風速計是測量空氣流速的儀器。它的種類較多，氣象臺站最常用的為風杯風速計，它由3個互成120°固定在支架上的拋物錐空杯組成感應(yīng)部分，空杯的凹面都順向一個方向。整個感應(yīng)部分安裝在一根垂直旋轉(zhuǎn)軸上，在風力的作用下，風杯繞軸以正比于風速的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。今天先來介紹三種風速儀：
1、熱式風速儀
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[1]與皮托管相比，具有探頭體積小，對流場干擾小;響應(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。
當在湍流中使用熱敏式探頭時，來自各個方向的氣流同時沖擊熱元件，從而會影響到測量結(jié)果的準確性。在湍流中測量時，熱敏式風速儀流速傳感器的示值往往高于轉(zhuǎn)輪式探頭。以上現(xiàn)象可以在管道測量過程中觀察到。根據(jù)管理管道紊流的不同設(shè)計，甚至在低速時也會出現(xiàn)。因此，風速儀測量過程應(yīng)在管道的直線部分進行。直線部分的起點應(yīng)至少在測量點前10×D(D=管道直徑，單位為CM)外;終點至少在測量點后4×D處。流體截面不得有任何遮擋(棱角，重懸，物等)。
2、葉輪風速儀
風速計的葉輪式探頭的工作原理是基于把轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成電信號，先經(jīng)過一個臨近感應(yīng)開頭，對葉輪的轉(zhuǎn)動進行“計數(shù)”并產(chǎn)生一個脈沖系列，再經(jīng)檢測儀轉(zhuǎn)換處理，即可得到轉(zhuǎn)速值。風速儀的大口徑探頭(60mm,100mm)適合于測量中、小流速的紊流(如在管道出口)。風速計的小口徑探頭更適于測量管道橫截面積大于探頭橫截面積100倍以上的氣流。
3、皮托管風速儀
18世紀為法國物理學家H.皮托發(fā)明。最簡單的皮托管有一根端部帶有小孔的金屬細管為導(dǎo)壓管，正對流束方向測出流體的總壓力;另在金屬細管前面附近的主管道壁上再引出一根導(dǎo)壓管，測得靜壓力。差壓計與兩導(dǎo)壓管相連，測出的壓力即為動壓力。根據(jù)伯努利定理，動壓力與流速的平方成正比。因此用皮托管可測出流體的流速。在結(jié)構(gòu)上進行改進后即成為組合式皮托管，即皮托-靜壓管。它是一根彎成直角的雙層管。外套管與內(nèi)套管之間封口，在外套管周圍有若干小孔。測量時，將此套管插入被測管道中間。內(nèi)套管的管口正對流束方向，外套管周圍小孔的孔口恰與流束方向垂直，這時測出內(nèi)外套管的壓差即可計算出流體在該點的流速。皮托管常用以測量管道和風洞中流體的速度，也可測量河流速度。如果按規(guī)定測量得到各截面的流速，經(jīng)過積分即可用以測量管道中流體的流量。但當流體中含有少量顆粒時，有可能堵塞測量孔，所以它只適于測量無顆粒流體的流量。所以，皮托管也可以用于測量風速及風的流量，這就是皮托管風速儀的原理。
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風速計
