Прибор для измерения скорости ветра. Метеорологический прибор

Ветра и определения направления его дуновения известен как обсерватор, или анемометр. Применяют такие устройство при необходимости контроля над параметрами перемещения воздушных масс.

Принцип функционирования

Несмотря на разнообразие анемометров, которые отличаются конструктивно, большинство из них работают по принципу определения характера действия воздушного потока на подвижные вращающиеся элементы.

Приборы данной категории способны определять максимальную текущую 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.

Типы

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

Метеорологический прибор может быть оснащен чашками либо лопастями, которые играют роль чувствительного элемента. Последние подвижно закрепляются на вертикальном стержне и соединяются с измерителем. Перемещение воздушных потоков заставляет такие вертушки вращаться вокруг оси. По мере движения измерительный механизм фиксирует количество оборотов в течение определенного временного отрезка. Визуальную информацию выдает шкала скорости ветра либо цифровой дисплей.

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 таких приборах измерение скорости и происходит за счет воздействия воздушных потоков на легкое лопастное колесо, расположенное в вертикальной плоскости. Как и в предыдущем случае, вращение крыльчатки посредством воздействия на систему передает данные к счетному механизму.

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 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

Прибор для измерения скорости ветра может также функционировать благодаря определению показателей давления ветрового потока в средине запаянной с одной стороны Г-образной трубки. Данные получают на основе сравнения избыточного воздушного давления снаружи и внутри элемента.

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 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

Ученые-физики, инженеры, задействованные в космических программах, часто прибегают к применению лазерных оптических приспособлений для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков. Работают подобные устройства согласно определению зависимости рассеянного либо отраженного подвижным объектом света от его скорости. Данный способ не предполагает непосредственного воздействия газообразных, твердых либо жидких веществ на элементы измерительного устройства.

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.

На что следует обращать внимание при выборе прибора для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков? Определяющее значение здесь имеет перечень задач, что поставлены перед пользователем. В зависимости от этого, значение имеют такие технические характеристики прибора:

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.

Видео от «Pro Shop»: Анемометр — прибор для измерения скорости ветра

К сожалению, достаточно часто на кайт спотах можно наблюдать такую картину: новичок запускает кайт в небо и не может справиться с тягой, даже в краю ветрового окна, где она минимальна. А подняв купол над головой в зенит такого горе-кайтера начинает не контролируемо выдергивать в небо. На кайтерской фене такое понятие даже имеет свой собственный термин — «чайный пакетик». Всё это может очень плохо закончиться для новичка.

Чтобы не попадать в подобную ситуацию, необходимо четко следовать рекомендациям производителя по поводу соответствия площади Вашего купола силе ветра, в котором его можно использовать.

А чтобы определить силу (скорость) ветра, кайтеры используют специальные измерительные приборы — анемометры, или проще говоря по кайтфене — машинка, приборчик, ананимитр:)

Обзор анемометров JDC Electronic

Лидером рынка в производстве анемометров является швейцарская фирма JDC Electronic, которая занимается разработкой измерителей ветра уже более четверти века. За это время её продукция по праву завоевала огромную популярность у людей для которых вопрос ”А сколько ДУЕТ? “ имеет важное значение.

Среди огромного разнообразия моделей JDC для нас интересны ручные анемометры индивидуального типа. В линейке JDC они представлены двумя основными группами по виду механизма, определяющего силу ветра – крыльчатые и чашечные.

Крыльчатку (маленький пропеллер диаметром 12-17 мм, установленный вертикально) нужно распологать по потоку для точного определения силы ветра, а чашка (пропеллер диаметром 54 мм, установленный горизонтально) этого не требует.

Крыльчатые анемометры JDC

Из крыльчатых анемометров последних лет настоящий хит – . Направляем прибор по ветру и получаем на экране главные цифирки, которые нам нужны: скорость и максимальный порыв. Как и все модели Xplorer`ов, этот анемометр очень небольшой и легкий – всего 50 грамм. К приборчику прикреплен шнурок, его удобно повесить на шею и пользоваться при необходимости. Есть подсветка дисплея. Серия анемометров Xplorer не боится брызг и полного купания в воде.

Основной величиной, характеризующей силу ветра, является его скорость. Величина скорости ветра определяется расстоянием в метрах, проходимым им в течение 1 сек. Например, если за 20 сек. ветер прошел расстояние 160 м, то его скорость v за данный промежуток времени была равна:

Скорость ветра отличается большим непостоянством: она изменяется не только за продолжительное время, но и за короткие промежутки времени (в течение часа, минуты и даже секунды) на большую величину. На фиг. 1 дана кривая, показывающая изменение скорости ветра в течение 6 мин. Из этой кривой можно заключить, что ветер движется с пульсирующей скоростью.

Фиг. 1. Характеристика скорости ветра.

Скорости ветра, наблюдаемые за короткие промежутки времени от нескольких секунд до 5 мин, называют мгновенными или действительными. Скорости же ветра, полученные как средние арифметические из мгновенных скоростей, называют средними скоростями ветра. Если сложить замеренные скорости ветра в течение суток и разделить на число замеров, то получится среднесуточная скорость ветра. Если же сложить среднесуточные скорости ветра за весь месяц и разделить эту сумму на число дней месяца, то получим среднемесячную скорость ветра. Сложив среднемесячные скорости и разделив сумму на двенадцать месяцев, получим среднегодовую скорость ветра. Интересный студенческий проект. Известные люди России. Очень большая база фамилий и все бесплатно.
Скорости ветра замеряют с помощью приборов, называемых анемометрами. Простейший анемометр, позволяющий определять мгновенные скорости ветра и называемый простейшим флюгером-анемометром, показан на фиг. 2.

Фиг. 2. Простейший флюгер-анемометр.

Он состоит из металлической доски, качающейся около горизонтальной оси а, закрепленной на вертикальной стойке б. Сбоку доски на той же оси а закреплен сектор в, с восемью штифтами. На стойке б ниже сектора закреплен флюгер г, который все время устанавливает доску плоскостью к ветру. При действии последнего доска отклоняется и проходит мимо штифтов, каждый из которых указывает при этом на определенную скорость ветра. Стойка б с флюгером г поворачивается ео втулке д, в которой закреплены в горизонтальной плоскости 4 длинных стержня, указывающих главные страны света: север, юг, восток и запад, и между ними 4 коротких, указывающих на северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Таким образом, с помощью флюгера-анемометра можно определять одновременно и скорость и направление ветра.
Значения скоростей ветра, соответствующих каждому штифту сектора в, приведены в табл. 1.

Средние скорости ветра за короткие и продолжительные промежутки времени удобно определять анемометром завода «Метрприбор» (фиг. 3). Он состоит из крестовины с полушариями, надетой на ось, которая находится в зацеплении с зубчатой передачей, помещенной в коробке с циферблатом.

Фиг. 3. Анемометр завода „Метрприбор".

Оси шестерен выведены на циферблат и на своих концах имеют стрелки, показывающие на шкале путь, пройденный ветром за данный промежуток времени. Разделив число, показываемое стрелками на циферблате, на число секунд, в течение которых вращался анемометр, получим скорость ветра в секунду за наблюдаемый период. Например, перед началом наблюдения стрелки на циферблате показывали 7170 м, a no истечении 2 мин., равных 120 сек., стрелки показали 7650 м. Следовательно, средняя скорость ветра за промежуток вре мени в 2 мин. была равна:

Если нет указанных выше приборов, то скорость ветра можно определить приблизительно по внешним признакам, наблюдаемым в природе (см. табл. 2).

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:

На метеорологических станциях, ведущих наблюдение за погодой, результаты которых выливаются иногда в штормовые предупреждения.
В аэродромных службах обеспечения безопасности полётов.
При эксплуатации вентиляционных систем и станций кондиционирования промышленных объектов, тоннелей метро.
Для контроля вентиляции проходческих штреков, используемых в горных и угледобывающих отраслях.
В строительной сфере. Вертушка, установленная на башенном кране, в случае превышения допустимой ветровой нагрузки предупреждает машиниста об опасности с помощью светозвукового сигнала.
Работники аграрной отрасли применяют анемометр во время проведения опыления посевов удобрениями и средствами химической защиты растений.
Используется в некоторых видах спорта, связанных с использованием силы ветра: парапланеризм, парусные регаты, гонки на буерах и так далее.

Принцип работы

Чтобы измерить скорость воздушного потока и представить её в удобном для пользователя виде, измерительный инструмент содержит три структурных блока:

Первичный (измеряющий) блок. С помощью воздушного потока создаётся возмущающее воздействие на тот или иной физический параметр (вращение, охлаждение нагретого тела, отражение ультразвука, лазерного излучения и некоторые другие).
Преобразователь. Изменяющийся физический параметр модулирует один из видов энергии: механическую, пневматическую, электрическую, электромагнитную и так далее.
Регистрирующее устройство. Результат отображается с помощью механического счётчика оборотов, шкалы со стрелкой, цифрового индикатора, дисплея.

Принцип действия измерительных датчиков определяет следующую классификацию анемометров:

вращающиеся (чашечные, лопастные, спиральные);
нагревательные (термические);
ультразвуковые (акустические);
оптические (лазерные, допплеровские);
динамические или напорные (на основе трубки Пито-Прандтля);
вихревые;
поплавковые.

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:

Двухмерные. Измеряют направление потока и его скорость.
Трёхмерные. Определяют 3 скоростных вектора.
Термоанемометры (4-мерные). Такой анемометр - это прибор для измерения не только 3 скоростных компонента, но и температуры окружающего воздуха.

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:

с фиксированной величиной тока;
с постоянным напряжением;
термоконстантное подключение.

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.

Итак ты решил сделать ветрогенератор своими руками. EnergyFuture.RU уже не однократно писала об различных конструкциях самодельных ветрогенераторов и генераторов на постоянных магнитах на них, включая знаменитые конструкции Хью Пигота (полный архив ). Очень важно перед началом понять и на практике определить доступную силу ветра в твоей местности. Об этом собственно и статья. Наблюдайте, мерьте и записывайте в журнал для статистики. как в школе!

Скорость ветра – одна из основных характеристик воздушного потока, потому-как определяет его энергию. Она измеряется в метрах в секунду (м/сек ) и обозначается латинской буквой V . Чем больше скорость ветра, тем больше и энергия заключенная в потоке.

Для измерения скорости ветра применяются раздичные приборы: Флюгеры, анемометры и другие. Простейший прибор для измерения скорости ветра – флюгер Вильда (вобще-то устаревшая вещь, преимущество одно -легко соорудить своими руками).

К штоку-1 жестко прикреплен киль-2 , который при изменении направления ветра устанавливаетпластину-3 перпендикулярно направлению потока. Пластина имеет возможность качаться относительно оси-4 . Соответственно чем сильнее ветер тем больше отклонение пластины. Определяют силу ветра при помощи указателя-5 .

Для точности измерения плластина должна иметь размер-150 X 300 мм и вес 200 грамм, для районов с небольшими ветрами, и 800 грамм для местности с ветрами более 6 м/сек.

Деления указателя имеют условные значения, поэтому для определения скорости ветра следует воспользоваться таблицей.

Тем кого не интересует относительная точность, есть ещё один способ определения скорости ветра - по внешним признакам .

Таблица для определения скорости ветра с помощью флюгера Вильда.

значение указателя	скорость ветра м/сек
значение указателя	пластина 200гр	пластина 800гр
1	0	0
1-2	1	2
2	2	4
2-3	3	6
3	4	8
3-4	5	10
4	6	12
4-5	7	14
5	8	16
5-6	9	18
6	10	20
6-7	12	24
7	14	28
7-8	17	34
8	20	40

Таблица для определения скорости ветра по внешним признакам

характер ветра	скорость ветра м/сек	признаки
очень легкий	0-1	движение воздуха незаметно
очень легкий	1-3	движение воздуха едва заметно, шелестят листья
легкий	4-5	ветки слегка качаются, дым плывет в воздухе сохраняя очертания клубов
умеренный	6-7	ветки гнуться, ветер «слизывает» дым с трубы и перемешивает его в однородную массу, поднимается пыль
свежий	8-9	верхушки деревьев шумят и качаются
очень свежий	10-11	тонкие стволы деревьев гнутся, завывание ветра в трубах
сильный	12-14	листь срываются, на стоячей воде образуются волны с опрокидыванием гребней
резкий	15-16	тонкие ветки ломаются, затруднено движение против ветра
буря	17-19	толстые ветви ломаются, срывает кровельные покрытия
сильная буря	20-23	тонкие веревья ломаются