風速計

1　原理

　　風速計

　　風速計[1]其基本原理是將一根細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，因此將金屬絲風速計稱為“熱線”。當流體沿垂直方向流過金屬絲時，將帶走金屬絲的一部分熱量，使金屬絲溫度下降。根據(jù)強迫對流熱交換理論，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。標準的熱線探頭由兩根支架張緊一根短而細的金屬絲組成。金屬絲通常用鉑、銠、鎢等熔點高、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。為了增加強度，有時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行校準。靜態(tài)校準是在專門的標準風洞里進行的，測量流速與輸出電壓之間的關(guān)系并畫成標準曲線；動態(tài)校準是在已知的脈動流場中進行的，或在風速儀加熱電路中加上一脈動電信號，校驗熱線風速儀的頻率響應(yīng)，若頻率響應(yīng)不佳可用相應(yīng)的補償線路加以改善。

　　0至100m/s的流速測量范圍可以分為三個區(qū)段：低速：0至5m/s；中速：5至40m/s；高速：40至100m/s。風速儀的熱敏式探頭用于0至5m/s的精確測量；風速儀的轉(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。正確選擇風速儀的流速探頭的一個附加標準是溫度，通常風速儀的熱敏式傳感器的使用溫度約達+-70C。特制風速儀的轉(zhuǎn)輪探頭可達350C。皮托管用于+350C以上。

2　校準維護

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

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

　　1.禁止在可燃性氣體環(huán)境中使用風速計。

　　2.禁止將風速計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.請依據(jù)使用說明書的要求正確使用風速計。使用不當，可能導(dǎo)致觸電、火災(zāi)和傳感器的損壞。

　　4.在使用中，如遇風速計散發(fā)出異常氣味、聲音或冒煙，或有液體流入風速計內(nèi)部，請立即關(guān)機取出電池。否則，將有被電擊、火災(zāi)和損壞風速計的危險。

　　5.不要將探頭和風速計[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。

　　6.不要觸摸探頭內(nèi)部傳感器部位。

　　7.風速計長期不使用時，請取出內(nèi)部的電池。否則，將電池可能漏液，導(dǎo)致風速計損壞。

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

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

　　10.不要摔落或重壓風速計。否則，將導(dǎo)致風速計的故障或損壞。

　　11.不要在風速計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速計內(nèi)部電路的損壞。

3　產(chǎn)品特點

　　1、高的靈敏度和精確測量

　　2、簡易設(shè)計

　　3、風速測量柄可與機身分開，方便測量

　　4、雙顯示讀數(shù)液晶顯示屏

　　5、風速測量用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、存儲溫度:-40℃～60℃(-40℉～140℉)

　　14、電池型號：9V

　　15、電池壽命:50個小時(300mA-hrs電池)

　　16、風速平均測量的時間:m/s大約0.6sec

　　knots大約1.2sec

　　km/hr大約2.2sec

　　17、尺寸：風速儀:150×72×35（mm）

　　風扇: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,NTC溫度探頭,紅外線溫度探頭,皮盒和彩盒

4　特點

　　1、風速測量（單孔）

　　2、風速平均模式

　　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（風速/空氣流量）

　　6、最大值/最小值/平均值（風速/空氣流量）

　　7、自動關(guān)機

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

　　14、操作溫度：32℉～122℉(0℃～50℃)

　　15、存儲溫度：14～140℉(-10～60℃)

　　16、操作濕度：<80%RH

　　17、存儲濕度：<80%RH

　　18、操作高度：最大值為2000米(7000英尺)

　　19、電池型號：9V(型號：NEDA1604)

　　20、電池壽命：約80個小時(如背光持續(xù)工作，電池壽命將會縮短)

　　21、電池容量：約8.3毫安直流

　　22、重量：725g(包括電池和風扇在內(nèi))

　　23、尺寸：風速儀:178×74×33mm，風扇:70mm（直徑）

5　主要用途

　　風速計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(yīng)力及兩點的速度相關(guān)性、時間相關(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，如有偏移，可輕輕調(diào)整電表的機械調(diào)整螺絲，使指針回到零點；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)”、“細調(diào)”兩個旋紐，使電表指針指在零點的位置

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

　　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)的電流得到標準化

　　7．測畢，應(yīng)將“校正開關(guān)”置于斷的位置。

　　風速計將流速信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕囊环N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，流速信號即轉(zhuǎn)變成電信號。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，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，用以測量各個方向的速度分量。從熱線輸出的電信號，經(jīng)放大、補償和數(shù)字化后輸入計算機，可提高測量精度，自動完成數(shù)據(jù)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(shù)的測量。熱線風速儀與皮托管相比，具有探頭體積小，對流場干擾?。豁憫?yīng)快，能測量非定常流速；能測量很低速（如低達0.3米/秒)等優(yōu)點。

7　測量儀器

　　風杯

　　它是最常見的一種風速計。轉(zhuǎn)杯式風速計最早由英國魯賓孫發(fā)明，當時是四杯，后來改用三杯。三個互成度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個架子連同風杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上。在風力的作用下風杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點、測速發(fā)電機或光電計數(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)的風速計。螺旋槳裝在一個風標的前部，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對風的來

　　風速計向，它的轉(zhuǎn)速正比于風速。

　　熱線

　　熱線風速計

　　一根被電流加熱的金屬絲，流動的空氣使它散熱，利用散熱速率和風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)），即可制成熱線風速計。熱線風速計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，在測量風速的同時可以直接測定熱線本身的溫度。熱線風速計在小風速時靈敏度較高，適用于對小風速測量。它的時間常數(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)字風速計

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

　　的微處理器作為控制核心，外圍采用了先進的數(shù)字通訊技術(shù)。系統(tǒng)穩(wěn)定性高、抗干擾能力強，檢測精度高，風杯采用特殊材料制成，機械強度高、抗風能力強，顯示器機箱設(shè)計新穎獨特，堅固耐用，安裝使用方便。所有的電接口均符合國際標準，安裝時免調(diào)試，適用于不同的工作環(huán)境。

　　數(shù)字風速儀用于測量瞬時風速和平均風速，具有自動監(jiān)測、實時顯示、超限報警控制等功能。

　　聲學

　　在聲波傳播方向的風速分量將增加（或減低）聲波傳播速度，利用這種特性制作的聲學風速表可用來測量風速分量。聲學風速表至少有兩對感應(yīng)元件，每對包括發(fā)聲器和接收器各一個。使兩個發(fā)聲器的聲波傳播方向相反，如果一組聲波順著風速分量傳播，另一組恰好逆風傳播，則兩個接收器收到聲脈沖的時間差值將與風速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩對元件，就可以分別計算出水平風速、風向和鉛直風速。由于超聲波具有抗干擾、方向性好的優(yōu)點，聲學風速表發(fā)射的聲波頻率多在超聲波段。

8　測量

　　1．在管道內(nèi)氣流流速測量實踐證明風速計的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。

　　風速計2、抽氣排氣中的測量通氣口會極大的變管道內(nèi)氣流相對均衡的分布狀態(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，通常采用大風速計的口徑轉(zhuǎn)輪進行測量。因為較大的口徑能夠?qū)Σ痪獾牧魉龠M行平均，并在較大范圍內(nèi)計算其平均值。

　　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)，也沒有一個滿足測量條件的位置，可供進行測量操作。如采用帶有平均值計算功能的柵極測量法進行測量，并借以確定容積流量法進行測量，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)，即可計算出抽出的容積流量。（如漏斗系數(shù)20）

　　風速和風量的具體檢測方法

　　A、風量、風速檢測必須首先進行。各項凈化效果都是在設(shè)計的風量、風速下獲得。

　　B、檢測前檢查風機是否運轉(zhuǎn)正常，必須實地測量被測風口、風管的尺寸。

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

　?。ㄈ‰x高效過濾器0.3m垂直于氣流處的截面作為采樣截面，按照測試點間距不宜大于0.6m在截面上設(shè)置不少于5個測試點，所有讀數(shù)的算術(shù)平均值作為平均風速。）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)送風面0.5m～1m的垂直截面；截面上測試點數(shù)量應(yīng)不少于10個，間距不應(yīng)大于2m，均勻布置；

　　D、對于安有過濾器的風口，以風口截面平均風速和風口凈截面積的乘積確定風量。（在風口截面或引用輔助風管的截面上按不少于6個均勻布置的測試點得出平均風速。）

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

　　F、對于矩形風管，將測定截面分成若干個相等的小截面，每個小截面盡可能接近正方形，邊長不大于200mm，測試點位于小截面中心，但整個截面上不宜少于3個測試點；對于圓形風管，應(yīng)按等面積圓環(huán)法劃分測定截面和確定測試點數(shù)；在風管外壁上開孔，插入熱式風速計探頭或皮托管。（通過測動壓，換算為風量。）

9　應(yīng)用

　　風速計的應(yīng)用很廣泛，在所有領(lǐng)域都能靈活運用，，廣泛應(yīng)用于電力、鋼鐵、石化、節(jié)能等行業(yè)，在北京奧運會中還有其他的應(yīng)用，帆船比賽，劃艇比賽，野外射擊比賽等都需要用到風速儀來測量。風速儀已經(jīng)較為先進，除了測量風速外同時還可以測風溫、風量。有很多行業(yè)都需要用到風速儀，推薦使用的行業(yè)：出海捕撈業(yè)、各類風扇制造業(yè)、需要抽風排氣系統(tǒng)的行業(yè)等等。

　　風速計不同的季節(jié)及不同的地理形勢，都會令到大氣中的風向不斷變動。如海邊日夜的風向不同，冬季及夏季亦有不同的季候風。研究風向可幫助我們預(yù)測及研究氣候的變化。研究風向需要使用風速計。風速計的設(shè)計多為箭狀，也有做成動物形態(tài)，像公雞造型的。風速計的箭羽部份會隨風向轉(zhuǎn)動。風速計需裝置於沒有建筑物或樹木等，阻擾風移動的地方。用途及適用范圍QDP系列熱球式電風速計，用在采暖、通風、空氣調(diào)節(jié)、氣象、農(nóng)業(yè)、冷藏干燥、勞動衛(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都可使用，是一種測量低風速的基本儀器。該產(chǎn)品于一九八七年曾被北京市經(jīng)濟委員會評為北京市優(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)，流速小時溫度較高，反之溫度較低。