Fizičko-tehnička merenja – Laboratorijska vežba – Anemometar

MERENJE BRZINE VAZDUHA POMOĆU ANEMOMETRA SA PRETVARAČEM OD UGREJANOG 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 odvodi sa pretvarača njegova temperatura postoje konstantna, a time i otpornost. Metoda konstante struje – struja kroz pretvarač 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 potvratnog 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.

 
ZADATAK VEŽBE

1. Snimiti dijagram zavisnosti otpornosti pretvarača od ugrejanog metalnog filma u funkciji brzine strujanja vazduha, pri konstantnoj struji grejanja (za dve vrednosti struje).
2. Za anemometar na bazi konstantne temperature senzora snimiti zavisnost izlaznog napona od brzine vazduha . Rezultate takođe prikazati na dijagramu, koji bi trebalo da bude linearan.

 
TEORIJSKA OBJAŠNJENJA RADA ANEMOMETRA SA UGREJANOM ŽICOM I FILMOM
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
gde je S površina provodnika, t njegova temperatura, 0 t temperatura vazduha i h(v) [W/m C]2 koeficijent prenosa toplote sa žice na vazduh pri brzini v . Teorijska i eksperimentalna ispitivanja pokazuju da se koeficijent h(v) u najvećem broju slučajeva može prikazati funkcijom oblikagde su C0 i C1 konstante koje zavise od oblika ugrejanog provodnika i vrste fluida. Otpornost  provodnika se u užem temperaturskom opsegu prikazuje linearnim izrazom…
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. Pri većim brzinama vazduha temperatura žice postepeno teži sobnoj temperaturi, a otpornost žice teži konstantnoj vrednosti R0. Zbog 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 trujanja fluida.

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(2.5). Konstantna temperatura 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 neprestano 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.