一個被加熱的物體的散熱速率與周圍空氣的流速有關，利用這種特性可測量風速。這類測風儀器統稱為熱力式或散熱式風速表，也有人稱為致冷式風速表。由於它的感應元件可以製作得很小，回響快，因此在大氣湍流等領域的測量中已成為精確有效的測風儀器。
基本介紹
- 中文名：散熱式風速表
- 外文名：Radiator anemometer
- 原理：物體散熱速率與周圍空氣流速有關
- 又稱：冷式風速表
- 優點：元件小、相應塊
- 舉例：卡他溫度表
結構和原理,分類,旁熱型風速表,直熱型風速表,誤差來源,
簡介
一個被加熱的物體的散熱速率與周圍空氣的流速有關，利用這種特性可測量風速。這類測風儀器統稱為熱力式或散熱式風速表，也有人稱為致冷式風速表。
早期的卡他溫度表(或稱冷率溫度表)就是利用玻璃酒精溫度表在増熱後放到環境溫度下冷卻所需要的時間與氣流速度有關這樣的原理米測量風速的。1914年金(L.V.King)用加熱的電阻絲作為熱線首次實施了風速的測定。此後，熱力式測風技術有了很大的發展，由於它的感應元件可以製作得很小，回響快，因此在大氣湍流等領域的測量中已成為精確有效的測風儀器。
結構和原理
散熱式風速感測器的主要器件是加熱元件和測溫元件。加熱與測溫分別由兩個元件承擔的稱為旁熱式合為一體的稱為直熱式。一般選用恆流源加熱，以提供恆定的加熱功率。旁熱式的溫度敏感元件一般選用半導體熱敏電阻·有兩種形式。直熱式採用一根直徑僅5～10 um的鉑絲，長度約兒毫米到20 mm，由於有較大的電流流經鉑絲，其溫度比四周氣溫可高出200～500℃；鉑絲既可用來感應外界的風速，又可用來測量熱線的溫度，時間常數可小至0.01 s.
通常，散熱式風速感測器採用尺寸很小的加熱和熱敏元件，因而頻率相當高，時間常數小。在很小的空間內可以安裝很多測量元件，空間解析度很高，在大氣探測中常用於小尺度的大氣湍流探測。但其靈敏度隨風速的增大而明顯減小，非線性誤差增大，對於大於10 m/s以上風速的測量，準確度很低。因此，僅適宜於小風速的測試，尤其對測量0.01～1 m/s的微風最為有利。
散熱式風速感測器在測量時要求熱線與氣流來向垂直，即散熱體的方向必須與氣流的方向正交，否則由於對流熱交換係數隨熱線與風向交角的不同而變化，從而使測量誤差增大。一般，交角偏差應在10°以內。另外，物體的熱交換係數與通風量有關，即空氣密度的變化直接影響風速的測量結果，若使用地點與檢定地點的空氣密度不同，應進行空氣密度修正。
分類
旁熱型風速表
最簡單的是旁熱型風速表，採用溫度係數近於零的金屬絲（例如錳銅絲）作為熱線材料，將微型的測溫元件緊貼在它的表面，測定熱線的溫度。
直熱型風速表
直熱式熱線風速儀的感應部分是一根極細鉑絲，緊繃在支架上。鉬絲的直徑只有5-10um，長度在幾個到20mm從表面上看，它與鉑電阻溫度表沒有什麼差別，但由於有較大的電流流經鉑絲，它的溫度比四周的空氣可高出200～500℃。
誤差來源
散熱式風速表的測量誤差主要有：
1.氣溫變化造成的誤差。若環境溫度變化，將導致風速表檢定曲線的變化。適當提高熱線的工作溫度可以減小這種影響。在熱線風速表中加進溫度補償線路也可減小測量誤差。
2.由於熱線方向不與氣流方向垂直而造成的誤差。測量風速時要求熱線與氣流來向垂直，若不垂直，由於對流熱交換係數會隨熱線與風向的交角的不同而有變化多從而帶來測量誤差，一般夾角偏差在1 0°以內影響不大；在10°以上誤差值隨夾角的增大而增加。
3.由於空氣密度的改變而造成的誤差由於對流熱交換係數與空氣密度有關。儀器在標定時是假定p=p0，而實際使用時多p≠p0.這就造成誤差。當空氣密度較大時應施以密度訂正。
