Термоанемометр

Те́рмоанемо́метр (от греч. θέρμη «тепло» + др.-греч. ἄνεμος — ветер и μετρέω — измеряю) — прибор для измерения скорости потока газа или жидкости.

Физические основы

Файл:Термоанемометр.svg

Схема термоанемометра. Датчиками скорости и температуры являются резисторы в плечах измерительного моста

Термоанемометры являются одним из видов анемометров. Особенность принципа их работы состоит в том, что в конструкцию анемометра в качестве чувствительного элемента добавляется проволока, по которой пропускается электрический ток. При прохождении постоянного электрического тока силой $I$ и условии постоянного сопротивления $R$ проводника, в соответствии с законом Джоуля — Ленца (в термоанемометре — в проволоке) выделяется полное количество теплоты $Q$, равное:

$Q=I^{2}Rt$,

откуда, согласно закону Ома:

$Q=U^{2}t/R\ =IUt.$

Если считать, что это количество теплоты рассеивается в окружающую среду (в случае термоанемометра — в среду, образующую поток газа или жидкости), то, используя закон Ньютона — Рихмана, получим:

$Q=\alpha A(T_{w}-T_{m})$,

где $\alpha$ — коэффициент теплопередачи, $A$ — площадь поверхности проволоки, $T_{w}$ — температура проволоки, $T_{m}$ — температура окружающей проволоку среды (потока газа или жидкости).

Приравнивая выражения для $Q$, получим:

$I^{2}Rt=\alpha A(T_{w}-T_{m})$.

Считая величину тока постоянной (или поддерживая её таковой) можно получить выражение для сопротивления проволоки:

$R_{w}={\frac {\alpha A(T_{w}-T_{m})}{I^{2}t}}$.

Набегающий поток газа или жидкости охлаждает проволоку, что приводит к изменению её электрического сопротивления. Произведя соответствующую градуировку и измеряя с высокой точностью сопротивление проволоки, можно определить температуру среды, в которой она находится:

$T_{m}=T_{w}-{\frac {R_{w}I^{2}t}{\alpha A}}$.

Для точного измерения сопротивления проволоки термоанемометра её подключают к одному из плеч измерительного моста, а показания измерительных приборов градуируют в градусах Цельсия. Погрешность измерений при этом невысока, хотя количество теплоты, отдаваемое проволокой термоанемометра, зависит от параметров среды, геометрии конструкции и ориентации проволоки относительно набегающего на неё потока. Диапазон измерений, проводимых с помощью термоанемометра, для скоростей набегающего потока лежит в пределах от $0,1$ м/с и выше.

Термоанемометры бывают трёх типов: постоянного тока, постоянного напряжения и постоянной температуры. В зависимости от областей применения используются разные конструкции термоанемометров.

Преимуществами термоанемометров являются быстрое и надёжное обнаружение потоков газа или жидкости малой интенсивности, малое время отклика, высокая дальность измерений и дешевизна изготовления.

Применение

Термоанемометры применяются для измерения потоков газа или жидкости в вентиляционных системах, кондиционерах, туннелях, лабораторных установках, системах теплового контроля и других.

Литература

• Ламб Г. Гидродинамика. — М.-Л.: ГИТТЛ, 1947.
• Калашников Н. В., Стоцкий Л. Р., Добрынина Н. П., Любимов Н. Г., Смирнов В. И., Тарасов Д. А. Единицы измерения и обозначения физико-технических величин. Справочник. — Москва : Изд-во «Недра», 1966.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. — Москва : Физматлит, 2014.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество. — Москва : Физматлит, 2014.

Ссылки

• Типы анемометров

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Термоанемометр», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Термоанемометр» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».