Прибор для измерения скорости ветра (анемометр): виды, инструкции. Анемометр крыльчатый
К метеорологическим устройствам относится прибор для измерения скорости ветра, который называется анемометр. В переводе с древнегреческого определение буквально означает «ветромер». Несмотря на название, прибор был изобретен лишь в 19 веке. Его изобрел астроном из Ирландии Джон Робинсон для определения скорости ветра.
Для чего используется прибор
На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:
- На станциях метеорологии, которые работают с целью наблюдения за погодой.
- В аэропортах. Ими пользуется служба безопасности полетов.
- Для определения тяги в системах вентиляции в отраслях добычи горных пород и угля.
- В строительстве анемометры используются для обеспечения безопасности: прибор закрепляют на верхней части стрелы крана. При достижении скорости ветра выше заданного параметра работы проводить запрещается.
- В сельском хозяйстве данный прибор используется при проведении обработки посевов средствами химической защиты и удобрениями.
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:
- Блок, непосредственно измеряющий скорость воздушного покоя. Если говорить точнее, то прибор улавливает возмущение воздушных масс, которое образуется в результате движения потока воздуха.
- Преобразователь, который служит для преобразования воздушных возмещений в физический параметр.
- Регистрирующее устройство, которое принимает сигнал от преобразователя.
Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.
Разнообразие моделей
В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:
- Механический. За счет движения воздуха в них происходит вращение отдельных элементов. В данную категорию относится анемометр чашечный и крыльчатый (или лопастной). Они отличаются между собой конструкцией элемента, который воспринимает потоки воздуха.
- Нагревательные (или тепловые). В их конструкцию входит нагревательный элемент (обычно это простая накаливаемая проволока). Под воздействием движущихся воздушных масс данный элемент остывает. Прибор определяет степень снижения температуры.
- Ультразвуковые, которые измеряют скорость движения звука. Звук, проходя сквозь движущийся газ, обладает различной скоростью. Если он движется навстречу ветру, то его скорость будет ниже. И наоборот, при движении в одну сторону с ветром, его скорость будет выше, чем в неподвижном воздухе.
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:
- Вращающиеся, в которых отдельные элементы конструкции начинают вращаться под воздействием скорости ветра.
- Ультразвуковые, которые по-другому называют акустическими.
- Нагревательные, их еще называют термическими.
- Оптические, которые в свою очередь делятся на лазерные и допплеровские.
- Динамические, чей принцип работы основан на базе трубки Пито-Прандтля.
- Поплавковые.
- Вихревые.
Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.
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.
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:
Прибор для измерения скорости ветра. Метеорологический прибор
Прибор для измерения скорости ветра и определения направления его дуновения известен как обсерватор, или анемометр. Применяют такие устройство при необходимости контроля над параметрами перемещения воздушных масс.
Принцип функционирования
Приборы данной категории способны определять максимальную текущую скорость ветра при дуновении потока в определенном направлении. Отдельные модели выдают показатели объемного расхода воздуха, температуры потока, влажности. Таким образом, функциональный прибор для измерения скорости ветра превращается в портативную метеостанцию.
Выделяют несколько отдельных разновидностей устройств, способных производить расчет скорости ветра. В настоящее время выделяют следующие типы приборов данного назначения:
- вращательные;
- вихревые;
- тепловые;
- динамометрические;
- оптические;
- ультразвуковые.
Давайте подробно рассмотрим устройства каждого типа, определим их возможности, способы эксплуатации.
Вращательные анемометры
Конструкции данного типа изобретены достаточно давно. Однако, несмотря на появление более совершенных приборов, вращательные анемометры до сих пор продолжают успешно эксплуатироваться метеорологами по всему миру.
Вихревые анемометры
В настоящее время наиболее распространены ручные вихревые анемометры. Последние используются для измерения скорости воздушных потоков в вентиляционных системах и трубопроводах, устанавливаются в воздуховодах промышленных и жилых объектов.
Тепловые анемометры
Не слишком востребованы тепловые приборы. Чаще всего необходимость в их применении возникает при измерении показателей медленных воздушных потоков.
Функционирует тепловой датчик скорости ветра по принципу измерения температуры нити накаливания либо специальной пластины, на которую оказывается давление воздуха. При различных показателях потока выделяется определенное количество энергии, которое позволяет поддерживать ту или иную температуру теплового элемента. Таким нехитрым способом и определяется скорость ветра.
Динамометрические анемометры
Динамометрический прибор для измерения скорости ветра применяется не только в метеорологии. Устанавливаются подобные устройства вентиляционных системах и газоходах, где вычисляют объемный расход потоков и их скорость.
Ультразвуковые анемометры
Принцип функционирования устройств данной категории основывается на определении скорости звука на приемнике в зависимости от показателей потока воздушных масс. Здесь представлены наиболее высокоточные, современные устройства, которые также позволяют фиксировать направление ветровых потоков.
Выделяют трехмерные и двухмерные ультразвуковые приборы. Первые дают возможность получать показатели направления перемещения потоков в трех компонентах. В свою очередь, двухмерный метеорологический прибор позволяет измерять направление и скорость ветра лишь в горизонтальной плоскости. Некоторые ультразвуковые системы производят вычисления температуры воздушных потоков.
Оптические анемометры
Сфера применения оптических анемометров крайне широка, начиная с определения направлений перемещения веществ в живых клетках и капиллярах и заканчивая вычислением скорости движения газов в атмосфере.
Эксплуатация лазерных устройств помогает с высокой точностью рассчитывать скорость воздушных потоков вокруг подвижных объектов, в частности, автотранспорта, летательных аппаратов, космических тел. Полученные расчеты дают возможность исследователям, инженерам и механикам разрабатывать наиболее аэродинамические формы при конструировании техники.
Советы по выбору
- максимальный измерительный диапазон;
- величина погрешностей;
- возможность применения в тех или иных температурных условиях;
- уровень безопасности для пользователя при воздействии на устройство агрессивных факторов окружающей среды;
- тип: стационарный либо переносной прибор;
- степень защищенности механизма от воздействий атмосферных осадков;
- характер питания устройства и способ формирования данных;
- габариты прибора;
- возможность вычисления показателей в ночное время суток (наличие подсветки).
В настоящее время для работы в условиях крайне пониженных температур возможно использование метеорологических приборов с подогревателями. Для рудников и шахт применяют специализированные анемометры, что способны исправно функционировать при высокой запыленности окружающего пространства и во взрывоопасной среде. Такие функциональные приборы переносят воздействие повышенной влажности и остаются работоспособными при значительных перепадах температур.
В итоге
Как видно, в зависимости от личных потребностей, имеется возможность выбрать наиболее подходящее устройство для фиксации показателей воздушных потоков. Однако здесь имеются свои сложности. Поскольку все анемометры являются измерительными приборами, они подлежат сертификации и аттестации в соответствующих государственных учреждениях.
Анемометр чашечный: главное об устройстве, рейтинг моделей
Анемометр, или ветромер с древнегреческого, – устройство, которое выполняло свою функцию ещё в XIX столетии и с тех пор принцип его работы остаётся тот же. Чашечный тип инструмента – прародитель всех существующих и один из самых востребованных по сей день видов прибора.
Для чего предназначен прибор. Сферы применения
Анемометр – устройство, которое измеряет скорость и направление потока ветра, газа и других жидкостей.
Анемометр чашечный – самый первый, распространённый и удобный вид механических анемометров. Различают ручной или индукционный (электронный) типы устройств.
Прибор имеет широкое применение в:
- метеорологии – используется специалистами в повседневной практике;
- строительстве – устанавливают на подъёмные краны для контроля сильных порывов ветра;
- промышленности – контролируют эффективность, производительность установок различного назначения, систем кондиционирования, вентиляции, отопления, туннелей и шахт;
- различных видах спорта – чаще всего применяется в парусном спорте, а также в спортивной стрельбе: из лука и арбалета, огнестрельного и пневматического оружия;
- сельском хозяйстве – во время обработки растений химическими препаратами;
- авиации – устанавливается в аэропортах для измерения воздушных потоков и проверки состояния авиационных двигателей.
Кроме этого, с их помощью производят контроль соответствующих норм на рабочих местах, комфортных условий в офисах, на предприятиях и особенно заводах, где минимальное отклонение от нормы чревато серьёзными последствиями.
Основной принцип действия
Принцип работы чашечного анемометра:
- Ветер воздействует на ось с 3 или 4 чашками (полусферами), происходит вращение и запускается механизм подсчета числа оборотов.
- Результат отображается на счетчике, шкале циферблата или дисплее (в зависимости от вида и модификации устройства).
- Полученное число делят на коэффициент прибора (2 или 3).
При использовании ручного чашечного анемометра следует придерживаться инструкции: засекают длительность времени измерения, а также подсчитывают количество оборотов оси, после чего – на графике отмечают расстояние, пройденное потоками воздуха. Конечный результат – это указанное расстояние делённое на время его измерения.
Что касается индукционного (электронного) – дополнительные подсчеты и графики не нужны, так как инструмент оснащён электронным тахометром и на счетчике, или дисплее, автоматически отображается искомая скорость ветра.
Прибор измеряет мгновенную скорость, а также среднее значение потока воздуха, по перпендикулярной направленности последнего относительно оси вращения. Главное преимущество чашечного устройства – датчик фиксирует скорость без надобности подстраиваться под воздушный поток, так как работает в любом направлении. Большинство индукционных моделей измеряют ещё и температуру воздуха.
Функциональные ограничения:
- ручной инструмент не рассчитан на порывы ветра ниже 1 м/с;
- измеряет скорость в диапазоне от 1 до 20 м/с – в ручном чашечном анемометре и до 50 м/с – в электронных моделях;
- рабочие температуры — от -20°C до 50°C;
- в большинстве случаев не определяет направление воздушного потока, а исключительно его скорость. Для возможности определения этого фактора в комплект поставки должен входить флюгерный директор.
Из чего состоит чашечный анемометр
Строение ручного чашечного анемометра рассмотрим на примере модели МС 13. Состоит из следующих частей:
- Ветроприемник: лопасти в виде чашек, количество которых 4. Они расположены в одном направлении, симметрично насажены на крестообразные проволочные спицы, которые служат креплением для оси, а также защитой от повреждений всего элемента прибора.
- Ось, которая является ротором.
- Циферблат, содержащий три шкалы: единиц, сотен и тысяч.
- Винт – находится внизу устройства для удобства крепления на опору или шест.
Как выбрать
При выборе той или иной модели в первую очередь нужно выяснить с какой целью будет использоваться прибор и в каких условиях.
Необходимо учесть все факторы, чтобы устройство оптимально подходило для решения поставленной перед ним задачи. Очень важно обратить внимание на:
- технические характеристики (особенно – в каком диапазоне производится измерения скорости воздушного потока);
- критерии точности;
- гарантийные случаи;
- конструкцию корпуса (отдельно – диаметр чашек);
- прочность материалов;
- комплектацию прибора.
Преимуществом инструмента будет наличие вспомогательных функций, которые могут понадобиться при измерении, сборе или обработки данных замеров. Опция выбора единиц измерения – немаловажный фактор, который встречается далеко не в каждом анемометре.
Видео: Анемометр МС-13
Самые популярные модели
На рынке сейчас представлено большое разнообразие моделей чашечных анемометров с совершенно разной ценовой политикой как иностранного происхождения, так и отечественного. Также существуют достаточно много сайтов, блогов, видео-уроков и примеров для того, чтобы сделать ручной чашечный анемометр собственными силами.
Но, несмотря на широкий выбор и возможность использовать самодельные приборы, выделяют несколько моделей, которые очень часто встречаются в различных практиках для измерения скоростей воздушных потоков и других дополнительных задач.
Модели, которые за счёт своих функциональных возможностей и удобств в эксплуатации, завоевали высокую популярность у потребителей:
- Анемометр РСЕ-А 420:
Чаще всего встречается в агро-сфере и в спорте. Устройство устойчиво к попаданию воды на дисплей. Единицы измерения: м/с, км/ч, фут/мин, узлы и миль/ч. Отображает текущее, минимальное или максимальное значения.
Автоматическое отключение устройства позволяет сохранять заряд батарей. Функция сохранения последних 100 измерений. Степень защиты: IP65. Производство: Германия. Гарантия: 1 год.
- Анемометр Skywatch METEOS:
Прибор измеряет текущую скорость ветра, максимальное и минимальное значение. Кроме того, присутствуют датчики измерения температур окружающей среды и охлаждения воздушного потока. Единицы измерения — м/с, км/ч, футы/сек, мили/ч, узлы, бофорты.
Измеряет среднее значение за промежуток времени от 3 секунд до суток. Автоматическое отключение дисплея – 5 секунд. Степень зашиты IP67, что допускает кратковременное нахождение под водой на уровне 1 м, и делает его особо популярным в области водного спорта. Также часто используют в промышленности (в шахтах, дымоходах). Производство: Швейцария. Гарантия: 1 год.
- Анемометр AM-4836C:
Многозадачный инструмент, так как проводит измерение основной характеристики (скорости ветра), температуры воздуха, а также направление потока, что возможно благодаря флюгерному директору, который входит в комплект к данному прибору. Единицы измерения: м/с, км/ч, миль/ч, º C, CFM, CMM.
Есть дополнительная функция расчета объемного расхода воздуха. Дисплей с подсветкой и автоматическим отключением. Предназначен для метеорологических и навигационных измерений; широко используется в промышленности (шахты, вентиляционные каналы, отопления и холодильные установки). Производство: Китай. Гарантия: уточнять при покупке.
Анемометр чашечный – необходимый прибор, который применяется во многих областях. Несмотря на внушительный «возраст» идеи механизма и его принципа, устройство с каждым поколением модифицируется, «наращивая» в своём арсенале дополнительные возможности.
Не трудно предположить, что в будущем инструмент будет также существовать, а вот какие дополнительные возможности будут включены – вопрос остаётся открытым.
