diǎn)是靈敏度稍差。