[发明专利]热线风速仪

说明书

一种热线风速仪，包括一探测元件、一信号放大器及一信号处理器，所述探测元件、信号放大器与信号处理器之间相互电连接，所述信号放大器用于接收探测元件的信号并将信号放大；所述信号处理器用于将信号放大器产生的信号进行计算和处理；所述探测元件包括一热线，该热线为一碳纳米管复合导线。所述碳纳米管复合导线包括：一碳纳米管单纱，该碳纳米管单纱由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱轴向旋转加捻构成，该碳纳米管单纱的捻度为10转/厘米到300转/厘米，该碳纳米管单纱的直径为50纳米到30微米；以及一金属层，包覆于所述碳纳米管单纱的外表面，该金属层厚度为50纳米到5微米。

技术领域

本发明涉及一种热线风速仪。

背景技术

热线风速仪是一种用于测量流场速度的仪器，通常采用的测速感应元件为金属丝，称为热线，材料为钨或铂等金属丝。热线风速仪的作用原理是将通以电流而被加热的热线置于通道中，当气体流过它时则将带走一定的热量，此热量与流体的速度有关。热线风速仪有两种工作模式：第一种是恒流式，亦称定电流法，即通过热线的电流保持不变，气体带走一部分热量后热线的温度就降低，流速愈大温度降低得就愈多，温度变化时，热线电阻改变，两端电压变化，因而测得金属丝的温度则可得知流速的大小。第二种是恒温式，亦称定电阻法（即定温度法），改变加热的电流使气体带走的热量得以补充，而使金属丝的温度保持不变（也称金属丝的电阻值不变），这时流速愈大则所需加热的电流也愈大，根据所需施加的电流（加热电流值）则可得知流速的大小。上述两种工作模式的计算原理均是基于热线的温度与热线的电阻之间的关系函数。即，温度对热线的电阻影响越大，热线风速仪的灵敏度越高。根据电阻定律，金属丝的电阻公式为R=ρL/S，其中，ρ为金属丝的电阻率，Ｌ为金属丝的长度，Ｓ为金属丝的横截面积。金属丝的电阻率ρ与金属丝的温度有关，可见在金属丝长度一定的情况下，横截面积越小，热线的温度对热线的电阻影响越大。因此，金属丝越细，热线风速仪的灵敏度越高。然而，当由金属或合金作成的超细导线的直径达到微米级甚至更小时，金属丝易断，而且受目前工艺水平的限制，很难制得超细的一维金属丝。因此，目前的热线风速仪不够灵敏，而且热线寿命较短。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种灵敏度较高，且热线导电性能好寿命长的热线风速仪。

一种热线风速仪，包括一探测元件、一信号放大器及一信号处理器，所述探测元件、信号放大器与信号处理器之间相互电连接，所述信号放大器用于接收探测元件的信号并将信号放大；所述信号处理器用于将信号放大器产生的信号进行计算和处理；所述探测元件包括一热线，该热线为一碳纳米管复合导线。所述碳纳米管复合导线包括：一碳纳米管单纱，该碳纳米管单纱由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱轴向旋转加捻构成，该碳纳米管单纱的捻度为10转/厘米到300转/厘米，该碳纳米管单纱的直径为50纳米到30微米；以及一金属层，包覆于所述碳纳米管单纱的外表面，该金属层厚度为50纳米到5微米。

与现有技术相比较，由本发明提供的热线风速仪采用碳纳米管复合导线作为热线，通过优化所述碳纳米管单纱的直径和捻度，从而可以使碳纳米管复合导线的直径较小的情况下，显著提高所述碳纳米管复合导线的机械性能，使碳纳米管复合导线在直径较小的情况下仍具有较高强度，因此，采用碳纳米管导线的热线与金属丝相比在相同的强度下具有更小的直径，热线风速仪的灵敏度较高且使用寿命较长。

附图说明

图1为本发明实施例提供的热线风速仪的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的探测元件的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的碳纳米管复合导线的扫描电镜照片。

图4为本发明实施例提供的碳纳米管复合导线中的碳纳米管单纱的拉伸应力曲线。

主要元件符号说明