熱線風(fēng)速儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱線風(fēng)速儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱線風(fēng)速儀是一種用于測量流場速度的儀器，通常采用的測速感應(yīng)元件為金屬 絲，稱為熱線，材料為鎢或鉬等金屬絲。熱線風(fēng)速儀的作用原理是將通以電流而被加熱的熱 線置于通道中，當(dāng)氣體流過它時(shí)則將帶走一定的熱量，此熱量與流體的速度有關(guān)。熱線風(fēng)速 儀有兩種工作模式：第一種是恒流式，亦稱定電流法，即通過熱線的電流保持不變，氣體帶 走一部分熱量后熱線的溫度就降低，流速愈大溫度降低得就愈多，溫度變化時(shí)，熱線電阻改 變，兩端電壓變化，因而測得金屬絲的溫度則可得知流速的大小。第二種是恒溫式，亦稱定 電阻法（即定溫度法)，改變加熱的電流使氣體帶走的熱量得以補(bǔ)充，而使金屬絲的溫度保 持不變(也稱金屬絲的電阻值不變)，這時(shí)流速愈大則所需加熱的電流也愈大，根據(jù)所需施 加的電流(加熱電流值)則可得知流速的大小。上述兩種工作模式的計(jì)算原理均是基于熱線 的溫度與熱線的電阻之間的關(guān)系函數(shù)。即，溫度對(duì)熱線的電阻影響越大，熱線風(fēng)速儀的靈敏 度越高。根據(jù)電阻定律，金屬絲的電阻公式為R=P L/S，其中，P為金屬絲的電阻率，L為金 屬絲的長度，S為金屬絲的橫截面積。金屬絲的電阻率P與金屬絲的溫度有關(guān)，可見在金 屬絲長度一定的情況下，橫截面積越小，熱線的溫度對(duì)熱線的電阻影響越大。因此，金屬絲 越細(xì)，熱線風(fēng)速儀的靈敏度越高。然而，當(dāng)由金屬或合金作成的超細(xì)導(dǎo)線的直徑達(dá)到微米級(jí) 甚至更小時(shí)，金屬絲易斷，而且受目前工藝水平的限制，很難制得超細(xì)的一維金屬絲。因此， 目前的熱線風(fēng)速儀不夠靈敏，而且熱線壽命較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，確有必要提供一種靈敏度較高，且熱線導(dǎo)電性能好壽命長的熱線風(fēng)速 儀。
[0004] 一種熱線風(fēng)速儀，包括一探測元件、一信號(hào)放大器及一信號(hào)處理器，所述探測元 件、信號(hào)放大器與信號(hào)處理器之間相互電連接，所述信號(hào)放大器用于接收探測元件的信號(hào) 并將信號(hào)放大；所述信號(hào)處理器用于將信號(hào)放大器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和處理；所述探測 元件包括一熱線，該熱線為一碳納米管復(fù)合導(dǎo)線。所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線包括：一碳納米管 單紗，該碳納米管單紗由多個(gè)碳納米管沿該碳納米管單紗軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu)成，該碳納米管 單紗的捻度為10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米，該碳納米管單紗的直徑為50納米到30微米； 以及一金屬層，包覆于所述碳納米管單紗的外表面，該金屬層厚度為50納米到5微米。
[0005] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由本發(fā)明提供的熱線風(fēng)速儀采用碳納米管復(fù)合導(dǎo)線作為熱 線，通過優(yōu)化所述碳納米管單紗的直徑和捻度，從而可以使碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的直徑較小 的情況下，顯著提高所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的機(jī)械性能，使碳納米管復(fù)合導(dǎo)線在直徑較小 的情況下仍具有較高強(qiáng)度，因此，采用碳納米管導(dǎo)線的熱線與金屬絲相比在相同的強(qiáng)度下 具有更小的直徑，熱線風(fēng)速儀的靈敏度較高且使用壽命較長。
【附圖說明】
[0006] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熱線風(fēng)速儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的探測元件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的掃描電鏡照片。
[0009] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線中的碳納米管單紗的拉伸應(yīng)力曲 線。
[0010] 主要元件符號(hào)說明
如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 請參照圖1，本發(fā)明提供一種熱線風(fēng)速儀100,其包括一探測元件200,一信號(hào)放大 器300, 一信號(hào)處理器400及一顯示裝置500。所述探測元件200、信號(hào)放大器300、信號(hào)處 理器400與顯示裝置500之間相互電連接。所述探測元件200用于探測風(fēng)場的信號(hào)。所述 信號(hào)放大器300用于接收和放大探測元件200所探測的信號(hào)，并傳遞給信號(hào)處理器400。信 號(hào)處理器400將信號(hào)計(jì)算之后可以得到風(fēng)場的具體風(fēng)速，并通過顯示裝置500顯示出來。
[0012] 請參見圖2,所述探測元件200包括一熱線102,兩個(gè)導(dǎo)電支撐桿104及一支撐座 106。所述兩個(gè)導(dǎo)電支撐桿104固定于支撐座106。每個(gè)所述導(dǎo)電支撐桿104包括一第一 端1042及一第二端1044。所述兩個(gè)導(dǎo)電支撐桿104穿過所述支撐座106,兩個(gè)導(dǎo)電支撐桿 104的第一端1042從支撐座106的一端延伸出，且兩個(gè)導(dǎo)電支撐桿104的第一端1042相互 間隔設(shè)置。所述熱線102的兩端分別固定于每個(gè)導(dǎo)電支撐桿104的第一端1042,即被兩個(gè) 導(dǎo)電支撐桿104所夾持。兩個(gè)導(dǎo)電支撐桿104的第二端1044從支撐座106的另一端延伸 出，連接于信號(hào)放大器300上。所述導(dǎo)電支撐桿104的第一端1042可以為一尖端。所述導(dǎo) 電支撐桿104的作用為支撐熱線102,并在熱線102上施加電流。導(dǎo)電支撐桿104的材料應(yīng) 具有良好的導(dǎo)電性和盡可能小的傳熱系數(shù)，還應(yīng)該具有一定的強(qiáng)度和剛度。本實(shí)施例中，選 擇鍍金的不銹鋼絲作為導(dǎo)電支撐桿104。導(dǎo)電支撐桿104的直徑為10微米~5毫米。兩個(gè) 導(dǎo)電支撐桿104基本平行且相互間隔設(shè)置。所述熱線102僅通過兩端固定于兩個(gè)導(dǎo)電支撐 桿104的第一端1042,該熱線102整體處于懸空設(shè)置狀態(tài)。
[0013] 所述支撐座106的作用為支撐導(dǎo)電支撐桿104。支撐座106的材料為絕緣材料。 本實(shí)施例中，支撐座106為陶瓷，導(dǎo)電支撐桿104通過陶瓷燒結(jié)的方式固定于所述支撐座 106。
[0014] 可選擇地，所述探測元件200進(jìn)一步包括一保護(hù)罩202,用于保護(hù)熱線102。當(dāng)熱 線風(fēng)速儀100不工作時(shí)，保護(hù)罩202罩在熱線102上。所述保護(hù)罩202通過卡口的方式固 定于支撐座106,便于隨時(shí)從支撐座106上取下。
[0015] 請參照圖3,所述熱線102為一碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其直徑為150納米至40微米。 優(yōu)選地，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的直徑小于等于10微米。所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線包括一碳 納米管單紗110以及一包覆于所述碳納米管單紗110外表面的金屬層112。所述碳納米管 單紗110由多個(gè)碳納米管沿該碳納米管單紗110的軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu)成。所述碳納米管單紗 110可以通過從一碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米管線，并將所述碳納米管線的兩端相 對(duì)回轉(zhuǎn)形成。所述碳納米管線的兩端可以沿順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，從而形成S捻；所述碳納米管 線的兩端可以沿逆時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，從而形成Z捻。由于從碳納米管陣列中直接拉取獲得的 碳納米管線中的碳納米管基本沿所述碳納米管線的軸向延伸，且在所述碳納米管線的軸向 方向通過范德華力首尾相連。故，在將所述碳納米管線的兩端相對(duì)回轉(zhuǎn)的過程中，該碳納米 管線中的碳納米管會(huì)沿碳納米管線的軸向方向螺旋狀排列，且在延伸方向通過范德華力首 尾相連，進(jìn)而形成所述碳納米管單紗110。另外，在將所述碳納米管線的兩端相對(duì)回轉(zhuǎn)的過 程中，所述碳納米管線中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距會(huì)變小，接觸面積增大，從 而使所述碳納米管單紗Iio中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的范德華力顯著增加，并緊 密相連。所述碳納米管單紗10中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于10納米。 優(yōu)選地，所述碳納米管單紗110中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于5納米。 更優(yōu)選地，所述碳納米管單紗110中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于1納 米。由于所述碳納米管單紗Iio中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距較小且通過范德 華力緊密相連，故，所述碳納米管單紗Iio具有光滑且致密的表面結(jié)構(gòu)。
[0016] 所述碳納米管單紗110的直徑為50納米到30微米。所述碳納米管單紗110的捻 度為10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米。所述捻度是指單位長度碳納米管線