热线风速仪 更新时间：2011-05-27 23:20

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热线风速仪，英文为Hot wire Anemometer（HWA），是一种以一根通电而被加热的细金属丝为感测元件，将流速信号转变为电信号的测速仪器，也可用于测量流体温度或密度。

热线风速仪概述

• 热线风速仪发明于20世纪20年代，需要将一根细的金属丝放在流体中，通电流加热金属丝，使其温度高于流体的温度，因此将金属丝称为“热线”。热线长度一般在0.5～2毫米范围，直径在1～10微米范围，材料为铂、钨或铂铑合金等。若以一片很薄(厚度小于0.1微米)的金属膜代替金属丝，即为热膜风速仪，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。热线除普通的单线式外，还可以是组合的双线式或三线式，用以测量各个方向的速度分量。从热线输出的电信号，经放大、补偿和数字化后输入计算机，可提高测量精度，自动完成数据后处理过程，扩大测速功能，如同时完成瞬时值和时均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流参数的测量。

热线风速仪原理

• 热线风速仪的基本原理是，将一根通电加热的细金属丝（称热线）置于气流中，热线在气流中的散热量与流速有关，而散热量导致热线温度变化而引起和流过的电流强度，ΔT为热线与流体的温度差，A、B为与流体和热线有关的物理常数。考虑到热线材料的电阻温度特性，（D3.4.4a）式可化为(D3.4.4b)。

  上式中U为热线的输出电压，A’，B’为与热线的电阻温度系数有关的物理常数，由实验确定。这样通过测量热线两端的电压，即可确定流速。

热线风速仪特点

• 1.体积小，对流场干扰小。

  2.适用范围广，可用于气体、液体，在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用；除了测量平均速度外，还可测量脉动值和湍流量；除了测量单方向运动外还可同时测量多个方向的速度分量。

  3.频率响应高，可高达1 MH z。

  4.测量精度高，重复性好。

  5.缺点是对流场有一定干扰，热线容易断裂。

热线风速仪工作模式

• 热线风速仪有两种工作模式：

  1.恒流式，亦称定电流法，即加热金属丝的电流保持不变，气体带走一部分热量后金属丝的温度就降低，流速愈大温度降低得就愈多；温度变化时，热线电阻改变，两端电压变化，因而测得金属丝的温度则可得知流速的大小。

  2.恒温式，亦称定电阻法（即定温度法），改变加热的电流使气体带走的热量得以补充，而使金属丝的温度保持不变（也称金属丝的电阻值不变）如保持150℃，；这时流速愈大则所需加热的电流也愈大，根据所需施加的电流（加热电流值）则可得知流速的大小。

  恒温式比恒流式应用更广泛。

热线风速仪用途

• 热线风速仪的主要用途有以下几点：

  1.测量平均流动的速度和方向。

  2.测量来流的脉动速度及其频谱。

  3.测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。

  4.测量壁面切应力（通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的，原理与热线测速相似）。

  5.测量流体温度（事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线，然后根据测得的探头电阻就可确定温度。除此以外还开发出许多专业用途。