气流速度测量-(上).

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热线的主要优点--利用极细的金属丝做成具有较大长度直径比
的探针，既减少热传导的影响，又具有相当好的空间分辨率。频 率响应高。
热膜探针的特点：
频率响应范围比热线窄。上限仅为100kHz 工作温度较低，只比环境温度高20度 工艺复杂，制造困难 机械强度比热线高 受振动的影响小，不存在内应力的问题 阻值可由控制热膜厚度来调节 热传导损失较小
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智能流速测量系统(第三代风速计，1995年以后)
1. 预移相线路模型, 具有五阶的动态方程, 完全革除了全部调 节参量, 调节简单。 2. 动态偏置的新概念和同步偏置的新线路, 线路稳定, 频带宽, 动态性能好, 免去了方波试验。 3. 利用CPU技术, 具有智能化功能, 多功能多用途的软件包,自 动化程度有重大提高。
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ห้องสมุดไป่ตู้
现代的流动测量仪器有着共同特点：
利用光纤技术、芯片技术、激光技术、数字信号 处理技术、图形图象处理技术以及计算机技术等 手段，沿着集成化、智能化、数字化、精确化、 光电一体化等思路迅速发展。
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二、散热率法测量流速
散热率法测量流速的原理，是将发热的测速传感 器置于被测流体中，利用发热的测速传感器的散 热率与流体流速成比例的特点，通过测定传感器 的散热率来获得流体的流速。 卡他温度计 热线（膜）风速仪
圆柱形热膜探针的优点
不易被打断或碰伤 细微粒不会遮断热膜 有效地拉紧，重复性好
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连续流中金属丝的热耗散规律
热传导过程 --- 在设计中使之最小 热辐射过程 --- 温差小 自由对流过程 --- 流速大 强迫对流过程
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与热损耗有关的因素
介质的速度 热线与介质之间的温度差 介质的物理特性 --- 导热、密度、粘度、浓度 金属丝的物理特性 --- 电阻温度系数、热导率、
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•当风速增加，热线变冷，电阻Rs降低，1点的电压随之降低
•1点电压的降低引起了放大器负端电压增加，从而使E12增 加
•E12的增加意味着电桥电压Eb的增加，
•Eb的增加导致了通过敏感元件是电流Is增大
•Is的增大意味着重新加热敏感元件，从而使1点电压获得升 高，结果减少了E12，使系统恢复平衡。
对热线材料的要求（镀铂钨丝）
电阻温度系数要高 机械强度要好 电阻率要大 热传导率要小 最大可用温度要高
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热线探针--将金属丝的两 端焊接到两根叉杆上,叉杆 的另一端引出线, 再加上 保护罩并且在保护罩和叉 杆之间装以绝缘填料,就构 成了热线探针。起敏感元 件作用的只有中间部分。
热膜探针--由热膜、衬底、绝缘层和导线几部分构成。所谓热膜 就是喷溅在衬底上的一层很薄的铂金膜，用熔焊方法将它固定 在楔形或圆柱形石英骨架上，其上加有加热电流。
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热线热膜风速计（HWFA）的新发展
恒流式风速计(第一代风速计, 五十年代以前) 恒温式风速计(第二代风速计, 五十年代以后)
反应快, 时间常数小，热滞后效应小，频率响应宽(1MHz)。 三阶动态方程，具有三个以上的调节参量，调节过程中互相 制约，互相影响；系统很不稳定，需要做方波试验，调节麻 烦；频带较窄，不适于在高频流动中使用。
电阻率 线的尺寸 介质的可压缩性 流动方向与热线方向之间的夹角
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a 恒流型热线风速仪
如果在热线工作过程中，人为地用一恒值电 流对热线加热，由于流体对热线对流冷却， 且冷却能力随着流速的增大而加强。当流速 呈稳态时，则可根据热线电阻值的大小确定 流体的速度。
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Rw
应关系是建立在输出电压E和流动速度U之间的。 对于接近于大气压条件下的大多数实用情形，可以忽略密度变化
的影响，校准表达式如下： E2 A BUn
式中E为风速计输出电压，A,B为以来于热线尺寸、流体物理特性和 流动条件的常数，指数n在一定的速度范围内恒定，在大范围内随 速度而变。
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热线探头的实际特性曲线必须经过风洞校准试验求得
R f a ' b ' un
a ' b ' un

I
2 w
R
f
电路简 单
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b 恒温型热线风速仪
如果在热线工作过程中，始终保持热线的温度不变， 则可通过测得流经热线的电流值来确定流体的速度。
在实际测量电路中，测量的不是流经电路的电流， 而是惠斯顿电桥的桥顶电压。
恒温风速计的基本原理就是利用反馈电路使热线温 度和电阻保持恒定。
按一个已知速度U，对应在风速计上读出一个电压值E来做出E-U 曲线，也就是校准曲线。产生这种已知速度U的装置称之为校准 装置。
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(6) 热线风速仪的动态特性
热线风速仪用于非稳定气流的测量时，应考虑热线的热惯性 造成的输出电压的相位滞后和幅值减小。
在测量线路中串联一个电子动态补偿电路，可使频率响应正 好补偿热线本身引起的动态响应误差，使系统成为一个线性 比例环节，从而完全消除动态响应误差。但该方法需了解热 线时间常数值。
第六章 气流速度测量
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气流速度是热力机械中工质运动状态的重 要参数之一。
要具体了解热力机械的运动状况及内部的 工作过程，需要测量其中的气流速度。
速度是矢量，具有大小和方向。
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流速的测量方法
机械方法 散热率法 动力测压法 激光多普勒测速技术(LDV) 粒子成象测速技术(PIV)
Eb 1
-
2
+
Rs
值得注意的是，上述过 程是瞬时发生的，所以 速度的增加就好像是电 桥输出电压的增加，而 速度的降低也等于是电 桥输出电压的降低。
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(3) 热线风速计的校准
校准的原因：
1. 探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属材料的不同而异。 2. 探针的性能也和流体的温度、密度等紧密相关。 3. 探针的性能还和污染情况、速度范围等其它外部条件有关。 4. 探针在测量中是和电子仪器结合在一起使用的，因此真正的响
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1、卡他温度计
卡他温度计：玻璃棒式温度计，测量范围：125-130℉ 原理：根据温度计的冷却值测量微风速
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2、热线热膜风速计（HWFA）
（1）概况
热线热膜风速仪是利用放置在流场中具有加热电流的 细金属丝(直径1m-10m，长度1-2mm)来测量风速的 仪器。它是建立在热平衡原理基础上的。