热线风速计基本原理简介

热线风速计(Hot wire Anemometer，简称HWA)，发明于20世纪20年代。热线风速计基本原理是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”。当流体沿垂直方向流过金属丝时，将带走金属丝的一部分热量，使金属丝温度下降。热线风速计是可以将流速信号转变为电信号的一种测速仪器，也可测量流体温度或密度。通常与A/D板、相应的分析软件组成一整套完整系统。

热线风速计基本工作原理：
将直径d只有5~10µ、长度l为几mm的铂钨丝的两头焊在支架上制作成热线探头。当通电时，铂钨丝发热，温度高于周围介质的温度，介质流过探头时带走一部分热量，于是热线的温度随流速的大小而变化。

除去极小的流速（即与由于温度差引起的自然对流流速相当的流速）外，可以认为热线的热损失主要是与强迫对流有关，也即损失的热量主要是被气流所带走。

King氏研究了在强迫对流的情况下，流过无限长圆柱的热损失方程，这个方程用无量纲参数形式写出为

一般说来，热线的长径比l/d总超过200，因此可以应用King氏公式。式中的Re即为雷诺数，A，B为校正常数，Nu为努赛尔特数，这里定义为

其中λ为流体的热传导系数，θ为温度，Q为热量，下标w表示属于热线探头的参数。

如写成有量纲的形式，则为

对于已知的流体介质和探头，λ和l都是常数，可以放到常数A，B中去，于是

电流通过探头所提供的热量为

其中Rw为探头的电阻，Iw为通过探头的电流。根据热平衡原理，当达到平衡状态时，气流带走的热量应等于电流对金属丝所加的热量，即Q=Q1，于是有

金属丝的电阻与温度之间有下列关系

其中αf是温度为θf时热线材料的电阻温度系数，下标f表示属于流体介质的参数。因此

所以

同样，若给定探头和流体介质，则许多参数为常数可以归并到常数A、B中去，上式为

上式就是用热线风速仪测量风速的基本关系式。当保持热线电阻Rw恒定时，电流Iw和风速υ∞有一一对应的关系，这就是恒温式热线风速仪的测速原理。把上式化成电压E与风速υ∞之间的关系有

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