Fizičko tehnička merenja
– Laboratorijski vežba – Anemometar
strana 1 od 5
II VEŽBA
2.
MERENJE BRZINE VAZDU
HA POMOĆU ANEMOMETRA
SA
PRETVARAČEM OD UGREJ
ANOG METALNOG FILMA
Anemometer –
Uređaj za merenje brzine strujanja vazduha ili za merenje smera i brzine strujanja
vazduha. Pretvarač
predstavlja
ugrejani metalni film čija otpornost
zavisi od brzine strujanja
vazduha. Koeficijent presnosa toplote sa filma na vazduh je srazmeran korenu brzine strujanja
vazduha i kada se Džulovi gubici izjednače sa tolotom koja se konvekcijom odvod
i
sa pretvarač
a
njegova temperatura postoje konstantna, a time i otpornost. Metoda konstante struje – struja kroz
pretvara
č se održava konstantom, ali metoda je primenljiva samo za manje brzine strujanja vazduha.
Metoda konstantne temperature –
pretvarač je vezan u jednu granu Vitstonovog mosta i jakom
potvrat
nog spregom se održava konstantna otpornost pretvarača, pa je ova metoda primenljiva i za
veće brzine strujanja vazduha. Kao referenta metoda za merenje brzine strujanja vazduha koristi se
Pitoova cev.
2.1.
ZADATAK VEŽBE
a)
Snimiti dijagram zavisnosti otpornosti p
retvarača od ugrejanog metalnog filma u funkciji brzine
strujanja vazduha,
)
(
v
f
R
pri konstantnoj struji grejanja (za dve vrednosti struje).
b)
Za anemometar na bazi konstantne temperature senzora snimiti zavisnost izlaznog napona od brzine
vazduha,
v
f
U
i
. Rezultate takođe prikazati na dijagramu
v
f
U
i
2
, koji bi trebalo da bude
linearan.
2.2.
TEORIJSKA OBJAŠNJENJA RADA ANEMOMETRA SA UGREJANOM ŽICOM I
FILMOM
2.2.1.
METODA KONSTANTNE STRUJE
Kada kroz metalni provodnik, oblika žice ili tankog filma, otpornosti
R
, protiče struja
I
, snaga koja
se u ustaljenom stanju predaje okolnom vazduhu koji struji brzinom
v
, data je izrazom
)
(
0
2
t
t
S
v
h
RI
P
(2.1)
gde je
S
površina provodnika,
t
njegova temperatura,
0
t
temperatura vazduha i
)
(
v
h
C]
[W/m
2
koeficijent prenosa toplote sa žice na vazduh pri brzini
v
. Teorijska i eksperimentalna ispitivanja
pokazuju da se koeficijent
)
(
v
h
u najvećem broju slučajeva može prikazati funkcijom oblika
v
C
C
v
h
1
0
(2.2)
gde su
0
C
i
1
C
konstante koje zavise od oblika ugrejanog provodnika i vrste fluida. Otpornost
provodnika se u užem temperaturskom opsegu prikazuje linearnim izrazom
0
0
1
t
t
R
R
(2.3)
gde je
R
otpornost provodnika na temperaturi okolnog vazduha, a
linearni temperaturski
koeficijent otpornosti. Na osnovu (2.1), (2.2) i (2.3), za zavisnost otpornosti od brzine dobija se
2
3
2
3
2
0
,
RI
v
C
C
v
C
C
R
I
v
R
(2.4)
gde je
/
0
2
S
C
C
i
/
1
3
S
C
C
Primer karakteristike
I
v
R
,
za dve vrednosti konstantne struje,
Fizičko tehnička merenja
– Laboratorijski vežba – Anemometar
strana 2 od 5
mA
300
1
I
i
mA
250
1
I
, prikazan je na sl.2.1.
Na početnom delu karakteristike temperatura, a time i otpornost ugrejane žice
brzo opada pri
porastu brzine vazduha. Pri povećanju brzine vazduha raste koeficijent prenosa toplote, tj. povećava se
brzina odvođenja toplote sa žice na vazduh. Temperatura žice i njena otpornost se smanjuju, što takođe
važi i za snagu
2
,
I
I
v
R
(strmi deo krive na sl.2.1
). Pri većim brzinama vazduha
m/s
5
v
temperatura žice postepeno teži sobnoj temperaturi,
0
t
t
, a otpornost žice teži konstantnoj vrednosti
0
R
. Zbo
g toga se pri većim brzinama na karakteristici uočava oblast zasićenja na kojoj osetljivost
merenja teži nuli. Metoda konstantne struje je zbog toga primenjiva samo za merenje manjih brzina
strujanja fluida (
m/s
4
v
).
Slika 2.1
: Zavisnost otpornosti pretvarača sa ugrejanom žicom (filmom) od brzine vazduha pri
konstantnoj struji.
2.2.2.
METODA KONSTANTNE TEMPERATURE
Temperatura ugrejane žice, (a time i njena otpornost), mogu se održavati konstantnim u pokretnom
fluidu pod uslovom da se, zavisno od brzine menja i struja zagrevanja. Pri većoj brzini fluida brzina
odvođenja toplote raste, pa bi pri normalnim okolnostima došlo do smanjenja temperature. Međutim,
ako se sa porastom brzine vazduha povećava struja zagrevanja, (a time i snaga), može se postići da se
zadrži ista temperatura (otpornost), kao pri manjoj brzini. Analogno, pri smanjenju brzine, smanjenjem
struje može se održati konstantna temperatura pretvarača.
Ako se pretpostavi uslov da otpornost
ugrejanog pretvarača ima konstantnu vrednost
R
iz (2.1) i
(2.2)
izvodi se izraz za napon pretvarača
v
C
C
t
t
RS
RI
v
U
1
0
0
(2.5)
Konstantna temperatu
ra ugrejane anemometarske žice može se održavati ručnom regulacijom
struje. Međutim pogodnije je automatsko rešenje, pomoću mosta i operacionog pojačavača, sl.
2.2.
Napon kojim se napaja most, a time i zagreva pretvarač je izlazni napon pojačavača. Ulaz pojačavača
spojen je na izlazne krajeve mosta. S obzirom da razlika napona na ulazima operacionog pojačavača
mora biti vrlo bliska nuli ('virtuelna masa'), sledi da je i izlazni napon mosta u svakom trenutku
praktično nula tj. most se nep
restano održava u stanju ravnoteže. Pri promeni brzine vazduha, napon se
automatski menja na vrednost koja obezbeđuje konstantnu otpornost (odnosno temperaturu žice), pri
kojoj je most u ravnoteži.
Izlazni napon pojačavača
i
U
, dat izrazom (2.5), jednak je zbiru napona na
pretvaraču i na stalnom otporniku
1
R
kroz koji takođe teče struja
I
ugrejane žice pa je
