Прибор определяющий направление и скорость ветра

Приборы для измерения скорости и направления ветра

На метеорологических станциях, для определения направления и скорости ветра у поверхности земли служит флюгер. Он устанавливается на высоте 10-12 мнад земной поверхностью. Для определения скорости ветра в поле служит ручной анемометр. На метеостанциях широко используются также электрические анемометры и анеморумбометры, а также самопишущие приборы для непрерывной регистрации направления и скорости ветра — анеморумбографы.

Флюгер Вильда (станционный) (рис. 2.11 в конце) прибор служит для измерения скорости и направления ветра.

Ветромер Третьякова(рис. 2.12 в конце) служит для измерения направления и скорости ветра в полевых условиях. Необходимость таких измерений вызвана тем, что направление и особенно скорость ветра на полях могут значительно отличаться от данных метеоплощадки. Ветромер Третьякова по своему действию напоминает флюгер.

В настоящее время для измерения направления и скорости ветра применяют дистанционные приборы — анеморумбометры, основанные на преобразовании величин элементов ветра в электрические величины.

Анеморумбометр М-63(рис. 2.13 в конце) служит для измерения направления ветра, мгновенной скорости, средней скорости за десятиминутный интервал и максимальной скорости ветра между измерениями.

Анемометр ручной чашечныйМС-13 (рис 2.14 в конце) служит для измерения средней скорости ветра в пределах от 1 до 20 м/с.

Рисунок 2.1 — Схема вертикального строения атмосферного фронта с системой облаков (высокослоистых (As); слоисто-дождевых (Ns); перисто-слоистых (Cs), перистых (Ci)) (по СП. Хромову).

Рисунок 2.2 — Схема строения циклона (Бьеркнеса и Сульберга):

а) — вертикальный разрез фронтов севернее циклона с системой облаков (высокослоистых (As); слоисто-дождевых (Ns); перисто-слоистых (Cs), перистых (Ci)) и осадков;

б) — план «молодого» циклона с холодными и теплыми фронтами, с зоной облаков и осадков (заштрихованная часть);

в) — вертикальный разрез циклона через его теплый сектор с холодными и теплыми фронтами, с зоной облаков и системой воздушных течений.

Рисунок 2.5 — Изобары на уровне моря, гПа

Н — центр низкого давления; В — центр высокого давления; Г — горизонтальный барический градиент.

Рисунок 2.6 — Распределение атмосферного давления и ветров у земной поверхности: справа — меридиональный разрез направления ветра (по А. П. Шубаеву): 1 — направление ветра; 2 — направление горизонтального барического градиента.

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.

Данными приборами пользуются снайперы для коррекции прицеливания во время выстрела, беря поправку на фактическую силу ветра. Анемометры также применяются спортсменами, участвующими в соревнованиях по стрельбе из огнестрельного, пневматического и стрелометательного оружия. Прибор можно встретить в арсенале любителей парусного спорта. Интегрированные анемометры устанавливаются в приборную панель башенных кранов, чтобы предупреждать машиниста о порывах ветра, что опасно для нагруженной подъемной стрелы. Таким оборудованием пользуются аграрии во время опрыскивания полей.

Виды устройств

По принципу действия анемометры классифицируются на 4 группы:

• Вращающиеся.
• Термические.
• Акустические.
• Лазерные.

Они кардинально отличаются между собой по применяемой технологии определения скорости газовых потоков.

Вращающиеся анемометры

Такие устройства представлены двумя схожими по принципу действия конструкциями:

1. Чашечная.
2. Крыльчатая.

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:

• Текущую скорость.
• Максимальные порывы.
• Средний показатель.

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.

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:

1. Вращающийся.
2. Термический.
3. Акустический.
4. Лазерный.

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:

1. Работа в течение 60 часов на одной батарее.
2. Функция замера температуры и влажности.
3. Удобный экран с настраиваемой подсветкой.

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:

1. Германское качество и точность.
2. Отсутствие сложных настроек.
3. Хорошо читающийся дисплей.

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:

1. Быстрые расчеты.
2. Встроенная память.
3. Функция отключения при отсутствии ветра.

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.