風速儀的原理及應用

　　作為一款測量空氣流速的儀器，風速儀的種類多，其中人們所熟悉的氣象臺站的風杯風速計也屬于此類儀器。風速儀在我們日常的生活中其實應用的還是比較廣泛的，那么今天我們就來了解下它具體的工作原理和應用。
 

　　風速儀的作用
 

　　風速儀的作用正如其名，主要是用來測量空氣流速的，那么都是在什么場合下需要進行空氣流速的測量呢？
 

　　1、測量平均流動的速度和方向。

　　測量壁面切應力(通常是采用與壁面平齊放置的熱膜探頭來進行的，原理與熱線測速相似)。

　　2、測量湍流中的雷諾應力及兩點的速度相關性、時間相關性。

　　3、測量來流的脈動速度及其頻譜。

　　4、測量流體溫度(事先測出探頭電阻隨流體溫度的變化曲線，然后根據測得的探頭電阻就可確定溫度。

　　5、其他的許多專業用途。
 

　　風速儀的測試原理
 

　　我們先來看一下風速儀所運用的理論知識：空氣流通過濾網后會發生一個壓差，這個壓差和氣流的速度成正比，風速越大，壓差就越大，依據兩者之間的對應關系來標定風速;還有一種就是相似于流體力學中的文丘力管，氣流沖擊到測力板上，沖擊力和風速成正比，依據沖擊力來標定風速。

　　風速計通過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“熱線”。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。根據強迫對流熱交換理論，可導出熱線散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關系式。標準的熱線探頭由兩根支架張緊一根短而細的金屬絲組成。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。根據不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、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。熱線探頭在使用前必須進行校準。靜態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系并畫成標準曲線；動態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，校驗熱線風速儀的頻率響應，若頻率響應不佳可用相應的補償線路加以改善。