ثلاثة أجهزة قياس شدة الريح شائعة الاستخدام وحلولها
1. مقياس شدة الريح الحراري
أداة قياس السرعة التي تحول إشارات سرعة التدفق إلى إشارات كهربائية ويمكنها أيضًا قياس درجة حرارة السائل أو كثافته. المبدأ هو وضع سلك معدني رفيع (يسمى السلك الساخن) يتم تسخينه بالكهرباء في تدفق الهواء. يرتبط تبديد حرارة السلك الساخن في تدفق الهواء بمعدل التدفق، ويؤدي تبديد الحرارة إلى تغير في درجة حرارة السلك الساخن وتغيير في المقاومة. ثم يتم تحويل إشارة معدل التدفق إلى إشارة كهربائية. لديها وضعين للعمل: ① تيار مستمر. يبقى التيار المار عبر السلك الساخن ثابتا، وعندما تتغير درجة الحرارة تتغير مقاومة السلك الساخن، مما يؤدي إلى تغير الجهد عند كلا الطرفين، وبالتالي قياس معدل التدفق. ② نوع درجة الحرارة الثابتة. تظل درجة حرارة الخط الساخن ثابتة، مثلاً عند 150 درجة، ويمكن قياس معدل التدفق بناءً على التيار المطبق المطلوب. يتم استخدام نوع درجة الحرارة الثابتة على نطاق أوسع من النوع الحالي الثابت.
يتراوح طول السلك الساخن عمومًا بين 0.5-2 ملم، ويتراوح القطر بين 1 و10 ميكرومتر. المواد المستخدمة هي سبائك البلاتين أو التنغستن أو البلاتين والروديوم. إذا تم استخدام طبقة معدنية رقيقة جدًا (أقل من 0.1 ميكرون) بدلاً من السلك المعدني، يطلق عليها اسم مقياس شدة الريح ذو الطبقة الساخنة، والذي يعمل بشكل مشابه للسلك الساخن ولكنه يستخدم في الغالب لقياس سرعة تدفق السائل. بالإضافة إلى نوع الخط الفردي العادي، يمكن أن يكون الخط الساخن أيضًا مزيجًا من نوع الخط المزدوج أو الخط الثلاثي، ويستخدم لقياس مكونات السرعة في اتجاهات مختلفة. يمكن إدخال خرج الإشارة الكهربائية من الخط الساخن، بعد التضخيم والتعويض والرقمنة، إلى الكمبيوتر لتحسين دقة القياس، وإكمال عملية ما بعد معالجة البيانات تلقائيًا، وتوسيع وظيفة قياس السرعة، وقياس القيم اللحظية والمتوسطة في وقت واحد، والسرعات المجمعة والجزئية، وشدة الاضطراب، ومعلمات الاضطراب الأخرى. بالمقارنة مع أنابيب البيتوت، فإن مقياس شدة الريح ذو السلك الساخن لديه حجم مسبار أصغر وتداخل أقل مع مجال التدفق؛ استجابة سريعة، قادرة على قياس سرعة التدفق غير المستقرة؛ ويتميز بقدرته على قياس السرعات المنخفضة جدًا (مثل 0.3 متر في الثانية).
عند استخدام مسبار حساس للحرارة في الاضطرابات، يؤثر تدفق الهواء من جميع الاتجاهات في وقت واحد على العنصر الحراري، مما قد يؤثر على دقة نتائج القياس. عند القياس في حالة الاضطراب، غالبًا ما تكون قراءة مستشعر التدفق الحراري لمقياس شدة الريح أعلى من قراءة المسبار الدوار. يمكن ملاحظة الظاهرة المذكورة أعلاه أثناء قياس خط الأنابيب. وفقا لتصاميم مختلفة لإدارة التدفق المضطرب في خطوط الأنابيب، فإنه قد يحدث حتى بسرعات منخفضة. ولذلك، ينبغي إجراء عملية قياس مقياس شدة الريح في القسم المستقيم من خط الأنابيب. يجب أن تكون نقطة البداية للقسم المستقيم على الأقل 10 × D (قطر الأنبوب D=، بـ CM) خارج نقطة القياس؛ يجب أن تكون نقطة النهاية على الأقل 4 × D خلف نقطة القياس. يجب ألا يحتوي المقطع العرضي للمائع- على أي عوائق (حواف، أو نتوءات، أو أشياء، وما إلى ذلك).
2. مقياس شدة الريح المكره
يعتمد مبدأ عمل مسبار المكره لمقياس شدة الريح على تحويل الدوران إلى إشارات كهربائية. أولاً، يمر عبر رأس استشعار القرب "لحساب" دوران المكره وتوليد سلسلة نبضية. ومن ثم يتم تحويلها ومعالجتها بواسطة الكاشف للحصول على قيمة السرعة. يعتبر المسبار الكبير ذو القطر - (60 مم، 100 مم) لمقياس شدة الريح مناسبًا لقياس التدفق المضطرب بسرعات متوسطة إلى منخفضة (مثل منافذ خطوط الأنابيب). يعتبر المسبار الصغير ذو القطر - لمقياس شدة الريح أكثر ملاءمة لقياس تدفق الهواء في خطوط الأنابيب ذات مساحة مقطع عرضي - أكبر من 100 مرة من مساحة المسبار.
3. مقياس شدة الريح بأنبوب بيتوت
اخترعها الفيزيائي الفرنسي هـ. بيتو في القرن الثامن عشر. يحتوي أنبوب البيتوت البسيط على أنبوب معدني رفيع به ثقب صغير في نهايته كأنبوب توجيه الضغط، والذي يقيس الضغط الكلي للسائل في اتجاه شعاع التدفق؛ يتم إخراج أنبوب ضغط آخر من جدار خط الأنابيب الرئيسي بالقرب من مقدمة الأنبوب المعدني الرقيق لقياس الضغط الساكن. يتم توصيل مقياس الضغط التفاضلي بأنبوبين للضغط، والضغط المقاس هو الضغط الديناميكي. وفقا لنظرية برنولي، فإن الضغط الديناميكي يتناسب مع مربع سرعة التدفق. ولذلك، يمكن قياس سرعة تدفق السائل باستخدام أنبوب بيتوت. بعد التحسينات الهيكلية، يصبح أنبوب بيتوت مدمج، أي أنبوب الضغط الساكن بيتوت. إنه أنبوب مزدوج الطبقات مثني بزاوية قائمة. الغلاف الخارجي والغطاء الداخلي مغلقان، ويوجد عدة فتحات صغيرة حول الغلاف الخارجي. عند القياس، أدخل هذا الكم في منتصف خط الأنابيب المقاس. يواجه فم الغلاف الداخلي اتجاه شعاع التدفق، وتكون فتحات الثقوب الصغيرة حول الغلاف الخارجي متعامدة مع اتجاه شعاع التدفق. عند هذه النقطة، يمكن قياس فرق الضغط بين الأغلفة الداخلية والخارجية لحساب سرعة تدفق السائل عند تلك النقطة. تستخدم أنابيب بيتوت عادة لقياس سرعة السوائل في خطوط الأنابيب وأنفاق الرياح، وكذلك في الأنهار. إذا تم قياس سرعة تدفق كل قسم وفقًا للوائح، فيمكن دمجها لقياس معدل تدفق السائل في خط الأنابيب. ولكن عندما يحتوي السائل على كمية صغيرة من الجزيئات، فإنه قد يسد فتحة القياس، لذلك فهو مناسب فقط لقياس معدل تدفق السوائل غير الجزيئية. لذلك، يمكن أيضًا استخدام أنابيب بيتوت لقياس سرعة الرياح ومعدل التدفق، وهو مبدأ أجهزة قياس شدة الريح في أنبوب بيتوت.
