[科普中国]-热线风速表

定义

热线风速表是利用一根被加热的金属丝置于空气中，散热速率与周围空气的流速有关的特性来测量风速，散热量导致热线温度变化而引起电阻变化，流速信号即转变成电信号。

工作原理热线风速表将一金属丝通电进行加热，若气流经过金属丝，则会吸收部分热量，使其表面温度降低，金属丝表面温度降低的快慢与风速成一定的关系，因此，通过降温速率就可算出气流的流速，这就是热线式风速仪的设计原理。

工作模式热线风速表有两种工作模式：①恒流式。通过热线的电流保持不变，温度变化时，热线电阻改变，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℃，根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。2

热线特点热线长度一般在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，功能与热丝相似，但多用于测量液体流速。热线除普通的单线式外，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分量。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，如同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。2

优缺点热线风速表的优点是：3

(1)体积小，对流场干扰小；

(2)适用范围广。不仅可用于气体也可用于液体，在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用；除了测量平均速度外，还可测量脉动值和湍流量；除了测量单方向运动外还可同时测量多个方向的速度分量。

(3)频率响应高，可高达1 MH z。

(4)测量精度高，重复性好。

热线风速表的缺点是：探头对流场有一定干扰，热线容易断裂。3

主要用途热线风速表的主要用途：

(1)测量平均流动的速度和方向。

(2)测量来流的脉动速度及其频谱。

(3)测量湍流中的雷诺应力及两点的速度相关性、时间相关性。

(4)测量壁面切应力(通常是采用与壁面平齐放置的热膜探头来进行的，原理与热线测速相似)。

(5)测量流体温度(事先测出探头电阻随流体温度的变化曲线，然后根据测得的探头电阻就可确定温度。除此以外还开发出许多专业用途。3