Sıcak Tel Anemometre

Rüzgar ve akış hızlarını ölçen cihazlar anemometre olarak adlandırılır. Anemometreler, çalışma prensiplerine göre sıcak tel anemometre, kanatlı anemometre ve pitot tüp anemometre olarak ayrılır. Sıcak tel anemometre, akış hızı ve ısı salınımı arasındaki ilişkiyi kullandığından termal anemometreler olarak da adlandırılır. 

Sıcak tel anemometre, ince bir tel ya da iletken film ile ısıtılır. Bu ısıtılmış sensör bileşeni, ısı yayan hava ile ne kadar güçlü bir şekilde çevrelenirse o kadar hızlı soğur. Elektrik direnci hem telde hem de sıcak filmde sıcaklık düştüğünde azalır. Pek çok sıcak tel anemometre, düşük ölçüm aralığında en yüksek hassasiyete sahip olduğundan çok küçük rüzgar hızları için epey uygun olsa da yüksek hızlar için de uygun olacak şekilde tasarlanabilir. Sıcak tel anemometre, minimum ısıtma gücüyle çok hızlı tepki veren bir termometre olarak da kullanılabilir.

Sıcak tel anemometre, hassas tepkisi nedeniyle düşük akışları tespit etmek için çok uygundur. Bu nedenle, ev ve iş yerlerinde istenmeyen hava akımlarını tespit etmek için sıklıkla kullanılır. Sıcak tel anemometre, kompakt sensör şekli sayesinde dar şaftlarda ya da boru hatlarında akış durumunu kontrol etmek ve sızıntıları tespit etmek için kullanılabilir. Bunun haricinde, sıcak tel anemometre ile kliniklerde, açık ofislerde, toplantı merkezlerinde ya da üretim tesislerinde havalandırma sistemlerinin etkinliği kontrol edilebilir. Sıcak tel anemometre, dizel motorların ve havalandırma sistemlerinin bileşenlerinin üretiminde hava emme ya da hava tahliye cihazlarının değerlerini kontrol etmek için de kullanılabilir. Tarımda ve sterilizasyon işlemlerinde toz ya da spreyleri yüzeye uygulamadan önce akış koşullarını sıcak tel anemometre ile kontrol etmek mümkündür. Çok güçlü akış söz konusu olduğunda malzeme istemeden başka yerlere dağıtılacaktır.

Genelde sıcak tel anemometrelerde platin, nikel, tungsten ya da diğer metallerden yapılmış termistör ya da teller kullanılır. Bu malzemeler, 2.5 ila 10 µm kalınlığında ve yaklaşık 200 mm uzunluğundadır. Akış hızı esas olarak termistöre ya da sıcak tele dik olarak yakalanır. Sıcak tellerde çap, algılanabilir frekansları önemli ölçüde belirler. Tel çapı azaldıkça tepki hızı artar.

Sıcak tel ve sıcak film elemanları da mekanik olarak çok hassas olduğu için genelde özel koruyucu kapak ile istenmeyen hasarlardan korunur. Termal direnç ve koruyucu kapak tasarımına göre sensörün akış yönüne bağlı olup olmadığına dikkat edilmelidir. Yöne bağlı sensörlerde sensöre genelde akış yönünü gösteren oklar takılır. Sıcak tel anemometresinin akış hızını doğru bir şekilde algılaması için sensörün ok ve akış yönlerinin eşleşmesini sağlamak için döndürülmesi gerekir.

Hassas ölçümler elde edilmesi için sıcak tel yapışkanlardan arındırılmalıdır. Toz ya da diğer kaplamalar, çevreye ısı salımını ve dolayısıyla ölçüm sonucunu etkiler. Sıcak tel anemometrenin sensör çubuğu genelde teleskopik çubuk olarak tasarlanmıştır. Bu sayede, sıcak tel anemometre, ulaşılması zor yerlerde bile akışı algılayabilir. Teleskopik çubuğun içindeki bağlantı kabloları termal dirençten cihazdaki elektronik bileşenlere yönlendirilir.

Sıcak tel anemometrede akışa bağlı ısı kaybını ve akış hızını belirlemek için sabit akım ölçümü (CCA - Sabit Akım Anemometresi) ya da sabit sıcaklık ölçümü (CTA - Sabit Sıcaklık Anemometresi) olmak üzere iki yöntem kullanılır. 

Sabit akım anemometreli (CCA) sıcak tel anemometre sabit ısıtma akımı ile çalışır. Sıcak teldeki sıcaklık değiştiğinde direnç de değişir ve voltaj değişimi ölçülebilir. Sıcak tel, yüksek akış hızı nedeniyle soğumaya devam ettiğinde ölçülen voltaj azalır. Hassasiyet ise akış hızı arttıkça azalır. Bu tür CCA sıcak tel anemometreler, basit yapıya sahiptir ve düşük hızlar için çok uygundur.

Sabit sıcaklık anemometresi (CTA - Sabit Sıcaklık Anemometresi) sıcak telin sıcaklığını sabit tutar. Bu sıcaklığın ortam sıcaklığının üzerinde olması için ortam sıcaklığı ölçülür. Sıcak tel anemometre, sıcak tel hava akımı ile soğutulduğunda tekrar hedef sıcaklığa ulaşmak için ısıtma akışını arttırır. Daha yüksek akış hızında sıcak tel daha fazla soğutulur ve daha fazla ısıtma akımının kullanılması gerekir. Tüketilen ısıtma akımı ölçülerek akış hızı belirlenir. CTA sıcak tel anemometre ile konveksiyon sıcaklık bağımlılığı, ortam sıcaklığının değerlendirilmesiyle telafi edilir. Akış hızı da hava basıncına bağlı olduğundan bazı CTA sıcak tel anemometrelerde hava basıncını tespit etmek için ek bir sensör bulunur. Bu nedenle, CTA sıcak tel anemometreler teknik olarak CCA sıcak tel anemometrelerden daha karmaşık olsa da daha geniş bir ölçüm aralığında çalışabilir ve sıcaklık etkileri ile hava basıncının etkisini telafi edebilir.

Akış yönünün de belirlenmesi gereken ölçümler için termal dirençli birkaç sensör gerekir. Direnç, sıcak tel anemometrenin farklı ısı çıkışından akış yönünü belirleyebilmesi için düzenlenmiştir. Akış yönü, sıcak tel ya da sıcak film elemanının sayısına ve düzenine göre iki ya da üç boyutlu olarak tespit edilebilir. Evlerin çatılarında rüzgar yönünü gösteren rüzgarlar iki boyutludur. Üç boyutlu ölçümde gökyüzü yönüne dik olan düzlem dikkate alınır.

Probu uygun şekilde düzenlenmiş üç sıcak teli bulunan sıcak tel anemometre, akış açılarını ve türbülansı da algılayabilir. Bu sayede, kararsız akışlı proseslerde yüksek çözünürlüklü ölçümler gerçekleştirilebilir.