en varm trådmätare är en typ av enhet, används för att mäta vindens hastighet och riktning. Dessa används som vindhastighetsinstrument i meteorologisektorn. På 15-talet uppfann Leon Battista Alberti den första mekaniska anemometern. Efter flera modifieringar, John Thomas Romney Robinson 1846, förbättrade designen genom att använda koppar och mekaniska hjul.
anemometrar klassificeras i två typer som Trycktyp och hastighetstyp. De varm tråd anemometrar är hastighetstyp anemometrar som används för att mäta riktningen och momentan hastighet av fluidströmmen. Denna artikel beskriver principen för en varm trådmätare och dess funktion.
Vad är Hot Wire Anemometer?
Definition: Varmtrådsanemometrar är en av de typer av termiska anemometrar som används för att mäta riktningen och hastigheten hos vätskeströmmen genom att mäta värmeförlusten hos tråden, som hålls i en vätskeström. Eftersom den elektriska strömmen passeras för att värma ledningen. Hot wire anemometer används i fluidmekanik som ett forskningsverktyg.
arbetsprincipen är baserad på förändringen i trådens temperatur, som är från hög till låg. Det bestämmer förhållandet mellan trådens motstånd och vindhastigheten. Den används för att mäta vindens hastighet genom att placera sensorn i vindströmmen som ska mätas. Vätskans momentana hastighet kan bestämmas utifrån spänningsmätningarna.
de heta trådmätarna klassificeras i två kategorier. De är,
- konstant ström anemometer
- konstant temperatur anemometer.
den heta trådanemometern är känslig med ett högfrekvent svar och utmärkt rumslig upplösning. Mätningen av hastigheten för kylning av tråd kan göras i antingen turbulenta flöden eller någon flytande ström med hastighetsvariationer. I vissa fall kan vindriktningen inte bestämmas om inte den heta trådmätaren är kopplad till vindvingen.
de kommersiella varmtrådsanemometrarna är tillgängliga med ett platt frekvenssvar på upp till 17 kHz (<3dB) vid en genomsnittlig hastighet av 9,1 m/sek
kretsschema för Varmtrådsanemometer
det grundläggande kretsschemat för varmtrådsanemometer visas nedan.
het tråd Anemometer kretsschema
värmetråden / hettråden placeras i ett rör fyllt med en fluidgasström. Ledningarna som tas ut från tråden är anslutna till Wheatstone bridge för att mäta variationen i trådens motstånd. Galvanometerns avböjningspekare hjälper till att mäta flödeshastigheten vid kalibrering.
principen för en varm tråd anemometer är baserad på hastigheten för kylning av den heta tråden av vindhastigheten. Detta kan bestämmas genom att använda antingen den konstanta temperaturmetoden eller den konstanta strömmetoden som diskuteras nedan.
arbetet med en varm tråd anemometer är enkel. När den heta tråden hålls i en flytande gasström överförs värmen från tråden till gasen. Därför minskar trådens temperatur och förändras i trådens motstånd. Denna variation i trådens motstånd utnyttjas vid mätning av flödeshastigheten för vätskeströmmen.
konstruktion av varm tråd Anemometer
den grundläggande varm tråd anemometern levereras med två sonder med en tunn tråd sträckt mellan dem. Den tunna tråden värms upp av anemometern till en viss känd temperatur. När vinden passerar genom tråden börjar den svalna. Detta instrument används för att bestämma vindens hastighet genom att mäta värmeförlusten hos tråden. Eftersom sensorn är placerad i vindströmmen, som ska mätas.
konstruktion av varm tråd Anemometer
de två viktiga delarna som är nödvändiga för byggandet av en varm tråd anemometer är Wheatstone bridge och ledande ledningar. De ledande ledningarna är anslutna inuti anemometerns keramiska kropp. Ledningarna som tas ut från den keramiska kroppen är anslutna till Wheatstone-bron för att mäta variationen i trådens motstånd. Den grundläggande het tråd anemometer kretsschema visas nedan.
bearbetning av varm tråd Anemometer
arbetet med en varm tråd anemometer kan förklaras på två sätt för att mäta flödeshastigheten. De är,
- konstant strömmetod
- konstant temperaturmetod
konstant Strömmetod
i denna metod hålls anemometern i fluidgasströmmen för att mäta dess flödeshastighet. Strömmen vid en konstant storleksnivå behövs för att passera genom tråden. Spänningsnivån på Wheatstone bridge bör vara konstant. Kretsschemat för den heta trådmätaren med Wheatstone-bron visas nedan.
konstant Strömmetod
värmen överförs från ledningen till vätskeströmmen när tråden hålls i vätskeströmmen. Förändringen i värme förändrar trådens motstånd. Det betyder att trådens värme och motstånd är direkt proportionella. Om värmen reduceras minskar trådens motstånd automatiskt.
variationen i motståndet mäts med hjälp av Wheatstone-bron, som är lika med vätskans flödeshastighet. Den tråd som används vid driften av den heta trådanemometern är också känd som avkänningstråd. Observera galvanometerböjningen för att mäta gasens flödeshastighet vid kalibrering.
konstant Temperaturmetod
i denna metod görs uppvärmning av tråd genom en elektrisk ström. När den heta tråden placeras i den flytande gasströmmen överförs värmen från tråden till vätskan. Därefter ändrar temperaturförändringen hos den heta ledningen sitt motstånd. Arbetsprincipen är att trådens temperatur och motstånd ska förbli på en konstant nivå.
konstant Temperaturmetod
därför ökas strömmen som passerar genom tråden för att få tillbaka trådens motstånd och temperatur till sin ursprungliga position. Mätningen av gasens flödeshastighet är lika med den totala strömmen som krävs för att återställa trådens motstånd och temperatur till det ursprungliga tillståndet. Kretsschemat för en hettrådsanemometer med en konstant temperaturmetod visas nedan. Voltmätaren är ansluten över brokretsen för att bestämma motståndsvariationen från spänningsmätningarna.
fördelar
fördelarna med en varm tråd anemometer listas nedan.
- de elektroniska komponenterna som används i designen är till överkomliga priser och exakta
- det erbjuder hög känslighet
- den rumsliga upplösningen på den heta trådmätaren är utmärkt.
- ger ett högfrekvent svar. Det är större än 10KHz
- det kan fungera vid höga temperaturer
- instrumentet är litet och dess funktion är mycket enkel eftersom det inte finns någon extra sensor.
- den har datahanteringsfunktioner för att samla in meningsfulla data.
- förhållandet mellan signal och brus är lågt.
- det finns en möjlighet till höga flöden av vätskan.
- det är en väletablerad, pålitlig och korrekt enhet.
- det kan mäta turbulenta och laminära flöden.
nackdelar
de få nackdelarna med hot wire anemometer är,
- det är en ömtålig typ och kan endast användas i rena gasvätskor.
- omkalibrering av en anordning är nödvändig på grund av ansamling av damm.
- turbulensintensiteten är hög
- instrumentets sonder kan gå sönder.
- föroreningsproblem
- Värmeöverföringsproblem mellan sonden och ytan
- pekarens avböjningsproblem på grund av förändringen i atmosfärstemperaturen.
- den effekt som krävs för att använda enheten är mer.
het tråd Anemometer ekvation
i en varm tråd anemometer överförs värmen till tråden elektriskt när den placeras i vätskeströmmen. Trådens temperatur med motstånd mäts med hjälp av en Wheatstone-bro. För att mäta värmeströmmen bör trådens temperatur förbli konstant. I detta fall går bron till ett balanserat tillstånd. Tänk på det heta trådanemometerkretsdiagrammet som visas ovan för att härleda värmeflödeshastighetsekvationen.
standardmotståndet och värmetråden är anslutna i serie med varandra. Från värdet av spänningsfallet över motståndet erhålls strömmen över värmekabeln. Potentiometern används emellertid för att mäta spänningsfallsvärdet över motståndet.
för att bestämma värmeförlusten från värmekabeln används följande ekvation.
det vill säga a(vp + b) ^2957 J/s
där ’v’ är värmeflödeshastigheten
’2991’ är vätsketätheten
’a’ & ’b’ är konstanterna, där deras värde beror på dimensionen och fysikaliska egenskaper hos tråd och vätska.
låt ’jag’ vara strömmen för värmekabeln.
’R’ är trådens motstånd.
vid balanserat tillstånd är genererad värme lika med värmeförlusten.
det vill säga
i2r = a(vp + b),
v=/,
temperaturen och motståndet hos den heta trådanemometern hålls konstant för mätning av vätskefrekvensen genom aktuell i-mätning.
tillämpningar
några av tillämpningarna av het tråd anemometrar ges nedan.
- används för att övervaka och kontrollera flödeshuvar, avgassystem och HVAC-system
- används för att mäta vätskans momentana hastighet.
- används för att mäta områden med konstant omgivningstemperatur och lägre Vindhastighet.
- används i fordonsindustrin för att övervaka luftförbrukningen hos en motor.
- används i industriell elektronik för att beräkna luftflöde, fuktighet och temperatur på elektroniska komponenter, datorchips, PCB, elektroniska kapslingar, datacenterrum och monterad utrustning
- används inom läkemedelsindustrin för att övervaka luftflödet i biosäkerhetshytter, kemiska rök och laminära flödeshuvar
- används av VVS-proffs för att övervaka och upptäcka förändringar i hastighet och riktning för luftflödet för prestandatestning och säkerhet för de komplexa ventilationssystemen.
se denna länk för att veta mer om Bolometer.
se denna länk för att veta mer om mätning och instrumentering MCQs.
således handlar det om en översikt över Hotwire – anemometrar-definition, kretsschema, arbetsprincip, konstruktion, arbete, ekvationsavledning, fördelar, nackdelar och applikationer. Hotwire anemometrar kallas också heta trådflödessensorer, som vanligtvis används för att mäta luftflödet genom att känna av mängden värme som avlägsnas från elementets yta med hjälp av en uppsättning sensorer eller en enda sensor. Här är en fråga till dig, ” Vad är tillämpningarna av heta filmanemometrar? ”