三种风速仪及其原理

三种风速测量仪及其工作原理

1.热式风速仪

将流速信号转变为电信号的一种测速仪器，也可测量流体温度或密度。其原理是，将一根通电加热的细金属丝（称热线）置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。它有两种工作模式：①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，因而两端电压变化，由此测量流速；②恒温式。热线的温度保持不变，如保持150℃，根据所需施加的电流可度量流速。恒温式比恒流式应用更广泛。

热线长度一般在～2毫米范围，直径在1～10微米范围，材料为铂、钨或铂铑合金等。若以一片很薄(厚度小于微米)的金属膜代替金属丝，即为热膜风速仪，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。热线除普通的单线式外，还可以是组合的双线式或三线式，用以测量各个方向的速度分量。从热线输出的电信号，经放大、补偿和数字化后输入计算机，可提高测量精度，自动完成数据后处理过程，扩大测速功能，如同时完成瞬时值和时均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流参数的测量。热线风速仪[1]与皮托管相比，具有探头体积小，对流场干扰小；响应快，能测量非定常流速；能测量很低速（如低达米／秒)等优点。

当在湍流中使用热敏式探头时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式探头。以上现象可以在管道测量过程中观察到。根据管理管道紊流的不同设计，甚至在低速时也会出现。因此，风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面不得有任何遮挡（棱角，重悬，物等）。

2.叶轮风速仪

风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开

头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。风速仪的大口径探头（60mm,100mm）适合于测量中、小流速的紊流（如在管道出口）。风速计的小口径探头更适于测量管道横截面积大于探头横截面积100倍以上的气流。

3.皮托管风速仪

18世纪为法国物理学家H.皮托发明。最简单的皮托管有一根端部带有小孔的金属细管为导压管，正对流束方向测出流体的总压力；另在金属细管前面附近的主管道壁上再引出一根导压管，测得静压力。差压计与两导压管相连，测出的压力即为动压力。根据伯努利定理，动压力与流速的平方成正比。因此用皮托管可测出流体的流速。在结构上进行改进后即成为组合式皮托管，即皮托-静压管。它是一根弯成直角的双层管。外套管与内套管之间封口，在外套管周围有若干小孔。测量时，将此套管插入被测管道中间。内套管的管口正对流束方向，外套管周围小孔的孔口恰与流束方向垂直，这时测出内外套管的压差即可计算出流体在该点的流速。皮托管常用以测量管道和风洞中流体的速度，也可测量河流速度。如果按规定测量得到各截面的流速，经过积分即可用以测量管道中流体的流量。但当流体中含有少量颗粒时，有可能堵塞测量孔，所以它只适于测量无颗粒流体的流量。所以，皮托管也可以用于测量风速及风的流量，这就是皮托管风速仪的原理。

蒋欢