Anemometre de fil calent

Funcionament de la sonda
La sonda utilitzada al laboratori per a mesurar la velocitat de l’aire és un anemòmetre de fil calent. Entre els diversos tipus existents, la sonda utilitzada és un sensor de fibra que treballa a temperatura constant, mesurant variacions de voltatge per a donar les dades requerides.
Al ser una sonda de temperatura constant, el fil de la sonda es manté sempre a unamateixa temperatura, superior a la temperatura del fluid que l’envolta (que en aquest cas és aire).
Aquest fil és escalfat per efecte Joule, és a dir, fent-hi passar un corrent elèctric a través. Al passar el corrent pel fil aquest actua com a una resistència i s’escalfa. La pèrdua de calor per convecció d’aquest fil cap a l’aire que l’envolta és el que ens proporcionarà les dades necessàries per aconèixer la velocitat d’aquest, ja que la velocitat de l’aire incident serà proporcional al calor cedit a l’ambient. Aquesta pèrdua de calor permet mesurar una diferencia de voltatge entre els dos extrems del fil. Aquesta diferència serà processada a cada instant de temps per un ordinador, i donarà com a resultat la velocitat de l’aire a cada moment.
Les característiques bàsiques de la sondautilitzada són les següents:
Permet mesurar velocitats de l’aire des d’uns pocs centímetres per segon fins a fluxos supersònics.
El fil pot ser de tungstè, platí, aliatges d’iridi o rodi.
El fil del sensor normalment té un diàmetre aproximat d’entre 0,5 i 5 micròmetres, i una longitud d’entre 0,1 i 3 mil•límetres. Aquesta mida tan reduïda fa que la mesura obtinguda sigui d’una zona molt petitadel flux, pel que s’obté una gran resolució espaial. Es pot mesurar la velocitat en una infinitat de punts del flux.
També té una gran resolució temporal, ja que mesura fluctuacions en freqüències de fins a diversos centenars de kHz. Dóna el valor de la velocitat instantània.
Mesura els tres components de la velocitat a la vegada. Per tant dóna el valor del mòdul, però no de la direcció. Ladirecció cal ajustar-la segons la orientació del fil.
Requereix una calibració prèvia per a assegurar que els valors mesurats son reals.
És un component molt car i molt fràgil, però molt precís i exacte.
La sonda està connectada a un braç d’un pont de Wheatstone per a mantenir la resistència del fil constant (i per tant, la seva temperatura) variant el corrent que hi passa i independentment de lapèrdua de calor generada pel fluid.
Un esquema de pont de Wheatstone pot ser el següent:

Les fórmules que regeixen el pont de Wheatstone anterior són:
R_x=(R_b•R_c)/R_a
V_b=V_in•(R_x/(R_x+R_c )-R_b/(R_b+R_a ))

On la tensió és la generada per la transferència de calor de la sonda.
El valor de les resistències normalment oscil•la entre 100 Ohm i 100 kOhm, però excepcionalment podenarribar a ser de valors molt petits com 10 Ohm, o molt elevats com 40 MOhm. Sempre dependrà de les característiques de la sonda, de la seva aplicació principal, i del fabricant.
 
Procediment de realització de la pràctica
El procediment de realització de la pràctica al laboratori és el següent:
S’obre l’armari del túnel de vent i es comprova que tot estigui en bon estat.
S’encén l’ordinador,i s’obre el programa que controla tant el braç on va la sonda com l’adquisició de dades.
Es controla la posició del braç per a acostar-lo cap a l’exterior i així poder col•locar la sonda.
Es connecta el sistema a l’ordinador mitjançant la instal•lació existent per a l’adquisició de dades.
Es col•loca la sonda a la seva posició de treball.
Es requereix una calibració de la sonda, però nos’ha fet a la sessió de pràctiques perquè la sonda ja estava calibrada anteriorment amb les mateixes condicions.
Es torna a moure el braç mecànic a través de l’ordinador per a situar-lo en la posició desitjada.
Es pot observar soroll ambiental al programa (LabView). Les dades no són reals, sinó interferències. La velocitat del vent apareixerà negativa, cosa impossible.
A LabView es tria el...