气流速度测量 上
三种风速测量仪介绍及其原理 测量仪工作原理
三种风速测量仪介绍及其原理测量仪工作原理1、热式风速仪将流速信号变化为电信号的一种测速仪器，也可测量流体温度或密度。
其原理是，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电阻变化，流速信号即变化成电信号。
它有两种工作模式：①恒流式。
通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻更改，因而两端电压变化，由此测量流速。
②恒温式。
热线的温度保持不变，如保持150℃，依据所需施加的电流可度量流速。
恒温式比恒流式应用更广泛。
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，功能与热丝相像，但多用于测量液体流速。
热线除一般的单线式外，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重量。
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，相像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[1]与皮托管相比，具有探头体积小，对流场干扰小；响应快，能测量非定常流速；能测量很低速（如低达0.3米／秒）等优点。
当在湍流中使用热敏式探头时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的精准性。
在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于转轮式探头。
以上现象可以在管道测量过程中察看到。
依据管理管道紊流的不同设计，甚至在低速时也会显现。
因此，风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。
直线部分的起点应至少在测量点前10D（D=管道直径，单位为CM）外；尽头至少在测量点后4D处。
流体截面不得有任何遮挡（棱角，重悬，物等）。
2、叶轮风速仪风速计的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个靠近感应开头，对叶轮的转动进行“计数” 并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。
局部排气设施控制气流速度检测与评估技术规范
局部排气设施控制气流速度检测与评估技术规范1. 导言本文档旨在为局部排气设施控制气流速度的检测与评估提供技术规范。
通过合理的气流速度控制，可以有效减轻有害气体或粉尘在工作场所中的扩散，保护工作人员的健康与安全。
2. 术语与定义- 局部排气设施：指在工作场所中设置的用于排放有害气体或粉尘的设备或系统。
- 气流速度：指空气在局部排气设施中的流动速度。
- 检测：对局部排气设施中气流速度进行测量的过程。
- 评估：根据检测结果对局部排气设施的气流速度进行评价和判定的过程。
3. 技术要求- 3.1 检测方法- 3.1.1 检测应在正常工作状态下进行，确保测量结果准确可靠。
- 3.1.2 可选的检测方法包括：激光速度测量、多孔板测量、风洞试验等。
- 3.1.3 检测仪器应经过校准并具备合法有效的检测报告。
- 3.2 检测标准- 3.2.1 局部排气设施的气流速度应符合国家或行业相关标准的要求。
- 3.2.2 如无相关标准规定，可参考国际通用标准或行业最佳实践进行评估。
- 3.3 评估结果- 3.3.1 根据检测结果，对局部排气设施的气流速度进行评价和判定。
- 3.3.2 如气流速度不符合要求，应采取相应措施进行调整或改进。
4. 检测与评估记录- 4.1 检测记录- 4.1.1 对每次检测进行详细记录，包括检测日期、地点、方法、仪器型号、结果等信息。
- 4.1.2 检测记录应保存至少两年，并定期进行备份。
- 4.2 评估记录- 4.2.1 对每次评估进行详细记录，包括评估日期、评估依据、评估结果、改进措施等信息。
- 4.2.2 评估记录应保存至少两年，并定期进行备份。
5. 培训和教育- 5.1 相关人员应接受必要的培训和教育，了解本技术规范的要求和操作方法。
- 5.2 培训和教育内容包括检测方法、标准要求、检测仪器的使用等。
6. 维护与监督- 6.1 局部排气设施应定期进行维护和保养，确保其正常运行和气流速度的控制效果。
热工测量第5章流速测量
5.2 流动方向的测量
3.两管形方向管 在只需要测量气流方向的场合,可用两根针管制成两管形方向管。其斜 角在45°~60°之间,两管要尽量对称,以斜角向外的较常用。如图5-10a所 示,两方向孔的距离小,测量结果受气流横向速度梯度的影响也小,当刚性较 差时,方向管的使用方法大致与复合管相同。
(2)测压管的校验 被校验的测压管与标准测压管读数进行对比实验, 以标准表读数为真值做被校验仪表的校验曲线。由于风速与被测气流的温 度、湿度及大气压等因素有关,对比实验时,应同时测出这些量作为参考因 素。
5.2 流动方向的测量
速度是矢量,不仅有大小,还有方向。方向测量可以分为平面和三维空 间气流的检测。本节主要介绍平面气流的测量。平面气流的测量包括气流 方向和气流速率的测量。测量气流速率的依据是不可压缩流体对某些规则 形状物体的绕流规律;流动方向是通过测量流速在不同方向的变化得到的, 可以在测压管得到不同方向的压力来反映速度的变化。
5.2 流动方向的测量
为了保证安装测压管的位置及方向,通常都在测压管上焊接一方向块, 焊接时尽量使方向块的平面与总压孔2的轴线相平行,方向块的平面就作为 测压管的原始位置,即几何轴线。
在使用时,几何轴线和气动轴线分别对应于坐标架刻度盘上的一个读数, 几何曲线与气动轴线的夹角称为校正角,如图5-8所示。校正角和校正曲线 一样,是在校正风洞上得到的。由于工艺上的原因,气动轴线、几何轴线及 总压孔2的轴线三者不一定平行。气流方向与气动轴线的夹角称为气流偏 角。气流偏角正负的规定:气流方向在基准方向的左侧,取正号;气流方向在 基准方向的右侧,取负号。α以几何轴线为基准方向,αc以气动轴线为基准方 向。
流速测量
流速测量测压管与测速技术热线热膜风速仪激光多普勒测速技术粒子图像测速技术6.0 概述气流速度是热力机械中工质运动状态的重要参数之一。
速度是矢量，它具有大小和方向。
测量气流速度的很多，但在热能动力方面，目前世界上最常用的方法还是空气动力测压法，其典型仪器就是各种测压管。
按用途，测压管可分为总压管、静压管、动压管、方向管和复合管。
伯努利方程是最基本的方程。
伯努利方程对同一条流线有效，只有在进口均匀的流场中才对整个流场有效6.1 测压管与测速技术气流速度测量平面气流测量空间气流测量6.1.1 气流速度测量气体流速低，不考虑其可压缩性；气体流速高，需要考虑可压缩性。
式中ε为气体的压缩性修正系数，它表示了气体的压缩效应的影响。
1．L型动压管(皮托管)考虑气体的压缩效应，有皮托管的结构2. T型动压管总压和静压分别由管口迎着气流方向和背着气流方向的管子引出。
优点：结构简单，制造容易，横截面积小；缺点：不敏感偏流角小，轴向尺寸大，不适于在轴向上速度变化较大的场合应用。
3. 笛型动压管主要用于测量大尺寸流道内的平均动压，以得到平均流速。
按一·定规律开孔的笛形管垂直安装在流道内，小孔迎着气流方向，得到气流的平均总压。
静压孔开在流道壁面上，与笛形管一起组成了笛形动压管。
在保证刚度的前提下，笛形管的直径d要尽量小，常取d/D＝0.04~0.09。
总压孔的总面积一般不应超过笛形管内截面的30％。
6.1.2 平面气流测量平面气流的测量包括气流方向的测量和气流速率的测量。
测量气流速度的依据是不可压缩理想流体对某些规则形状物体的绕流规律。
常用的测压管有二元复合测压管和方向管。
为了准测出气流的方向，要求方向管或复合管对气流方向的变化尽量敏感，这恰恰与总压管、静压管的要求相反。
常见类型1. 圆柱三孔型复合测压管圆柱体上沿径向钻三个小孔，中间的总压孔的压力由圆柱体的内腔引出，两侧方向孔的压力由焊接在孔上的针管引出。
结构简单．制造容易，使用方便，应用广泛。
流体力学实验装置的流速测量技术
流体力学实验装置的流速测量技术在流体力学实验中，流速的测量是非常重要的，因为流速的准确测量可以帮助研究人员更准确地分析流体力学特性，进而达到预期的实验效果。
在本文中，将介绍一些常用的流速测量技术及其在流体力学实验装置中的应用。
1. 热线法热线法是一种常用的流速测量技术，通过在流体中放置一个细小的热线传感器，利用传感器的电阻随温度变化的特性来测量流速。
当流体通过热线传感器时，传感器的温度会随流体速度的变化而变化，通过测量温度的变化，可以计算出流速的大小。
在流体力学实验中，热线法通常应用于小流速范围的流速测量，例如气体中的气流速度。
由于热线传感器体积小、响应速度快，并且对流体的干扰小，因此在一些需要高精度的实验中特别受到欢迎。
2. 风琴管法风琴管法是另一种常用的流速测量技术，通过测量流体通过风琴管时产生的声音频率变化来确定流速大小。
当流体通过风琴管时，由于流体速度的变化，管道内部会产生压力波动，这些压力波动会通过风琴管的共振产生声音，其频率与流速成正比。
在流体力学实验中，风琴管法通常应用于液体的流速测量，例如在水力学方面的实验中。
通过风琴管法可以实现对流速的快速测量，特别适用于需要实时监测流速变化的实验。
3. 激光多普勒测速仪激光多普勒测速仪是一种高精度的流速测量技术，通过激光的多普勒效应来实现对流体速度的测量。
激光多普勒测速仪利用激光束对流体中的颗粒进行照射，通过测量颗粒的散射光频率变化来确定流体的速度大小。
在流体力学实验中，激光多普勒测速仪被广泛应用于粒子流体的速度测量，例如在颗粒流动力学实验中。
由于激光多普勒测速仪具有非接触、高精度、高灵敏度等优点，因此在需要对小颗粒流体进行测量的实验中得到了广泛应用。
总的来说，流速的准确测量对于流体力学实验具有重要意义，不同的流速测量技术可以根据实验的需求选择合适的方法。
通过不断地改进流速测量技术，将能更准确地了解流体力学特性，为科学研究和工程应用提供更多有益的信息。
现代工程控制中的测试与检测技术(11 LDV和PIV)
1 r a v K r 1 c
v K i 1 c i v K r 1 c
I与R之间的频率偏移
1 c 1 r i i v K r 1 c v K i v K r K i ) i c v K r 1 c
v R ( ) v R ( 0 ) a b cos
a、 b为常数，由实验决定，通 常，a=0.15~0.20，b=0.85~0.80
测量方法 ① 直接测量法（对向测量） 在XOY平面内转动热线，使E最大。气流方向在XOY内 且与热线垂直。 测得E，由E ~ vR，可求得vR（= v）； ② 间接测量法（不对向测量） 置热线探头于XOY平面，测得桥项电压E1。 将热线探头在XOY内转动角，测得桥电压E2。 由E ~ vR可得vR1和vR2，解联立方程得v和
v1 光源 P1
光学多普勒效应
v2 接收
P2
P1
v 1t 1
l
ct1
l c t 1 v 1t 1
1 v1 (c v1 )
t2
l
(c v 2 )
2 ν1
(c v 2 ) (c v1 )
传播方向单位向量 。 光接受器R：光频2 ，R运动速度 v 2 。 光学多普勒效应给出光源与光接受器之间频率关系：
一.激光多普勒测速原理 基本原理简述：当激光照射到跟随流体一起运动的 微粒（示踪颗粒）上时，激光被运动着的微粒所散射。 散射光的频率和入射光的频率相比较，有正比于流体速 度的频率偏移。测量这个频率偏移，就可以测得流体速 度。 1. 光学多普勒效 应及频移方程 光源与光接受器 之间存在相对运动时， 发射与接受到的光波 频率会发生偏移，其 大小与相对速度有关。 此谓光学多普勒效应。
环境气流速度测定
附录 B
（标准的附录）
环境气流速度测定
B1 测定条件
B1.1 在实验设施运转接近设计负荷，连续运行48 h以上进行测定。
B1.2 测量仪器
B1.2.1测量仪器为精密度为0.01以上的热球式电风速计，或智能化数字显示式风速计，校准仪器后进行检测。
B1.2.2 测量仪器应定期检定。
B2 测定方法
B2.1 实验动物饲养设施和动物实验设施，应根据设计要求和使用目的确定动物饲育区和实验工作区，要在区内布置测点。
B2.1.1 一般空调房间应选择放置实验动物用具的具有代表性的位置及室内中心位置布点。
B2.1.2 恒温恒湿设施应选择在离围护结构0.5 m，离地高度1.0 m及室内中心位置布点。
B2.2 测定方法
B2.2.1 检测在洁净试验区或动物饲育区内进行，当无特殊要求时，于地面高度1.0 m处进行测定。
B2.2.2 乱流洁净室按洁净面积≤50 m2至少布置测定5个测点，每增加 20～50 m2增加3～5个位点。
B3数据整理
B3.1 每个测点的数据应在测试仪器稳定运行条件下测定，数字稳定10 s后读取。
B3.2 乱流洁净室内取各测定点平均值，并根据各测点各次测定值判定室内气流速度变动范围及稳定状态。
7。
气流速度测量实验
成绩西安交通大学实验报告课程： 实验日期 年 月 日 专业班号 组别 交报告日期 年 月 日 姓名学号报告退发 （订正、重做） 同组者教室审批签字实验六 气流速度测量实验实验目的1. 通过实验，掌握利用空气动力探针测量风管内气流速度的方法，以及相关仪器仪表的使用。
2. 通过实验，掌握毕托管和三孔探针测量气流速度的原理，并了解其结构。
实验装置简图原始数据用毕托管测量气体流速符号 名称 单位 1 2 3 4 5 6 7 8 h 0 中孔与大气压差 Pa 1495.7 1485.9 1471.2 1505.4 1525.0 1554.3 1583.6 1613.0 Δh 2 中孔与侧孔压差Pa 977.6 884.7 782.0 684.3 596.3 488.8 391.0 293.3 p a 大气压 Pa 96700 96700 96700 96700 96700 96700 96700 96700 t环境温度℃23.123.123.123.123.123.123.123.1用三孔探针测量气体流速符号名称单位 1 2 345 6 78Δh 2−1 中孔2与侧孔1压差 Pa 1026.4275977.55782.04 674.5095 596.3055430.122312.816 205.2855Δh 2 中孔2与大气压差Pa 1309.917 1349.019 1368.57 1388.121 1412.55975 1427.223 1466.325 1505.427 p a 大气压 Pa 96700 96700 96700 96700 96700 96700 96700 96700 t环境温度℃23.123.123.123.123.123.123.123.1实验名称数据处理毕托管测速数据处理名称 公式单位 12345678气流压力 p =p a +(ℎ0−Δℎ2) Pa 97218.1 97301.2 97389.2 97521.1 97628.7 97765.5 97892.6 98019.7 气流密度 ρ=pR ×(t +273)kg/m 3 1.144 1.145 1.146 1.148 1.149 1.150 1.152 1.153 气流动压 p d =k u ×Δℎ2 Pa 975.59 882.91 780.48 682.92 595.11 487.80 390.24 292.68 气流速度 u =√2p dρm/s41.3039.2736.9134.5032.1929.1226.0322.53注：k u =0.998三孔探针测速数据处理名称 公式单位 1 2 3 4 5 678气流静压p s =Δℎ2−k 0×Δℎ2−1k 0−k 1Pa281.4369.5585.0712.3815.1996.2 1152.9 1299.7气流密度 ρ=p a +p sR ×(t +273)kg/m 3 1.141 1.142 1.145 1.146 1.147 1.150 1.151 1.153气流动压p d =Δℎ2k 0−k 1Pa 1312.5 1346.3 1365.8 1385.3 1409.7 1424.4 1463.4 1502.4气流速度 u =√2p dρm/s 47.96 48.55 48.85 49.16 49.57 49.78 50.42 51.05注：k 0=1,k 0−k 1=0.998毕托管测得气流速度与压差曲线图051015202530354045010020030040050060070080090010001100气流速度(m /s )中控与侧孔压差(Pa)三孔探针测得气流速度与压差曲线图思考题1. 什么是气流压力和气流静压？他们之间有什么关系？气流压力是气流总压，包括动压和静压的两部分，气流压力是气流制止时对制止点壁面造成的压力，气流静压是气流运动时对壁面造成的压力。
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a 恒流型热线风速仪
如果在热线工作过程中，人为地用一恒值电 流对热线加热，由于流体对热线对流冷却， 且冷却能力随着流速的增大而加强。当流速 呈稳态时，则可根据热线电阻值的大小确定 流体的速度。
14
? ? ? ? R w ?
? 在测量线路中串联一个电子动态补偿电路，可使频率响应正 好补偿热线本身引起的动态响应误差，使系统成为一个线性 比例环节，从而完全消除动态响应误差。但该方法需了解 热 线时间常数值。
? 对热线材料的要求（镀铂钨丝）
? 电阻温度系数要高 ? 机械强度要好 ? 电阻率要大 ? 热传导率要小 ? 最大可用温度要高
7
热线探针--将金属丝的两 端焊接到两根叉杆上,叉杆 的另一端引出线, 再加上 保护罩并且在保护罩和叉 杆之间装以绝缘填料,就构 成了热线探针。起敏感元 件作用的只有中间部分。
热线探头的实际特性曲线必须经过风洞校准试验求得
按一个已知速度 U，对应在风速计上读出一个电压值 E来做出 E-U 曲线，也就是校准曲线。产生这种已知速度 U的装置称之为校准 装置。
20
(6) 热线风速仪的动态特性
? 热线风速仪用于非稳定气流的测量时，应考虑热线的 热惯性 造成的输出电压的相位滞后和幅值减小。
热膜探针--由热膜、衬底、绝缘层和导线几部分构成。所谓热膜 就是喷溅在衬底上的一层很薄的铂金膜，用熔焊方法将它固定 在楔形或圆柱形石英骨架上，其上加有加热电流。
8
热线热膜风速计（HWFA ）的新发展
?恒流式风速计 (第一代风速计 , 五十年代以前 ) ?恒温式风速计 (第二代风速计 , 五十年代以后 )
5
1、卡他温度计
? 卡他温度计：玻璃棒式温度计，测量范围： 125-130℉ ? 原理：根据温度计的冷却值测量微风速
6
2、热线热膜风速计（HWFA ）
（1）概况
? 热线热膜风速仪是利用放置在流场中具有加热电流的 细金属丝(直径1? m-10? m，长度1-2mm)来测量风速的 仪器。它是建立在热平衡原理基础上的。
16
?当风速增加，热线变冷，电阻Rs降低，1点的电压随之降低
?1点电压的降低引起了放大器负端电压增加，从而使E12增 加
?E12的增加意味着电桥电压Eb 的增加，
?Eb 的增加导致了通过敏感元件是电流Is增大
?Is的增大意味着重新加热敏感元件，从而使1点电压获得升 高，结果减少了E12，使系统恢复平衡。
10
? 热线的主要优点--利用极细的金属丝做成具有较大长度直径比
的探针，既减少热传导的影响，又具有相当好的空间分辨率。频 率响应高。
? 热膜探针的特点：
? 频率响应范围比热线窄。上限仅为 100kHz ? 工作温度较低，只比环境温度高 20度 ? 工艺复杂，制造困难 ? 机械强度比热线高 ? 受振动的影响小，不存在内应力的问题 ? 阻值可由控制热膜厚度来调节 ? 热传导损失较小
? 圆柱形热膜探针的优点
? 不易被打断或碰伤 ? 细微粒不会遮断热膜 ? 有效地拉紧，重复性好
11
连续流中金属丝的热耗散规律
? 热传导过程 --- 在设计中使之最小 ? 热辐射过程 --- 温差小 ? 自由对流过程 --- 流速大 ? 强迫对流过程
12
与热损耗有关的因素
? 介质的速度 ? 热线与介质之间的温度差 ? 介质的物理特性 --- 导热、密度、粘度、浓度 ? 金属丝的物理特性 --- 电阻温度系数、热导率、
反应快, 时间常数小，热滞后效应小，频率响应宽(1MHz) 。 三阶动态方程，具有三个以上的调节参量，调节过程中互相 制约，互相影响；系统很不稳定，需要做方波试验，调节麻 烦；频带较窄，不适于在高频流动中使用。
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?智能流速测量系统 (第三代风速计， 1995年以后)
1. 预移相线路模型, 具有五阶的动态方程, 完全革除了全部调 节参量, 调节简单。 2. 动态偏置的新概念和同步偏置的新线路, 线路稳定, 频带宽, 动态性能好, 免去了方波试验。 3. 利用CPU 技术, 具有智能化功能, 多功能多用途的软件包,自 动化程度有重大提高。
应关系是建立在输出电压 E和流动速度 U之间的。 对于接近于大气压条件下的大多数实用情形，可以忽略密度变化
的影响，校准表达式如下： E 2 ? A ? BU n
式中E为风速计输出电压， A,B为以来于热线尺寸、流体物理特性和 流动条件的常数，指数 n在一定的速度范围内恒定，在大范围内随 速度而变。
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第六章 气流速度测量
1
? 气流速度是热力机械中工质运动状态的重 要参数之一。
? 要具体了解热力机械的运动状况及内部的 工作过程，需要测量其中的气流速度。
? 速度是矢量，具有大小和方向。
2
?流速的测量方法
?机械方法 ?散热率法 ?动力测压法 ?激光多普勒测速技术(LDV) ?粒子成象测速技术(PIV)
R f a '? b 'u n
a '? b 'u n
?
I
2 w
R
f
电路简 单
15
b 恒温型热线风速仪
? 如果在热线工作过程中，始终保持热线的温度不变， 则可通过测得流经热线的电流值来确定流体的速度。
? 在实际测量电路中，测量的不是流经电路的电流， 而是惠斯顿电桥的桥顶电压 。
? 恒温风速计的 基本原理 就是利用反馈电路使热线温 度和电阻保持恒定。
3
现代的流动测量仪器有着共同特点：
利用光纤技术、芯片技术、激光技术、数字信号 处理技术、图形图象处理技术以及计算机技术等 手段，沿着集成化、智能化、数字化、精确化、 光电一体化等思路迅速发展。
4
二、散热率法测量流速
散热率法测量流速的 原理，是将发热的测速传感 器置于被测流体中，利用发热的测速传感器的 散 热率与流体流速成比例的特点，通过测定 传感器 的散热率 来获得流体的流速。 ? 卡他温度计 ? 热线（膜）风速仪
Eb 1
2
-
+
Rs
值得注意的是，上述过 程是瞬时发生的，所以 速度的增加就好像是电 桥输出电压的增加，而 速度的降低也等于是电 桥输出电压的降低。
17
18
(3) பைடு நூலகம்线风速计的校准
校准的原因：
1. 探针的性能是随制造工艺、探针尺寸和金属材料的不同而异。 2. 探针的性能也和流体的温度、密度等紧密相关。 3. 探针的性能还和污染情况、速度范围等其它外部条件有关。 4. 探针在测量中是和电子仪器结合在一起使用的，因此真正的响