Die Funktionsweise des thermischen Windgeschwindigkeitssensors
Der thermische Windgeschwindigkeitssensor verwendet einen heißen Draht (Wolframdraht oder Platindraht) oder einen heißen Film (Platin- oder Chromdünnfilm) als Sonde, wird der gemessenen Luft ausgesetzt, verbindet ihn mit der Wheatstone-Brücke und erfasst die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in der Messstrecke durch den Widerstand bzw. Stromgleichgewicht der Wheatstone-Brücke. Der Heißfilm des Heißfilm-Windgeschwindigkeitssensors ist mit einer sehr dünnen Quarzfilm-Isolierschicht beschichtet, um die Flüssigkeit zu isolieren und Verschmutzung zu verhindern. Es kann im Luftstrom mit Partikeln arbeiten und seine Festigkeit ist höher als die des Metallheizdrahtes.
Wenn die Lufttemperatur stabil ist, entspricht die Leistungsaufnahme des Heizdrahts der Wärme, die der Heizdraht momentan in der Luft verbraucht. Der Widerstand des Heizdrahtes ändert sich mit der Temperatur, und der Widerstand des Heizdrahtes und die Temperatur des Heizdrahtes zeigen innerhalb des üblichen Temperaturbereichs (0-300 Grad) einen linearen Zusammenhang. Der Wärmeabgabekoeffizient hängt von der Luftströmungsgeschwindigkeit ab. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit, desto größer der entsprechende Wärmefreisetzungskoeffizient, also desto schneller die Wärmeableitung; Je kleiner die Strömungsgeschwindigkeit, desto langsamer die Wärmeabfuhr.
Die vom thermischen Anemometer gemessene Luftströmungsgeschwindigkeit ist eine Funktion von Strom und Widerstand. Bei konstantem Strom (oder Widerstand) entspricht die gemessene Luftgeschwindigkeit nur eins nach dem anderen dem Widerstand (oder Strom).
Der Hitzdraht-Windgeschwindigkeitssensor verfügt über zwei Designkreise mit konstantem Strom und konstanter Temperatur. Häufiger wird ein Heißdraht-Windgeschwindigkeitssensor mit konstanter Temperatur verwendet. Das Prinzip der Konstanttemperaturmethode besteht darin, die Temperatur des Hitzdrahtes während des Messvorgangs konstant zu halten, um die Brücke auszugleichen. Zu diesem Zeitpunkt bleibt der Widerstand des Hitzdrahtes unverändert und die Luftströmungsgeschwindigkeit ist nur eine einwertige Funktion des Stroms. Anhand der bekannten Beziehung zwischen der Luftströmungsgeschwindigkeit und der Strömung kann die Luftströmungsgeschwindigkeit durch das Endgerät ermittelt werden. Der Konstantstrom-Hitzdraht-Windgeschwindigkeitssensor hält den Stromwert, der durch den Hitzdraht fließt, während des Messvorgangs konstant. Bei konstantem Stromwert hängt die Luftströmungsgeschwindigkeit nur vom Widerstand des Heizdrahtes ab. Aus der bekannten Beziehung zwischen der Luftströmungsgeschwindigkeit und dem Widerstand des Hitzdrahtes kann die durch den Windgeschwindigkeitssensor strömende Luftströmungsgeschwindigkeit ermittelt werden.
Hitzdraht-Windgeschwindigkeitssensoren messen schwankende Windgeschwindigkeiten. Die thermische Trägheit des Windgeschwindigkeitssensors mit konstanter Strömung ist relativ groß, während die thermische Trägheit des Windgeschwindigkeitssensors mit konstanter Temperatur relativ klein ist und eine hohe Geschwindigkeitsreaktion aufweist. Die Messgenauigkeit des Hitzdraht-Windgeschwindigkeitssensors ist nicht sehr hoch, daher sollte bei der Verwendung auf eine Temperaturkompensation geachtet werden.
