熱線風速儀

中文名稱：熱線風速儀

英文名稱：hot-wire anemometer

其原理是，將一根通電加熱的細金屬絲（稱熱線）置於氣流中，熱線在氣流中的散熱量與流速有關，而散熱量導致熱線溫度變化而引起電阻變化，流速信號即轉變成電信號。它有兩種工作模式：①恆流式。通過熱線的電流保持不變，溫度變化時，熱線電阻改變，因而兩端電壓變化，由此測量流速；②恆溫式。熱線的溫度保持不變，如保持150℃，根據所需施加的電流可度量流速。恆溫式比恆流式應用更廣泛。

熱線長度一般在0.5～2毫米範圍，直徑在1～10微米範圍，材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。若以一片很薄(厚度小於0.1微米)的金屬膜代替金屬絲，即為熱膜風速儀，功能與熱絲相似，但多用於測量液體流速。熱線除普通的單線式外，還可以是組合的雙線式或三線式，用以測量各個方向的速度分量。從熱線輸出的電信號，經放大、補償和數字化后輸入計算機，可提高測量精度，自動完成數據后處理過程，擴大測速功能，如同時完成瞬時值和時均值、合速度和分速度、湍流度和其他湍流參數的測量。熱線風速儀與皮託管相比，具有探頭體積小，對流場干擾小；響應快，能測量非定常流速；能測量很低速（如低達0.3米/秒)等優點。

流速計的一種，它的作用原理是將感測元件——一根通以電流而被加熱的細金屬絲置於通道中，當氣體流過它時則將帶走一定的熱量，此熱量與流體的速度有關。其流速的確定，常用的有兩種方法：一是定電流法，即加熱金屬絲的電流不變，氣體帶走一部分熱量后金屬絲的溫度就降低，流速愈大溫度降低得就愈多；測得金屬絲的溫度則可得知流速的大小。另一種是定電阻法（即定溫度法），改變加熱的電流使氣體帶走的熱量得以補充，而使金屬絲的溫度保持不變（也稱金屬絲的電阻值不變）；這時流速愈大則所需加熱的電流也愈大，測得加熱電流值則可得知流速的大小。

熱線風速儀有兩種工作模式：

1. 恆流式，亦稱定電流法，即加熱金屬絲的電流保持不變，氣體帶走一部分熱量后金屬絲的溫度就降低，流速愈大溫度降低得就愈多；溫度變化時，熱線電阻改變，兩端電壓變化，因而測得金屬絲的溫度則可得知流速的大小。

2. 恆溫式，亦稱定電阻法（即定溫度法），改變加熱的電流使氣體帶走的熱量得以補充，而使金屬絲的溫度保持不變（也稱金屬絲的電阻值不變）如保持150℃，；這時流速愈大則所需加熱的電流也愈大，根據所需施加的電流（加熱電流值）則可得知流速的大小。恆溫式比恆流式應用更廣泛。

熱線風速儀的主要用途有以下幾點：

1.測量平均流動的速度和方向。

2.測量來流的脈動速度及其頻譜。

3.測量湍流中的雷諾應力及兩點的速度相關性、時間相關性。

4.測量壁面切應力（通常是採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）。

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，然後根據測得的探頭電阻就可確定溫度)，除此以外還開發出許多專業用途。

風速（流速）測試有平均風速的測試和紊流成分（風的亂流1～150KHz、與變動不同）的測試。熱式風速計是測試平均風速的。測試平均風速的方法有熱式、超音波式、葉輪式、及皮拖管式等，但在這些方式中，熱線式風速計是利用熱耗散的原理。下面，對這些風速的測定方法做一下說明。

・該方式是測試處於通電狀態下感測器因風而冷卻時產生的電阻變化，由此測試風速。不能得出風向的信息。

・除攜帶容易方便外，成本性能比高，作為風速計的標準產品廣泛地被採用。

・熱式風速計的素子有使用白金線、電熱偶、半導體的。白金線的材質在物質上最穩定。因此，長期安定性、以及在溫度補償方面都具有優勢。

・價格帶：10～50萬円　適用範圍：0.05～50m/s　顯示解析度：0.01m/s　佔有率：80%

・該方式是測試傳送一定距離的超音波時間，因風的影響而使到達時間延遲，由此測試風速。

・3次方時，可以知道風向。

・感測器部較大，在測試部周圍，有可能發生紊流，使流動不規則。用途受到限定。

・普及度低。

適用範圍：0～10m/s　顯示解析度：0.01m/s　佔有率：10%

・該方式是應用風車的原理，通過測試葉輪的轉數，測試風速。

・用於氣象觀測等。

・原理比較簡單，價格便宜，但測試精度較低，所以不適合微風速的測試和細小風速變化的測試。

・普及度低。

適用範圍：1～50m/s　顯示解析度：0.1m/s　市場佔有率：10%

・在流動面的正面有與之形成直角方向的小孔，內部藏有從各自孔里分別提取壓力的細管。通過測試其壓力差（前者為全壓、後者為靜壓），就可知道風速。

・原理比較簡單，風速儀價格便宜，但與流動面必須設置成直角，否則不能進行正確的測試。不適合一般用。

・不是作為風速計，而是作為高速域的風速校正來使用。

適用範圍：5～100m/s　顯示解析度：0.01m/s　佔有率：很少