Учебное пособие Нижний Новгород 2015 Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное

Термоанемометры

Термоанемометры подразделяются на тепловые анемометры сопротивле- ния и термоэлектрические анемометры.

Принцип работы теплового анемометра сопротивления заключается в по- мещении в поток газа или жидкости нити из вольфрама либо платиново- иридиевого сплава. Нить, через которую проходит электрический ток и нагре- вает её, является термометром сопротивления.
Термоэлектрический анемометр представляет собой термопару, которая определяет температуру тонкой нагретой нити, изменяющуюся в зависимости от скорости воздушного потока.
Первый тип рассмотренных термоанемометров имеет большую точность, второй – более простую конструкцию. Основные преимущества термоанемо- метров: механическая прочность; компактность; высокая точность измерений; безынерционность; высокая чувствительность.
Конструкция датчика термоанемометра должна исключать все виды по-
терь теплоты через него, кроме потерь тепла конвекцией. При соблюдении дан- ного требования справедлива зависимость

R_н 
f v_воз , (7.12)

где R – активное сопротивление нагретой нити, Ом.
Тепловой баланс нагретой нити имеет следующий вид:

I ² R_н
 F (t_п
 t_с ) , (7.13)

где: α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·°C); F – поверхность измерительной нити, м²; I – сила электрического тока, А; t_п – температура потока, °C; t_с – тем- пература проволоки, °C.
Тепловые анемометры сопротивления (рис. 7.10, а) разделяются на рабо- тающие при постоянной температуре накала нити и постоянной силе тока.
В первом случае постоянная температура накала нити регулируется силой тока, которая зависит от активного сопротивления реостата R.

Скорость движения воздуха определяется из равенства:

воз
U  I ² R  A  Bvⁿ
, (7.14)

где U – напряжение, В; A, B, n – опытные коэффициенты, величина которых указывается в паспортных данных приборов.

В том случае, если тепловой анемометр сопротивления работает при по- стоянной силе тока, для определения температуры проводится подбор активно- го сопротивления R таким образом, чтобы сумма R + R_п = const.
Скорость при измерении термоэлектрическим анемометром (электриче-
ская схема приведена на рис. 7.10, б) определяется из равенства:

I ² R
_0,4

0,4

_{tп  tс } н воз _vвоз
0,81_воз d ^0,4l
, (7.15)

2
^где  _воз ^{– кинематическая вязкость воздуха, м /с; λвоз – теплопроводность воз-}
духа, Вт/(м·°C); d, l – диаметр и длина припаянной термопары, м.
Датчики, изготавливаемые из проволоки (рис. 7.10, в, г), применяются для измерения скорости и её пульсации в потоках газов (воздуха). Для измерений в пограничных слоях и в газовых потоках со звуковыми и сверхзвуковыми скоро- стями (более 340 м/с) применяются пленочные датчики (рис. 7.10, д [17]), имеющие большую механическую прочность. Рабочей частью датчика является узкий клин из термостойкого стекла, на острие которого нанесена платиновая пленка толщиной 1 мкм. Пленочные датчики также могут применяться для из- мерения средних скоростей потоков жидкостей до 10 м/с.
Внешний вид современного термоанемометра Testo 405i с телескопиче- ской рукояткой приведен на рисунке 7.10, е. Диапазон измерения данного при- бора v_воз составляет 0…30 м/с, разрешение 0,01 м/с. Основная погрешность из- мерения ∆v_воз, м/с, имеет линейную зависимость от скорости не на всем интер- вале измеряемых скоростей и определяется по формулам

^vвоз
 0,1  0,05v_воз , для v_воз = 0…2 м/с; (7.16)

^vвоз
 0,3  0,05v_воз
для v_воз = 2…30 м/с, (7.17)

где v_воз – измеренная скорость движения воздуха, м/с.

Рис. 7.10. Термоанемометры (а – электрическая схема теплового анемометра сопро- тивления; б – то же термоэлектрического анемометра; в – проволочный датчик теплового анемометра сопротивления; г – то же термоэлектрического анемометра; д – пленочный дат- чик; е – термоанемометр Testo 405i): 1 – нагретая нить; 2 – термопара; 3 – платиновая пленка; 4 – зонд с нагретой нитью (струной); 5 – телескопический зонд; 6 – рукоятка

5.