热风速计－不同的电路和传感器

热风速计使用插入到气流中加热的探头元件。空气速度变化会改变维持探头温度所需的加热功率。这种权值的变化应该与空气速度成正比。

我已经尝试了一些热风速计。目的是要找到易于制造的探针和灵敏的测量时间。

一些实验电路的描述，使用内部和外部加热传感器，即二极管或NTC电阻器来监视温度。用内部加热你改变传感器的工作电压和电流，使得它是由它的内部耗散加热。这意味着响应速度快。外部加热的传感器连接了一个单独的加热器来加热传感器，这样做有热的延迟从加热器传导至传感器。这使得该器件反应速度大幅放缓，使控制电路上的限制，以保持稳定。

探头的热电路建模。在这个模型中必不可少的参数是使用了不同类型的几个实验的探针。人们发现，古​​典特大定律，说的功耗正比于空气速度的平方根，不持有以及在实际情况下所使用的大尺寸的传感器。这里的直接比例在空气中的速度使一个更好的模型拟合​​测得的数据。该模型的数据表明两个派生参数来表征探头质量和合适的速度范围。质量取决于探针的设计和材料特性。中档速度主要取决于探针元件的尺寸，更高的速度人愿意来衡量，较小的探头是。

一、不同的电路和传感器

1.0、内部加热晶体管 - 风速表

瑞伯万斯曾建议我一个链接到风速计的设计，见下面的参考。这是我的略加修改该电路的版本：温度感测元件是两个探针晶体管Q1，Q2的基极 - 发射极结。基极 - 发射极结电压通常是0.7伏特与邻近-2毫伏每摄氏度的温度系数较低的晶体管Q2的集电极连接到其基极。这其中充当一个被动的二极管，只有有感知环境温度。这些晶体管形成一个桥的左侧，右侧为电阻R1，R2，和R3微调。放大器A1感应电桥的平衡。如果在第1季结的电压过高，则A1将推动Q1基极了。更多的电流将通过两个晶体管，但Q2被完全导通，并且不会改变目前的明显改变其温度。具有高的集电极电压，Q1将而Q2基本上保持在环境温度下进行加热。该加热降低Q1基极 - 发射极电压，直到恢复平衡。加热器和温度检测所固有的晶体管本身。所以A1保持Q1若干度比Q2热。多少取决于微调设置，与该电路通常大约5摄氏度。电阻R4检测多少电流流经Q1-Q2。的（小）的电压由该电流开发过R4由A2放大到输出引脚7。A2具有偏移的输入而不是简单转译为维持两个BE结之间的温度差所需要的额外电流。的更多的电流时，更多的热量从热Q2被除去。其实A2是不简单的。如果R9和R10剪，你可以去坚果试图调整他们。原因是在前面的那个“输入偏移”。作为偏压的变化，增益会受到影响。

原来的文章中提到这个电路有问题。该传感器晶体管可以锁定在当前的rush模式，与顶级Q1完全导通，电流仅由小传感电阻器R4基本上限制。然后Q1可以不保持其温度和桥平衡失败。这种模式很容易被干扰最小诱发，例如就像把示波器探头与电路接触。补救的办法是由A2通过两个二极管（文章原始晶体管）的阈值反馈。如果在A2的输出变为过高，基本上在一些一半的电源，然后将反馈二极管开启和A1被淬灭，使得探针的电流被切断了。虽然这种安全装置在操作时，该电路的输出是在错误（输出不再上升与空速）。如果没有它，但是，它上升，并直到您关闭电路熬夜。电容C1是不评论的原创文章，但显然会降低操作要在几十毫秒范围内，以防止振荡。这仍然比Q1-Q2的热时间常数要快得多。

电力是从一个单一9V电池供电。电源指示灯LED被用来抵消名义地面，形成一个负电源运算放大器。否则其输入不要太靠近负电源，使得它们不工作。

这是很难理解的线性度左右的原创文章的谈话，直到你意识到它是表示一个相当小的范围内，高达250英尺/分钟，1.27米/秒。我觉得从我的标定在1到10米/秒范围内，该装置已接近对数，与TO-18晶体管的情况下，看到这里的校准探针。其输出电压升高约同样多的空气速度每增加一倍。而这也是一种行为的人会喜欢有，这在很大程度上消除了需要一个量程开关。

有一定的自由度在尺寸，一方面电流传感R4，对其他的分压器R11-R9，这些共同限定探头的休息“（静止空气中）的电流。此外A2的增益控制R10意味着在最大限制。当反馈二极管打开，以切断Q1加热空气。

当接通电源后，仪表超出满量程，因为Q1-Q2最初是相同的温度。然后输出小兵跌Q1加热，需要时间。就资产负债微调R3我用一个多圈锅，这是一个非常敏感的设置。我宁愿零电表输出约0.25米/秒的风速。而不是在静止空气中这是因为无论热对流然后进入过去Q1有些不确定，也考虑最大的时间来达到平衡。要获取读数低风速像1米/秒是几十秒钟的事。

仍有问题，这个电路。这是我通过以下所有变种计划去的原因。最糟糕的反对意见是平衡R3微调，是非常敏感的设定 - 当你触摸它的读取动作很远，回到不远的地方是以前，这需要大量的时间。也怪我为这个可怜的稳定校准，好几次它不同不亚于两个在空气中的速度的一个因素，在将仪器从商店。它也可以被质疑的更多理论依据。“冷”晶体管Q2也被加热到不同程度，因为它进行了管辖电流。这个电流乘以0.7伏的电压Q2是没有微不足道的力量。同样，Q1基极 - 发射极电压不仅取决于温度，还取决于通过R5为A1注入控制基极电流。这给出了一个额外的杂散电压就在最敏感的那个地方电桥平衡是感觉到，其实造成可能损害稳定的积极反馈。

1.1、内部加热的晶体管 - 交替布局

许多挫折与上述电路后，我试图在一个电路中的下列备选布局，也许更容易理解。 冷参考Q2和热Q1的基极电位由差动放大器直接进行比较。 Q2被喂以由R1决定一个基本上恒定的电流。 该放大器的增益基本上是R6/R5其负反馈引起。 有问题的是，伺服动作，以保持温度差也实现了通过R4和基极 - 发射极电阻固​​有一季度的正反馈。 后者取决于难以预测，而在Q1的属性。 原来＃1电路有相同的问题，但与本电路比较容易看到这种情况。 如果正反馈过大，则电路将变得不稳定或锁存了，但是这可以通过增加或R4 R6降低固化。

这种正反馈可能是原因的声明，原来的电路可以是近似线性的。 在我认为，反馈，而意味着使用这种类型的电路的挫折，但是聪明的是晶体管的内部控制加热的想法。

在Q1加热电流是由R 2转化为成比例的电压。 这也引起了足够的放大器输入端的潜力，没有特别的诀窍是要按住放大器负电源轨。 此外，该图显示的零和校准微调电位器很方便的，如果您想直接与毫安表显示结果。

这四个标准曲线涉及到晶体管探头的不同实现，所有运行在相同的同一电路除了偏置电阻R3。 两个用古典风格TO18金属壳晶体管（类型BC107B），另外两个用微型表面装载SOT23（BC847B型）。 红色（铜）和黑色（铁）走线之间最大的区别是在热导率的变化中所使用的连接线。 直到我在试验后期，我才意识到这个功能的极端重要性。 在探针设计的这个子课题的理论和实验按照下面。

可选的R3控制在休息Q1的基极电流，从而间接地支配它的温度升高。 唉，看来你要调整此相匹配的设备刚好有任何电流放大系数。 一个目标可能是设置输出电压U在静止空气进来1-2 V范围。

1.2外部加热二极管桥

该电路将保持与二极管的正向电压的温度依赖性的原则，但现在的热二极管是由外部电阻加热。 这个二极管钳位是用黄铜片的一小条的加热器和密封也将其与一滴氰基丙烯酸酯胶。 图为探头尖端冷，加热二极管。 它们被安装在柔性的多个导体带，从一个标记为垃圾硬盘驱动器的磁头臂检索。 玻璃封装二极管1N4448似乎有一个相当低热阻，数据表说，0.24的K /毫瓦包括10毫米线索。

开发过R3上的小电压声称执政的正向压降差异，因此二极管之间的温度差。 平衡感应放大器的增益是必然的R5/R4反馈网络主持，与一个大慢化电容C1在一起。 有来自加热器的热传递到被加热的二极管的延迟。 如果伺服回路增益过高，这将使之间完全打开和关闭电路振荡。 R6的加热电阻消耗的功率比裸放大器可以提供，所以中间射极跟随器晶体管被添加。 在相当低的输入电压偏置到所述放大器从所述感测二极管D3必要增加放大器的负电源的余量。

校准似乎是更好的重现性好，有较大的气流速度范围比电路＃1。 此外，电压U的与空气速度的特点是有吸引力的。 但响应速度很慢，并且可能稍微摆动。

1.3内部加热NTC电阻电桥

的NTC（负温度系数）电阻器，通常称为热敏电阻的电阻，通常降低到在25摄氏度的温度上升约一半。 这使得它非常敏感的元件，在电子温度计多用。 我在一个共同的缩影的形式，一点点珠在两个薄的连接线结束使用三菱型RH 16。 在该图中的桥的左手臂是高阻抗，而在右臂是低阻抗。 平衡传感放大器通过一个缓冲区射极跟随器，以提高动力提供桥梁馈电电压。 当桥饲料电压U上升，然后仅在桥的低阻抗臂是略微加热 - 高阻抗臂持有另一热敏电阻，是相对于环境温度变化的补偿。

该电路简单，可靠，灵敏。 但有轻微难度可能找到一个足够低的电阻的热敏电阻，使得其可以被驱动足够的热以高速，鉴于相当低的电源电压。 与R1 = 10K的替代方案是一个非常温和的温度上升，一些5K。

令人惊讶的是，输出振荡有时一件小事，一个周期为几秒钟，激励C1解渴了。 我想这可能是因为在NTC芯片被加热不均匀其整个体积，而振荡周期涉及到需要对局部发热，甚至出芯片内的时间。

1.4外部加热NTC电阻电桥

另外一个外部加热的版本受审。 图为探头与热NTC电阻抨击与细铜丝的加热电阻。 原来的加热电阻导线切断，由0.24毫米线更换包装导致减少不受控制的热泄漏。 热阵列从冷参考NTC电阻通过缝纫线的绑扎隔离。

该电路表现良好，除了加热器和传感器之间的固有的热延迟。 这就需要放慢反馈电容。 没有它的电路将开与关之间振荡，与它长期拖延后达到最终读数，以30秒的顺序。

这种特殊的探头设计也许不是最优的。 红色标记显示的读数，当探针在45度的增量相对于气流方向旋转。 当“冷”参考热敏电阻位于下游的热点之一，然后读数走太高。 它可能是更好的在寒冷的参考热敏电阻已凸出到加热之一。

我相信这是因为用于业余科学家，科学热球风速仪类似的原则。 上午，1995年11月。我一直没能检索文章的权利，但ISTR他们用热电偶，而非热敏电阻。 然而，使用了有相当大的球必须使它极其缓慢，也许足够用于测量平均风速气象。

1.5热丝，内部加热

热丝风速计是一个经典的类型，似乎是主要用于专业工作之一。 一个正统的这种探头从沃拉斯顿线，细银线与思铂睿（售价约500美元的8英寸吧）制成。 在显微镜下它焊接到其文章后您蚀刻掉银离开子微米直径的铂丝。 行使远远超出了大多数业余爱好者。

我发现了一个解决方法，这打破了玻璃灯泡关小白炽灯，旁边显示的类型。 焊接其外部连接引线和组件捆绑到一个细长的木棒后，我提出一个很小的缺口在球的底部（在照片中的标记）。 该组件是在谨慎台钳举行灯泡折断，用宽松的管杆。 然后将其安装在保护架，为0.2mm的黄铜板制成。

但必须指出，如果没有它的灯泡和惰性气氛中的长丝可以不被烧坏之前经受接近原稿灯说明书的任何地方。 请注意灯耐寒性比什么是额定电压和功率给定的低10-20倍。 这种特殊的灯刚好有20欧姆的抗寒性。 对于钨的电阻温度系数为0.0045 / K使得达到大约22摄氏度的温度升高的22欧姆电桥平衡值。 这是一个非常温和的上升，使得修正将是必要的，如果环境温度从正常的偏离明显。 在桥扭捏固定电阻值允许一些其它的温度水平。 一方面R2应足够大，以确保灯丝从未烧坏。 另一方面R2和电源电压限制的电流加热，例如，有一个明确的最大可测速度。

几个灯的构造，这样你可以断绝灯泡，离开灯丝完好无损。 另外一个我觉得是一个24伏灯装饰烛台。 一个12V 5W卤素灯是勉强成功，但因为这人有低于1欧姆的一个耐寒性它吸引相当大的电流，需要一个额外的功率晶体管来驱动它。

经破碎制造探头的障碍，这是我最喜欢的风速计超越一切的竞争。 该电路简单，稳定，测定时间为毫秒，比任何通过几个数量级的其他方法更短。 但实际上这可以使它难以进行校准，因为它遵循从空气流中的任何紊流迅速的速度变化。

我们必须记住，热线风速计这个穷人的版本也有其局限性。 它仍然不服从国王的法律，可能是因为灯丝是螺旋盘绕，使得用于外径远远大于一个正统的热丝大。 还灯丝和其交之间的接触可能是有问题的，低电压用于本申请中。 在一个实例中我通过仔细捏用钳子这样的联合修复有故障的探头。