風(fēng)速計(jì)

1　原理

　　風(fēng)速計(jì)

　　風(fēng)速計(jì)[1]其基本原理是將一根細(xì)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(fēng)速計(jì)稱為“熱線”。當(dāng)流體沿垂直方向流過金屬絲時(shí)，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。根據(jù)強(qiáng)迫對(duì)流熱交換理論，可導(dǎo)出熱線散失的熱量Q與流體的速度v之間存在關(guān)系式。標(biāo)準(zhǔn)的熱線探頭由兩根支架張緊一根短而細(xì)的金屬絲組成。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬制成。常用的絲直徑為5μm，長為2mm；最小的探頭直徑僅1μm，長為0.2mm。根據(jù)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(qiáng)度，有時(shí)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(jìn)行校準(zhǔn)。靜態(tài)校準(zhǔn)是在專門的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞里進(jìn)行的，測量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標(biāo)準(zhǔn)曲線；動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)是在已知的脈動(dòng)流場中進(jìn)行的，或在風(fēng)速儀加熱電路中加上一脈動(dòng)電信號(hào)，校驗(yàn)熱線風(fēng)速儀的頻率響應(yīng)，若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補(bǔ)償線路加以改善。

　　0至100m/s的流速測量范圍可以分為三個(gè)區(qū)段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。風(fēng)速儀的熱敏式探頭用于0至5m/s的精確測量；風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪式探頭測量5至40m/s的流速效果最理想；而利用皮托管則可在高速范圍內(nèi)得到最佳結(jié)果。正確選擇風(fēng)速儀的流速探頭的一個(gè)附加標(biāo)準(zhǔn)是溫度，通常風(fēng)速儀的熱敏式傳感器的使用溫度約達(dá)+-70C。特制風(fēng)速儀的轉(zhuǎn)輪探頭可達(dá)350C。皮托管用于+350C以上。

2　校準(zhǔn)維護(hù)

　　風(fēng)速儀表屬于安全防護(hù)、環(huán)境監(jiān)測類的計(jì)量儀表，是我國計(jì)量法規(guī)定的強(qiáng)制性檢定計(jì)量器具。除出廠銷售需要具備相應(yīng)的校準(zhǔn)報(bào)告，也需按JJG（建設(shè)）0001-1992《熱球式風(fēng)速儀檢定規(guī)程》的要求每年定期到國家空調(diào)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心或者中國建筑科學(xué)研究院建筑能源與環(huán)境檢測中心進(jìn)行定期校準(zhǔn)，并根據(jù)其出具法定校準(zhǔn)證書對(duì)儀器各方面進(jìn)行調(diào)整以獲得最佳工作狀態(tài)。

　　除保持日常數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性外，日常維護(hù)使用中還要注意以下幾點(diǎn)：

　　1.禁止在可燃性氣體環(huán)境中使用風(fēng)速計(jì)。

　　2.禁止將風(fēng)速計(jì)探頭置于可燃性氣體中。否則，可能導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸。

　　3.請(qǐng)依據(jù)使用說明書的要求正確使用風(fēng)速計(jì)。使用不當(dāng)，可能導(dǎo)致觸電、火災(zāi)和傳感器的損壞。

　　4.在使用中，如遇風(fēng)速計(jì)散發(fā)出異常氣味、聲音或冒煙，或有液體流入風(fēng)速計(jì)內(nèi)部，請(qǐng)立即關(guān)機(jī)取出電池。否則，將有被電擊、火災(zāi)和損壞風(fēng)速計(jì)的危險(xiǎn)。

　　5.不要將探頭和風(fēng)速計(jì)[2]本體暴露在雨中。否則，可能有電擊、火災(zāi)和傷及人身的危險(xiǎn)。

　　6.不要觸摸探頭內(nèi)部傳感器部位。

　　7.風(fēng)速計(jì)長期不使用時(shí)，請(qǐng)取出內(nèi)部的電池。否則，將電池可能漏液，導(dǎo)致風(fēng)速計(jì)損壞。

　　8.不要將風(fēng)速計(jì)放置在高溫、高濕、多塵和陽光直射的地方。否則，將導(dǎo)致內(nèi)部器件的損壞或風(fēng)速儀性能變壞。

　　9.不要用揮發(fā)性液體來擦拭風(fēng)速計(jì)。否則，可能導(dǎo)致風(fēng)速儀殼體變形變色。風(fēng)速計(jì)表面有污漬時(shí)，可用柔軟的織物和中性洗滌劑來擦拭。

　　10.不要摔落或重壓風(fēng)速計(jì)。否則，將導(dǎo)致風(fēng)速計(jì)的故障或損壞。

　　11.不要在風(fēng)速計(jì)帶電的情況下觸摸探頭的傳感器部位。否則，將影響測量結(jié)果或?qū)е嘛L(fēng)速計(jì)內(nèi)部電路的損壞。

3　產(chǎn)品特點(diǎn)

　　1、高的靈敏度和精確測量

　　2、簡易設(shè)計(jì)

　　3、風(fēng)速測量柄可與機(jī)身分開，方便測量

　　4、雙顯示讀數(shù)液晶顯示屏

　　5、風(fēng)速測量用2米可延長的螺旋線

　　6、低電能消耗

　　7、數(shù)據(jù)保持，最大值和最小值保持功能

　　8、低電池指示

　　9、軸承:蘭寶石軸承

　　10、溫度感應(yīng)器:K型熱電偶

　　11、操作溫度：0～50℃(32～122℉)

　　12、操作濕度：<80%RH

　　13、存儲(chǔ)溫度:-40℃～60℃(-40℉～140℉)

　　14、電池型號(hào)：9V

　　15、電池壽命:50個(gè)小時(shí)(300mA-hrs電池)

　　16、風(fēng)速平均測量的時(shí)間:m/s大約0.6sec

　　knots大約1.2sec

　　km/hr大約2.2sec

　　17、尺寸：風(fēng)速儀:150×72×35（mm）

　　風(fēng)扇:66×132×29.2（mm）

　　18、重量：350g(電池包括在內(nèi))

　　19、配件：使用說明書1本，9V電池一個(gè),NTC溫度探頭,紅外線溫度探頭,皮盒和彩盒

4　特點(diǎn)

　　1、風(fēng)速測量（單孔）

　　2、風(fēng)速平均模式

　　3、空氣流量測量（CMM/CFM）

　　4、空氣流量平均模式

　　5、數(shù)據(jù)保持（風(fēng)速/空氣流量）

　　6、最大值/最小值/平均值（風(fēng)速/空氣流量）

　　7、自動(dòng)關(guān)機(jī)

　　8、電路:采用高速集成MCU

　　9、顯示器:LCD雙顯示，4位數(shù)字顯示

　　10、取樣：約1秒取樣一次

　　11、傳感器：風(fēng)速傳感器采用超低摩擦軸承

　　12、溫度感應(yīng)器：NTC型高精度熱敏電阻

　　13、自動(dòng)電源關(guān)閉：為了延長電池使用壽命，20分鐘以后儀表自動(dòng)關(guān)閉

　　14、操作溫度：32℉～122℉(0℃～50℃)

　　15、存儲(chǔ)溫度：14～140℉(-10～60℃)

　　16、操作濕度：<80%RH

　　17、存儲(chǔ)濕度：<80%RH

　　18、操作高度：最大值為2000米(7000英尺)

　　19、電池型號(hào)：9V(型號(hào)：NEDA1604)

　　20、電池壽命：約80個(gè)小時(shí)(如背光持續(xù)工作，電池壽命將會(huì)縮短)

　　21、電池容量：約8.3毫安直流

　　22、重量：725g(包括電池和風(fēng)扇在內(nèi))

　　23、尺寸：風(fēng)速儀:178×74×33mm，風(fēng)扇:70mm（直徑）

5　主要用途

　　風(fēng)速計(jì)1、測量平均流動(dòng)的速度和方向。

　　2．測量來流的脈動(dòng)速度及其頻譜。

　　3．測量湍流中的雷諾應(yīng)力及兩點(diǎn)的速度相關(guān)性、時(shí)間相關(guān)性。

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

　　5．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(jù)測得的探頭電阻就可確定溫度。

　　除此以外還開發(fā)出許多專業(yè)用途。

6　使用方法

　　1．使用前觀察電表的指針是否指于零點(diǎn)，如有偏移，可輕輕調(diào)整電表的機(jī)械調(diào)整螺絲，使指針回到零點(diǎn)；2．將校正開關(guān)置于斷的位置

　　3．將測桿插頭插在插座上，測桿垂直向上放置，螺塞壓緊使探頭密封，“校正開關(guān)”置于滿度位置，慢慢調(diào)整“滿度調(diào)節(jié)”旋紐，使電表指針指在滿度位置；

　　4．將“校正開關(guān)”置于“零位”，慢慢調(diào)整“粗調(diào)”、“細(xì)調(diào)”兩個(gè)旋紐，使電表指針指在零點(diǎn)的位置

　　5．經(jīng)以上步驟后，輕輕拉動(dòng)螺塞，使測桿探頭露出（長短可根據(jù)需要選擇），并使探頭上的紅點(diǎn)面對(duì)對(duì)著風(fēng)向，根據(jù)電表度讀數(shù)，查閱校正曲線，即可查出被測風(fēng)速；

　　6．在測定若干分后（10min左右），必須重復(fù)以上3、4步驟一次，使儀表內(nèi)的電流得到標(biāo)準(zhǔn)化

　　7．測畢，應(yīng)將“校正開關(guān)”置于斷的位置。

　　風(fēng)速計(jì)將流速信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種測速儀器，也可測量流體溫度或密度。其原理是，將一根通電加熱的細(xì)金屬絲（稱熱線）置于氣流中，熱線在氣流中的散熱量與流速有關(guān)，而散熱量導(dǎo)致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號(hào)即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。它有兩種工作模式：①恒流式。通過熱線的電流保持不變，溫度變化時(shí)，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測量流速；②恒溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據(jù)所需施加的電流可度量流速。恒溫式比恒流式應(yīng)用更廣泛。熱線長度一般在0.5～2毫米范圍，直徑在1～10微米范圍，材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風(fēng)速儀，功能與熱絲相似，但多用于測量液體流速。熱線除普通的單線式外，還可以是組合的雙線式或三線式，用以測量各個(gè)方向的速度分量。從熱線輸出的電信號(hào)，經(jīng)放大、補(bǔ)償和數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，可提高測量精度，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)后處理過程，擴(kuò)大測速功能，如同時(shí)完成瞬時(shí)值和時(shí)均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數(shù)的測量。熱線風(fēng)速儀與皮托管相比，具有探頭體積小，對(duì)流場干擾??；響應(yīng)快，能測量非定常流速；能測量很低速（如低達(dá)0.3米/秒)等優(yōu)點(diǎn)。

7　測量儀器

　　風(fēng)杯

　　它是最常見的一種風(fēng)速計(jì)。轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)最早由英國魯賓孫發(fā)明，當(dāng)時(shí)是四杯，后來改用三杯。三個(gè)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(gè)架子連同風(fēng)杯裝在一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上。在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測速發(fā)電機(jī)或光電計(jì)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(fēng)速計(jì)。螺旋槳裝在一個(gè)風(fēng)標(biāo)的前部，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對(duì)風(fēng)的來

　　風(fēng)速計(jì)向，它的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。

　　熱線

　　熱線風(fēng)速計(jì)

　　一根被電流加熱的金屬絲，流動(dòng)的空氣使它散熱，利用散熱速率和風(fēng)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)），即可制成熱線風(fēng)速計(jì)。熱線風(fēng)速計(jì)分旁熱式和直熱式兩種。旁熱式的熱線一般為錳銅絲，其電阻溫度系數(shù)近于零，它的表面另置有測溫元件。直熱式的熱線多為鉑絲，在測量風(fēng)速的同時(shí)可以直接測定熱線本身的溫度。熱線風(fēng)速計(jì)在小風(fēng)速時(shí)靈敏度較高，適用于對(duì)小風(fēng)速測量。它的時(shí)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

　　數(shù)字風(fēng)速計(jì)

　　數(shù)字風(fēng)速儀是專為各種大型機(jī)械設(shè)備研制開發(fā)的大型智能風(fēng)速傳感報(bào)警設(shè)備，其內(nèi)部采用了先進(jìn)數(shù)字風(fēng)速儀

　　的微處理器作為控制核心，外圍采用了先進(jìn)的數(shù)字通訊技術(shù)。系統(tǒng)穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)，檢測精度高，風(fēng)杯采用特殊材料制成，機(jī)械強(qiáng)度高、抗風(fēng)能力強(qiáng)，顯示器機(jī)箱設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，堅(jiān)固耐用，安裝使用方便。所有的電接口均符合國際標(biāo)準(zhǔn)，安裝時(shí)免調(diào)試，適用于不同的工作環(huán)境。

　　數(shù)字風(fēng)速儀用于測量瞬時(shí)風(fēng)速和平均風(fēng)速，具有自動(dòng)監(jiān)測、實(shí)時(shí)顯示、超限報(bào)警控制等功能。

　　聲學(xué)

　　在聲波傳播方向的風(fēng)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(fēng)速表可用來測量風(fēng)速分量。聲學(xué)風(fēng)速表至少有兩對(duì)感應(yīng)元件，每對(duì)包括發(fā)聲器和接收器各一個(gè)。使兩個(gè)發(fā)聲器的聲波傳播方向相反，如果一組聲波順著風(fēng)速分量傳播，另一組恰好逆風(fēng)傳播，則兩個(gè)接收器收到聲脈沖的時(shí)間差值將與風(fēng)速分量成正比。如果同時(shí)在水平和鉛直方向各裝上兩對(duì)元件，就可以分別計(jì)算出水平風(fēng)速、風(fēng)向和鉛直風(fēng)速。由于超聲波具有抗干擾、方向性好的優(yōu)點(diǎn)，聲學(xué)風(fēng)速表發(fā)射的聲波頻率多在超聲波段。

8　測量

　　1．在管道內(nèi)氣流流速測量實(shí)踐證明風(fēng)速計(jì)的16mm的探頭用途最廣。

　　其尺寸大小既保證了良好的通透性，又能承受更高達(dá)60m/s的流速。管道內(nèi)氣流流速測量作為可行的測量方法之一，間接測量規(guī)程（柵極測量法）適用空氣測量。

　　風(fēng)速計(jì)2、抽氣排氣中的測量通氣口會(huì)極大的變管道內(nèi)氣流相對(duì)均衡的分布狀態(tài)：在自由通氣口表面產(chǎn)生高速區(qū)，其余部位為低速區(qū)，并在柵格上產(chǎn)生旋渦。根據(jù)柵格的不同設(shè)計(jì)方式，在柵格前一定距離處（約20cm),氣流截面較為穩(wěn)定。在這種情況下，通常采用大風(fēng)速計(jì)的口徑轉(zhuǎn)輪進(jìn)行測量。因?yàn)檩^大的口徑能夠?qū)Σ痪獾牧魉龠M(jìn)行平均，并在較大范圍內(nèi)計(jì)算其平均值。

　　3．在抽氣孔的測量，即使在抽氣處沒有柵格的干擾，空氣流動(dòng)的路線也沒有方向，并且其氣流截面極不均勻。其原因是管道內(nèi)的局部真空，以漏斗狀把空氣中抽出在氣室中，即使是在距離抽氣很近的區(qū)域內(nèi)，也沒有一個(gè)滿足測量條件的位置，可供進(jìn)行測量操作。如采用帶有平均值計(jì)算功能的柵極測量法進(jìn)行測量，并借以確定容積流量法進(jìn)行測量，并借以確定容積流量等，只有管道或漏斗測量法能夠提供可重復(fù)測量結(jié)果。在這種情況下，不同尺寸的測量漏斗可以滿足使用要求。利用測量漏斗可以在片狀閥前一定距離處生成一個(gè)滿足流速測量條件的固定截面，測出定位該截面中心并固定截面，測出定位該截面中心并固定截面，測出定位該截面中心并固定于此。流速測頭得到的測量值乘以漏斗系數(shù)，即可計(jì)算出抽出的容積流量。（如漏斗系數(shù)20）

　　風(fēng)速和風(fēng)量的具體檢測方法

　　A、風(fēng)量、風(fēng)速檢測必須首先進(jìn)行。各項(xiàng)凈化效果都是在設(shè)計(jì)的風(fēng)量、風(fēng)速下獲得。

　　B、檢測前檢查風(fēng)機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，必須實(shí)地測量被測風(fēng)口、風(fēng)管的尺寸。

　　C、對(duì)于單向流（層流）潔凈室，采用室截面平均風(fēng)速和潔凈積乘積的方法確定風(fēng)量。

　?。ㄈ‰x高效過濾器0.3m垂直于氣流處的截面作為采樣截面，按照測試點(diǎn)間距不宜大于0.6m在截面上設(shè)置不少于5個(gè)測試點(diǎn)，所有讀數(shù)的算術(shù)平均值作為平均風(fēng)速。）垂直單向流（層流）潔凈室的測定截面取據(jù)地面0.8m～1m的水平截面；水平單向流（層流）潔凈室的測定截面取據(jù)送風(fēng)面0.5m～1m的垂直截面；截面上測試點(diǎn)數(shù)量應(yīng)不少于10個(gè)，間距不應(yīng)大于2m，均勻布置；

　　D、對(duì)于安有過濾器的風(fēng)口，以風(fēng)口截面平均風(fēng)速和風(fēng)口凈截面積的乘積確定風(fēng)量。（在風(fēng)口截面或引用輔助風(fēng)管的截面上按不少于6個(gè)均勻布置的測試點(diǎn)得出平均風(fēng)速。）

　　E、對(duì)于風(fēng)口上風(fēng)側(cè)有較長的支管段且已經(jīng)或可以打孔時(shí)，可以用風(fēng)管法確定風(fēng)量。（在出風(fēng)口前不小于3倍管徑或3倍大邊長度處打孔；）

　　F、對(duì)于矩形風(fēng)管，將測定截面分成若干個(gè)相等的小截面，每個(gè)小截面盡可能接近正方形，邊長不大于200mm，測試點(diǎn)位于小截面中心，但整個(gè)截面上不宜少于3個(gè)測試點(diǎn)；對(duì)于圓形風(fēng)管，應(yīng)按等面積圓環(huán)法劃分測定截面和確定測試點(diǎn)數(shù)；在風(fēng)管外壁上開孔，插入熱式風(fēng)速計(jì)探頭或皮托管。（通過測動(dòng)壓，換算為風(fēng)量。）

9　應(yīng)用

　　風(fēng)速計(jì)的應(yīng)用很廣泛，在所有領(lǐng)域都能靈活運(yùn)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(yùn)會(huì)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(fēng)速儀來測量。風(fēng)速儀已經(jīng)較為先進(jìn)，除了測量風(fēng)速外同時(shí)還可以測風(fēng)溫、風(fēng)量。有很多行業(yè)都需要用到風(fēng)速儀，推薦使用的行業(yè)：出海捕撈業(yè)、各類風(fēng)扇制造業(yè)、需要抽風(fēng)排氣系統(tǒng)的行業(yè)等等。

　　風(fēng)速計(jì)不同的季節(jié)及不同的地理形勢，都會(huì)令到大氣中的風(fēng)向不斷變動(dòng)。如海邊日夜的風(fēng)向不同，冬季及夏季亦有不同的季候風(fēng)。研究風(fēng)向可幫助我們預(yù)測及研究氣候的變化。研究風(fēng)向需要使用風(fēng)速計(jì)。風(fēng)速計(jì)的設(shè)計(jì)多為箭狀，也有做成動(dòng)物形態(tài)，像公雞造型的。風(fēng)速計(jì)的箭羽部份會(huì)隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)速計(jì)需裝置於沒有建筑物或樹木等，阻擾風(fēng)移動(dòng)的地方。用途及適用范圍QDP系列熱球式電風(fēng)速計(jì)，用在采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)、氣象、農(nóng)業(yè)、冷藏干燥、勞動(dòng)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(shí)都可使用，是一種測量低風(fēng)速的基本儀器。該產(chǎn)品于一九八七年曾被北京市經(jīng)濟(jì)委員會(huì)評(píng)為北京市優(yōu)質(zhì)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(gè)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(dāng)一定大小的電流通過加熱線圈后，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(shí)溫度較高，反之溫度較低。