Termoanemometr / Anemometr termiczny

Urządzenia do pomiaru prędkości wiatru i przepływu są znane jako termoanemometry / anemometry termiczne. W zależności od zasady działania dzielą się na termoanemometry / anemometry termiczne z gorącym drutem, termoanemometry / anemometry termiczne wiatraczkowe i termoanemometry / anemometry termiczne z rurką Pitota. Termoanemometry / Anemometry termiczne z gorącą warstwą wykorzystują związek między prędkością przepływu a emisją ciepła, dlatego nazywane są również anemometrami termicznymi. Nawet jako dzieci, kiedy dmuchamy na gorące jedzenie, zdajemy sobie sprawę, że ciepło jest uwalniane do chłodniejszego otoczenia szybciej przy wyższych prędkościach.

Zasada działania termoanemometru / anemometru termicznego z gorącym drutem jest bardzo prosta, cienki drut lub folia przewodząca jest podgrzewana elektrycznie. Ten podgrzewany element czujnika stygnie tym szybciej, im więcej powietrza rozpraszającego ciepło przepływa wokół niego. Opór elektryczny zarówno drutu, jak i gorącej folii maleje wraz ze spadkiem temperatury. Są to rezystory PTC (PTC dla dodatniego współczynnika temperaturowego). Ze względu na sposób działania wiele anemometrów z gorącym drutem dobrze nadaje się do bardzo niskich prędkości wiatru, ponieważ mają najwyższą czułość w dolnym zakresie pomiarowym. Ale Termoanemometry / Anemometry termiczne mogą być również zaprojektowane do dużych prędkości, nawet naddźwiękowych. Termoanemometr / Anemometr termiczny może być również używany jako bardzo szybko reagujący termometr o minimalnej mocy cieplnej.

Obszary zastosowania termoanemometrów / anemometrów termicznych z gorącym drutem
Ze względu na czułą reakcję Termoanemometry / Anemometry termiczne doskonale nadają się do rejestracji małych prądów. Dlatego są często wykorzystywane do pomiarów w domach i zakładach pracy w celu zlokalizowania niepożądanych prądów powietrza. Ze względu na zwarty kształt czujnika termoanemometru / anemometru termicznego mogą być wykorzystywane do sprawdzania warunków przepływu w wąskich szybach lub rurociągach oraz do wykrywania nieszczelności.

Skuteczność systemów wentylacyjnych lub urządzeń ssących w klinikach, biurach typu open space, miejscach spotkań czy zakładach produkcyjnych można również sprawdzić za pomocą termoanemometru / anemometru termicznego. W produkcji silników Diesla oraz elementów systemów wentylacji Termoanemometry / Anemometry termiczne służą do sprawdzania wartości urządzeń czerpni lub wyrzutni powietrza. W rolnictwie i podczas dezynfekcji sensowne jest sprawdzenie warunków przepływu za pomocą termoanemometru / anemometru termicznego przed nałożeniem proszku lub mgły natryskowej na duży obszar. Gdyby prąd był zbyt silny, materiał zostałby przypadkowo rozprowadzony w innych miejscach.

Budowa czujnika termoanemometru / anemometru termicznego
Termoanemometry / Anemometry termiczne zwykle wykorzystują termistory lub druty wykonane z platyny, niklu, wolframu lub innych metali o grubości zaledwie 2,5 do 10 μm i co najmniej 200 razy dłuższe. Prędkość przepływu jest wykrywana głównie prostopadle do termistora lub gorącego drutu. W przypadku gorących drutów średnica w dużej mierze determinuje częstotliwości, które można wykryć. Szybkość reakcji wzrasta wraz ze zmniejszaniem się średnicy drutu.

Ponieważ druty grzejne i elementy gorącej folii są również bardzo wrażliwe mechanicznie, często są one chronione przed przypadkowym uszkodzeniem za pomocą specjalnych nasadek ochronnych. W zależności od konstrukcji rezystancji termicznej oraz kapturków ochronnych należy zwrócić uwagę czy czujnik jest zależny od kierunku przepływu. W przypadku czujników kierunkowych często do czujnika dołączane są strzałki, które wskazują kierunek przepływu. Aby Termoanemometr / Anemometr termiczny mógł prawidłowo rejestrować prędkość przepływu, należy obrócić czujnik tak, aby kierunek strzałki i kierunek przepływu były zgodne. Aby pomiary były dokładne, gorący drut musi być wolny od osadów. Kurz lub inne osady wpływają na odprowadzanie ciepła do otoczenia, a tym samym na wynik pomiaru. Pręt czujnika jest często projektowany jako pręt teleskopowy. Oznacza to, że Termoanemometry / Anemometry termiczne mogą rejestrować prądy również w trudno dostępnych miejscach. Wewnątrz pręta przewody łączące są poprowadzone od rezystora termicznego do elementów elektronicznych urządzenia.

Zasady pomiaru termoanemometru / anemometru termicznego
Stosowane są dwie metody określania związanych z przepływem strat ciepła w anemometrze z gorącym drutem i prędkości przepływu z niego. Albo używasz pomiaru przy stałym natężeniu (CCA – Constant Current Anemometry) albo pomiaru przy stałej temperaturze (CTA – Constant Temperature Anemometry).Termoanemometry / Anemometry termiczne z anemometrią stałoprądową (CCA – Constant Current Anemometry) pracują ze stałym prądem grzewczym. Jeśli zmienia się temperatura gorącego drutu, zmienia się również rezystancja i można zmierzyć zmianę napięcia. Jeśli gorący drut dalej się ochładza z powodu dużego natężenia przepływu, zmierzone napięcie spada. Jednak czułość maleje wraz ze wzrostem prędkości przepływu. Takie Termoanemometry / Anemometry termiczne CCA mają prostą konstrukcję i dobrze nadają się do niskich prędkości. niektóre Termoanemometry / Anemometry termiczne CTA posiadają dodatkowy czujnik do rejestracji ciśnienia powietrza. Oznacza to, że anemometry CTA z gorącym drutem są technicznie bardziej złożone niż Termoanemometry / Anemometry termiczne CCA, ale mogą pracować w większym zakresie pomiarowym i kompensować wpływ temperatury, a przy odpowiednim wyposażeniu także wpływ ciśnienia powietrza.

Pomiar kierunku za pomocą termoanemometru / anemometru termicznego
Do pomiarów, w których ma być również określony kierunek przepływu, wymagane są czujniki o kilku rezystancjach termicznych. Rezystory są rozmieszczone w taki sposób, że Termoanemometr / Anemometr termiczny może określić kierunek przepływu na podstawie różnych emisji ciepła. W zależności od ilości i rozmieszczenia drutów grzejnych lub elementów z gorącą folią kierunek przepływu można rejestrować w dwóch lub trzech wymiarach. Wiatrowskazy na dachach domów, które wskazują kierunek wiatru według punktów kardynalnych, są dwuwymiarowe. W przypadku pomiaru trójwymiarowego uwzględniana jest również płaszczyzna prostopadła do punktu kardynalnego. Termoanemometry / Anemometry termiczne z gorącym drutem, których sonda ma trzy odpowiednio ułożone gorące druty, mogą również rejestrować kąty przepływu i turbulencje. Umożliwia to również pomiary o wysokiej rozdzielczości w systemach napędu odrzutowego lub w procesach z niestabilnymi przepływami.