56434 skanuj0002 (554)

zgrzewu, powierzchni dolegania włókna do wspornika, czystości stykających się powierzchni zgrzewanych. Te parametry nie dają określić się teoretycznie; dlatego rzeczywiste wartości współczynników A i B muszą być określone na drodze pomiaru empirycznego - wzorcowania sondy.

Problemy wyżej wzmiankowane stają się bardzo delikatne z uwagi na rozmiary sondy: przeważnie stosuje się włókno wolframowe (platerowane platyną dla ułatwienia zgrzewania) o średnicy 5 pm i długości ok. 1 nun, oparte na wspornikach z niklu o średnicy 0.2 mm. Oporność wdókna sondy jest rzędu kilku omów. Sonda pracuje w temperaturze 200- 250 °C, grzana prądem ok.

K

20 mA. Wsporniki sondy są wmontowane w pręt ceramiczny o średnicy 2 mm.(tzw. sondą włóknowa). W rozwiązaniach wysokiej dokładności włókno sondy jest nieco dłuższe, ale przy wspornikach jest pokryte elektrolitycznie cienką warstwa złota. Wolna od niego jest środkowa, pomiarowa część włókna.

W innych rozwiązaniach - sonda jest wykonana jako włókno niklowe, napylone pod próżnią na pręt kwarcowy. Grubość napylenia jest rzędu 0.1 pm i jest zabezpieczona napyloną powloką kwarcową grubości również ułamka pm. (sonda filmowa lub fibrowa).

1    ->    2    3    4

Rys. 2. Sondy termoanemometru: 1 - włóknowa, 5 pm; 2 - włóknowa złocona, 5pm; 3 - fibrowa, włókno kwarcowe 70pm; 4 - filmowa napylana na kwarcu, strzałka wskazuje czuty film niklowy

Różne kształty sondy i jej wsporników umożliwiają stosowanie sond w rozmaitych konfiguracjach przepływu i jego ścianek. Sondy o dwu lub trzech włóknach zmontowanych w jednym Korpusie ceramicznym umożliwiają, jak to będzie dalej przedstawione, jednoczesne pomiary dwu lub lizecli składowych wektora prędkości.

Jak wspomniano wyżej, sonda w stanie pracy winna mieć temperaturę 200- 250°C. Aby ją rzyskać, w mostku Wheatstone’a wpierw należy zmierzyć oporność sondy w temp. otoczenia R₀, a następnie ustawić oporność równoległej gałęzi mostka na opór R_w tak, aby uzyskać odpowiedni współczynnik przegrzania R_w /R₀ równy 1.8 dla sondy włóknowej, 1.3 dla sondy filmowej.

Większy współczynnik przegrzania oznacza większą czułość sondy przy zmniejszeniu wytrzymałości mechanicznej włókna, co prowadzi do wzrostu ryzyka zerwania włókna.

Rys 3. Przykładowa charakterystyka wzorcowania sondy termoanemometru.

Dla włókna wolframowego współczynnik temperaturowy oporności wynosi 0.0036 1/deg; zatemT_w- T_p+ ((R_w/R₀)-l)/a =T_P +220°C

Z racji przedstawionych wyżej ostatnie z równań można zapisać jako:

E² = E₀² + B U”_ef    (12)

Prędkość U„f w powyższym wzorze jest tzw. prędkością efektywna chłodzenia włókna. W przepływie laminarnym w urządzeniu do wzorcowania, przy pr awidłowym montażu sondy, gdy jej włókno jest prostopadłe do wektora prędkości, jest ona tożsama z prędkością opływu.

Ogólnie, sonda termoanemometru jest czuła na prędkość, temperaturę i cechy fizyczne płynu określające wymianę ciepła, w tym gęstość. Możnu jej używać - w sposób podstawowy - do pomiaru prędkości przy stałej temperaturze; ale również do pomiaru temperatury przy stałej prędkości (dla bardzo małego współczynnika przegrzania R_tt/Ro czułość na prędkość spada prawie do zera). Można również w specjalnym montażu - przy stałej temperaturze i prędkości - mierzyć pole gęstości, przedstawiające skład fizycznej mieszaniny dwu gazów.

1.3. Skośny opływ sondy.

Położenie kątowe wektora prędkości nabiegającego na włókno, mierzone względem osi sondy jest opisane przez dwa kąty:

v|/ - jest to kąt mierzony w płaszczyźnie prostopadłej do włókna,

(p - jest kątem mierzonym względem osi włókna w płaszczyźnie włókna i jego wsporników.

Zatem dla napływu osiowego na sondę będzie v|/ = 0° i cp = 90°

Zależności podające efektywną prędkość chłodzenia włókna sondy w funkcji zmiennych katów \\i i <p są wyjątkowo skomplikowane i na różne sposoby opisywane przez autorów badań; najprostsze założenie U_uf= U sin (p jest obarczone małym błędem dla 20° < (p < 160°, U > 10 m/s.

Nieco lepsze przybliżenie daje wzór Hinze’a IJ_of² = U² (sin²q) + k cos²(p), gdzie k, zależnie od budowy sondy, zawiera się w granicach od k= 0 dla <p = 90°, do k = 0.2 dla cp < 20°'.

Wpływ kąta na sygnał anemometry jest niewielki, prowadzi do obniżenia napięcia o kilka % dla v|/ = 90“ (napływ' równoległy do wsporników) z uwagi na wpływ wsporników sondy.

Typowe charakterystyki sondy przy stałej prędkości w funkcji kątów napływu podaje rys. (4).

Bogatą analizę danych eksperymentalnych w tym zakresie zawiera monografia J. Elsnera