Was ist ein Hitzdrahtanemometer?
Ein Hitzdrahtanemometer ist ein Instrument, das die Windgeschwindigkeit nach dem Prinzip misst, dass der Hitzdraht im Inneren der Sonde durch den Wind abgekühlt wird, wenn die Sonde dem Wind ausgesetzt ist.
Zu den Anemometern gehören Flügelradanemometer und Pitot-Anemometer. Im Vergleich zu Anemometern anderer Methoden sind Hitzdrahtanemometer besser für Messungen in Innenräumen geeignet, wo die Temperatur weniger stark schwankt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Sonde kleiner gebaut werden kann, sodass die Messungen in kleineren Räumen durchgeführt werden können.
Anwendungen von Hitzdrahtanemometern
Wie bereits erwähnt, werden Hitzdrahtanemometer für Messungen in Innenräumen verwendet. Sie werden für die Wartung und Verwaltung von Klimaanlagen und für die Umweltbewertung in Reinräumen verwendet. Die mit einem Sensor ausgestattete Sonde ist über ein Kabel mit dem Hauptgerät verbunden. Die Sonde wird zur Messung direkt an der Abluftöffnung der Klimaanlage oder anderen Luftstromöffnungen angebracht.
Je nach Gerät können häufig Luftmenge und -temperatur sowie die Luftgeschwindigkeit gemessen werden. Außer in Fällen, in denen sie in Reinräumen verwendet werden, bleiben häufig Staub und Schmutz am heißen Draht haften und beeinträchtigen die Messung. Daher ist eine regelmäßige Wartung und Kalibrierung erforderlich.
Typische Anwendungen für Hitzdraht-Anemometer sind:
- Wartung und Inspektion von Klimageräten
- Überprüfung der Wirksamkeit der Rauchabscheidung
- Messung der Luftgeschwindigkeit von Lüftungsventilatoren
- Messung der Abluft von Klimageräten
- Messung von Konvektionsströmen in Innenräumen
- Untersuchungen der Luftqualität in Reinräumen
- Untersuchungen des Innenraumklimas in Produktionsstätten
Funktionsweise von Hitzdrahtanemometern
Es gibt zwei Arten von Hitzdrahtanemometern: den Konstanttemperatur-Typ und den Konstantstrom-Typ. Bei ersterem wird die Feindrahttemperatur Tw konstant gehalten, bei letzterem der Strom I. Der Konstantstrom-Typ, der I konstant hält, ist als elektrischer Schaltkreis einfacher, aber der Konstanttemperatur-Typ mit seiner überlegenen Rückkopplungsregelung ist jetzt der Mainstream.
Hitzdrahtanemometer bestimmen die Windgeschwindigkeit anhand des Wärmeverlusts von Metalldrähten. Ein beheizter Metalldraht (z. B. Platin) ist in die Sonde eingebettet. Wenn die Sonde dem Wind ausgesetzt ist, wird die Temperatur des Metalldrahtes durch den Wind abgekühlt.
Die Menge dieser abgekühlten Wärme ist die abgeleitete Wärme. Je stärker der Wind ist, desto niedriger ist die Temperatur des Metalldrahtes. Aus der Beziehung zwischen der Windstärke und der abgeführten Wärmemenge lässt sich die Windgeschwindigkeit bestimmen. Diese basiert auf einer Annäherung mit Hilfe der King-Formel, die besagt, dass der Wärmeverlust proportional zur Hälfte der Windgeschwindigkeit hoch eins ist.
Weitere Informationen zu Hitzdrahtanemometern
1. Temperaturkompensation von Hitzdrahtanemometern
Die Wärmemenge, die verloren geht, wird durch den elektrischen Widerstand des Metalldrahtes gemessen. Hitzdrahtanemometer messen die Windgeschwindigkeit anhand von Temperaturänderungen, sodass bei einer Änderung der Windtemperatur die Windgeschwindigkeit nicht korrekt berechnet werden kann.
Um die Auswirkungen von Windtemperaturänderungen zu vermeiden, ist eine Kompensation durch die Windtemperatur erforderlich. Diese Funktion wird als Temperaturkompensation bezeichnet. Wenn beispielsweise die Oberflächentemperatur des Elements auf 60 °C eingestellt ist und sich die Windtemperatur von 10 °C auf 60 °C ändert, ändert sich der Temperaturunterschied zwischen dem Windgeschwindigkeitselement und der Windtemperatur von 50 °C auf 0 °C und die Abkühlungsrate des Windgeschwindigkeitselements beträgt etwa 1/5.
Selbst wenn die Windgeschwindigkeit konstant bleibt, wird die Windgeschwindigkeitsanzeige aufgrund der nachlassenden Abkühlung abnehmen und die Windgeschwindigkeit wird scheinbar geringer. Um dies zu vermeiden, muss der Wert der Windgeschwindigkeit entsprechend seiner Temperatur kompensiert werden, damit sich Änderungen der Windtemperatur nicht auf die Windgeschwindigkeit auswirken. Dies wird als Temperaturkompensation bezeichnet.
Zur Durchführung der Temperaturkompensation wird ein Element mit einem Widerstandswert eingebaut, der sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Durch die Änderung der Heiztemperatur des Anemometerelements als Reaktion auf Änderungen der Windtemperatur wird der Anzeigewert der Windgeschwindigkeit nicht durch Änderungen der Windtemperatur beeinflusst.
2. Vorteile
Hitzdrahtanemometer wandeln die Strömungsgeschwindigkeit aus der Spannungsänderung in der Brücke um, die durch die Abkühlung des Hitzdrahtes durch die Strömung verursacht wird. Die Beziehung zwischen Ausgangsspannung und Strömungsgeschwindigkeit ist relativ und muss bei jeder Messung kalibriert werden.
Es nutzt nicht die grundlegenden Eigenschaften des Strömungsfeldes (Doppler-Verschiebung oder Bernoulli-Gleichung) wie bei Laser-Doppler-Anemometern oder Pitotrohrmessungen. Pitotrohre sind in Umgebungen, in denen eine angemessene Kalibrierung nicht möglich ist, genauer.
Der Vorteil von Hitzdrahtanemometer liegt in ihrer schnellen Reaktionszeit. Die Sonde kann kleiner gebaut werden, sodass auch die Wärmekapazität geringer ist und sie empfindlicher auf Änderungen der Abkühlungswärme aufgrund von Änderungen der Windgeschwindigkeit reagieren kann. Hitzdrahtanemometer sind auch mit Rundstrahlsonden erhältlich, wenn die genaue Windrichtung nicht bekannt ist. Eine omnidirektionale Sonde ist sehr nützlich, da sie die Messung der Windgeschwindigkeit ermöglicht, ohne dass man sich Gedanken über die Richtung der Sonde machen muss.
Im Folgenden finden Sie Beispiele für andere Anemometer, die verwendet werden können. Wählen Sie das Gerät aus, das die Eigenschaften der einzelnen Geräte am besten nutzt.
Pitotrohr-Anemometer
Häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt. Pitotrohr-Anemometer messen die Windgeschwindigkeit auf der Grundlage des Satzes von Bernoulli, indem sie die Druckdifferenz zwischen kleinen Löchern vor und seitlich der Windströmung messen. Genaue Geschwindigkeiten können nur ermittelt werden, wenn sie senkrecht zur Luftströmung ausgerichtet sind, aber aufgrund ihres einfachen Prinzips sind sie oft kostengünstig.
Flügelrad-Windgeschwindigkeitssensor
Das Messprinzip von Flügelrad-Windsensoren besteht darin, die Anzahl der Umdrehungen des Flügels (Laufrad) zu messen, der von der Flüssigkeit gedreht wird, um die Geschwindigkeit zu berechnen. Es beruht auf dem Prinzip, dass die Anzahl der Umdrehungen proportional zur Geschwindigkeit ist.
Die Drehzahl ist weitgehend unabhängig von der Dichte, dem Druck und der Temperatur des Fluids. Die Anzahl der Schaufelumdrehungen wird mit Hilfe eines Näherungsschalters oder eines Optokopplers gezählt.
Im Vergleich zum Hitzedrahtmessgerät ist es wärmeunempfindlich und kann daher im Freien eingesetzt werden, ist aber im Schwachwindbereich weniger genau und hat eine langsamere Ansprechzeit, so dass es für Anwendungen, bei denen sich die Windgeschwindigkeit in kleinen Schritten ändert, nicht geeignet ist.