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風速計的原理及應用
風速計的原理及應用
風速計簡介
風速計即風速儀。
風速計（anemometer）是測量空氣流速的儀器,。它的種類較多，氣象臺站常用的為風杯風速計,，它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應部分,，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上,，在風力的作用下,，風杯繞軸以正比于風速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。另一種旋轉(zhuǎn)式風速計為旋槳式風速計,，由一個三葉或四葉螺旋槳組成感應部分,，將其安裝在一個風向標的前端，使它隨時對準風的來向,。槳葉繞水平軸以正比于風速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),。
風速計原理
風速計其基本原理是將一根細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,，因此將金屬絲風速計稱為""。當流體沿垂直方向流過金屬絲時,，將帶走金屬絲的一部分熱量,，使金屬絲溫度下降。根據(jù)強迫對流熱交換理論,，可導出散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關系式,。標準的探頭由兩根支架張緊一根短而細的金屬絲組成，如圖2.1所示,。金屬絲通常用鉑,、銠、鎢等熔點高,、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，探頭還做成雙絲,、三絲、斜絲及V形,、X形等,。為了增加強度，有時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行校準,。靜態(tài)校準是在專門的標準風洞里進行的,，測量流速與輸出電壓之間的關系并畫成標準曲線；動態(tài)校準是在已知的脈動流場中進行的,，或在風速儀加熱電路中加上一脈動電信號,，校驗風速儀的頻率響應，若頻率響應不佳可用相應的補償線路加以改善,。
0至100m/s的流速測量范圍可以分為三個區(qū)段：低速：0至5m/s,；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s,。風速儀的熱敏式探頭用于0至5m/s的測量,；風速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭測量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,。正確選擇風速儀的流速探頭的一個附加標準是溫度,，通常風速儀的熱敏式傳感器的使用溫度約達+-70C。特制風速儀的轉(zhuǎn)輪探頭可達350C,。皮托管用于+350C以上,。
風杯風速計：
它是常見的一種風速計。轉(zhuǎn)杯式風速計早由英國魯賓孫發(fā)明,，當時是四杯,，后來改用三杯。三個互成度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面,，整個架子連同風杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上,。在風力的作用下風杯繞軸旋轉(zhuǎn),，其轉(zhuǎn)速正比于風速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點,、測速發(fā)電機或光電計數(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)的風速計。螺旋槳裝在一個風標的前部,，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對風的來風速計向,，它的轉(zhuǎn)速正比于風速。
風速計
一根被電流加熱的金屬絲,，流動的空氣使它散熱,，利用散熱速率和風速的平方根成線性關系，再通過電子線路線性化（以便于刻度和讀數(shù)）,，即可制成風速計,。風速計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,，它的表面另置有測溫元件。直熱式的多為鉑絲,，在測量風速的同時可以直接測定本身的溫度,。風速計在小風速時靈敏度較高，適用于對小風速測量,。它的時間常數(shù)只有百分之幾秒,，是大氣湍流和農(nóng)業(yè)氣象測量的重要工具。
數(shù)字風速計
數(shù)字風速儀是專為各種大型機械設備研制開發(fā)的大型智能風速傳感報警設備,，其內(nèi)部采用了* 數(shù)字風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。系統(tǒng)穩(wěn)定性高,、抗*力強,，檢測精度高，風杯采用特殊材料制成,，機械強度高、抗風能力強,，顯示器機箱設計新穎*,，堅固耐用,，安裝使用方便。所有的電接口均符合標準,，安裝時免調(diào)試,，適用于不同的工作環(huán)境,。
數(shù)字風速儀用于測量瞬時風速和平均風速,，具有自動監(jiān)測、實時顯示,、超限報警控制等功能。
聲學風速計
在聲波傳播方向的風速分量將增加（或減低）聲波傳播速度,，利用這種特性制作的聲學風速表可用來測量風速分量。聲學風速表至少有兩對感應元件,，每對包括發(fā)聲器和接收器各一個,。使兩個發(fā)聲器的聲波傳播方向相反,，如果一組聲波順著風速分量傳播，另一組恰好逆風傳播,，則兩個接收器收到聲脈沖的時間差值將與風速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩對元件,，就可以分別計算出水平風速,、風向和鉛直風速。由于超聲波具有抗干擾,、方向性好的優(yōu)點,，聲學風速表發(fā)射的聲波頻率多在超聲波段。
風速計應用
風速計的應用很廣泛,，在所有領域都能靈活運用，,，廣泛應用于電力,、鋼鐵,、石化、節(jié)能等行業(yè),，在北京奧運會中還有其他的應用,，帆船比賽，劃艇比賽,，野外射擊比賽等都需要用到風速儀來測量,。風速儀已經(jīng)較為*,，除了測量風速外同時還可以測風溫,、風量,。有很多行業(yè)都需要用到風速儀,，推薦使用的行業(yè)：出海捕撈業(yè),、各類風扇制造業(yè),、需要抽風排氣系統(tǒng)的行業(yè)等等,。
風速計不同的季節(jié)及不同的地理形勢,，都會令到大氣中的風向不斷變動。如海邊日夜的風向不同,，冬季及夏季亦有不同的季候風,。研究風向可幫助我們預測及研究氣候的變化,。研究風向需要使用風速計。風速計的設計多為箭狀,，也有做成動物形態(tài)，像公雞造型的,。風速計的箭羽部份會隨風向轉(zhuǎn)動。風速計需裝置於沒有建筑物或樹木等,，阻擾風移動的地方,。用途及適用范圍QDP系列熱球式電風速計,，用在采暖,、通風、空氣調(diào)節(jié),、氣象,、農(nóng)業(yè),、冷藏干燥、勞動衛(wèi)生調(diào)查等各方面,，需要測定室內(nèi)外或模型的氣流速度時都可使用,，是一種測量低風速的基本儀器。該產(chǎn)品于一九八七年曾被北京市經(jīng)濟委員會評為北京市產(chǎn)品,。工作原理本儀器由熱球式傳感器和測量儀表兩部分組成,。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，當一定大小的電流通過加圈后,，玻璃球被加熱到一定溫度,，此溫度和氣流的速度有關，流速小時溫度較高,，反之溫度較低,。