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風(fēng)速計(jì)的原理及應(yīng)用
風(fēng)速計(jì)的原理及應(yīng)用
風(fēng)速計(jì)簡(jiǎn)介
風(fēng)速計(jì)即風(fēng)速儀。
風(fēng)速計(jì)（anemometer）是測(cè)量空氣流速的儀器。它的種類(lèi)較多，氣象臺(tái)站常用的為風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)，它由3個(gè)互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應(yīng)部分，空杯的凹面都順向一個(gè)方向。整個(gè)感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)杯繞軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。另一種旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)為旋槳式風(fēng)速計(jì)，由一個(gè)三葉或四葉螺旋槳組成感應(yīng)部分，將其安裝在一個(gè)風(fēng)向標(biāo)的前端，使它隨時(shí)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)的來(lái)向。槳葉繞水平軸以正比于風(fēng)速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
風(fēng)速計(jì)原理
風(fēng)速計(jì)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""。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)的探頭由兩根支架張緊一根短而細(xì)的金屬絲組成，如圖2.1所示。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2 mm；小的探頭直徑僅1μm，長(zhǎng)為0.2 mm。根據(jù)不同的用途，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，如圖2.2所示。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)速儀加熱電路中加上一脈動(dòng)電信號(hào)，校驗(yàn)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。
0至100m/s的流速測(cè)量范圍可以分為三個(gè)區(qū)段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。風(fēng)速儀的熱敏式探頭用于0至5m/s的測(cè)量；風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭測(cè)量5至40m/s的流*果理想；而利用皮托管則可在高速范圍內(nèi)得到佳結(jié)果。正確選擇風(fēng)速儀的流速探頭的一個(gè)附加標(biāo)準(zhǔn)是溫度，通常風(fēng)速儀的熱敏式傳感器的使用溫度約達(dá)+-70C。特制風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪探頭可達(dá)350C。皮托管用于+350C以上。
風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)：
它是常見(jiàn)的一種風(fēng)速計(jì)。轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)早由英國(guó)魯賓孫發(fā)明，當(dāng)時(shí)是四杯，后來(lái)改用三杯。三個(gè)互成度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個(gè)架子連同風(fēng)杯裝在一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上。在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電計(jì)數(shù)器等記錄。
螺旋槳式：它是一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)速計(jì)。螺旋槳裝在一個(gè)風(fēng)標(biāo)的前部，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對(duì)風(fēng)的來(lái)風(fēng)速計(jì)向，它的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。
風(fēng)速計(jì)
一根被電流加熱的金屬絲，流動(dòng)的空氣使它散熱，利用散熱速率和風(fēng)速的平方根成線性關(guān)系，再通過(guò)電子線路線性化（以便于刻度和讀數(shù)），即可制成風(fēng)速計(jì)。風(fēng)速計(jì)分旁熱式和直熱式兩種。旁熱式的一般為錳銅絲，其電阻溫度系數(shù)近于零，它的表面另置有測(cè)溫元件。直熱式的多為鉑絲，在測(cè)量風(fēng)速的同時(shí)可以直接測(cè)定本身的溫度。風(fēng)速計(jì)在小風(fēng)速時(shí)靈敏度較高，適用于對(duì)小風(fēng)速測(cè)量。它的時(shí)間常數(shù)只有百分之幾秒，是大氣湍流和農(nóng)業(yè)氣象測(cè)量的重要工具。
數(shù)字風(fēng)速計(jì)
數(shù)字風(fēng)速儀是專為各種大型機(jī)械設(shè)備研制開(kāi)發(fā)的大型智能風(fēng)速傳感報(bào)警設(shè)備，其內(nèi)部采用了* 數(shù)字風(fēng)速儀的微處理器作為控制核心，外圍采用了*的數(shù)字通訊技術(shù)。系統(tǒng)穩(wěn)定性高、抗*力強(qiáng)，檢測(cè)精度高，風(fēng)杯采用特殊材料制成，機(jī)械強(qiáng)度高、抗風(fēng)能力強(qiáng)，顯示器機(jī)箱設(shè)計(jì)新穎*，堅(jiān)固耐用，安裝使用方便。所有的電接口均符合標(biāo)準(zhǔn)，安裝時(shí)免調(diào)試，適用于不同的工作環(huán)境。
數(shù)字風(fēng)速儀用于測(cè)量瞬時(shí)風(fēng)速和平均風(fēng)速，具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)顯示、超限報(bào)警控制等功能。
聲學(xué)風(fēng)速計(jì)
在聲波傳播方向的風(fēng)速分量將增加（或減低）聲波傳播速度，利用這種特性制作的聲學(xué)風(fēng)速表可用來(lái)測(cè)量風(fēng)速分量。聲學(xué)風(fēng)速表至少有兩對(duì)感應(yīng)元件，每對(duì)包括發(fā)聲器和接收器各一個(gè)。使兩個(gè)發(fā)聲器的聲波傳播方向相反，如果一組聲波順著風(fēng)速分量傳播，另一組恰好逆風(fēng)傳播，則兩個(gè)接收器收到聲脈沖的時(shí)間差值將與風(fēng)速分量成正比。如果同時(shí)在水平和鉛直方向各裝上兩對(duì)元件，就可以分別計(jì)算出水平風(fēng)速、風(fēng)向和鉛直風(fēng)速。由于超聲波具有抗干擾、方向性好的優(yōu)點(diǎn)，聲學(xué)風(fēng)速表發(fā)射的聲波頻率多在超聲波段。
風(fēng)速計(jì)應(yīng)用
風(fēng)速計(jì)的應(yīng)用很廣泛，在所有領(lǐng)域都能靈活運(yùn)用，，廣泛應(yīng)用于電力、鋼鐵、石化、節(jié)能等行業(yè)，在北京奧運(yùn)會(huì)中還有其他的應(yīng)用，帆船比賽，劃艇比賽，野外射擊比賽等都需要用到風(fēng)速儀來(lái)測(cè)量。風(fēng)速儀已經(jīng)較為*，除了測(cè)量風(fēng)速外同時(shí)還可以測(cè)風(fēng)溫、風(fēng)量。有很多行業(yè)都需要用到風(fēng)速儀，推薦使用的行業(yè)：出海捕撈業(yè)、各類(lèi)風(fēng)扇制造業(yè)、需要抽風(fēng)排氣系統(tǒng)的行業(yè)等等。
風(fēng)速計(jì)不同的季節(jié)及不同的地理形勢(shì)，都會(huì)令到大氣中的風(fēng)向不斷變動(dòng)。如海邊日夜的風(fēng)向不同，冬季及夏季亦有不同的季候風(fēng)。研究風(fēng)向可幫助我們預(yù)測(cè)及研究氣候的變化。研究風(fēng)向需要使用風(fēng)速計(jì)。風(fēng)速計(jì)的設(shè)計(jì)多為箭狀，也有做成動(dòng)物形態(tài)，像公雞造型的。風(fēng)速計(jì)的箭羽部份會(huì)隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)速計(jì)需裝置於沒(méi)有建筑物或樹(shù)木等，阻擾風(fēng)移動(dòng)的地方。用途及適用范圍QDP系列熱球式電風(fēng)速計(jì)，用在采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)、氣象、農(nóng)業(yè)、冷藏干燥、勞動(dòng)衛(wèi)生調(diào)查等各方面，需要測(cè)定室內(nèi)外或模型的氣流速度時(shí)都可使用，是一種測(cè)量低風(fēng)速的基本儀器。該產(chǎn)品于一九八七年曾被北京市經(jīng)濟(jì)委員會(huì)評(píng)為北京市產(chǎn)品。工作原理本儀器由熱球式傳感器和測(cè)量?jī)x表兩部分組成。傳感器的頭部有一微小的玻璃球，球內(nèi)燒有加熱玻璃的鎳鉻絲線圈和兩個(gè)串連的熱電偶。熱電偶的冷端連接在磷銅質(zhì)的支柱上，直接暴露在氣流中，當(dāng)一定大小的電流通過(guò)加圈后，玻璃球被加熱到一定溫度，此溫度和氣流的速度有關(guān)，流速小時(shí)溫度較高，反之溫度較低。