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風速計的原理及應(yīng)用
風速計的原理及應(yīng)用
風速計簡介
風速計即風速儀。
風速計（anemometer）是測量空氣流速的儀器。它的種類較多，氣象臺站常用的為風杯風速計，它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應(yīng)部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風力的作用下，風杯繞軸以正比于風速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。另一種旋轉(zhuǎn)式風速計為旋槳式風速計，由一個三葉或四葉螺旋槳組成感應(yīng)部分，將其安裝在一個風向標的前端，使它隨時對準風的來向。槳葉繞水平軸以正比于風速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
風速計原理
風速計其基本原理是將一根細的金屬絲放在流體中，通電流加熱金屬絲，使其溫度高于流體的溫度，因此將金屬絲風速計稱為""。當流體沿垂直方向流過金屬絲時，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。根據(jù)強迫對流熱交換理論，可導(dǎo)出散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關(guān)系式。標準的探頭由兩根支架張緊一根短而細的金屬絲組成，如圖2.1所示。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長為2 mm；小的探頭直徑僅1μm，長為0.2 mm。根據(jù)不同的用途，探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、X形等。為了增加強度，有時用金屬膜代替金屬絲，通常在一熱絕緣的基體上噴鍍一層薄金屬膜，稱為熱膜探頭，如圖2.2所示。探頭在使用前必須進行校準。靜態(tài)校準是在專門的標準風洞里進行的，測量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標準曲線；動態(tài)校準是在已知的脈動流場中進行的，或在風速儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗風速儀的頻率響應(yīng)，若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補償線路加以改善。
0至100m/s的流速測量范圍可以分為三個區(qū)段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。風速儀的熱敏式探頭用于0至5m/s的測量；風速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭測量5至40m/s的流*果理想；而利用皮托管則可在高速范圍內(nèi)得到佳結(jié)果。正確選擇風速儀的流速探頭的一個附加標準是溫度，通常風速儀的熱敏式傳感器的使用溫度約達+-70C。特制風速儀的轉(zhuǎn)輪探頭可達350C。皮托管用于+350C以上。
風杯風速計：
它是常見的一種風速計。轉(zhuǎn)杯式風速計早由英國魯賓孫發(fā)明，當時是四杯，后來改用三杯。三個互成度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個架子連同風杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上。在風力的作用下風杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點、測速發(fā)電機或光電計數(shù)器等記錄。
螺旋槳式：它是一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉(zhuǎn)的風速計。螺旋槳裝在一個風標的前部，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對風的來風速計向，它的轉(zhuǎn)速正比于風速。
風速計
一根被電流加熱的金屬絲，流動的空氣使它散熱，利用散熱速率和風速的平方根成線性關(guān)系，再通過電子線路線性化（以便于刻度和讀數(shù)），即可制成風速計。風速計分旁熱式和直熱式兩種。旁熱式的一般為錳銅絲，其電阻溫度系數(shù)近于零，它的表面另置有測溫元件。直熱式的多為鉑絲，在測量風速的同時可以直接測定本身的溫度。風速計在小風速時靈敏度較高，適用于對小風速測量。它的時間常數(shù)只有百分之幾秒，是大氣湍流和農(nóng)業(yè)氣象測量的重要工具。
數(shù)字風速計
數(shù)字風速儀是專為各種大型機械設(shè)備研制開發(fā)的大型智能風速傳感報警設(shè)備，其內(nèi)部采用了* 數(shù)字風速儀的微處理器作為控制核心，外圍采用了*的數(shù)字通訊技術(shù)。系統(tǒng)穩(wěn)定性高、抗*力強，檢測精度高，風杯采用特殊材料制成，機械強度高、抗風能力強，顯示器機箱設(shè)計新穎*，堅固耐用，安裝使用方便。所有的電接口均符合標準，安裝時免調(diào)試，適用于不同的工作環(huán)境。
數(shù)字風速儀用于測量瞬時風速和平均風速，具有自動監(jiān)測、實時顯示、超限報警控制等功能。
聲學(xué)風速計
在聲波傳播方向的風速分量將增加（或減低）聲波傳播速度，利用這種特性制作的聲學(xué)風速表可用來測量風速分量。聲學(xué)風速表至少有兩對感應(yīng)元件，每對包括發(fā)聲器和接收器各一個。使兩個發(fā)聲器的聲波傳播方向相反，如果一組聲波順著風速分量傳播，另一組恰好逆風傳播，則兩個接收器收到聲脈沖的時間差值將與風速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩對元件，就可以分別計算出水平風速、風向和鉛直風速。由于超聲波具有抗干擾、方向性好的優(yōu)點，聲學(xué)風速表發(fā)射的聲波頻率多在超聲波段。
風速計應(yīng)用
風速計的應(yīng)用很廣泛，在所有領(lǐng)域都能靈活運用，，廣泛應(yīng)用于電力、鋼鐵、石化、節(jié)能等行業(yè)，在北京奧運會中還有其他的應(yīng)用，帆船比賽，劃艇比賽，野外射擊比賽等都需要用到風速儀來測量。風速儀已經(jīng)較為*，除了測量風速外同時還可以測風溫、風量。有很多行業(yè)都需要用到風速儀，推薦使用的行業(yè)：出海捕撈業(yè)、各類風扇制造業(yè)、需要抽風排氣系統(tǒng)的行業(yè)等等。
風速計不同的季節(jié)及不同的地理形勢，都會令到大氣中的風向不斷變動。如海邊日夜的風向不同，冬季及夏季亦有不同的季候風。研究風向可幫助我們預(yù)測及研究氣候的變化。研究風向需要使用風速計。風速計的設(shè)計多為箭狀，也有做成動物形態(tài)，像公雞造型的。風速計的箭羽部份會隨風向轉(zhuǎn)動。風速計需裝置於沒有建筑物或樹木等，阻擾風移動的地方。用途及適用范圍QDP系列熱球式電風速計，用在采暖、通風、空氣調(diào)節(jié)、氣象、農(nóng)業(yè)、冷藏干燥、勞動衛(wèi)生調(diào)查等各方面，需要測定室內(nèi)外或模型的氣流速度時都可使用，是一種測量低風速的基本儀器。該產(chǎn)品于一九八七年曾被北京市經(jīng)濟委員會評為北京市產(chǎn)品。工作原理本儀器由熱球式傳感器和測量儀表兩部分組成。傳感器的頭部有一微小的玻璃球，球內(nèi)燒有加熱玻璃的鎳鉻絲線圈和兩個串連的熱電偶。熱電偶的冷端連接在磷銅質(zhì)的支柱上，直接暴露在氣流中，當一定大小的電流通過加圈后，玻璃球被加熱到一定溫度，此溫度和氣流的速度有關(guān)，流速小時溫度較高，反之溫度較低。