Термоанемометр

Термоанемометры являются одним из видов анемометров. Особенность принципа их работы состоит в том, что в конструкцию анемометра в качестве чувствительного элемента добавляется проволока, по которой пропускается электрический ток. При прохождении постоянного электрического тока силой ${\displaystyle I}$ и условии постоянного сопротивления ${\displaystyle R}$ проводника, в соответствии с законом Джоуля — Ленца (в термоанемометре — в проволоке) выделяется полное количество теплоты ${\displaystyle Q}$, равное:

${\displaystyle Q=I^{2}Rt}$,

откуда, согласно закону Ома:

${\displaystyle Q=U^{2}t/R\ =IUt.}$

Если считать, что это количество теплоты рассеивается в окружающую среду (в случае термоанемометра — в среду, образующую поток газа или жидкости), то, используя закон Ньютона — Рихмана, получим:

${\displaystyle Q=\alpha A(T_{w}-T_{m})}$,

где ${\displaystyle \alpha }$ — коэффициент теплопередачи, ${\displaystyle A}$ — площадь поверхности проволоки, ${\displaystyle T_{w}}$ — температура проволоки, ${\displaystyle T_{m}}$ — температура окружающей проволоку среды (потока газа или жидкости).

Приравнивая выражения для ${\displaystyle Q}$, получим:

${\displaystyle I^{2}Rt=\alpha A(T_{w}-T_{m})}$.

Считая величину тока постоянной (или поддерживая её таковой) можно получить выражение для сопротивления проволоки:

${\displaystyle R_{w}={\frac {\alpha A(T_{w}-T_{m})}{I^{2}t}}}$.

Набегающий поток газа или жидкости охлаждает проволоку, что приводит к изменению её электрического сопротивления. Произведя соответствующую градуировку и измеряя с высокой точностью сопротивление проволоки, можно определить температуру среды, в которой она находится:

${\displaystyle T_{m}=T_{w}-{\frac {R_{w}I^{2}t}{\alpha A}}}$.

Для точного измерения сопротивления проволоки термоанемометра её подключают к одному из плеч измерительного моста, а показания измерительных приборов градуируют в градусах Цельсия. Погрешность измерений при этом невысока, хотя количество теплоты, отдаваемое проволокой термоанемометра, зависит от параметров среды, геометрии конструкции и ориентации проволоки относительно набегающего на неё потока. Диапазон измерений, проводимых с помощью термоанемометра, для скоростей набегающего потока лежит в пределах от ${\displaystyle 0,1}$ м/с и выше.

Термоанемометры бывают трёх типов: постоянного тока, постоянного напряжения и постоянной температуры. В зависимости от областей применения используются разные конструкции термоанемометров.

Преимуществами термоанемометров являются быстрое и надёжное обнаружение потоков газа или жидкости малой интенсивности, малое время отклика, высокая дальность измерений и дешевизна изготовления.

Термоанемометры применяются для измерения потоков газа или жидкости в вентиляционных системах, кондиционерах, туннелях, лабораторных установках, системах теплового контроля и других^[2].