12-09-2025-Mechanical Measurements - Hot-Wire Anemometer- [EN]-[IT]

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12-09-2025-Mechanical Measurements - Hot-Wire Anemometer- [EN]-[IT]

With this post, I would like to provide a brief instruction on the topic mentioned in the article.

(lesson/article code: EX_52)

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Introduction
An anemometer is a measuring instrument used to measure the velocity of fluids.
Below is an image showing a hot-wire anemometer.

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Hot-wire anemometers are available for both private and industrial use.
Those for private use are more compact and affordable and are used for hobbyists (e.g., drones, model airplanes) or for monitoring home ventilation.
Those for industrial use are more precise and sensitive. They are designed for controlled environments and complex applications, such as aerospace and automotive research. Industrial hot-wire anemometers are also used in wind tunnels and fluid dynamics laboratories.

Hot-wire anemometer operating principle

Image created with artificial intelligence, the software used is Napkin.ai

The hot-wire anemometer takes measurements using the principle of convective cooling, or, more accurately, thermal convection.
The operating steps are summarized below.
1- A wire, usually tungsten or platinum, is electrically heated.
2- When the fluid, usually air, flows around the wire, heat is removed by convection.
3- The electrical resistance of the wire decreases as a result of the decrease in temperature.
4- The change in resistance is therefore related to the velocity of the fluid. This relationship between voltage and velocity is described by King's equation.
The King's equation is shown below.

Where:
E = voltage across the wire
V = velocity of the fluid
A and B = constants depending on the properties of the wire and the environment.

Hot-Wire Anemometer Measurement Circuits
Regarding the circuit configurations of a hot-wire anemometer, there are two main types: constant-current circuit and constant-temperature circuit.
Hot-Wire Anemometer Constant-Current Measurement Circuit
In this type of circuit, the wire is constantly supplied with current, and the measured voltage is proportional to the fluid velocity.

Below is a sketch of the circuit used to measure velocity in a constant-current anemometer.

Image created with artificial intelligence, Microsoft Copilot software used

Constant-temperature measurement circuit for a hot-wire anemometer
In this case, the wire is kept at a constant temperature via a feedback system. The circuit regulates the current to compensate for temperature variations caused by the flow.
In this particular case, the circuit consists of a Wheatstone bridge with a differential amplifier and a servo amplifier.

Below is a sketch of the circuit used to measure velocity in a constant-temperature anemometer.

Image created with artificial intelligence, Microsoft Copilot software used

Comparison between the constant-current and constant-temperature circuits
The constant-current device has low thermal stability and low circuit complexity, while the constant-temperature circuit has the opposite.
Both have excellent high-frequency response.
The constant-current circuit has limited use for turbulent flows, while for such flows, the constant-temperature circuit is absolutely preferable.

Conclusions
The hot-wire anemometer is a useful instrument for measuring fluid velocity. It is precise and sensitive. Its operation is based on thermal principles, exploiting the relationship between wire cooling and fluid velocity. The anemometer is used in various fields: aerodynamics, fluid dynamics, mechanical engineering, thermal engineering, automotive engineering, and medicine.
Some notes on the applications of the hot-wire anemometer:
In thermal engineering, it is used to monitor flows in cooling systems.
In the automotive industry, it is used to optimize vehicle aerodynamics.
In medicine, it is used to measure airflow in respiratory devices.

Question
Did you know that the first anemometer was invented by the Italian architect, mathematician, and writer Leon Battista Alberti in 1450? Did you know, however, that the hot-wire anemometer, the subject of this post, was introduced only many years later, in the early 1900s?

ITALIAN

12-09-2025-Misure meccaniche - Anemometro a filo caldo- [EN]-[IT]

Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_52)

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione
L’anemometro è uno strumento di misura ed è utilizzato per misurare la velocità dei fluidi.
Qui di seguito un’immagine che mostra un anemometro a filo caldo.

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Esistono anemometri a filo caldo per uso privato e per uso industriale.
Quelli per uso privato sono più compatti ed economici e vengono usati per l'hobbistica ( esempio. droni, aeromodelli), oppure per il monitoraggio della ventilazione domestica
Quelli per uso industriale sono più precisi e sensibili. Essi sono progettati per ambienti controllati e applicazioni complesse, tipo ricerca aerospaziale e automobilistica. Gli anemometri a filo caldo per uso industriale vengono usati anche nelle gallerie del vento e nei laboratori di fluidodinamica.

Principio di funzionamento dell'anemometro a filo caldo

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Napkin.ai

L’anemometro a filo caldo rileva la misura sfruttando il principio del raffreddamento convettivo, oppure possiamo dire che sfrutta il principio della convezione termica..
Qui di seguito sono riassunte le fasi di funzionamento.
1-Un filo, solitamente di tungsteno o platino, viene riscaldato elettricamente.
2-Quando il fluido, solitamente aria, scorre attorno al filo viene asportato calore per convezione.
3-La resistenza elettrica del filo diminuisce come conseguenza della diminuzione di temperatura
4-La variazione di resistenza è quindi correlata alla velocità del fluido. Questa relazione tra tensione e velocità è descritta con l’equazione di King.
Qui di seguito è riportata l’equazione di King

Dove:
E=tensione ai capi del filo
V=velocità del fluido
A e B=costanti dipendenti dalle proprietà del filo e dell’ambiente.

Circuiti di misura dell’anemometro a filo caldo
Per quanto riguarda le configurazioni circuitali di un anemometro a filo caldo, possiamo dire che ne abbiamo principalmente due: circuito a corrente costante e circuito a temperatura costante.
Circuito di misura a corrente costante dell’anemometro a filo caldo
In questa tipologia di circuito il filo è costantemente alimentato da corrente e la tensione misurata è proporzionale alla velocità del fluido.
Qui di seguito uno schizzo del circuito utilizzato per la misura della velocità nel caso di un anemometro a corrente costante.

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Circuito di misura a temperatura costante dell’anemometro a filo caldo
In questo caso il filo è mantenuto a temperatura costante tramite un sistema di retroazione. Il circuito interviene per regolare la corrente in modo da compensare le variazioni di temperatura causate dal flusso.
In questo particolare caso il circuito è composto da un ponte di Wheatstone con un amplificatore differenziale e un servoamplificatore.
Qui di seguito uno schizzo del circuito utilizzato per la misura della velocità nel caso di un anemometro a temperatura costante.

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Confronto tra il circuito a corrente costante e quello a temperatura costante
Il dispositivo a corrente costante ha una bassa stabilità termica e una bassa complessità circuitale, mentre quello a temperatura costante è il contrario.
Per entrambi abbiamo un'ottima risposta alle alte frequenze.
Il circuito a corrente costante ha un uso limitato per i flussi turbolenti, mentre per tali flussi, il circuito a temperatura costante è assolutamente preferibile.

Conclusioni
L’anemometro a filo caldo è uno strumento utile per misurare la velocità dei fluidi. Risulta essere uno strumento preciso e sensibile. Il suo funzionamento si basa su principi termici, funziona sfruttando la relazione tra raffreddamento del filo e velocità del fluido. L’anemometro viene usato in diversi settori: aerodinamica, fluidodinamica, ingegneria meccanica, ingegneria termica, industria automobilistica e medicina.
Alcune note sulle applicazioni dell’anemometro a filo caldo:
Nell’ingegneria termica viene usato per monitorare i flussi nei sistemi di raffreddamento.
Nell’industria automobilistica viene usato per l'ottimizzazione dell’aerodinamica dei veicoli.
In medicina viene usato per misurare il flusso d’aria nei dispositivi respiratori.

Domanda
Lo sapevate che il primo anemometro fu inventato dall'architetto, matematico e scrittore italiano Leon Battista Alberti nel 1450? Sapevate invece che l'anemometro a filo caldo, oggetto di questo post, fu introdotto solo tantissimi anni dopo nei primi anni del 1900?

THE END