Что такое термоанемометр и как он работает
Термоанемометр — это специализированный измерительный прибор, предназначенный для определения скорости движения и температуры газовых потоков. Он нашел широкое применение в различных технологических процессах, где необходим контроль параметров выделяющихся газов. В основе работы большинства современных термоанемометров лежит термоанемометрический метод. Его суть заключается в зависимости скорости потока от степени теплоотдачи специального чувствительного элемента. Этот элемент помещается в исследуемый поток и нагревается электрическим током. Ключевыми преимуществами таких приборов являются малая инерционность, высочайшая чувствительность, надежность и компактные размеры.
Устройство и принцип действия
Сердцем прибора является измерительный мост, в одно из плеч которого включен тот самый чувствительный элемент. Количество тепла, которое отдает нагретый элемент, напрямую зависит от физических свойств движущейся среды (например, ее плотности и теплоемкости), а также от геометрии и ориентации самого элемента в потоке. Интересно, что чувствительность термоанемометра возрастает при увеличении температуры рабочего элемента.
Классификация термоанемометров
Существует несколько способов классификации этих приборов. По методу нагрева чувствительного элемента их делят на приборы прямого, косвенного, непрерывного и импульсного действия. В зависимости от рода тока, питающего измерительный мост, различают термоанемометры постоянного и переменного тока.
Классические схемы, такие как приборы постоянного тока или постоянной температуры, имеют существенный недостаток — их показания сильно зависят от температуры самой исследуемой среды. Современные модели часто используют свойства платиновых датчиков. Они работают от автономных источников питания с возможностью подзарядки от сети, оснащаются цифровыми дисплеями с двумя шкалами измерений и представляют собой единый блок, объединяющий индикацию и измерительный зонд. Такая конструкция обеспечивает удобство эксплуатации.
Технические характеристики и особенности
Среди основных достоинств термоанемометров можно выделить:
- Простота процесса измерений.
- Широкий температурный диапазон для исследуемых потоков.
- Автономное питание.
- Небольшие масса и габариты.
- Наличие индикации разряда аккумулятора.
Типичные параметры прибора: измерение потоков с температурой до +300 °C, рабочий диапазон скоростей от 0.1 до 20 м/с, точность измерения температуры ±2 °C, точность измерения скорости ±5%. Сам прибор может работать в условиях от -20 до +40 °C. Время непрерывной работы от одного заряда аккумулятора составляет около часа, а масса обычно не превышает 1 кг.
Портативные и импульсные модели
Особой популярностью пользуются портативные термоанемометры. Это компактные переносные устройства со встроенным зондом, часто имеющие функцию расчета объемного расхода воздуха. Они идеально подходят для измерения низких скоростей и температуры воздуха внутри помещений, а также для пусконаладочных работ в системах вентиляции и кондиционирования. Их дисплей отображает всю необходимую информацию, а вес редко превышает 300 грамм.
Импульсные термоанемометры работают по иному принципу. Они измеряют скорость потока, определяя тепловую постоянную времени чувствительного элемента. Элемент кратковременно разогревается импульсом тока, а затем остывает в исследуемом потоке. Скорость этого остывания является функцией скорости потока и практически не зависит от температуры среды. Такие приборы часто могут работать в двух режимах — как термометр и как анемометр, переключаясь с помощью электронных ключей, управляемых микроконтроллером.
Области применения
Основная сфера использования термоанемометров — научные и инженерные исследования. С их помощью изучают нестационарные движения и течения в пристеночном пограничном слое, определяют направление скорости потока и уровень его турбулентности.
Отдельное важное направление — контроль освещения в музеях, архивах и библиотеках. Ультрафиолетовая составляющая света вызывает выцветание, старение и разрушение материалов экспонатов. Для оценки безопасности используется специальный критерий, показывающий отношение ультрафиолетового излучения к видимому. Поскольку современные источники света (например, светодиоды) имеют спектр, отличный от ламп накаливания, необходимы прямые измерения в обеих спектральных областях. Приборы помогают создать безопасный для экспонатов, но достаточный для посетителей уровень освещения.
Аналогичные задачи решаются и на рабочих местах. Избыточное УФ-облучение вредно для кожи и глаз человека. Существуют специальные приборы с двумя оптическими каналами, которые одновременно измеряют облученность в зонах фотосинтетически активной радиации (ФАР) и ультрафиолетового излучения, позволяя точно контролировать дозу.
При этом ультрафиолетовое излучение может быть и полезным, например, в сельском хозяйстве для стимуляции роста растений в теплицах и снижения содержания нитратов в биомассе. Однако в любом случае его применение требует тщательного контроля спектральных характеристик и воздействия на объект.