Un anémomètre à fil chaud est un type d’appareil, utilisé pour mesurer la vitesse et la direction du vent. Ceux-ci sont utilisés comme instruments de vitesse du vent dans le secteur de la météorologie. Au 15ème siècle, Leon Battista Alberti a inventé le premier anémomètre mécanique. Après plusieurs modifications, John Thomas Romney Robinson en 1846, a amélioré la conception en utilisant des tasses et des roues mécaniques.
Les anémomètres sont classés en deux types comme le type de pression et le type de vitesse. Les anémomètres à fil chaud sont des anémomètres de type vitesse utilisés pour mesurer la direction et la vitesse instantanée du flux de fluide. Cet article décrit le principe d’un anémomètre à fil chaud et son fonctionnement.
Qu’est-ce qu’un anémomètre à fil chaud?
Définition: Les anémomètres à fil chaud sont l’un des types d’anémomètres thermiques utilisés pour mesurer la direction et la vitesse du flux de fluide en mesurant la perte de chaleur du fil, qui est maintenu dans un flux de fluide. Puisque le courant électrique est passé pour chauffer le fil. L’anémomètre à fil chaud est utilisé en mécanique des fluides comme outil de recherche.
Le principe de fonctionnement est basé sur le changement de température du fil, qui va de haut en bas. Il détermine la relation entre la résistance du fil et la vitesse du vent. Il est utilisé pour mesurer la vitesse du vent en plaçant le capteur dans le flux de vent à mesurer. La vitesse instantanée du fluide peut être déterminée à partir des mesures de tension.
Les anémomètres à fil chaud sont classés en deux catégories. Ils sont,
- Anémomètre à courant constant
- Anémomètre à température constante.
L’anémomètre à fil chaud est délicat avec une réponse haute fréquence et une excellente résolution spatiale. La mesure de la vitesse de refroidissement du fil peut être effectuée soit dans des flux turbulents, soit dans n’importe quel flux liquide avec des fluctuations de vitesse. Dans certains cas, la direction du vent ne peut être déterminée que si l’anémomètre à fil chaud est couplé à la girouette.
Les anémomètres à fil chaud commerciaux sont disponibles avec une réponse en fréquence plate allant jusqu’à 17 kHz (< 3dB) à une vitesse moyenne de 9,1 m / sec
Schéma de circuit d’anémomètre à fil chaud
Le schéma de base de l’anémomètre à fil chaud est illustré ci-dessous.
Schéma de circuit d’Anémomètre à Fil Chaud
Le fil chauffant / fil chaud est placé dans un tuyau rempli d’un flux de gaz fluide. Les fils sortis du fil sont connectés au pont de Wheatstone pour mesurer la variation de résistance du fil. Le pointeur de déviation du galvanomètre permet de mesurer le débit lors de l’étalonnage.
Le principe d’un anémomètre à fil chaud est basé sur la vitesse de refroidissement du fil chaud par la vitesse du vent. Cela peut être déterminé en utilisant la méthode de la température constante ou la méthode du courant constant comme indiqué ci-dessous.
Le fonctionnement d’un anémomètre à fil chaud est simple. Lorsque le fil chaud est maintenu dans un flux de gaz liquide, la chaleur est transférée du fil au gaz. Par conséquent, la température du fil diminue et la résistance du fil change. Cette variation de résistance du fil est utilisée dans la mesure du débit du flux de liquide.
Construction de l’anémomètre à fil chaud
L’anémomètre à fil chaud de base est livré avec deux sondes avec un fil fin tendu entre elles. Le fil mince est chauffé par l’anémomètre à une certaine température connue. Lorsque le vent passe à travers le fil, il commence à refroidir. Cet instrument est utilisé pour déterminer la vitesse du vent en mesurant la perte de chaleur du fil. Puisque le capteur est placé dans le flux de vent, qui doit être mesuré.
Construction d’un Anémomètre à Fil Chaud
Les deux parties importantes nécessaires à la construction d’un anémomètre à fil chaud sont le pont de Wheatstone et les fils conducteurs. Les fils conducteurs sont connectés à l’intérieur du corps en céramique de l’anémomètre. Les fils sortis du corps en céramique sont reliés au pont de Wheatstone, pour mesurer la variation de résistance du fil. Le schéma de base de l’anémomètre à fil chaud est illustré ci-dessous.
Fonctionnement de l’anémomètre à fil chaud
Le fonctionnement d’un anémomètre à fil chaud peut être expliqué de deux manières pour mesurer le débit. Ils sont,
- Méthode à courant constant
- Méthode à température constante
Méthode à courant constant
Dans cette méthode, l’anémomètre est maintenu dans le flux de gaz fluide pour mesurer son débit. Le courant à un niveau de magnitude constant doit être passé à travers le fil. Le niveau de tension du pont de Wheatstone doit être constant. Le schéma de l’anémomètre à fil chaud avec le pont de Wheatstone est illustré ci-dessous.
Méthode à courant constant
La chaleur est transférée du fil au flux de fluide lorsque le fil est maintenu dans le flux de fluide. Le changement de chaleur modifie la résistance du fil. Cela signifie que la chaleur et la résistance du fil sont directement proportionnelles. Si la chaleur est réduite, la résistance du fil diminue automatiquement.
La variation de la résistance est mesurée en utilisant le pont de Wheatstone, qui est égal au débit du fluide. Le fil utilisé dans le fonctionnement de l’anémomètre à fil chaud est également appelé fil de détection. Observez la déflexion du galvanomètre pour mesurer le débit du gaz lorsqu’il est étalonné.
Méthode à température constante
Dans cette méthode, le chauffage du fil se fait par un courant électrique. Lorsque le fil chaud est placé dans le flux de gaz liquide, la chaleur est transférée du fil au liquide. Ensuite, le changement de température du fil chaud modifie sa résistance. Le principe de fonctionnement est que la température et la résistance du fil doivent rester à un niveau constant.
Méthode à Température Constante
Par conséquent, le courant traversant le fil est augmenté pour ramener la résistance et la température du fil à leur position initiale. La mesure du débit du gaz est égale au courant total nécessaire pour ramener la résistance et la température du fil à l’état initial. Le schéma de circuit d’un anémomètre à fil chaud avec une méthode à température constante est illustré ci-dessous. Le voltmètre est connecté à travers le circuit en pont pour déterminer la variation de résistance à partir des mesures de tension.
Avantages
Les avantages d’un anémomètre à fil chaud sont énumérés ci-dessous.
- Les composants électroniques utilisés dans la conception sont à des tarifs abordables et précis
- Il offre une sensibilité élevée
- La résolution spatiale de l’anémomètre à fil chaud est excellente.
- Le fournit une réponse haute fréquence. C’est supérieur à 10kHz
- Il peut fonctionner à des températures élevées
- L’instrument est petit et son fonctionnement est très simple car il n’y a pas de capteur supplémentaire.
- Il dispose de capacités de traitement des données pour collecter des données significatives.
- Le rapport signal/bruit est faible.
- Il existe une possibilité de débits élevés du fluide.
- C’est un appareil bien établi, fiable et précis.
- Il peut mesurer des écoulements turbulents et laminaires.
Inconvénients
Les quelques inconvénients de l’anémomètre à fil chaud sont,
- C’est un appareil de type fragile et ne peut être utilisé que dans des fluides gazeux propres.
- Le recalibrage d’un appareil est nécessaire en raison de l’accumulation de poussière.
- L’intensité de la turbulence est élevée
- Les sondes de l’instrument risquent de se briser.
- Problèmes de contamination
- Problèmes de transfert de chaleur entre la sonde et la surface
- Problèmes de déviation du pointeur dus au changement de température atmosphérique.
- La puissance requise pour faire fonctionner l’appareil est supérieure.
Équation d’anémomètre à fil chaud
Dans un anémomètre à fil chaud, la chaleur du fil est transférée électriquement lorsqu’il est placé dans le flux de fluide. La température du fil avec résistance est mesurée à l’aide d’un pont de Wheatstone. Pour mesurer le courant de chauffage, la température du fil doit rester constante. Dans ce cas, le pont passe à un état équilibré. Considérez le schéma de circuit de l’anémomètre à fil chaud comme indiqué ci-dessus pour dériver l’équation de la vitesse du flux de chaleur.
La résistance standard et le fil chauffant sont connectés en série l’un avec l’autre. À partir de la valeur de chute de tension aux bornes de la résistance, le courant à travers le fil chauffant est obtenu. Cependant, le potentiomètre est utilisé pour mesurer la valeur de chute de tension aux bornes de la résistance.
Pour déterminer la perte de chaleur du fil chauffant, l’équation suivante est utilisée.
C’est-à-dire a (vp + b) ^ ½ J / s
Où ‘v’ est la vitesse du flux thermique
‘ρ’ est la densité du fluide
‘a’ & ‘b’ sont les constantes, dans lesquelles leur valeur dépend de la dimension et des propriétés physiques du fil et du fluide.
Soit « I » le courant du fil chauffant.
‘R’ soit la résistance du fil.
À l’état équilibré, la chaleur générée est égale à la perte de chaleur.
C’est-à-dire
I2R = a(vp+b) ½
v =/ρ
La température et la résistance de l’anémomètre à fil chaud sont maintenues constantes pour la mesure du débit de fluide par mesure du courant I.
Applications
Certaines des applications des anémomètres à fil chaud sont données ci-dessous.
- Utilisé pour surveiller et vérifier les hottes de débit, les systèmes d’échappement et les systèmes CVC
- Utilisé pour mesurer la vitesse instantanée du fluide.
- Utilisé pour mesurer des zones à température ambiante constante et vitesse du vent inférieure.
- Utilisé dans les industries automobiles pour surveiller la consommation d’air d’un moteur.
- Utilisé en électronique industrielle pour calculer le débit d’air, l’humidité et la température sur les composants électroniques, les puces informatiques, les circuits imprimés, les boîtiers électroniques, les salles de centre de données et les équipements montés
- Utilisé dans l’industrie pharmaceutique pour surveiller le débit d’air dans les cabines de biosécurité, les fumées chimiques et les hottes à flux laminaire
- Utilisé par les professionnels du CVC pour surveiller et détecter les changements de vitesse et de direction du flux d’air pour les tests de performance et la sécurité des systèmes de ventilation complexes.
Veuillez consulter ce lien pour en savoir plus sur le bolomètre.
Veuillez consulter ce lien pour en savoir plus sur les QCM de mesure et d’instrumentation.
Il s’agit donc d’un aperçu des anémomètres à fil chaud – définition, schéma de circuit, principe de fonctionnement, construction, fonctionnement, dérivation d’équations, avantages, inconvénients et applications. Les anémomètres à fil chaud sont également appelés capteurs de débit à fil chaud, qui sont couramment utilisés pour mesurer le débit d’air en détectant la quantité de chaleur retirée de la surface de l’élément à l’aide d’un réseau de capteurs ou d’un seul capteur. Voici une question pour vous, « Quelles sont les applications des anémomètres à film chaud? «