Hot Wire Anemometry Belangrijke kenmerken: * Het meetprincipe is gebaseerd op warmteverlies van een verwarmde draad door convectie. * Het apparaat kan worden gebruikt voor lucht- en gasstromen. * Het meetbereik varieert van 0,1 m/s tot 200 m/s. * De nauwkeurigheid van de meting is ±2% van de snelheid. Toepassingen: * Luchtkanalen * Ventilatiesystemen * Stofafscheiders * Uitlaatgassystemen Voordelen: * Hoge nauwkeurigheid * Snel meetbereik * Eenvoudige installatie nadelen: * Gevoelig voor vervuiling * Vereisen regelmatige onderhoud Zie ook: * Thermische anemometers * Laser-Doppler-anemometer Extra informatie: * Hot Wire Anemometry is een veelgebruikt meetprincipe in de lucht- en ruimtevaartindustrie. * Het apparaat kan worden gebruikt voor zowel laboratorium- als veldmetingen.

Hot wire anemometrie is een veelgebruikte experimentele techniek voor het meten van vloeistofsnelheid tijdens stromingstests. Snelheid is vaak een belangrijke parameter van de stroming om te karakteriseren. Maar zoals met veel stromingseigenschappen, is het een uitdaging om te meten zonder het experiment te beïnvloeden. Het meten van turbulente stromingen voegt een extra complicatie toe, aangezien de snelheid in dit regime snel kan fluctueren. Hot wire anemometers zijn een succesvol diagnostisch hulpmiddel omdat ze erg klein kunnen worden gemaakt om hun impact op de gemeten stroming te minimaliseren. En ze hebben een snelle tijdsrespons om snelle snelheidsfluctuaties in de stroming op te lossen. Deze video zal illustreren hoe een hot wire anemometer werkt in de configuratie met constante temperatuur. En vervolgens laten zien hoe deze apparaten worden gekalibreerd ter voorbereiding op hun gebruik in stromingsexperimenten.

In zijn eenvoudigste vorm bestaat een hot wire anemometer uit een kort resistief draadje dat tussen twee steunen is opgehangen en in de stroming van belang wordt geplaatst. De draad wordt elektrisch verwarmd tot een temperatuur die duidelijk boven de omgevingstemperatuur van de vloeistof ligt, zodat de gegenereerde warmte de warmteverliezen door convectief koelen compenseert. Omdat de snelheid van convectief koelen afhankelijk is van de snelheid van de vloeistof, kan een relatie tussen het elektrische vermogen in de anemometer en de stromingssnelheid worden gedefinieerd. Joule-verwarming van de draad is het product van de weerstand van de draad en het kwadraat van de elektrische stroom. Voor de meeste materialen is de weerstand temperatuurafhankelijk en wordt deze goed benaderd door een lineaire relatie, waarbij de constante alfa wordt gespecificeerd door het draadmateriaal. De convectief koeling kan worden gemodelleerd met behulp van King's Law. In deze vergelijking zijn A en B constanten die tijdens kalibratie moeten worden bepaald. En de exponent van de snelheid N is typisch rond 0,45. In de toestand van evenwicht zijn verwarming en koeling in balans. Maar het bepalen van het onmiddellijke ingangsvermogen hangt af van het gelijktijdig kennen van zowel de weerstand als de stroom. Een strategie die bekend staat als Constant-Temperature Anemometrie is om slechts genoeg stroom te leveren om de temperatuur en dus de weerstand van de draad constant te houden. Dit wordt bereikt met behulp van een Wheatstone-brug met de hete draad als een poot van de brugcircuit. De brug kan worden gezien als twee spanningsdelers parallel, en het verschil in hun uitgangen is de brugspanning. Als de verhoudingen één op R2 en RW op R3 gelijk zijn, is de brug in evenwicht en is de brugspanning nul. Anders wordt de brugspanning versterkt en gebruikt als feedbacksignaal. Stroom zal dan door de hete draad stromen en deze verwarmen tot de brug in evenwicht is gebracht. De basistemperatuur van de hete draad kan worden ingesteld door de controleweerstand R1 aan te passen. De wet van Ohm kan worden gebruikt om de stroom door de hete draad te relateren aan de brugspanning. Nu, omdat onze W constant wordt gehouden, kunnen de weerstandstermen worden opgenomen in de kalibratieconstanten. En de snelheid wordt gespecificeerd als een functie van de brugspanning. De kalibratieconstanten worden bepaald door de anemometer in een referentiestroomsysteem te plaatsen. Metingen moeten worden gedaan bij verschillende bekende stromingssnelheden, zodat een kleinstekwadratenregressie kan worden uitgevoerd. De vena contracta van de vrije straal is een nuttige referentiestroom omdat de gemiddelde snelheid goed wordt gekarakteriseerd door de vloeistofdichtheid en het drukverschil. Nu je begrijpt hoe de hot wire anemometer werkt, laten we zien hoe het apparaat experimenteel kan worden gekalibreerd met behulp van de vena contracta van een vrije straal.

Voordat je begint met instellen, maak jezelf vertrouwd met de lay-out en veiligheidsprocedures van de faciliteit. Het stromingssysteem bestaat uit een plenum dat onder druk wordt gehouden door een centrifugale ventilator. Een vrije straal vormt zich vanuit de spleet aan de zijkant van het plenum en de stapel aan de bovenkant maakt het mogelijk om de druk in het plenum aan te passen door restricterende orifice platen te schakelen. Stel nu het data-acquisitiesysteem in zoals getoond in het diagram in de tekst. Verbind de plenumdruktab met de positieve poort van de druktransducer en laat de negatieve poort open naar de atmosfeer. Stel kanaal nul op het data-acquisitiesysteem in op de brugspanning van de anemometer en kanaal een op de druktransducer. In de data-acquisitiesoftware stelt u het hot wire-kanaal in op nul en het druktransducerkanaal op een. Stel tenslotte de constante N in op 0,45 en de samplefrequentie op 100 Hertz en het totaal aantal samples op 1000. Voer de waarden in voor de lokale luchtdichtheid in de transducerkalibratieconstante in de juiste velden, zodat het data-acquisitiesysteem de resultaten in meters per seconde rapporteert. Gebruik een gekalibreerd spatiëring om de spleetbreedte in te stellen op 19,05 millimeter of drie kwart inch. Bevestig vervolgens de hot wire anemometer in de stroming op de positie van de vena contracta, die zich op een afstand van 1,5 keer de spleetbreedte van de opening bevindt. Plaats de anemometer en het middelvlak van de straal door de sonde in de dwarsstroomrichting te bewegen tot het signaal op de oscilloscoop minimale fluctuaties vertoont. Bedek nu de stapel volledig om de maximale straalsnelheid vast te stellen en zet vervolgens de stromingsfaciliteit aan. Gebruik de software om een datapunt op te nemen. Nadat de meting is voltooid, verwisselt u de orifice plaat voor een met de kleinste opening. Neem nog een meting met de nieuwe orifice plaat. Blijf orifice platen verwisselen en metingen doen totdat u ten minste zes datapunten heeft verzameld, inclusief een met de stapel volledig onbeperkt. Herstel de kalibratieconstanten uit de data-acquisitiesoftware.

Zodra u klaar bent met het verzamelen van gegevens, hebt u spanningsmetingen van de brugcircuits die overeenkomen met een reeks verschillende stromingssnelheden. Plot het kwadraat van de spanning als functie van snelheid verheven tot de macht 0,45. Voer vervolgens een lineaire kleinstekwadratenfit