Qu’est-ce qu’un anémomètre à fil chaud ?
Un anémomètre à fil chaud est un instrument qui mesure la vitesse du vent en utilisant le principe suivant : le fil chaud à l’intérieur de la sonde est refroidi par le vent lorsque la sonde est exposée au vent.
Les anémomètres comprennent les anémomètres à girouette et les anémomètres de Pitot. Par rapport aux anémomètres, les anémomètres à fil chaud conviennent mieux aux mesures en intérieur, où la température varie moins.
Un autre avantage est que la sonde peut être plus petite, ce qui permet d’effectuer des mesures dans des espaces plus restreints.
Utilisations des anémomètres à fil chaud
Comme indiqué ci-dessus, les anémomètres à fil chaud sont utilisés pour les mesures en intérieur. Ils sont utilisés pour la maintenance et la gestion des systèmes de climatisation et pour l’évaluation environnementale dans les salles blanches. La sonde équipée d’un capteur est reliée à l’unité principale par un câble. Elle est ensuite appliquée directement à la bouche d’échappement du système de climatisation ou à d’autres ouvertures de circulation d’air pour la mesure.
Selon l’appareil, elle peut mesurer le volume et la température de l’air ainsi que la vitesse de l’air. Sauf dans les cas où elles sont utilisées dans des salles blanches, la poussière et les débris adhèrent souvent au fil chaud, ce qui affecte la mesure. Une maintenance et un étalonnage réguliers sont donc nécessaires.
Les utilisations typiques des anémomètres à fil chaud sont les suivantes :
- Maintenance et inspection des équipements de climatisation.
- Vérification de l’efficacité de la séparation des fumées.
- Mesure de la vitesse de l’air des ventilateurs.
- Mesure de l’air extrait des équipements de climatisation.
- Mesure des courants de convection intérieurs.
- Enquêtes sur la qualité de l’air dans les salles blanches.
- Enquêtes sur l’environnement intérieur dans les sites de production.
Principe de l’anémomètre à fil chaud
Il existe deux types d’anémomètres à fil chaud : l’un à température constante, l’autre à courant constant. Le premier maintient constante la température Tw du fil fin, tandis que le second maintient constante l’intensité du courant I. Le type à courant constant, qui maintient I constant, est plus simple en tant que circuit électrique, mais le type à température constante, qui offre un meilleur contrôle par rétroaction, est aujourd’hui le plus répandu.
Les anémomètres à fil chaud déterminent la vitesse du vent en appliquant la perte de chaleur des fils métalliques. Un fil métallique chauffé (par exemple, du platine est utilisé pour le fil chaud) est incorporé à l’intérieur de la sonde. Lorsque la sonde est exposée au vent, la température du fil métallique est refroidie par le vent.
La quantité de chaleur refroidie correspond à la chaleur dissipée. Plus le vent est fort, plus la température du fil métallique est basse. La vitesse du vent est déterminée à partir de la relation entre la quantité de vent et la quantité de chaleur dissipée. Cette relation est basée sur une approximation utilisant la formule de King, qui stipule que la quantité de chaleur perdue est proportionnelle à la moitié de la vitesse du vent à la puissance un.
Autres informations sur les anémomètres à fil chaud
1. Compensation de la température des anémomètres à fil chaud
La quantité de chaleur perdue est mesurée par la résistance électrique du fil métallique. Les anémomètres à fil chaud mesurent la vitesse du vent en utilisant les changements de température. Si la température du vent change, la vitesse du vent ne peut pas être calculée correctement.
Pour éviter les effets des variations de température du vent, il est nécessaire de compenser la température du vent. Cette fonction est appelée compensation de la température. Par exemple, si la température de surface de l’élément est réglée à 60 °C et que la température du vent passe de 10 °C à 60 °C, la différence de température entre l’élément de vitesse du vent et la température du vent passe de 50 °C à 0 °C et la vitesse de refroidissement de l’élément de vitesse du vent est d’environ 1/5.
Même si la vitesse du vent reste constante, l’indication de la vitesse du vent diminuera en raison de la diminution du refroidissement et la vitesse du vent semblera avoir diminué. Pour éviter cela, il est nécessaire de compenser la valeur de la vitesse du vent en fonction de sa température, de sorte que les changements de température du vent n’affectent pas la vitesse du vent. C’est ce qu’on appelle la compensation de température.
Pour effectuer la compensation de température, l’on incorpore un élément dont la valeur de résistance change en fonction de la température. En modifiant la température de chauffage de l’élément anémométrique en réponse aux changements de température du vent, la valeur indiquée de la vitesse du vent n’est pas affectée par les changements de température du vent.
2. Avantages des anémomètres à fil chaud
Les anémomètres à fil chaud convertissent la vitesse de l’écoulement à partir de la variation de tension dans le pont causée par le refroidissement du fil chaud par l’écoulement. La relation entre la tension de sortie et la vitesse d’écoulement est relative et doit être calibrée lors de la mesure.
Elle n’utilise pas les propriétés fondamentales du champ d’écoulement (décalage Doppler ou équation de Bernoulli) comme dans les anémomètres laser Doppler ou les mesures par tube de Pitot. Les tubes de Pitot sont plus précis dans les environnements où un étalonnage adéquat n’est pas possible.
L’avantage des anémomètres à fil chaud réside dans leur temps de réponse rapide. La sonde peut être plus petite : de la sorte, la capacité thermique est également plus petite et elle peut réagir de manière plus sensible aux changements de la quantité de chaleur de refroidissement dus aux changements de la vitesse du vent. Les anémomètres à fil chaud sont également disponibles avec des sondes omnidirectionnelles si la direction exacte du vent n’est pas connue. Une sonde omnidirectionnelle est très utile car elle permet de mesurer la vitesse du vent sans se soucier de la direction de la sonde.
Les exemples suivants présentent d’autres anémomètres pouvant être utilisés. Choisissez celui qui tire le meilleur parti des caractéristiques de chacun d’entre eux :
Anémomètre à tube de Pitot
Souvent utilisé dans les secteurs industriels. Les anémomètres à tube de Pitot mesurent la vitesse du vent à partir du théorème de Bernoulli en mesurant la différence de pression entre de petits trous situés à l’avant et sur le côté du flux de vent. Des vitesses précises ne peuvent être obtenues que s’ils sont dirigés perpendiculairement à l’écoulement de l’air, mais ils sont souvent peu coûteux en raison de leur principe simple.
Capteur de vitesse du vent à roue à aubes
Le principe de mesure des capteurs de vent à roue à ailettes consiste à mesurer le nombre de rotations de l’ailette (roue à aubes), mise en rotation par le fluide, afin de calculer la vitesse. Le nombre de tours est proportionnel à la vitesse.
La vitesse de rotation est largement indépendante de la densité, de la pression et de la température du fluide. Le nombre de tours de la palette est compté au moyen d’un détecteur de proximité ou d’un photocoupleur.
Par rapport au type à fil chaud, il n’est pas affecté par la chaleur et peut donc être utilisé à l’extérieur. Il est en revenache moins précis dans la plage des vents faibles et a un temps de réponse plus lent. Cela le rend inadapté aux situations où la vitesse du vent varie par petits incréments.