Un anemometro a filo caldo è un tipo di dispositivo, utilizzato per misurare la velocità e la direzione del vento. Questi sono utilizzati come strumenti di velocità del vento nel settore meteorologico. Nel xv secolo, Leon Battista Alberti inventò il primo anemometro meccanico. Dopo diverse modifiche, John Thomas Romney Robinson nel 1846, ha migliorato il design utilizzando tazze e ruote meccaniche.
Gli anemometri sono classificati in due tipi come il tipo di pressione e il tipo di velocità. Gli anemometri a filo caldo sono gli anemometri di tipo velocità che vengono utilizzati per misurare la direzione e la velocità istantanea del flusso di fluido. Questo articolo descrive il principio di un anemometro a filo caldo e il suo funzionamento.
Che cosa è anemometro a filo caldo?
Definizione: Gli anemometri a filo caldo sono uno dei tipi di anemometri termici utilizzati per misurare la direzione e la velocità del flusso di fluido misurando la perdita di calore del filo, che viene mantenuto in un flusso di fluido. Poiché la corrente elettrica viene passata per riscaldare il filo. L’anemometro a filo caldo viene utilizzato nella meccanica dei fluidi come strumento di ricerca.
Il principio di funzionamento si basa sul cambiamento di temperatura del filo, che va dall’alto al basso. Determina la relazione tra la resistenza del filo e la velocità del vento. Viene utilizzato per misurare la velocità del vento posizionando il sensore nel flusso di vento che deve essere misurato. La velocità istantanea del fluido può essere determinata dalle misurazioni della tensione.
Gli anemometri a filo caldo sono classificati in due categorie. Lo sono,
- Anemometro a corrente costante
- Anemometro a temperatura costante.
L’anemometro a filo caldo è delicato con una risposta ad alta frequenza e un’eccellente risoluzione spaziale. La misurazione della velocità di raffreddamento del filo può essere eseguita in flussi turbolenti o in qualsiasi flusso di liquido con fluttuazioni di velocità. In alcuni casi, la direzione del vento non può essere determinata a meno che l’anemometro a filo caldo non sia accoppiato con la banderuola.
Gli anemometri a filo caldo commerciali sono disponibili con una risposta in frequenza piatta fino a 17KHz (<3dB) ad una velocità media di 9,1 m/sec
Schema elettrico dell’anemometro a filo caldo
Lo schema elettrico di base dell’anemometro a filo caldo è mostrato di seguito.
Schema elettrico dell’anemometro a filo caldo
Il filo di calore / filo caldo è posto in un tubo riempito con un flusso di gas fluido. I cavi prelevati dal filo sono collegati al ponte di Wheatstone per misurare la variazione di resistenza del filo. Il puntatore di deflessione del galvanometro aiuta a misurare la portata quando calibrato.
Il principio di un anemometro a filo caldo si basa sulla velocità di raffreddamento del filo caldo dalla velocità del vento. Questo può essere determinato utilizzando il metodo della temperatura costante o il metodo della corrente costante come discusso di seguito.
Il funzionamento di un anemometro a filo caldo è semplice. Quando il filo caldo viene mantenuto in un flusso di gas liquido, il calore viene trasferito dal filo al gas. Pertanto la temperatura del filo diminuisce e cambia nella resistenza del filo. Questa variazione nella resistenza del filo viene utilizzata nella misura della portata del flusso di liquido.
Costruzione dell’anemometro a filo caldo
L’anemometro a filo caldo di base è dotato di due sonde con un filo sottile teso tra di loro. Il filo sottile viene riscaldato dall’anemometro ad una certa temperatura nota. Quando il vento passa attraverso il filo, inizia a raffreddarsi. Questo strumento viene utilizzato per determinare la velocità del vento misurando la perdita di calore del filo. Poiché il sensore è posto nel flusso del vento, che deve essere misurato.
Costruzione di anemometro a filo caldo
Le due parti importanti necessarie per la costruzione di un anemometro a filo caldo sono il ponte di Wheatstone e i fili conduttori. I fili conduttori sono collegati all’interno del corpo ceramico dell’anemometro. I cavi prelevati dal corpo ceramico sono collegati al ponte di Wheatstone, per misurare la variazione di resistenza del filo. Lo schema elettrico dell’anemometro a filo caldo di base è mostrato di seguito.
Funzionamento dell’anemometro a filo caldo
Il funzionamento di un anemometro a filo caldo può essere spiegato in due modi per misurare la portata. Lo sono,
- Metodo a corrente costante
- Metodo a temperatura costante
Metodo a corrente costante
In questo metodo, l’anemometro viene mantenuto nel flusso di gas fluido per misurare la sua portata. La corrente a un livello di grandezza costante è necessaria per essere passata attraverso il filo. Il livello di tensione del ponte di Wheatstone dovrebbe essere costante. Lo schema elettrico dell’anemometro a filo caldo con il ponte di Wheatstone è mostrato di seguito.
Metodo a corrente costante
Il calore viene trasferito dal filo al flusso di fluido quando il filo viene mantenuto nel flusso di fluido. Il cambiamento di calore cambia la resistenza del filo. Ciò significa che il calore e la resistenza del filo sono direttamente proporzionali. Se il calore viene ridotto, la resistenza del filo diminuisce automaticamente.
La variazione della resistenza viene misurata utilizzando il ponte di Wheatstone, che è uguale alla portata del fluido. Il filo utilizzato nel funzionamento dell’anemometro a filo caldo è anche noto come filo di rilevamento. Osservare la deflessione del galvanometro per misurare la portata del gas quando calibrato.
Metodo di temperatura costante
In questo metodo, il riscaldamento del filo avviene attraverso una corrente elettrica. Quando il filo caldo viene inserito nel flusso di gas liquido, il calore viene trasferito dal filo al liquido. Quindi, il cambiamento di temperatura del filo caldo cambia la sua resistenza. Il principio di funzionamento è che la temperatura e la resistenza del filo dovrebbero rimanere a un livello costante.
Metodo a temperatura costante
Quindi la corrente che passa attraverso il filo viene aumentata per riportare la resistenza e la temperatura del filo nella loro posizione iniziale. La misura della portata del gas è uguale alla corrente totale necessaria per riportare la resistenza e la temperatura del filo alla condizione iniziale. Lo schema elettrico di un anemometro a filo caldo con un metodo a temperatura costante è mostrato di seguito. Il voltmetro è collegato attraverso il circuito del ponte per determinare la variazione di resistenza dalle misure di tensione.
Vantaggi
I vantaggi di un anemometro a filo caldo sono elencati di seguito.
- I componenti elettronici utilizzati nel design sono a prezzi accessibili e precisi
- Offre un’elevata sensibilità
- La risoluzione spaziale dell’anemometro a filo caldo è eccellente.
- Fornisce una risposta ad alta frequenza. Che è maggiore di 10 kHz
- Può funzionare ad alte temperature
- Lo strumento è piccolo e il suo funzionamento è molto semplice perché non c ‘ è sensore aggiuntivo.
- Ha capacità di gestione dei dati per raccogliere dati significativi.
- Il rapporto tra segnale e rumore è basso.
- Esiste la possibilità di elevate portate del fluido.
- È un dispositivo ben consolidato, affidabile e preciso.
- Può misurare flussi turbolenti e laminari.
Svantaggi
I pochi svantaggi dell’anemometro a filo caldo sono,
- È un dispositivo di tipo fragile e può essere utilizzato solo in fluidi di gas puliti.
- La ricalibrazione di un dispositivo è necessaria a causa dell’accumulo di polvere.
- L’intensità della turbolenza è elevata
- Le sonde dello strumento potrebbero rompersi.
- Problemi di contaminazione
- Problemi di trasferimento di calore tra la sonda e la superficie
- I problemi di deflessione del puntatore dovuti al cambiamento della temperatura atmosferica.
- La potenza necessaria per far funzionare il dispositivo è maggiore.
Equazione dell’anemometro a filo caldo
In un anemometro a filo caldo, il calore al filo viene trasferito elettricamente quando viene inserito nel flusso del fluido. La temperatura del filo con resistenza viene misurata utilizzando un ponte di Wheatstone. Per misurare la corrente di riscaldamento, la temperatura del filo dovrebbe rimanere costante. In questo caso, il ponte passa a una condizione equilibrata. Considerare lo schema elettrico dell’anemometro a filo caldo come mostrato sopra per ricavare l’equazione della velocità del flusso di calore.
La resistenza standard e il filo di riscaldamento sono collegati in serie tra loro. Dal valore della caduta di tensione attraverso il resistore, si ottiene la corrente attraverso il filo di riscaldamento. Tuttavia, il potenziometro viene utilizzato per misurare il valore di caduta di tensione attraverso il resistore.
Per determinare la perdita di calore dal filo di riscaldamento, viene utilizzata la seguente equazione.
Cioè, a(vp + b) ^½ J/s
Dove ‘v’ è la velocità del flusso di calore
‘ρ’ è la densità del fluido
‘a’ & ‘b’ sono le costanti, in cui il loro valore dipende dalla dimensione e dalle proprietà fisiche del filo e del fluido.
Lascia che ‘I’ sia la corrente del filo di riscaldamento.
‘R’ è la resistenza del filo.
In condizioni di equilibrio, il calore generato è uguale alla perdita di calore.
Cioè
I2R = a(vp + b) ½
v = / ρ
La temperatura e la resistenza dell’anemometro a filo caldo sono mantenute costanti per la misurazione della velocità del fluido mediante misurazione della corrente I.
Applicazioni
Di seguito sono riportate alcune delle applicazioni degli anemometri a filo caldo.
- Utilizzato per monitorare e controllare cappe di flusso, sistemi di scarico e sistemi HVAC
- Utilizzato per misurare la velocità istantanea del fluido.
- Utilizzato per misurare aree con temperatura ambiente costante e velocità del vento inferiore.
- Utilizzato nelle industrie automobilistiche per monitorare il consumo d’aria di un motore.
- Utilizzato in elettronica industriale, per calcolare il flusso d’aria, l’umidità, la temperatura di componenti elettronici, chip per computer, PCB, recinzioni elettroniche, data center e apparecchiature montati
- Usato nell’industria farmaceutica per monitorare il flusso d’aria per la biosicurezza, le cabine chimiche, fumi e cappe a flusso laminare
- Utilizzata dai professionisti HVAC per monitorare e rilevare le variazioni di velocità e direzione del flusso d’aria per il test delle prestazioni e della sicurezza del complesso dei sistemi di ventilazione.
Si prega di fare riferimento a questo link per saperne di più su Bolometer.
Si prega di fare riferimento a questo link per saperne di più su Misura e strumentazione MCQs.
Quindi, si tratta di una panoramica degli anemometri Hotwire-definizione, schema elettrico, principio di funzionamento, costruzione, funzionamento, derivazione delle equazioni, vantaggi, svantaggi e applicazioni. Gli anemometri hotwire sono anche indicati come sensori di flusso a filo caldo, che sono comunemente usati per misurare la velocità del flusso d’aria rilevando la quantità di calore rimosso dalla superficie dell’elemento utilizzando una serie di sensori o un singolo sensore. Ecco una domanda per te, ” Quali sono le applicazioni degli anemometri a film caldo? “