Что измеряют анемометром метеорологи
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
Анемометр-это прибор для измерения…?
Анемометр, в отличие от других метеорологических приборов — термометра и барометра, пока не получил широкого распространения. Хотя многие знают, что приставка «метр» означает какое-то измерительное устройство. Но какую физическую величину оно измеряет, не каждый может объяснить. Сегодня мы постараемся разобраться для чего применяют этот экзотический прибор.
Назначение инструмента
Анемометр — это прибор для измерения скорости ветра, в переводе с древнегреческого, — «ветромер». Но греки здесь ни при чём, поскольку прибор был изобретён ирландским астрономом Джоном Робинсоном в середине XIX столетия. Цель изобретения состояла в определении силы, или выражаясь по-научному — скорости ветра. Сегодня он применяется в различных отраслях хозяйства:
Принцип работы
Чтобы измерить скорость воздушного потока и представить её в удобном для пользователя виде, измерительный инструмент содержит три структурных блока:
Принцип действия измерительных датчиков определяет следующую классификацию анемометров:
Чашечные анемометры
В качестве чувствительного органа служат 3 или 4 полусферических чашки, посаженных на ось с помощью соединительных спиц. Поток воздуха действует на чашки с разной силой (выпуклая часть обтекается, а вогнутая оказывает сопротивление), в результате система получает вращательный импульс.
Ручной механический анемометр оснащён несколькими чашками. Циферблат представляет собой счётчик оборотов с тремя шкалами: единицы, сотни и тысячи. Линейная скорость чашек не совпадает со скоростью воздушного потока. Коэффициент анемометра (величина, обратная отношению скоростей потока и чашек) находится в интервале от двух до трёх единиц. Кроме того, характеристика устройства — нелинейная. В связи с этим для использования прибора требуется градуировочный график и секундомер. Порядок измерения: фиксируют количество оборотов за некоторый временной интервал, по графику находят пройденное воздушным потоком расстояние и делят его на время измерения. Получается искомая скорость ветра, причём она является средней скоростью за этот промежуток времени. Диапазон измерения: 1–20 м/с.
Ручной индукционный анемометр имеет 3 чашки, что увеличивает крутящий элемент устройства и повышает быстроту отклика на изменение скорости ветра. Дополнительных графиков у этого прибора нет, и засекать время тоже не требуется, поскольку измерение производится в реальном масштабе времени. С увеличением скорости потока индукционная катушка закручивает подпружиненную шкалу, которая показывает мгновенную скорость потока. Область измерения находится в диапазоне от 0,2 до 30 м/с.
Лопастные
В этом приборе воздействие ветра воспринимается лопастной крыльчаткой. Принцип действия его аналогичен чашечному устройству. В связи с тем, что ось вращения крыльчатки параллельна воздушному потоку, механический счётчик ручного инструмента расположен в непосредственной близости от лопастей (сзади). Поэтому он является некоторой преградой на пути ветра, что ограничивает рабочий диапазон. Ручным лопастным анемометром можно измерять среднюю скорость ветра, не превышающую 5 м/с.
Цифровой лопастной анемометр не имеет механического счётчика оборотов, препятствующего движению воздуха, поэтому скорость потока, измеряемого девайсом, достигает 45 м/с. При этом лопастной датчик может быть встроенного или выносного исполнения. Допускается измерять среднюю, максимальную и минимальную скорость.
Ультразвуковые
Принцип действия основан на изменении скорости прохождения звуковых колебаний в движущейся воздушной среде. Если движущийся поток воздуха направлен навстречу источнику ультразвука, скорость последнего уменьшается. И наоборот, движущийся в одном направлении со звуком, поток увеличивает его скорость. Таким образом, контролируя время получения отражённого от воздушной среды ультразвукового импульса, удаётся определить скорость потока. Ультразвуковые устройства подключаются к блоку обработки метеоданных, результаты выводятся на персональный компьютер. Датчики различаются по количеству выполняемых измерений:
Отсутствие движущихся элементов позволяет акустическому устройству измерять скорость ветра до 60 м/с.
Тепловые или термические
Известно, что в жаркую погоду свежий ветерок приятно холодит кожу. И это не субъективные ощущения, а реальный факт. На этом принципе основано действие тепловых анемометров. Чувствительным элементом этого устройства служит нить из тугоплавкого материала, через которую пропускается электрический ток. Проводник нагревается до более высокой температуры, чем окружающая среда. Обдувающий воздух охлаждает проводник, в результате чего изменяется его сопротивление. Различают 3 схемы подключения датчика:
Такая конструкция используется в датчике массового расхода воздуха (ДМРВ), которым оснащаются все современные автомобильные двигатели.
Выбор недорогого анемометра
Людям, увлекающимся экстремальным отдыхом, иногда требуется мобильный метеопомошник. Не каждый захочет производить сложные манипуляции с письменными расчётами, чтобы определить скорость ветра. Современные цифровые устройства сделают это при нажатии всего лишь одной кнопки, таким и является спортивный анемометр SKYWATCH Xplorer 1. Девайс карманного формата с лопастным сенсором весит 50 г. Диапазон измерения: 0,5–42 м/с. Определяет текущую скорость ветра с фиксацией её максимального значения. Имеет подсветку экрана, работает от литиевой батарейки. Выдерживает кратковременное погружение в воду. Бренд производителя — швейцарская фирма JDC Electronic, цена около четырёх тысяч рублей.
Что такое анемометр?
Представителем метеорологической аппаратуры, которым измеряют скорость перемещения воздушных масс, является анемометр. С его помощью контролируют параметры производственных помещений, где от скорости передвижения воздушных потоков зависит работа систем кондиционирования. С греческого языка это название переводится как «измерение ветра». Авторство изобретения 1667 года принадлежит выдающемуся деятелю науки Роберту Гуку.
Что измеряет анемометр?
Данное измерительное оборудование решает задачи по определению:
У термоанемометров наряду с перечисленными функциями есть возможность измерения степени нагрева воздуха.
В подавляющем большинстве случаев измерители расхода воздуха применяют в своей работе метрологи в условиях станций либо производств с мощными системами кондиционирования. Однако аппарат может стать помощником там, где нужно определить, насколько быстро движутся воздушные массы.
Специалисты в области метрологии используют данный прибор с целью измерения стремительности порывов ветра. Такой аппаратурой оснащены аэропорты и аэродромы, что позволяет оценивать результативность функционирования вентиляционных систем, а также современного промышленного оборудования.
Кроме того, устройство применяют:
Какие бывают анемометры?
В зависимости от механизма действия аппарататы относят к классу:
Разница данных приборов состоит в технологии измерения скорости воздушных потоков.
Существует еще одна классификация, по которой анемометры подразделяются на 2 вида:
Данной измерительной техникой фиксируются:
Как выбрать?
Выбирая прибор, необходимо четко понимать, для каких целей он нужен. Отталкиваясь от этого, следует уточнить ключевые технические характеристики разных вариантов, сравнить набор функций дорогостоящих и бюджетных моделей. Эту информацию можно найти в руководствах по эксплуатации.
В данном случае рекомендовано обратить внимание на такие основные параметры:
Ознакомившись с этим параметрами, стоит изучить дополнительный функционал.
На странице каталога компании «ЭКО-ИНТЕХ» вы найдете современные измерители расхода воздуха, скорости и направления ветра, потоков газа, отличающиеся высокой точностью и простотой применения.
Рекомендуем обратить внимание на следующие модели анемометров:
Что такое анемометр и как измеряет
Одним из самых простых, с доступным для понимания принципом действия, является механический, со встроенной электроникой для преобразования силы ветра в цифровое значение, анемометр крыльчатый, нашедший широкое применение на метеостанциях всего мира, чтобы не только сообщать о скорости воздушных потоков в конкретном населенном пункте, но и косвенно информируя о скором наступлении дождя от приближающего циклона, снежной буре или даже надвигающемся урагане.
Что такое и для чего нужен анемометр
Откуда берется ветер
Но если спуститься на землю, в прямом и переносном смысле, то мы имеем дело только с воздухом.
Солнце, являющееся основным, самым крупным по размерам и самым тяжелым объектом солнечной системы, нагревает воздух, который перемещается за счет такого физического явления, как конвекция – горячие потоки поднимается вверх. Испаряется вода с поверхности мирового океана, с почвы. Таким образом, создается непрерывный воздухообмен – глобальный между континентами и локальный – в пределах одного региона, на что оказывают влияние особенности местного рельефа: равнины, пустыни, горы.
К основным характеристикам ветра относятся:
Как измерить ветер
В каких единицах анемометр измеряет скорость ветра
Единиц измерения много, но все они взаимосвязаны друг с другом и те или иные применяются в разных странах.
В Украине используют как правило км/ч и м/с (согласно системе СИ).
Также могут быть например мили в час, для которых переводной коэффициент рассчитывается по пропорции: (1 миль/час) = (миль/1609 м) (3600 с/ч) = 0,447 м/с.
В большинстве анемометров, кроме самых дешевых по цене, обычно присутствует специальная кнопка для перевода в другие единицы измерения.
Как работают анемометры
Если не рассматривать лазерные, ультразвуковые, доплеровские и остальные очень редкие приборы для измерения скорости ветра, для узкоспециализированных производственных задач, то наиболее часто в продаже в интернет магазинах измерительных приборов можно встретить крыльчатые анемометры, у которых датчиком выступает шести- или восьмилопастная пластмассовая крыльчатка, изогнутые лопасти которой воспринимают давление набегающего воздуха. Образуется крутящий момент.
Скорость вращения пропорциональна силе ветра.
Отметим основные показатели, по которым производится выбор анемометров:
Термоанемометры
Исходя из названия, в принципе действия или в конструкции присутствует что-то, связанное с теплом. Так и есть.
Датчиком измерителя скорости воздушного потока выступает металлическая проволока (стойкая к окислению и воздействию высокой температуры).
Через провод поступает стабилизированный электрический ток от калиброванного источника постоянного напряжения.
Поскольку сопротивление проводника зависит от температуры, то при обдувании нити накаливания ветром, сопротивление меняется (чем сильнее дует ветер, тем сильнее он охлаждает проволоку), соответственно, поскольку напряжение не меняется, то ток будет становиться больше или меньше. Измерив эту разницу, цифровая схема сравнения переводит это отклонение в значение скорости ветра.
Здесь крыльчатки нет, а накальная нить обычно располагается в конце телескопического удлинителя, что позволяет эффективно искать места утечек воздуха, газов, сквозняки, в труднодоступных местах, хотя и в уличных условиях прибор покажет себя отличным образом.
An анемометр это устройство, используемое для измерения скорость ветра и направление. Это также обычное метеостанция инструмент. Термин происходит от греческого слова анемы, что значит ветер, и используется для описания любого прибора скорости ветра, используемого в метеорология. Первое известное описание анемометра было дано Леон Баттиста Альберти в 1450 г.
Содержание
История
Анемометры скорости
Анемометры чашечные
Анемометр простого типа был изобретен в 1845 году преподобным Др. Джон Томас Ромни Робинсон, из Обсерватория Арма. Он состоял из четырех полусферический чашки устанавливались на горизонтальных кронштейнах, которые крепились на вертикальном валу. Воздушный поток, проходящий мимо чашек в любом горизонтальном направлении, вращал вал со скоростью, примерно пропорциональной скорости ветра. Следовательно, подсчет оборотов вала за заданный интервал времени дает значение, пропорциональное средней скорости ветра для широкого диапазона скоростей. Его еще называют ротационным анемометром.
На анемометре с четырьмя чашками легко увидеть, что, поскольку чашки расположены симметрично на концах плеч, ветер всегда имеет полость одной чашки, представленную ему, и дует на заднюю часть чашки на противоположной стороне. конец креста. Поскольку полое полушарие имеет коэффициент трения 0,38 на сферической стороне и 1,42 на полой стороне, [2] большая сила создается на чашке, которая выставляет свою полую сторону ветру. Из-за этой асимметричной силы на оси анемометра создается крутящий момент, заставляющий его вращаться.
Теоретически скорость вращения анемометра должна быть пропорциональна скорости ветра, поскольку сила, действующая на объект, пропорциональна скорости жидкости, протекающей мимо него. Однако на практике на скорость вращения влияют другие факторы, в том числе турбулентность, создаваемая устройством, увеличение сопротивления в противоположность крутящему моменту, создаваемому чашками и опорными рычагами, и трение в точке крепления. Когда Робинсон впервые сконструировал свой анемометр, он утверждал, что чашки перемещаются на одну треть скорости ветра, независимо от размера чашки или длины руки. Это было очевидно подтверждено некоторыми ранними независимыми экспериментами, но это было неверно. Вместо этого, соотношение скорости ветра и скорости чашек, коэффициент анемометра, зависит от размеров чашек и подлокотников и может иметь значение от двух до чуть более трех. Каждый предыдущий эксперимент с анемометром приходилось повторять после обнаружения ошибки.
Анемометр с тремя чашками, разработанный канадской Джон Паттерсон в 1926 году и последующие усовершенствования чашек компанией Brevoort & Joiner из США в 1935 году привели к конструкции чашечного колеса с почти линейной характеристикой и погрешностью менее 3% на скорости до 60 миль в час (97 км / ч). Паттерсон обнаружил, что каждая чашка создает максимальный крутящий момент, когда она находится под углом 45 ° к потоку ветра. Анемометр с тремя чашками также имел более постоянный крутящий момент и быстрее реагировал на порывы ветра, чем анемометр с четырьмя чашками.
Анемометр с тремя чашками был дополнительно модифицирован австралийским доктором Дереком Уэстоном в 1991 году для измерения направления и скорости ветра. Уэстон добавил метку к одной чашке, которая заставляет скорость вращения колеса увеличиваться и уменьшаться, поскольку метка перемещается поочередно с ветром и против ветра. Направление ветра рассчитывается на основе этих циклических изменений скорости вращающегося колеса, в то время как скорость ветра определяется на основе средней скорости вращающегося колеса.
Анемометры с тремя чашками в настоящее время используются в качестве промышленного стандарта для оценка ветровых ресурсов учеба и практика.
Анемометры крыльчатые
Одной из других форм анемометра с механической скоростью является крыльчатый анемометр. Его можно описать как мельница или пропеллерный анемометр. В отличие от анемометра Робинсона, ось вращения которого вертикальна, ось крыльчатого анемометра должна быть параллельна направлению ветра и, следовательно, горизонтальна. Кроме того, поскольку направление ветра меняется и ось должна следовать за его изменениями, флюгер или какое-то другое приспособление для достижения той же цели должно быть использовано.
А крыльчатый анемометр Таким образом, гребной винт и хвостовое оперение объединены на одной оси для получения точных и точных измерений скорости и направления ветра с помощью одного и того же прибора. [3] Скорость вентилятора измеряется тахометром и преобразуется в скорость ветра с помощью электронного чипа. Следовательно, объемный расход можно вычислить, если известна площадь поперечного сечения.
В случаях, когда направление движения воздуха всегда одно и то же, как в вентиляционных шахтах шахт и зданий, используются флюгеры, известные как счетчики воздуха, и дают удовлетворительные результаты. [4]