风速感测原理
风速传感器原理｜Hot-wire Air Velocity Sensor Principle
eyc-tech 热线式风速感测技术解析
Hot-wire Air Velocity Sensor (CTA) Measurement Principle
热线式风速传感器 (Hot-wire Air Velocity Sensor) 是利用感测组件与流体之间的热传递来量测气流速度。 常见的感测组件包括热丝线或金属薄膜。
当流体经过感测组件时， 会带走部分热量， 导致感测组件温度下降， 进而改变其电阻值。
透过测量感测组件所需的电功率， 即可推算流体的流速。 此技术常见于 恒温风速计 (Constant Temperature Anemometer, CTA)。
CTA 风速计系统架构
现代 CTA 风速计通常包含以下三个主要部分：
- 模拟/数字转换器 (ADC) 与数据撷取系统
- CTA 控制与用户设定功能
- 风速校正系统与校准设备
数据撷取系统会接收 CTA 风速讯号， 并透过数字讯号处理技术 进行速度计算与数据分析。
风速量测与校正系统
CTA 风速计通常需要搭配校准系统 以确保量测准确度。
液体流速校准系统 通常涵盖从数 cm/s 到 10 m/s 的速度范围， 而气体校准系统 则可从数 cm/s 延伸至接近 1 Mach 的速度范围。
讯号处理与输出
热膜探头接入传感器电路后， 气体流速讯号会被转换为电压讯号， 经由差动放大与同相放大电路处理， 再送入 MSP430 微控制器的 12 位 ADC。
微控制器根据量测讯号 计算出气体流速， 并可依据使用者需求 输出 4–20 mA 模拟讯号。
CTA 风速计的非线性关系
CTA 的输出电压 E 与流体速度 U 通常呈现非线性关系， 常以幂次定律 (King’s Law) 或多项式模型 进行建模与校正。
此外， 流体密度、温度等因素 都会影响热传效果， 因此 CTA 风速传感器 在使用前通常需要进行 速度响应校正与温度补偿。
FAQ
热线式风速传感器如何工作？
热线式风速传感器透过量测感测组件 与气流之间的热交换， 来推算气流速度。 当气流速度增加时， 热量散失增加， 感测组件电阻与功率需求会随之改变。
什么是 CTA 风速计？
CTA (Constant Temperature Anemometer) 是一种保持感测组件温度恒定的风速计。 透过测量维持恒温所需的功率， 即可计算气流速度。
为什么风速传感器需要校正？
由于流体密度、温度与环境条件 都会影响量测结果， 因此风速传感器通常需要 透过风洞系统进行校正， 以确保量测准确度。