热式风速仪(hot-wire anemometer)是一种常用于测量气体流速的设备,它通过探头与被测气体接触并发生热传导来实现测量。其基本工作原理可以概括为:当探头通电时,它会加热周围的气体,并且因为热量的传导而降低自身的温度。根据被测气体的速度不同,探头周围的气体对其散热的程度也不同,进而导致探头温度的变化。通过测量探头温度的变化,就能计算出被测气体的流速。
具体来说,热式风速仪探头一般由细丝状的感温元件、支撑结构和保护外壳组成。感温元件被制成极细的金属丝,通常是钨或铂铑合金。当探头通电后,这个细丝会加热并处于恒定的温度状态。被测气流经过探头时,会对其散热并引起感温元件温度的下降,从而导致细丝阻值的变化。根据热阻效应,感温元件的阻值变化与被测气体速度成正比。
为了保证准确测量,热式风速仪探头的尺寸和形状必须严格控制。如果探头太大或太重,就会影响气流的流线性,导致测量结果产生误差。因此,通常采用直径在10微米以下的极细探头,并在其周围设置支撑结构和保护外壳。同时,为了消除环境温度对测量结果的干扰,热式风速仪还需要进行零点校准和灵敏度校准等工作。
总之,热式风速仪探头的工作原理基于热传导和热阻效应,通过测量探头温度的变化来计算被测气体的流速。它具有响应速度快、测量范围广、精度高等优点,在空气动力学、气象学、环境监测等领域得到了广泛应用。