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如何选择风速测量仪器？
文章来源：http://www.iwuchen.com/ 2018年03月13日 点击数：5118
一. 风速测量方式的对比
乱流（英语：turbulence），也称为紊流（大陆地区的旧称），是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波波状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为乱流，又称为湍流、扰流或紊流。
这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的乱流流场。
流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re＜2100为层流状态，Re＞4000为乱流状态，Re＝2100～4000为过渡状态。
通常测量风速的方法有三种：
热式探头、
叶轮式探头、
皮托管。
测量风速的时候如何才能选择最适合我们使用的仪器呢？这三种测量方法各自都适合用于哪些场合呢？
在0至100m/s的流速测量范围，我们可以分为三个区段：
低速：0至5m/s；
中速：5至40m/s；
高速：40至100m/s。
风速仪的热式探头用于0至5m/s的精确测量；
风速仪的叶轮式探头测量5至40m/s的流速效果最理想；
而利用皮托管则可在高速范围内得到最佳结果。
1.热式探头（热球式，热敏式，热线式）拥有最精确的测量效果，风速范围一般在0-30m/s。
・该方式是测试处于通电状态下传感器因风而冷却时产生的电阻变化，由此测试风速。不能得出风向的信息。
・除携带容易方便外，成本性能比高，作为风速计的标准产品广泛地被采用。
2.叶轮式探头可以选择叶轮的直径，不同尺寸的叶轮都有不同的应用。如选用直径100mm的大叶轮就可以测得100mm直径的圆形区域的平均风速。此外叶轮探头还可附加罩子，达到精确测量小出风口风量的效果。 ・该方式是应用风车的原理，通过测试叶轮的转数，测试风速。・用于气象观测等。・原理比较简单，价格便宜，但测试精度较低，所以不适合微风速的测试和细小风速变化的测试。・普及度低。 适用范围：1～50m/s 显示分辨率：0.1m/s
3.皮托管（皮托管）探头一般都是应用在测量管道风速，适合于大风速，一般小于5m/s的风速都不推荐使用皮托管。
正确选择风速仪探头的一个附加标准是温度：通常风速仪的热敏式传感器的使用温度约达-20~70˚C。普通的叶轮式探头也在-20~70˚C左右，但叶轮式探头可特制，承受350˚C高温。皮托管对于温度的适用范围是最广泛的，即使是最普通的探头，也能承受600˚C的高温。
二. 不同风速仪的工作原理
1.风速仪的热式探头（热球式风速仪）
热式探头是基于冷冲击气流带走热元件上的热量，借助一个调节开关，保持温度恒定，则调节电流和流速成正比关系。当在湍流中使用热敏式探头时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。
在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于叶轮式探头。以上现象可以在管道测量过程中观察到。根据管理管道紊流的不同设计，甚至在低速时也会出现。因此，风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面不得有任何遮挡。（棱角，重悬，物等）
2.风速仪的叶轮式探头 叶轮式风速仪
风速仪的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数”并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。风速仪的大口径探头（60mm,100mm)适合于测量中、小流速的紊流（如在管道出口）。风速仪的小口径探头更适于测量管道横截面大于探险头横截面积100倍以上的气流。
3.风速仪的皮托管探头 皮托管风速仪
在流动面的正面有与之形成直角方向的小孔，内部藏有从各自孔里分别提取压力的细管。通过测试其压力差（前者为全压、后者为静压），就可知道风速。
・原理比较简单，风速仪价格便宜，但与流动面必须设置成直角，否则不能进行正确的测试。不适合一般用。・不是作为风速计，而是作为高速域的风速校正来使用。
适用范围：5～100m/s 显示分辨率：0.01m/s
利用皮托管可测量流体的动压特性，而根据下面这个公式，就可计算出流体的速度。1）式中 Pd——流体的动压，Pa；
W——流体速度，m/s；
r——流体重度，N/m3；
g——重力加速度，m/s2。
这就是皮托管测量风速的原理。
三. 风速仪在空气流中的定位
风速仪的叶轮式探头的正确调整位置，是气流流向平行于叶轮轴。在气流中轻轻转动探头时，示值会随之发生变化。当读数达到最大值时，即表明探头处于正确测量位置。在管道中测量时，管道平直部分的起点到测量点的距离应大于是0XD,紊流对风速仪的热敏式探头和皮托管的影响相对较小。
在对风速仪的三种测量方法作了介绍之后，相信您已经对如何选择风速仪有了一个初步的想法。
一般我认为在选择的时候，您需要列出以下几个问题：
1、测量的风速大约在多少？
2、流体的温度大约在多少？
3、是在什么场合下测量风速？（如管道，出风口等等）
乱流（英语：turbulence），也称为紊流（大陆地区的旧称），是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波波状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为乱流，又称为湍流、扰流或紊流。
这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的乱流流场。
流态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。临界雷诺数与流场的参考尺寸有密切关系。一般管道流雷诺数Re＜2100为层流状态，Re＞4000为乱流状态，Re＝2100～4000为过渡状态。
通常测量风速的方法有三种：
热式探头、
叶轮式探头、
皮托管。
测量风速的时候如何才能选择最适合我们使用的仪器呢？这三种测量方法各自都适合用于哪些场合呢？
在0至100m/s的流速测量范围，我们可以分为三个区段：
低速：0至5m/s；
中速：5至40m/s；
高速：40至100m/s。
风速仪的热式探头用于0至5m/s的精确测量；
风速仪的叶轮式探头测量5至40m/s的流速效果最理想；
而利用皮托管则可在高速范围内得到最佳结果。
1.热式探头（热球式，热敏式，热线式）拥有最精确的测量效果，风速范围一般在0-30m/s。
・该方式是测试处于通电状态下传感器因风而冷却时产生的电阻变化，由此测试风速。不能得出风向的信息。
・除携带容易方便外，成本性能比高，作为风速计的标准产品广泛地被采用。
2.叶轮式探头可以选择叶轮的直径，不同尺寸的叶轮都有不同的应用。如选用直径100mm的大叶轮就可以测得100mm直径的圆形区域的平均风速。此外叶轮探头还可附加罩子，达到精确测量小出风口风量的效果。 ・该方式是应用风车的原理，通过测试叶轮的转数，测试风速。・用于气象观测等。・原理比较简单，价格便宜，但测试精度较低，所以不适合微风速的测试和细小风速变化的测试。・普及度低。 适用范围：1～50m/s 显示分辨率：0.1m/s
3.皮托管（皮托管）探头一般都是应用在测量管道风速，适合于大风速，一般小于5m/s的风速都不推荐使用皮托管。
正确选择风速仪探头的一个附加标准是温度：通常风速仪的热敏式传感器的使用温度约达-20~70˚C。普通的叶轮式探头也在-20~70˚C左右，但叶轮式探头可特制，承受350˚C高温。皮托管对于温度的适用范围是最广泛的，即使是最普通的探头，也能承受600˚C的高温。
二. 不同风速仪的工作原理
1.风速仪的热式探头（热球式风速仪）
热式探头是基于冷冲击气流带走热元件上的热量，借助一个调节开关，保持温度恒定，则调节电流和流速成正比关系。当在湍流中使用热敏式探头时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。
在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于叶轮式探头。以上现象可以在管道测量过程中观察到。根据管理管道紊流的不同设计，甚至在低速时也会出现。因此，风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面不得有任何遮挡。（棱角，重悬，物等）
2.风速仪的叶轮式探头 叶轮式风速仪
风速仪的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数”并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。风速仪的大口径探头（60mm,100mm)适合于测量中、小流速的紊流（如在管道出口）。风速仪的小口径探头更适于测量管道横截面大于探险头横截面积100倍以上的气流。
3.风速仪的皮托管探头 皮托管风速仪
在流动面的正面有与之形成直角方向的小孔，内部藏有从各自孔里分别提取压力的细管。通过测试其压力差（前者为全压、后者为静压），就可知道风速。
・原理比较简单，风速仪价格便宜，但与流动面必须设置成直角，否则不能进行正确的测试。不适合一般用。・不是作为风速计，而是作为高速域的风速校正来使用。
适用范围：5～100m/s 显示分辨率：0.01m/s
利用皮托管可测量流体的动压特性，而根据下面这个公式，就可计算出流体的速度。1）式中 Pd——流体的动压，Pa；
W——流体速度，m/s；
r——流体重度，N/m3；
g——重力加速度，m/s2。
这就是皮托管测量风速的原理。
三. 风速仪在空气流中的定位
风速仪的叶轮式探头的正确调整位置，是气流流向平行于叶轮轴。在气流中轻轻转动探头时，示值会随之发生变化。当读数达到最大值时，即表明探头处于正确测量位置。在管道中测量时，管道平直部分的起点到测量点的距离应大于是0XD,紊流对风速仪的热敏式探头和皮托管的影响相对较小。
在对风速仪的三种测量方法作了介绍之后，相信您已经对如何选择风速仪有了一个初步的想法。
一般我认为在选择的时候，您需要列出以下几个问题：
1、测量的风速大约在多少？
2、流体的温度大约在多少？
3、是在什么场合下测量风速？（如管道，出风口等等）
相信您在回答了以上三个问题后，就能够基本确定您需要的是什么风速仪了。
原文来源：http://www.iwuchen.com/
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