Hot-wire vindmåler

Enheder til måling af vind- og flow hastigheder er også kendt som anemometer eller hot wire vindmålere. Afhængigt af deres funktionsprincip er de opdelt i hot-wire målere, vinge anemometre og pitotrør anemometre. Hot-wire anemometre bruger sammenhængen mellem flowhastighed og varmeafgivelse, hvorfor de også omtales som termiske anemometre. Allerede som børn, når vi blæser over varm mad, indser vi, at varme frigives hurtigere til de køligere omgivelser ved højere hastigheder.

Med hot-wire anemometeret opvarmes en tynd ledning eller ledende film elektrisk - den varme ledning eller den varme film. Denne opvarmede sensorkomponent afkøles hurtigere, jo mere varmeafgivende luft strømmer rundt om den. Den elektriske modstand af både ledningen og den varme film falder, når temperaturen falder. Disse er PTC-modstande (PTC for positiv temperaturkoefficient). På grund af deres funktionsmåde er mange hot-wire anemometre velegnede til meget lave vindhastigheder, da de har den højeste følsomhed i det nederste måleområde. Men hot-wire vindmålere kan også designes til høje hastigheder, selv til supersoniske. En hot-wire vindmåler kan også bruges som et meget hurtigt reagerende termometer med minimal varmeydelse.

På grund af den følsomme reaktion er hot-wire anemometre velegnede til at optage små strømme. Derfor bruges de ofte til målinger i boliger og på arbejdspladser for at lokalisere uønskede luftstrømme. På grund af den kompakte sensorform af hot-wire anemometeret kan de bruges til at kontrollere strømningsforholdene i smalle aksler eller rørledninger og til at finde utætheder. Effektiviteten af ventilationssystemer eller sugeanordninger i klinikker, åbne- plankontorer, mødesteder eller produktionsanlæg kan også kontrolleres med et hot-wire vindmåler. I produktionen af dieselmotorer og ventilationssystemkomponenter bruges hot-wire anemometre til at kontrollere værdierne af luftindtag eller luftudsugningsanordninger. I landbruget og ved desinficering er det fornuftigt at kontrollere strømningsforholdene med et hot-wire vindmåler, før der påføres pulver eller sprøjtetåge over et stort område. Hvis strømmen var for stærk, ville materialet utilsigtet blive fordelt andre steder.

Termistorer eller ledninger lavet af platin, der anvendes nikkel, wolfram eller andre metaller, der kun er 2,5 til 10 μm tykke og mindst 200 gange så lange. Strømningshastigheden detekteres hovedsageligt vinkelret på termistoren eller den varme ledning. Ved varme ledninger bestemmer diameteren i høj grad de frekvenser, der kan detekteres. Reaktionshastigheden stiger med faldende tråddiameter.
Da varmetrådene og varmefilmselementerne også er mekanisk meget følsomme, er de ofte beskyttet mod utilsigtet beskadigelse af specielle beskyttelseshætter. Afhængig af udformningen af den termiske modstand og beskyttelseshætterne skal det bemærkes, om sensoren er afhængig af strømningsretningen. Ved retningssensorer er der ofte knyttet pile til sensoren, som angiver strømningsretningen. For at hot-wire anemometeret skal kunne registrere flowhastigheden korrekt, skal sensoren drejes, så pilens retning og flow matcher. For nøjagtige målinger skal den varme ledning være fri for opbygning. Støv eller andre aflejringer påvirker varmeafgivelsen til miljøet og dermed måleresultatet. Sensorstangen er ofte udformet som en teleskopstang. Det betyder, at hot-wire vindmålere også kan optage strømme på steder, der er svært tilgængelige. Inde i stangen føres forbindelsesledningerne fra den termiske modstand til de elektroniske komponenter i enheden.

To metoder bruges til at bestemme det flow-relaterede varmetab med hot-wire anemometeret og flowhastigheden fra det. Enten bruger man målingen ved konstant strøm (CCA – Constant Current Anemometri) eller målingen ved konstant temperatur (CTA – Constant Temperature Anemometrie). Hot-wire anemometre med konstant strømanemometri (CCA – Constant Current Anemometri) arbejder med en konstant varmestrøm. Hvis temperaturen ved den varme ledning ændres, ændres modstanden også, og en spændingsændring kan måles. Hvis den varme ledning afkøles yderligere på grund af den høje flowhastighed, falder den målte spænding. Følsomheden falder dog med stigende strømningshastighed. Sådanne CCA hot wire anemometre har et enkelt design og er velegnede til lave hastigheder.
Hot-wire anemometre med konstant temperatur anemometri (CTA – Constant Temperature Anemometri) holder temperaturen på hot-wire konstant. Omgivelsestemperaturen måles, så denne temperatur konstant er over den omgivende temperatur. Hvis den varme- ledning afkøles af luftstrøm, varmetrådsvindmåleren øger Varmestrømmen for igen at nå måltemperaturen Ved højere flowhastigheder afkøles den varme ledning hurtigere, og der skal bruges mere varmestrøm Den forbrugte varmestrøm måles og flowhastigheden bestemmes ud fra dette Konvektionstemperaturafhængigheden kompenseres af CTA hot-wire anemometeret ved at evaluere omgivelsestemperaturen Da flowhastigheden også afhænger af lufttrykket, har nogle af CTA hot-wire anemometerne en ekstra sensor at registrere lufttrykket, hvilket gør CTA hot-wire anemometeret teknisk mere komplekst end CCA hot-wire anemometeret , men kan arbejde over et større måleområde og kompensere for temperaturpåvirkninger og med passende udstyr også lufttrykkets påvirkning.

Ved målinger, hvor flowretningen også skal bestemmes, kræves sensorer med flere termiske modstande. Modstandene er arrangeret på en sådan måde, at hot-wire anemometeret kan bestemme strømningsretningen ud fra de forskellige varmeemissioner. Afhængig af antallet og arrangementet af varmetrådene eller varmefilmelementerne kan strømningsretningen registreres i to eller tre dimensioner. Vejrvinger på hustage, som angiver vindens retning i henhold til kardinalpunkterne, er todimensionelle. I den tredimensionelle måling tages der også højde for planet vinkelret på kardinalpunktet.
Varmetråds-anemometre, hvis sonde har tre passende arrangerede varmeledninger, kan også registrere strømningsvinkler og turbulens. Dette muliggør også højopløselige målinger i jet fremdrivningssystemer eller i processer med ustabile strømme.