Чем измерить скорость ветра
Что такое анемометр
Анемометр (он же ветромер) — это прибор для измерения скорости газовых и воздушных потоков. Статья дает подробное описание, что такое анемометр, его разновидности, принципы действия, а также приводится инструкция, как пользоваться этим прибором.
Назначение
Изобрел анемометр естествоиспытатель, ученый Роберт Гук. После долгих испытаний и вычислений, он официально изобрел прибор в 1667 году. Данное устройство измеряет скорость ветра. Используется на метеорологических станциях по всему миру, в аэропортах, армии, а также применяется в качестве датчика вентиляционных коробов. Приборы востребованы, как источники информации для мореплавателей, машинистов высотных кранов, людей, работающих в сложной местности и на большой высоте. Со дня своего открытия, анемометр прошел путь от простого до сложного устройства с компьютерным обеспечением.
Разновидности
Анемометр постоянно усовершенствуется, но простые модели все еще используют метеорологи. Устройство делится на следующие типы, по принципу работы:
Измерения эти устройства делают разными методами. Далее будет рассмотрено, как измеряет скорость ветра каждый тип прибора.
Чашечный
Чашечный анемометр самый старый из современных механизмов. Для определения скорости потока использует 3 полусферы, закрепленные на неподвижных штоках. Такая конструкция позволяет делать замер без настроек направления прибора. Механические чашечные анемометры делают расчеты на основании скорости одного оборота лопастей вокруг своей оси.
Лопасти приводят в действие механический счетчик. Полученные данные делятся на коэффициент, заложенный производителем. Это значение зависит от диаметра чаш. Электронные аналоги этого устройства делают вычисления намного быстрее, а также реагируют на порывы ветра от 1 м/с. У устройства только одна функция. Определение направления потоков невозможно.
Крыльчатый или лопастной
Крыльчатый анемометр является полным аналогом чашечного. Он представляет собой прибор с пропеллером или вентилятором. Принцип действия также в подсчете скорости ветра за один оборот лопастей. Крыльчатый анемометр нуждается в точной установке по направлению потока.
Современные электронные приборы комплектуются дополнительным диффузором и флюгером. Устройства крыльчатого типа более чувствительнее чашечных аналогов, способны выдать определение скорости ветра в 0.1 м/с.
Термический
Анемометр этого типа называют термоанемометром. Для измерения скорости ветра используется принцип охлаждения нагретого предмета. Устройство комплектуется термопарой, которая нагревается от источника питания прибора.
Ветер обдувает термопару и до определенной степени охлаждает ее. От показателей скорости охлаждения делается расчет силы движения воздушного потока. Термоанемометры не используются по назначению в метеорологии. Их применяют, как датчики скорости ветра в автомобилях и авиации. Устройство также требует четкой настройки по направлению потока.
Акустические или ультразвуковые
Устройства используют в работе принцип скорости прохождения ультразвукового сигнала через пространство.
Скорость ветра влияет на этот показатель. Существует заданная скорость и время прохождения сигнала от приемника к передатчику. За счет помехи со стороны воздушного потока время увеличивается, а скорость сокращается. На этих данных и строится расчет скорости ветра.
Лазерные
Лазерный анемометр работает по тому же принципу, что ультразвуковой. Вместо сигнала используется лазерный луч, который с определенной скоростью и за заданное время движется от передатчика к приемнику.
Луч отражается от объекта и это регистрируется соответствующим датчиком. На основании этого вычисляется разница между частотой отправленного луча и отраженного. Данные показатели попадают в расчет и с их помощью происходит расчет скорости движения ветра. Этот прибор считается последней разработкой для метеорологии.
Основные отличия
Анемометры подразделяются на простые механические и сложные электронные. Механические высчитывают только параметр скорости ветра. Электронные делают расчет скорости одного порыва, нескольких повторяющихся порывов, выводят средний показатель скорости. Эти приборы удобны в использовании. Они могут самостоятельно делать расчет, запоминать результаты за месяц, вести статистику. Многие имеют подключение к сети Интернет.
Инструкция по использованию
Анемометр простой в использовании прибор. Но для каждого имеются определенные нюансы использования.
Механические
К механическим относятся чашечные и крыльчатые анемометры. Для того чтобы использовать чашечный тип, достаточно установить его на возвышении, например, на крыше здания. Далее необходимо подождать минуту и считать показания прибора. Этот показатель нужно разделить на 3 для приборов с величиной чашки 10 см и на 2 с величиной 15 см. Полученный результат является скоростью ветра на открытом пространстве.
Крыльчатые приборы более современнее. Они имеют электронную начинку для выполнения вычислений. Также эти устройства производят по типу датчик/зонд. Датчик может находится в здании, а зонд выносится на открытую местность. При этом приборы соединяются кабелем. Зонд необходимо поднять над головой или закрепить на возвышении. Прибор передаст на блок управления полученные данные, а компьютер выдаст заключительный расчет.
Электронные устройства
Из представленных типов, простому обывателю доступны лазерные и термоанемометры.
Для использования лазерных достаточно навести прибор на удаленный предмет и включить устройство. Скорость движения ветра будет рассчитана по времени возврата отраженного луча от предмета.
Термоанемометр используется также просто. Достаточно включить прибор и дождаться нагрева термопары. Далее нужно выставить анемометр по направлению потока ветра. Через минуту можно получить итоговый результат скорости.
Акустический тип анемометров используется на сложных участках рельефа. Эти приборы имеют большие габариты. Поэтому использовать такое устройство в повседневной жизни не получится. Есть аналогичные карманные устройства, но их расчет имеет большие погрешности, так как на волну влияет температура, давление, магнитные поля. В городских условиях сделать правильный замер очень сложно.
Лучшие бытовые анемометры
Далее представлен рейтинг лучших анемометров для использования в быту и на производстве.
Testo 410-2
Анемометр крыльчатого типа. Кроме основной функции замеряет влажность и температуру воздуха. Способен делать замер воздушного потока до 20 метров в секунду. Прибор имеет минимальную погрешность в 2 %. Пригоден для совершения замеров экспертными комиссиями, на что имеет официальную сертификацию. Преимущества:
Данная модель может использоваться на промышленных производствах. Не имеет выносного зонда. Все замеры необходимо производить на месте.
Testo 425
Анемометр теплового типа. Имеет выносной измерительный зонд и кабельное соединение. Очень чувствителен. Способен делать замеры скорости потока до 20 метров в секунду. Из преимуществ:
Этот прибор можно использовать для лабораторных и исследовательских работ.
АТТ-1021
Прибор чашечного типа. Относится к электронным устройствам. Способен вычислять влажность и температуру воздуха. Делает замер при максимальной скорости ветра в 35 метров в секунду. Из преимуществ:
Модель имеет простые настройки, способна сохранять в памяти 100 ближайших значений.
Заключение
В статье была приведена информация для чего используется анемометр. Людям, работавшим на метеостанциях, он знаком очень хорошо. Прибор прост в использовании, дает самые точные данные и стоит на защите людей уже несколько веков.
Видео по теме
Выбор анемометра
Содержание:
В наше дни все более актуальной становится проблема создания и поддержания комфортных условий на рабочих местах в офисах, и в особенности на специализированных производствах и предприятиях, где даже небольшое отклонение от нормы скорости движения воздуха приведет к губительным последствиям. К примеру, на птицефабриках очень строгие требования к вентиляционным системам: малейшее нарушение этого параметра буквально через 2-3 часа приведет к массовой гибели птиц и, как следствие, к колоссальным убыткам, что, естественно, недопустимо. Для рабочей зоны также особые требования: по ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН 2.2.4.548-96 скорость движения воздуха не должна превышать 10-50 см/с (показатель должен определяться с точностью 5 см/сек).
Разумеется, обычный человек не способен определить соответствие условий этим требованиям без применения специальных инструментов — анемометров. Они способны выдавать результат с погрешностью до 0,1 м/сек, что очень важно при сооружении воздуховодов в зданиях.
Разновидности устройств
Классический образец – чашечный анемометр — «прародитель» всех современных. Он представляет собой небольшой прибор с 4 полусферами на оси, соединенной с измерительным механизмом. Принцип его действия прост и бесхитростен: необходимо подсчитать количество оборотов лопастей, совершаемых за заданное время. Полученное значение – расстояние – нужно разделить на время, за которое происходил замер, таким образом и вычислялась скорость ветра. Как правило, данные оказывались приблизительными, что не прибавляло расчетам точности. Чуть позднее появились индукционные анемометры, оснащенные электронным тахометром. Это позволило получать данные о скорости и направлении потока сразу, минуя лишние вычисления.
Но если раньше весь ассортимент анемометров ограничивался только чашечными, то теперь узнать, какой именно прибор лучше всего подойдет, может быть затруднительно. Чтобы облегчить эту задачу, в первую очередь, рекомендуем обращать внимание на то, в каких условиях и для чего он будет использоваться.
На сегодняшний день наибольшей популярностью пользуются анемометры с крыльчаткой. Иногда можно встретить название «лопастной» или «мельничный».
На оси такого устройства закрепляется вентилятор (крыльчатка), который обладает очень малой массой, моментально (за несколько миллисекунд) реагирует на движение потока воздуха и отражает все изменения в движении. Зонд, которым оснащаются все модели, помещается в воздуховод, что обеспечивает высокую точность измерений, особенно важную при установке систем кондиционирования. Стоит отметить также долговечность таких приборов. Как правило, при изготовлении корпусов изделий производители используют ударопрочный пластик, поэтому механические повреждения им не страшны.
Этот вид анемометров подойдет работникам ЖКХ, а также специалистам, монтирующим системы кондиционирования и обогрева.
Не менее востребованы анемометры стик-класса. В отличие от описанных выше моделей, эти устройства не имеют вращающихся элементов внутри. Данные вычисляются по результатам охлаждения воздухом накаленной вольфрамовой нити и ее сопротивления. Отсюда второе название – термоанемометры.
Пригодятся они в тех случаях, когда воздушный поток содержит различные примеси, например, пыль или песок. Кроме того, именно их стоит выбрать для определения герметичности окон и дверей.
Все анемометры работают от аккумуляторных или пальчиковых батарей, которые легко подзарядить или заменить.
Важные для выбора анемометра технические характеристики
Очень важно грамотно подобрать прибор, параметры которого полностью соответствуют поставленным задачам. К примеру, если для проверки вентиляционной системы в производственном цеху с большим количеством вредных выделений в воздухе будет выбран анемометр с высокой погрешностью измерений (больше 5%), то в результате система вентиляции на производстве просто не справится с обеспечением безопасности здоровья людей (из-за неточного результата), что приведет к негативным последствиям.
Самой главной характеристикой является диапазон измерения скорости воздуха.
Если речь идет о конструировании систем кондиционирования, оптимальным вариантом станет прибор, рассчитанный на интервал от 0 до 10 м/с. На нашем сайте такие модели представлены термоанемометром стик-класса Testo 405-V1. Это прочный, надежный прибор, который отлично подойдет для использования бригадами, занимающимися монтажом и диагностикой климатической техники. Он способен измерять не только скорость, но и температуру потока. Кроме того, на экран можно вывести информацию о минимальных, средних и максимальных значениях этих параметров.
В тех случаях, когда анемометр необходим для проектирования систем вентиляции в производственных и офисных зданиях или крупных торговых центрах, рекомендуем остановить свой выбор на приборах, рассчитанных на измерения в диапазоне от 0 до 20 м/с. Например, анемометр Testo с крыльчаткой 417П или Testo 425.
Точность измерения — следующий немаловажный параметр, который определяет погрешность данных, полученных с помощью выбранной модели анемометра. Ее значение варьируется от 1,5% как у модели Testo с крыльчаткой 417П до 5% как у X-Line AeroTemp X00123. Инструмент с большей погрешностью рекомендуется использовать там, где погрешность не играет большой роли, например, в кайтинге (запуске больших воздушных змеев). Анемометры же с большой точностью используются на предприятиях для создания эффективной системы вентиляции.
Грамотный выбор анемометра – это очень ответственная задача, от которой зависит комфорт условий работы людей в офисах, на производстве и в цехах, а также качество работы климатической техники. В нашем магазине представлены наиболее популярные модели, среди которых найдется то, что нужно и новичку, и настоящему профессионалу.
Чтобы оформить заказ, позвоните по указанному на главной странице номеру. Менеджер предоставит подробную консультацию об особенностях выбранного прибора, а также расскажет о доставке товара и способах оплаты.
Приборы для измерения скорости и направления ветра.
Для чего используется прибор
На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:
Это список основных направлений, где используется прибор для измерения скорости. Отдельные виды могут измерять дополнительно направление ветра в различных плоскостях, температуру воздуха. Единицы измерения скорости ветра – метры в секунду – используются в приборах всех видов.
Устройство и принцип работы
Анемометр позволяет провести измерение скорости и направление ветра. Он улавливает скорость воздушного потока, после чего обрабатывает полученную информацию и передает на регистрирующее устройство.
Основными узлами конструкции являются всего три блока:
Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.
Приборы для измерения скорости и направления ветра
Принцип действия изделия основан на преобразовании значений метеорологических параметров в электрические величины, отсчитываемые визуально по показаниям соответствующих приборов. Измеритель ветра устанавливается на надводных кораблях, а также может применяться на наземных пунктах метеослужбы. В состав изделия входят: датчик ветра, центральный прибор, репитер, построитель. Для измерения скорости и направления ветра используется зависимость между скоростью ветра и числом оборотов вертушки, между направлением ветра и положением свободно ориентирующейся флюгарки датчика ветра. Скорость и направление ветра при помощи сельсинной передачи дистанционно передаются в пульт – центральный прибор. В центральном приборе происходит осреднение величины скорости ветра при помощи программно-наборного механизма и сглаживания величины направления ветра при помощи демпфирующего механизма. Режим работы – непрерывный с дискретной выдачей данных средней скорости наблюдаемого ветра через каждые 120 с работы прибора.
Технические характеристики
Разнообразие моделей
В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:
Классификация
Прибор для измерения скорости ветра в своей структуре имеет датчик, который контактирует непосредственно с воздушным потоком. В зависимости от вида данного датчика выделяют следующие типы анемометров:
Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.
Классификация анемометров и принцип их работы
Существует множество разновидностей анемометров, однако чаще всего для измерений используют:
Чашечный анемометр
Чашечный анемометр имеет самую простую конструкцию: подвижный элемент с четырьмя лопастями. Как только ветер на них воздействует, ось начинает вращаться и передавать данные измерительному прибору. Он фиксирует число вращений лопастей за конкретный период времени. Анемометр этого типа идеально подходит для использования на открытой местности, поэтому ценится метеорологами.
Крыльчатый анемометр
Крыльчатый анемометр наиболее распространен среди приборов, измеряющих скорость воздушных масс. Он состоит из крыльчатки, защищенной кольцом, и соединенной напрямую либо гибким проводом с измерительным прибором. Такая конструкция позволяет использовать его для регистрации скорости воздуха в труднодоступных местах.
Ультразвуковой анемометр
Ультразвуковой анемометр реже других используют для измерения скорости ветра. Как уже понятно из названия, он измеряет скорость звука в помещении, которая меняется в зависимости от направления перемещения воздушных масс.
Двухкомпонентные устройства помимо скорости ветра могут определять, куда он движется в зависимости от частей света. Скорость звука в такой аппаратуре зависит от времени преодоления ультразвуковыми импульсами расстояния от излучателя до ультразвукового микрофона. Практически все анемометры работают от заряжаемых аккумуляторов или батареек.
Анемометр крыльчатый
Данный прибор способен определить скорость движения воздуха, которая находится в интервале от 0,5 до 45 м/с. Кроме того, данное устройство позволяет измерять температуру, которая находится в пределах от минус 50 до плюс 100 градусов.
Конструкция анемометра такова, что ветер воспринимается лопастной крыльчаткой. Это небольшое легкое колесико, которое от механических воздействий защищается металлическим кольцом. Принцип его работы напоминает вентилятор или мельницу. Под действием ветра крыльчатка начинает вращаться. По системе зубчатых колес ее вращение передается на стрелки счетного механизма.
Анемометр ручной устроен так, что счетный механизм расположен рядом с крыльчаткой. За счет этого создается преграда для ветра, тем самым рабочий диапазон ограничивается. Подобные приборы могут измерять скорость ветра, которая не превышает 5 м/с. Данные устройства подходят для измерения потока воздуха в вентиляционных шахтах, трубопроводах, воздуховодах и так далее.
Анемометр крыльчатый цифровой устроен таким образом, что датчик встроен внутрь прибора или является выносным. Благодаря такой конструкции никакой преграды для ветра нет. Поэтому прибор измеряет поток, скорость которого может достигать 45 м/с.
Приборы чашечного типа
Анемометр чашечный способен производить измерения только в плоскости, которая расположена перпендикулярно оси вращения. Конструкция прибора представляет собой 4 чашки в форме полусфер, которые одеты на симметричные крестообразные спицы ротора.
Появились первые варианты данного устройства еще в 1846 году. Их создателем является Джон Робинсон. Название он получил благодаря внешнему сходству лопастей с чашкой. Доктор предполагал, что на вращение чашек не оказывают влияние их размер. По его мнению, скорость вращения чашек в три раза меньше, нежели скорость движения ветра. Позднее эту теорию опровергли. Было доказано, что прибор обладает коэффициентом, который находится в пределах от 2 до 3,5.
В 1926 году Джон Паттерсон предложил ротор с тремя чашками. Им было замечено, что максимальный вращающий момент чашек достигается при их повороте на угол 45 градусов в отношении движения ветра.
В начале девяностых прошлого века Дерек Вестон усовершенствовал чашечный прибор для измерения скорости ветра. Его доработки позволили измерить дополнительно направление движения ветра. Достиг он этого простым способом – на одну из чашек установил флажок. При вращении флажок пол оборота движется по ветру, а вторую – против.
Чашечные ручные приборы подсчитывают количество оборотов, совершенных за отведенный промежуток времени. В улучшенных анемометрах ротор связывается с тахометрами различных видов. Данные приборы способны показать мгновенно скорость ветра и его изменение в реальном времени. Интервал измерения – от 0,2 до 30 м/с.
Определение скорости ветра
| Сила ветра в баллах по Бофорту | Название | Признаки для оценки | Скорость ветра в м/сек | Скорость ветра в км/час | Скорость ветра в миль/час |
| 0 | штиль | Листья на деревьях не колеблются, дым сигареты поднимается вертикально, огонь от спички не отклоняется | 0 | 0 | меньше 1 |
| 1 | тихий | Дым сигареты несколько отклоняется, но ветер не ощущается лицом | 1 | 3,6 | 1-3 |
| 2 | легкий | Ветер чувствуется лицом, листья на деревьях колышутся (шелестят) | 2-3 | 5-12 | 4-7 |
| 3 | слабый | Ветер качает мелкие ветки и колеблет флаг | 4-5 | 13-19 | 8-12 |
| 4 | умеренный | Качаются ветки средней величины, поднимается пыль | 6-8 | 20-30 | 13-18 |
| 5 | свежий | Качаются тонкие стволы деревьев и толстые ветви, образуется рябь на воде | 9-10 | 31-37 | 19-24 |
| 6 | сильный | Качаются толстые стволы деревьев, ветер «гудит» в проводах | 11-13 | 38-48 | 25-31 |
| 7 | крепкий | Качаются большие деревья, против ветра трудно идти | 14-17 | 49-63 | 32-38 |
| 8 | очень крепкий | Ветер ломает толстые стволы | 18-20 | 64-73 | 39-46 |
| 9 | шторм | Ветер сносит легкие постройки, валит заборы | 21-26 | 74-94 | 47-54 |
| 10 | сильный шторм | Деревья вырываются с корнем, сносятся более прочные постройки | 27-31 | 95-112 | 55-63 |
| 11 | жестокий шторм | Ветер производит большие разрушения, валит телеграфные столбы, вагоны и т. д. | 32-36 | 115-130 | 64-72 |
| 12 | ураган | Ураган разрушает дома, опрокидывает каменные стены | Более 36 | Более 130 | 73-82 |
Оружие > Баллистика нарезного оружия
Автор не несет никакой ответственности за любой вид ущерба, понесенного в результате использования присутствующей здесь информации. Автор оставляет на усмотрение читателя, применять полученные здесь сведения, или подвергнуть тщательной проверке в специализированных источниках.
Тепловые приборы
Принцип работы подобных анемометров заключается в определении электрического сопротивления проволоки. Данное значение изменяется в зависимости от температуры, которая снижается за счет движущегося потока воздуха. Это подобно тому, как в солнечный жаркий день ветерок холодит кожу.
Конструкция анемометра представляет собой металлическую нить накаливания (из платины, нихрома, серебра, вольфрама и других металлов), которая разогревается электрическим током до температуры, превышающей температуру окружающей среды.
У приборов данного типа имеется один существенный недостаток – низкая прочность при механических воздействиях.
Ультразвуковые анемометры
Принцип работы данных приборов основан на определении скорости прохождения звука в движущемся воздушном потоке. Именно поэтому данный анемометр еще называют акустическим. При движении звука в одном направлении с воздухом его скорость увеличивается. При движении навстречу ветру скорость звука уменьшается. Благодаря этому измеряется время получения ультразвукового импульса. Устройство подключается к компьютеру для обработки полученных данных.
Датчик может выполнять несколько функций. В зависимости от их количества, можно выделить несколько видов датчиков:
Ультразвуковые приборы измеряют скорость ветра до 60 м/с.
Современные анемометры
С течением времени конструкция приборов, предназначенных для определение скорости и направления ветра, видоизменялась и улучшалась. В 1846 году ирландец Джон Робинсон создал один из типов приборов, которые до сих пор используются современными учеными, — чашечный анемометр. Он представлял собой конструкцию, имеющую четыре чаши, располагающиеся на вертикальной оси. Дующий ветер вызывал вращение чаш, а скорость этого вращения позволяла замерить скорость движения воздушного потока. Впоследствии четырехчашечная конструкция была заменена на трехчашечную, поскольку она позволяла уменьшить погрешность показаний прибора.
Еще один вид анемометра, применяющийся современными учеными — тепловой анемометр, принцип действия которого основан на изменении температуры нагретой металлической нити под воздействием воздушного потока. Степень ее охлаждения в результате такого воздействия служит основанием для осуществления измерений скорости и направления ветра.
Наконец, третий наиболее распространенный сегодня тип прибора — ультразвуковой анемометр, который в 1904 году разработал геолог Андреас Флич. Он измеряет основные параметры воздушного потока в зависимости от изменения скорости звука в текущих условиях окружающей среды. При этом ультразвуковые анемометры имеют самый большой спектр возможностей, по сравнению с другими типами приборов: они позволяют производить замеры не только скорости и направления ветра, но и его температуру, влажность и другие параметры.