热线风速仪制造技术

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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热线风速仪。
技术介绍
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，材料为钨或钼等金属丝。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=P L/S，其中，P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P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。
技术实现思路
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，由本专利技术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为本专利技术实施例提供的热线风速仪的结构示意图。 图2为本专利技术实施例提供的探测元件的结构示意图。 图3为本专利技术实施例提供的碳纳米管复合导线的扫描电镜照片。 图4为本专利技术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。 主要元件符号说明如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本专利技术。【具体实施方式】 请参照图1，本专利技术提供一种热线风速仪100,其包括一探测元件200,一信号放大 器300, 一信号处理器400及一显示装置500。所述探测元件200、信号放大器300、信号处 理器400与显示装置500之间相互电连接。所述探测元件200用于探测风场的信号。所述 信号放大器300用于接收和放大探测元件200所探测的信号，并传递给信号处理器400。信 号处理器400将信号计算之后可以得到风场的具体风速，并通过显示装置500显示出来。 请参见图2,所述探测元件200包括一热线102,两个导电支撑杆104及一支撑座 106。所述两个导电支撑杆104固定于支撑座106。每个所述导电支撑杆104包括一第一 端1042及一第二端1044。所述两个导电支撑杆104穿过所述支撑座106,两个导电支撑杆 104的第一端1042从支撑座106的一端延伸出，且两个导电支撑杆104的第一端1042相互 间隔设置。所述热线102的两端分别固定于每个导电支撑杆104的第一端1042,即被两个 导电支撑杆104所夹持。两个导电支撑杆104的第二端1044从支撑座106的另一端延伸 出，连接于信号放大器300上。所述导电支撑杆104的第一端1042可以为一尖端。所述导 电支撑杆104的作用为支撑热线102,并在热线102上施加电流。导电支撑杆104的材料应 具有良好的导电性和尽可能小的传热系数，还应该具有一定的强度和刚度。本实施例中，选 择镀金的不锈钢丝作为导电支撑杆104。导电支撑杆104的直径为10微米~5毫米。两个 导电支撑杆104基本平行且相互间隔设置。所述热线102仅通过两端固定于两个导电支撑 杆104的第一端1042,该热线102整体处于悬空设置状态。 所述支撑座106的作用为支撑导电支撑杆104。支撑座106的材料为绝缘材料。 本实施例中，支撑座106为陶瓷，导电支撑杆104通过陶瓷烧结的方式固定于所述支撑座 106。 可选择地，所述探测元件200进一步包括一保护罩202,用于保护热线102。当热 线风速仪100不工作时，保护罩202罩在热线102上。所述保护罩202通过卡口的方式固 定于支撑座106,便于随时从支撑座106上取下。 请参照图3,所述热线102为一碳纳米管复合导线，其直径为150纳米至40微米。 优选地，所述碳纳米管复合导线的直径小于等于10微米。所述碳纳米管复合导线包括一碳 纳米管单纱110以及一包覆于所述碳纳米管单纱110外表面的金属层112。所述碳纳米管 单纱110由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱110的轴向旋转加捻构成。所述碳纳米管单纱 110可以通过从一碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管线，并将所述碳纳米管线的两端相 对回转形成。所述碳纳米管线的两端可以沿顺时针方向回转，从而形成S捻；所述碳纳米管 线的两端可以沿逆时针方向回转，从而形成Z捻。由于从碳纳米管阵列中直接拉取获得的 碳纳米管线中的碳纳米管基本沿所述碳纳米管线的轴向延伸，且在所述碳纳米管线的轴向 方向通过范德华力首尾相连。故，在将所述碳纳米管线的两端相对回转的过程中，该碳纳米 管线中的碳纳米管会沿碳纳米管线的轴向方向螺旋状排列，且在延伸方向通过范德华力首 尾相连，进而形成所述碳纳米管单纱110。另外，在将所述碳纳米管线的两端相对回转的过 程中，所述碳纳米管线中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距会变小，接触面积增大，从 而使所述碳纳米管单纱Iio中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的范德华力显著增加，并紧 密相连。所述碳纳米管单纱10中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于10纳米。 优选地，所述碳纳米管单纱110中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于5纳米。 更优选地，所述碳纳米管单纱110中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于1纳 米。由于所述碳纳米管单纱Iio中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距较小且通过范德 华力紧密相连，故，所述碳纳米管单纱Iio具有光滑且致密的表面结构。 所述碳纳米管单本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潜力，王昱权，
申请(专利权)人：北京富纳特创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11