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1、原理簡介

    熱線風(fēng)速儀，發(fā)明于20世紀(jì)20年代。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(D3.4.4a)

上式稱為金（L.V.King,1914）公式，R、I分別為熱線的電阻和流過的電流強(qiáng)度，ΔT為熱線與流體的溫度差，A、B為與流體和熱線有關(guān)的物理常數(shù)。考慮到熱線材料的電阻溫度特性，（D3.4.4a）式可化為(D3.4.4b)

上式中U為熱線的輸出電壓，A’，B’為與熱線的電阻溫度系數(shù)有關(guān)的物理常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。這樣通過測量熱線兩端的電壓，即可確定流速。

 

2、探頭的結(jié)構(gòu)

    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2 mm；最小的探頭直徑僅1μm，長為0.2 mm。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，或在測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。

 

     熱線風(fēng)速儀的優(yōu)點(diǎn)是

（1）體積小，對流場干擾小；

（2）內(nèi)部設(shè)有溫度補(bǔ)償，在一定溫度范圍內(nèi)能夠保持高精度。

（3）適用范圍廣。不僅可用于氣體也可用于液體，在氣體的亞聲速、跨聲速和超聲速流動(dòng)中均可使用；除了測量平均速度外，還可測量脈動(dòng)值和湍流量；除了測量單方向運(yùn)動(dòng)外還可同時(shí)測量多個(gè)方向的速度分量。

（4）頻率響應(yīng)高，可高達(dá)1 MH z。

（5）測量精度高，重復(fù)性好。

熱線風(fēng)速儀的缺點(diǎn)是探頭對流場環(huán)境有一定要求。比如，測試環(huán)境要較潔凈，且測試探頭對環(huán)境溫度有一定要求。

 

     熱線風(fēng)速儀的主要用途是

（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