Что применяют для измерения скорости ветра
Анемометр. Виды и работа. Применение и отличия. Особенности
Анемометр – это измерительный прибор фиксирующий скорость движения воздуха и газов. Устройство получило название от греческих слов «анемос матрео», дословный перевод которых обозначает «измерение ветра» Прибор изобретен известным ученым Робертом Гуком в 1667 году.
Сфера использования
Анемометры применяют метеорологи для определения скорости порывов ветра, такое оборудование устанавливается в аэропортах и на аэродромах. Им проверяют эффективность работы вентиляционного оборудования и различных промышленных установок.
Виды устройств
По принципу действия анемометры классифицируются на 4 группы:
Они кардинально отличаются между собой по применяемой технологии определения скорости газовых потоков.
Вращающиеся анемометры
Такие устройства представлены двумя схожими по принципу действия конструкциями:
Чашечный анемометр является старинным механическим устройством, вполне актуальным до сих пор. Такой прибор оснащено лопастями, лепестки которых выполнены в форме полусфер подобных чашам. Данная конструкция весьма эффективна, поскольку позволяет начать измерение с минимальной погрешностью, поскольку практически не нуждается в установке чаш по направлению ветра. Главное, чтобы поток двигался в полость полусфер, а не их обтекаемое дно.
Чашечный анемометр работает по принципу счетчика оборотов. Высчитывается сколько раз обернулась ось с лопастями, после чего полученное число разделяется на коэффициент прибора, который зависит от площади и количества чашек. Коэффициент для разных устройств составляет от 2 до 3. Надобность в измерении на протяжении определенного промежутка времени возникает только при использовании полностью механических приборов. У электронных чашечных анемометров программа способна определить текущие порывы буквально с нескольких оборотов. Подавляющее большинство чашечных устройств не реагируют на медленные порывы, скорость которых ниже 1 м/сек. Классическая чашечная конструкция не позволяет определять направление потока.
Крыльчатые анемометры также называют лопастными. Это более компактные устройства, работающие по аналогичному принципу с чашечными. При порывах ветра или газа осуществляется вращение лопастей, подобных тем, что можно встретить на вентиляторах или летательных аппаратах. Скорость ветра также определяется путем деления количества оборотов на коэффициент прибора. Для наиболее точного измерения необходимо выставить диффузор устройства по направлению движения потока. Зачастую в комплектации к крыльчатым анемометрам идет небольшой флюгер. Он позволяет определять направление ветра. Приборы данного типа способны измерять поток движения в пределах от 0,1 м/сек.
Термический анемометр
Тепловое устройство также называется термоанемометром. В нем предусматривается термопара. Прибор фиксирует ее теплопотери в результате обдува. Данный принцип вполне знаком многим. К примеру, при сильном ветре холод ощущается сильнее, чем при такой же температуре на улице, но в безветренную погоду.
Тепловые анемометры имеют нить накаливания, через которую пропускается электрический ток. В результате от интенсивности обдува температура нити меняется, что влияет на токопроводимость металла. Именно от этих изменений и отталкивается электроника устройства для расчета скорости воздушных порывов. Такое оборудование редко применяется как самостоятельный прибор, и в большинстве случаев является интегрированным в прочие системы. У автомобилей термоанемометр представлен в виде датчика массового расхода воздуха, по которому определяется соотношение приготовления горючей жидкости для двигателя внутреннего сгорания.
Акустические анемометры
Такие устройства еще называют ультразвуковыми. Подобное оборудование создает ультразвуковой сигнал, после чего измеряется скорость его передвижения. Движущиеся воздушные потоки влияют на данный показатель. Полученные результаты переводятся электронным оборудованием прибора в показатель скорости. Анемометр этого типа обычно применяется для измерения скорости потоков газа. Такие системы намного сложнее, чем может показаться изначально. Они не просто берут во внимание затраты времени, которые уходят на прохождение ультразвуковой волны от передатчика до приемника, но и принимают во внимание внешние факторы. В первую очередь это температура и влажность воздуха.
Лазерные анемометры
Устройства работающее по данной технологии были разработаны последними, поэтому еще не набрали столь широкого распространения. Они представлены компактными приборами, которые используются любителями экстремального отдыха. Лазерное устройство называется допплеровским в честь изобретателя, который предложил принцип, согласно которому частота излучения зависит от скорости относительного движения источника и приемника.
Полученный на основе данного принципа лазерный анемометр — это сложный оптико-электронный измерительный комплекс. Принцип работы прибора заключается в следующем. Движущийся в воздушном или газовом потоке объект освещается лазерным излучением из фиксированного источника. В результате световая волна отражается от объекта, что регистрируется соответствующим датчиком. В результате высчитывается разница между частотой излучения отправленного изначально света и отраженного. Данные показатели берутся в расчет, и на их основании высчитывается скорость движения ветра или газа.
Отличие между устройствами
В первую очередь анемометры можно поделить на электронные и полностью механические. При использовании последних потребуется вручную считать обороты, после чего проводить расчеты по формуле. В случае с электронными приборами все намного проще. Кроме отсутствия необходимости в расчетах, они обладают более высокой чувствительностью.
Могут фиксировать 3 параметра:
Также можно встретить анемометры, у которых непосредственный элемент измерения вынесен отдельно и сделан в качестве зонда. В этом случае устройством пользоваться гораздо удобнее. Можно проводить замеры сразу смотря на дисплей с результатами. Такое устройство имеют в первую очередь вращающиеся анемометры. Для предотвращения запутывания зонд и прибор соединяются витым эластичным кабелем.
Дополнительно электронный анемометр может иметь собственную память для сохранения результатов. Более дешевый ассортимент лишен данной функции или может хранить всего несколько измерений, не отображая при этом дату и время их получения.
Основные разновидности современных анемометров
Прежде всего, следует сказать, что на рынке анемометров принято выделять стационарные и портативные модели. Первые из них, в силу своей громоздкости, чаще всего применяют в метеорологии, а также на кайт-станциях – профессиональных базах для занятий кайтсёрфингом. Наиболее широко распространены портативные анемометры, которые также подходят для профессионального применения. Разберём наиболее распространённые конструкции таких приборов.
Чашечный анемометр. Это своего рода классический образец измерителей, «прародитель» всех современных моделей. Конструктивно он представляет собой устройство, в котором вокруг оси вращаются 4 полусферы. Ось соединяется с системой, производящей определение скорости ветра, исходя из числа совершаемых им «оборотов». Так как чашечный анемометр – это наиболее простая версия прибора, результаты измерений являются весьма приблизительными. Кроме того, недостаток подобной конструкции определяется тем, что замеры могут осуществляться только в одном направлении – параллельном оси прибора.
Крыльчатый анемометр. Данную конструкцию также именуют «анемометр с крыльчаткой», он же «лопастный анемометр» либо «мельничный анемометр». Под «крыльчаткой» понимают вентилятор, закреплённый на оси данного типа оборудования. Анемометр крыльчатой конструкции обладает крайне малым весом, моментально отзывается на движение ветра и, как следствие, отображает все изменения. Устройства данного типа оснащают зондом, который удобно погружать в воздуховоды. Прибор демонстрирует высокую точность анализа, прочность конструкции и долговечность. Отлично подходит для работников жилищно-коммунальной сферы, специалистам по монтажу систем кондиционирования и обогрева и т. д.
Термоанемометр. Данный прибор, в отличие от предыдущих типов, не наделён вращающимися чувствительными элементами. Вместо этого скорость воздуха вычисляется, исходя из сопротивления и характера охлаждения воздушными потоками накалённой вольфрамовой нити. Отсюда прибор и получил своё название – термоанемометр. Данный тип прибора широко распространён в уже упомянутом кайтсерфинге – в особенности, потому, что современные термоанемометры выполняют сразу три измерительные функции – определение скорости, направления и температуры воздушных потоков. Термоанемометры также выбирают для анализа герметичности дверей и оконных рам. И, наконец, особенностью моделей данного типа является их способность работать в условиях достаточно разряженной воздушной среды.
Другие распространённые типы анемометров. Среди других современных разновидностей анемометров можно отметить цифровые приборы нового поколения, наделённые, так же, как и термоанемометр, изобилием дополнительных функций. Так, например, устройство может замерять давление, высоту, уже упомянутую температуру воздуха и другие параметры, обладать функцией памяти, возможностью рассылки данных и т. п. Многие из таких приборов являются полноценными метеостанциями (погодными станциями) и применяются в различных сферах деятельности для решения широкого спектра задач.
По каким критериям и техническим характеристикам следует выбирать анемометр?
Грамотный выбор анемометра – непростая и весьма ответственная задача, от решения которой зависит комфорт и безопасность условий труда на производстве, сохранность оборудования, продукции и сырья, качество работы систем климат-контроля и т. д. Компания Аква-Лаб представляет наиболее популярные и качественные модели анемометров, среди которых можно подобрать устройства, оптимально подходящие как для новичков, так и для профессионалов.
Одной из ключевых характеристик анемометров является диапазон измерения скорости движения воздуха. Так, если речь идёт об организации систем кондиционирования, то потребуется прибор, обеспечивающий измерения в промежутке значений 0-10 м/с. Если же, к примеру, необходимо обустройство вентиляционных систем в крупных торговых или офисных центрах, то отличным выбором станет модель, рассчитанная на работу в интервале 0-20 м/с.
Как уже было сказано, множество современных анемометров определяют и температуру воздуха. Приборы, способные выполнять данную функцию, особенно если речь идёт о минусовых значениях, оптимально подойдут для строительных компаний, работающих с объектами, которые расположены в «жёстких» климатических зонах.
Следующий значимый параметр – точность исследований. Он определяется погрешностью данных. БОльшая погрешность допустима там, где она не играет существенной роли – например, при организации запуска больших воздушных змеев. И наоборот – если модель с высокой погрешностью будет выбрана для мониторинга, к примеру, вентиляционных систем в производственных цехах, спецификой деятельности которых является высокая концентрация токсичных выделений в атмосферу, то жизнь и здоровье работников окажется под угрозой.
Стоит сказать, что для получения высокоточных результатов измерений следует не только выбирать анемометры с соответствующими техническими характеристиками, но и понимать некоторые нюансы их работы. Например, анемометры с крыльчаткой следует для наибольшей эффективности располагать по направлению ветра, с тем, чтобы воздух проходил через приборы полностью. В противном случае, результаты не будут соответствовать реальности, ведь анемометр примет во внимание лишь тот поток, который заставил его лопасти вращаться. Точность измерений также будет снижена, если крыльчатый анемометр эксплуатируется в помещении с увеличенным содержанием рыли, грязи и других примесей, оседающих на лопастях и затрудняющих их движение. А термоанемометр не следует использовать под открытыми солнечными лучами, так как его корпус может перегреться, что увеличит погрешность измерений.
Особенности питания. Анемометры работают от батарей аккумуляторного или пальчикового типа, поэтому их нетрудно поменять или подзарядить. Однако и здесь существуют нюансы, которые обычно отражены в руководстве по эксплуатации той или иной модели. Нарушая правила подзарядки аккумуляторных источников питания, вы рискуете получить некорректные показания прибора. Также рекомендовано выключать анемометр сразу же по окончании измерений, с тем, чтобы энергия батареи не расходовалась понапрасну и устройство не отключилось в самый ответственный момент.
Китай, Европа или …Россия: делаем правильный выбор
Товаров, в том числе, анемометров, на современном рынке измерительного оборудования настолько много, что поиск подходящей модели порой вызывает затруднения не только с точки зрения соответствия спектру поставленных задач, но и со стороны выбора бренда. Традиционно зоной максимального доверия являются производители из Европы, и во многих случаях всё решает логотип, который как бы говорит потребителю «расслабься, тебе больше не нужно беспокоиться о качестве и долговечности – доверься бренду, который у всех на слуху».
Между тем, в реальности львиная доля продукции «европейского качества» сегодня производится в Китае, а некоторые известные западные марки и вовсе давно сменили своих владельцев и качество производимых ими товаров заметно ухудшилось, в то время как цена остаётся прежней, так как известные логотипы ещё долгое время продолжают «работать» по инерции.
С другой стороны, Китай, как известно, Китаю рознь, и во многих случаях тамошние производственные предприятия выпускают не просто конкурентноспособную, но и более качественную продукцию. Связано это, в том числе, с тем, что «китайский» труд стоит значительно дешевле, налогообложение в стране меньше, а значит, объективно здесь существует гораздо больше возможностей производить достойный товар, получая за него не менее достойную прибыль. Вот почему в большинстве случаев и анемометры из Китая ничуть не уступают по своему качеству приборам с «европейской надёжностью», произведённым на китайских же производственных линиях. При этом, стоимость истинно «китайского» продукта для конечного потребителя является максимально комфортной.
В этой связи стоит также обратить внимание на российских производителей анемометров – в частности, на бренд AQUA-LAB. Компания AQUA-LAB предлагает высококачественные фирменные метеостанции, в которых функции измерения скорости воздушных потоков выражены максимально комфортно, а качество моделей действительно приравнивается к самым высоким мировым стандартам. Попробуйте и убедитесь сами.
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.