Каким прибором измеряется направление и скорость ветра

Анемометр. Характеристика. Виды.

Анемометр — это метеорологический прибор, который предназначается для измерения скорости воздушного потока, и, в частности, ветра. Существует множество различных видов анемометров, однако, самые распространенные состоят из чашечной (или лопастной) вертушки, которая закрепляется на оси, соединенной с измерительным механизмом. При возникновении воздушного потока, ветер толкает чашечки и приводит их в движение, благодаря чему они начинают крутиться вокруг оси. В это время измерительный механизм считывает информацию, анализирует и выдаёт на дисплей значение скорости ветра.

Анемометр используется, в первую очередь, на метеостанциях. Кроме того, такие приборы устанавливаются на предприятиях, оборудованных системами кондиционирования производственных помещений. Анемометр используется везде, где существует необходимость измерения скорости воздушного потока.

На данный момент, анемометры, в основном, – это цифровые или электронные приборы. Помимо измерения усредненной скорости ветра за период, они способны, в зависимости от модели, измерять направление ветра, объемный расход воздуха, влажность, температуру (термоанемометр) и давление. Таким образом, анемометр становится портативной метеостанцией.

В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия, выделяют несколько видов анемометров:

— Анемометр крыльчатый (лопастной)

— Термоанемометр (Анемометр ультразвукового типа).

Существуют также и другие, более экзотические виды (пневмоанемометры или тепловые анемометры), однако, они почти не используются или используются в узких областях в лабораторных условиях. Например, существует анемометр, принцип действия которого основывается на измерении температуры пластины или тонкой открытой нити накаливания. На эту пластину или нить дует ветер, скорость которого нужно измерить. При обдувании пластины ветром, она охлаждается. При этом, чем сильнее дует воздушный поток, тем сильнее охлаждается пластина. Т.е. по температуре пластины можно вычислить скорость ветра. Такой анемометр называется тепловой, и хотя этот прибор, не инерционен и высокоточен, он имеет множество недостатков в виде надежности и необходимости постоянной калибровки. Тепловой анемометр встречается крайне редко, это достаточно экзотичное устройство.

• Психрометрическая будка
• Термометры для измерения температуры почвы
• Снегомер, мерзлотомер
• Приборы для измерения скорости ветра
• Измерители осадков и атмосферного давления
• Измерение температуры и влажности воздуха
• Наблюдение облаков
• Гелиограф
• Исследование промерзания почвы и твердых атмосферных осадков
• Остальные измерения

Психрометрическая будка

Психрометрическая будка сконструирована таким образом, чтобы резервуары термометров и других приборов находились на уровне двух метров — в приземном слое воздуха. Дверца будки всегда обращена на север. Как вы думаете, почему?

Будка служит для защиты приборов от осадков, сильного ветра и солнечной радиации. Она выкрашена в белый цвет и имеет специальные жалюзи. Стоит отметить, что как на обычной метеостанции, так и на нашей всегда имеются две будки. В одной находятся термометры, психрометр, гигрометр, а в другой — гигрограф и термограф, это приборы-самописцы (на лентах которых в течение суток в автоматическом режиме происходит запись изменения температуры и относительной влажности воздуха).

Психрометрическая будка

Внутреннее устройство психрометрической будки

Психрометрическая будка с самописцами — гигрографом и термографом

Термометры для измерения температуры почвы

На специальном участке — так называемом «участке без растительного покрова» — производятся наблюдения за температурой поверхности почвы и на различных глубинах.

Срочный, минимальный и максимальный термометры служат для измерения температуры поверхности почвы. Зимой эти термометры кладутся на снег.

Максимальный, минимальный и срочный напочвенные термометры (на поверхности снега и почвы)

В метеорологии измеряют не только температуру поверхности почвы (температуру подстилающей поверхности), но и температуру почвы на глубине. Для этого существуют специальные приборы — термометры Савинова и вытяжные термометры.

Опускаемый настил для «подступа» к термометрам

Почвенные термометры Савинова

Наблюдения по термометрам Савинова производятся только в теплое время из-за их хрупкости, они устанавливаются на глубинах 5, 10, 15 и 20 см. Установку термометров, как и других приборов, ведет по специальным ГОСТам и «Наставлению:» наш незаменимый инженер по метеорологическим приборам Григорий Михайлович Жиляев. Заметим, что все приборы ежегодно поверяются в Центре метрологии и стандартизации. И, если показания приборов отклоняются от эталонных, то вводятся поправки. Все термометры на площадке ориентированы по сторонам света (по линии восток — запад).

Снегомер, мерзлотомер

Мерзлотомер для определения глубины промерзания почвы

На каждой метеостанции постоянно установлены на зимний период снегомерные рейки. У нас на площадке их четыре, три — для снегомерной съемки и одна — у мерзлотомера.

Снегомер

Снегомер предназначен для измерения высоты и массы вырезаемого столбика пробы снега. Он состоит из безмена (взвешивающей части) и металлического цилиндра для отбора пробы снега и определения его объема. Плотность снега определяется отношением массы к объему.

Снегомерные рейки — переносная и стационарная

Приборы для измерения скорости ветра

На любой метеостанции обязательно есть высокая мачта. На ней находится ветроизмерительный прибор — флюгер Вильда. На метеостанциях флюгеры бывают двух видов: один с тяжелой доской, другой — с легкой. Два флюгера с разными досками позволяют измерять различные скорости ветра. С легкой доской флюгер может измерять скорость до 20 м/с, с тяжелой — до 40 м/с. Так как в Оренбурге довольно редко ветер превышает двадцатиметровую отметку (среднегодовая скорость составляет примерно 4 м/с), у нас на станции размещен только флюгер с легкой доской.

Флюгер Вильда на 10-метровой мачте

Ручной анемометр

Флюгер (в переводе с немецкого — «крыло») довольно прост в эксплуатации. Его устанавливают в северной части метеоплощадки. На фото ветер имеет южное направление (дует с юга), для определения мы смотрим, куда указывает противовес (шарик на противоположном конце флюгарки), а скорость — 2-3 м/с (определяем по тому, к какому из штифтов отклонилась доска).

«Наставлением гидрометеорологическим станциям и постам» (эта книга — основной документ на метеостанциях, устанавливающий правила и методику их функционирования) рекомендуется использовать наблюдения по флюгеру Вильда в случае выхода из строя других приборов по ветру (например, электрического анеморумбометра М-63М-1, который запланирован к установке у нас на станции на следующий год). Пока же на станции установлен только флюгер, так что сбои в электроснабжении нам не страшны!

Скорость ветра определяют еще и другим прибором — ручным анемометром. Ручной анемометр замеряет число оборотов чашечек вокруг оси за заданное время, что равно определенному расстоянию, после чего рассчитывается средняя скорость ветра делением расстояния на время.

Измерители осадков и атмосферного давления

На нашей метеостанции проводятся также наблюдения за количеством атмосферных осадков по осадкомеру. Сборником осадков является осадкомерное цилиндрическое ведро, куда попадают осадки. Оно защищено от ветра и, следовательно, падения специальными пластинами. Дважды в сутки осадки сливают в измерительный дождемерный стакан, цена деления которого составляет 1 мм слоя осадков. Если количество осадков составит 50 мм за период не более 12 часов, то этот факт считается опасным метеоявлением, которое «может представлять угрозу жизни или здоровью граждан» (Федеральный закон от 2 февраля 2006 г. № 21-ФЗ).

Осадкомер

Измерительный дождемерный стакан

Атмосферное давление определяем по барометру-анероиду и барографу, которые размещены в помещении станции.

Барометр-анероид

Барограф

Измерение температуры и влажности воздуха

Температуру воздуха, в том числе максимальную и минимальную, определяем по термометрам, размещенным в психрометрической будке. По показаниям сухого и смоченного термометров с использованием специальных психрометрических таблиц находим характеристики влажности воздуха (относительную и абсолютную влажность, точку росы, дефицит насыщения). Так, например, если по сухому температура 7,2 °С, а по смоченному — 6,5 °С, то точка росы — 5,6 °С, абсолютная влажность — 9,1 гПа, относительная — 90 %, а дефицит насыщения — 1,1 гПа.

Психрометрические таблицы

Для определения показателей влажности воздуха также используется аспирационный психрометр Ассмана, который можно переносить, т. е. брать с собой, проводя в полевых условиях изучение микроклимата. Например, мы думаем, что удастся обнаружить с помощью психрометров наличие «острова тепла» над центральной частью города, который, как известно, способствует формированию «городского бриза», влияющего на повышение уровня загрязнения воздуха этой перегретой, особенно летом, части города.

Аспирационный психрометр Ассмана

Наблюдение облаков

Атлас облаков

Форма облаков определяется визуально и сверяется с фото по международному атласу облаков.

Розовые облака (сентябрь 2008 г.)

Перистые облака или Cirrus

В наши планы входит разработка программы наблюдений перламутровых и серебристых облаков — этих уникальных и загадочных «небесных украшений».

Перламутровые (стратосферные) облака — наблюдались над всей Европой.
3 февраля 2008 г. (фото с сайта Meteoweb)

Схематический рисунок наиболее типичных форм облаков

Гелиограф

Продолжительность солнечного сияния определяется по гелиографу, стеклянный шар которого собирает солнечные лучи в фокус, и при перемещении луча на ленте появляется линия прожога. По длине линии в часах и считают продолжительность сияния. В Оренбурге за год получается величина более двух тысяч часов, почти как в Крыму!

Гелиограф

Ленты с участками прожога

Исследование промерзания почвы и твердых атмосферных осадков

Помимо стандартной программы работ, на нашей метеостанции осуществляются также некоторые уникальные наблюдения. К ним относятся измерения глубины промерзания почвы (по мерзлотомеру) — об этом уже было рассказано, заметим лишь, что отсчеты по мерзлотомеру начинают проводить после даты перехода среднесуточной температуры воздуха через ноль градусов (осенью 2008 года это произошло 6 ноября). Кроме того, мы проводим наблюдения за отложениями слоя льда (на специальном гололедном станке), инеем и изморозью (по ледоскопу). Отложение измеряется по толщине слоя льда на проводах, а также по объему воды, получившейся от таяния отложения.

Гололедный станок

Ледоскоп с инеем

В программу работ также включены исследования твердых атмосферных осадков (их классификация в соответствии с указаниями Международной комиссии по льду и снегу, выяснение причин многообразия и наличия необычных форм).

Классификация твердых атмосферных осадков Международной комиссии по льду и снегу

Остальные измерения

Проводим наблюдения и за опасными атмосферными явлениями: шквалами, грозами, метелями, туманами, мглой и смогом, пыльными бурями.

Проводим наблюдения за оптическими явлениями: разнообразием гало — противосолнцем, паргелиями (это ложные солнца), глорией, гало Бугера, или белой радугой, «восточной зарей», или «тенью Земли», мечтаем увидеть зеленый луч, изумрудной вспышкой озаряющий небо после заката. Вот и лунную радугу (о существовании которой мы знаем еще из книги Аристотеля «Метеорологика») теоретически увидеть можно, но нам пока не удавалось.

За горизонтальной дальностью видимости мы наблюдаем по ориентирам, расстояния до которых известны, т. к. заранее определены.

Все наблюдения и измерения производятся в строгом соответствии с принятыми международными и отечественными нормами, установленными Всемирной метеорологической организацией и Росгидрометом.

Для автоматизированной обработки и логического контроля текущих данных метеорологических наблюдений, выпуска бюллетеня метеорологических наблюдений разрабатывается оригинальный комплекс пpогpаммного обеспечения «МС-ОГУ».

Программа регулярных наблюдений даст бесценные архивные и оперативные данные, позволяющие комплексно, во взаимосвязи одних показателей с другими, решать широкий круг научных и прикладных задач.

Хотелось бы обратить внимание на то, что учебная метеостанция может стать немаловажным звеном в российском МЧС в части обнаружения и предупреждения опасных и неблагоприятных погодных явлений (ураганных ветров и шквалов, сильных ливней и града, гололеда и др.), то есть являться надежным «часовым погоды», несущим вахту в северной части города Оренбурга. Такие предупреждения позволят снизить не только экономический ущерб от особо опасных метеоявлений, но и сберечь здоровье людей.

Данные МС нужны климатологам для изучения мезоклимата Оренбурга, оценки динамики климатических условий полумиллионного города. По этим данным могут разрабатываться рекомендации градостроителям и, конечно, службам жизнеобеспечения города.

Направление ветра

Показатель направления ветра тесно связан с предыдущим показателем скорости ветра. Датчик направления ветра очень часто используют совместно с датчиком скорости ветра, тем самым получая полную информацию о ветре. В нашем каталоге представлен датчик направления ветра модели WRG/O.

• 0-10 В, 4. 20 мА
• 0-360°
• IP55

Более экономичным аналогом данного приборы является компактный датчик направления ветра модели WRG2/O с двенадцатиметровым кабелем для подключения. При помощи разнообразных механических принадлежностей для крепления датчик можно закреплять в самых разных местах, где планируется проводить измерения. А также для совместного крепления датчиков скорости и направления ветра.

• 0-10 В, 4. 20 мА
• 0-360°
• IP55

Анемометры скорости

Анемометры чашечные

Анемометр простого типа был изобретен в 1845 году преподобным доктором Джоном Томасом Ромни Робинсоном из обсерватории Арма . Он состоял из четырех полусферических чашек, установленных на горизонтальных рычагах, закрепленных 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 полая полусфера имеет коэффициент лобового сопротивления 0,38 на сферической стороне и 1,42 на полой стороне, большее усилие создается на чаше, которая представляет 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 по сравнению с крутящим моментом, создаваемым 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 держателей 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 канадцем Джоном Паттерсоном в 1926 году, и последующие усовершенствования чашек компанией Brevoort & Joiner из США в 1935 году привели к конструкции чашечного колеса с почти линейным откликом 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 маховика 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 отраслевого стандарта для исследований и практики оценки ветровых ресурсов .

Анемометры крыльчатые

Одной из других форм анемометра с механической скоростью является анемометр с крыльчаткой . Его можно описать как ветряную мельницу 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, а ось должна следовать за его изменениями, для достижения той же цели необходимо использовать флюгер или какое-либо другое устройство.

Крыльчатки , таким образом , сочетает в себе воздушный винт и хвост на одной и той же оси , чтобы получить точные и точные измерения скорости и направления ветра из того же инструмента. 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 и ​​зданиях, используются флюгеры, известные как измерители воздуха, и дают удовлетворительные результаты.

Как правильно выбрать анемометр крана

В качестве анемометра для башенного крана законодатель не регламентирует тип измерителя. Поэтому, владелец ПС вправе выбирать в качестве анемометра как механический, так и ультразвуковой измеритель скорости ветра.

Отличия между этими двумя видами анемометров для башенных кранов сводятся не только к принципам измерения, но и к требованиям к энергопотреблению, стоимости, но, пожалуй, что самое главное (при установке на кранах) – износостойкости приборов.

Механические анемометры
(например, датчик скорости и направления ветра механические серии ТМ-852-Мх) имеют подвижную крутящуюся конструкцию, что увеличивает риск износа. При этом механические анемометры башенных кранов стоят дешевле ультразвуковых.

Ультразвуковые анемометры
(например, датчик скорости и направления ветра ультразвуковой ТМ-830-У) не имеют движущихся частей в своей конструкции и подвержены меньшему износу.

• Ультразвуковой измеритель скорости воздушного потока
• Анемометр чашечный ТМ-710-МН

Следует учесть, что анемометры как приборы могут подлежать ремонту при выходе из строя, однако ремонт данного типа приборов при применении на высотных сооружениях нецелесообразен, так как при приобретении анемометра для установки на подъемное сооружение, следует выбирать надежную технику, иначе при выходе прибора из строя в течение гарантийного периода, потребитель будет нести серьезные затраты по демонтажу оборудования. Ремонт прибора за пределами гарантийного периода тоже не особо выгоден, так как затраты на запчасти, транспортные и монтажные расходы будут сопоставимы с закупкой нового прибора.

Поэтому, мы бы рекомендовали сразу приобретать анемометр для установки на подъемное сооружение, произведенный надежным заводом.

Помимо надежности производителя, при выборе анемометра для подъемных сооружений следует учесть требования к морозоустойчивости, возможности обледенения и необходимости подогрева конструкции (эксплуатация в северных широтах), устойчивости на излом и износ механизма (ветроопасные, горные и прибрежные территории), материалам прибора (применения в морской зоне, пылевых регионах или на песчаной территории), высоту самого крана (удобство замены и прокладки проводных линий).

Ознакомиться с различными моделями анемометров, подходящих для эксплуатации на башенных кранов, Вы можете на нашей странице здесь.

Помимо установки анемометра для эксплуатации башенного крана также необходима система индикации.

Тут тоже есть разные предложения реализации задачи — от обычного сигнала (зуммера, сигнализирующего о превышении порогового значения) или табло-индикатора в кабине оператора крана до дистанционной передачи сигнала в диспетчерское помещение.

Качественным решением являются сигнализаторы Инфомет А-63 или АСЦ-3.

Анемометр сигнальный Инфомет А-63

Как видите, существует множество нюансов как правильно выбрать анемометр крана или иного подъемного сооружения и для правильного подбора мы рекомендуем пообщаться со специалистом по эксплуатации анемометров.

Вы можете позвонить в нашу компанию или отправить запрос и мы порекомендуем решение, отвечающее Вашим задачам.

Анемометр – прибор для определения скорости и направления движения потока

АНЕМОМЕТР – это прибор для измерения скорости потоков и направления движения воздуха, газов и жидкостей. Это касается как ограниченных потоков, например движения воздуха в воздуховодах, так и неограниченных потоков, например атмосферного ветра. Анемометры прежде всего предназначены для метеорологии, ведь изменение таких параметров, как скорость и направление ветра, указывают нам на изменения погодных условий, предупреждают о приближении грозы, шторма, других опасных природных явлений, что очень важно для пилотов, моряков, инженеров, да и для всех нас. Как правило, это легкие портативные приборы, удобные в использовании даже в сложных полевых условиях.

Принцип работы анемометра заключается в выявлении изменения некоторого физического свойства потока, или в действии этого потока на механическое устройство, помещенное в поток. При этом анемометр может измерять полную величину скорости, величину скорости в плоскости, или компоненту скорости в определенном направлении. Кроме того, современные анемометры в зависимости от модели могут измерять направление ветра, объемный расход воздуха, влажность, температуру, давление. Таким образом, анемометры превращаются в портативные метеостанции.

Типы анемометров

В зависимости от способа измерения и типа приемного устройства анемометры разделяют на ряд типов: [5]:

• Вращательные (крильчатные, чашечные)
• Тепловые
• Вихревые
• Динамометрические (с трубками Пито)
• Ультразвуковые (акустические)
• Оптические (лазерные допплеровские)

Наиболее распространенными являются вращательные анемометры, отличающиеся типом принимающего устройства (чашка или крыльчатка).

В чашечных анемометрах чувствительным элементом является крестовина с четырьмя металлическими чашками полусферической формы, закрепленными на оси. Если это устройство попадает в поток, то давление воздуха на внутреннюю поверхность чашки превышает давление на ее внешнюю поверхность, вследствие чего возникает вращение лопасти. Ось лопасти присоединена к измерительному механизму, который подсчитывает количество оборотов за определенный промежуток времени. Таким образом, чашечные анемометры проводят измерение скорости потока в плоскости, перпендикулярной к оси вращения чашек, мгновенную или усредненную в некотором промежутке времени. Чашечные анемометры в основном используются в метеорологии для измерений на открытых участках, поскольку характеризуются определенной устойчивостью к турбулентным потокам. Диапазон измерения чашечных анемометров составляет от 1 до 50 м/с.

Крыльчатные анемометры используют для измерения скоростей потоков в трубах, вентиляционных шахтах и каналах, в системах кондиционирования, то есть в случаях, когда имеем дело с постоянным направлением движения потока. Эти анемометры более чувствительны и способны измерять скорости от 0,1 м/с. Принимающее устройство сделано в виде крыльчатки, которая приводится в движение потоком газа. Крыльчатка прикреплена к трубчатой ​​оси, которая в свою очередь присоединена к механизму подсчета оборотов за определенный промежуток времени. В простых моделях крыльчатка жестко присоединена к измерительному блоку, в более дорогих — с помощью гибкого соединения для измерений в труднодоступных местах.

Менее распространены, однако очень высокоточные тепловые анемометри. В основном, они используются для измерения скоростей медленных потоков, характеризуются низкой инерционностью, однако требуют постоянного калибровки. Принцип работы теплового анемометра заключается в измерении температуры пластины или нити накаливания, на которую дует ветер. В зависимости от скорости ветра, необходима различная энергия для того, чтобы поддерживать температуру нити постоянной. То есть по температуре пластины можно определить скорость ветра.

Измерение скорости потока воздуха можно проводить также путем определения давления воздуха внутри стеклянной Г-образной трубки, закрытой с одного конца. Она называется трубкой Пито, по имени ее изобретателя. Скорость движения воздуха вычисляется путем сравнения избыточного давления воздуха внутри трубки и снаружи. Применяется для определения относительной скорости и объемного расхода в газоходах и вентиляционных системах. Это так называемые динамометрические анемометры.

Принцип работы ультразвукового анемометра основывается на измерении скорости звука между передатчиком и приемником в зависимости от скорости ветра. Это высокоточные современные анемометры, предназначены также для измерений направления ветра. Различают двухмерные и трехмерные ультразвуковые анемометры. Двухмерный анемометр может измерять скорость и направление только горизонтальных потоков воздуха. Трехмерный анемометр способен проводить измерения трех компонент направления движения потока. Кроме того, ультразвуковой анемометр может измерять еще и температуру воздуха ультразвуковым методом.

Инженеры Aerospace и физики часто используют лазерные доплеровские анемометры. Этот тип анемометров работает по принципу зависимости частоты света отраженного или рассеянного подвижным объектом (эффект Доплера), от скорости этого объекта. Это метод бесконтактного измерения скорости потока газообразных, жидких и твердых сред, содержащих светорассеивающие неоднородности, т.е. скорость измеряется без возмущения потока. Круг задач очень широкий, от измерений медленных направленных движений в капиллярах и живых клетках, до дистанционных измерений турбулентной скорости потоков газа в сверхзвуковых трубах и скорости ветра в атмосфере. Величины скоростей могут иметь значение от мкм/с до км/с. Лазерные анемометры помогают рассчитать скорость ветра вокруг автомобилей, самолетов и космических аппаратов. Такие исследования дают возможность инженерам сделать транспортные средства более аэродинамическими.

Сравнительные характеристики анемометров

Простейшая модель анемометра TM-740 оснащена шестилопастной крыльчаткой диаметром 30 мм, которая жестко соединена с измерительным блоком. Предназначена для измерения скорости потока воздуха в диапазоне 0,4-25 м/с. (Другие единицы измерения: км/ч, миль/ч, узлы, фут/мин). Разрешение на уровне 0,1 м/с и погрешность ±2 % позволяет проводить достаточно прецизионные измерения, а набор дополнительных функций, таких как удержание данных, расчет максимального, минимального и усредненного значения, автоматическое отключения, делают процесс использования прибора более комфортным. Кроме того, есть возможность измерения температуры в диапазоне -20

Анемометры ET-935 и TA-1100 можно отнести к среднему классу по параметрам цена-качество. Они оснащены крыльчаткой на гибком шнуре, что открывает более широкие возможности для измерений в труднодоступных местах, таких как вентиляционные шахты, воздуховоды и т.д. Диапазон измерения скорости потока таких термоанемометров от десятых м/с до 30 м/с, что позволяет работать в различных условиях. Присутствуют и дополнительные возможности, такие как удержание данных и расчет максимального значения в модели TA-1100, расчет среднего значения в модели ET-935, а также индикация низкого заряда батареи и автовыключение. Другие единицы измерения км/ч, миль/ч, морские мили/ч, фут/мин. Эти модели термоанемометров оснащены датчиком с диапазоном измерения температуры от -10 до 60 ºС (для ET-935 от -20 до 60 ºС).

К высококлассным моделям отнесем термоанемометр HD 2303.0 от одного из ведущих производителей контрольно-измерительных приборов DELTA OHM, Италия.

Этот термоанемометр предназначен для измерения скорости воздушного потока, расхода и температуры воздуха внутри трубопроводов и вентиляционных отверстий и шахт. Целый ряд крыльчаток разного диаметра, которые совместимы с измерительным блоком, обеспечат прецизионный результат в различных условиях и для различных сред. Температура измеряется зондами погружения, проникновения или контакта. Температурный диапазон эксплуатации термоанемометра от -5 до +50 ºC, корпус имеет степень защиты от влаги и пыли IP-67.

Отдельно следует отметить мультифункциональные анемометры, которые вместе с собственно анемометром, сочетают в себе другие функциональные возможности. Например, модель ET-965 представляет собой уникальный прибор (5 в 1), специально созданный для комплексного экологического контроля состояния среды в закрытых помещениях. Позволяет измерять такие параметры как: освещенность (люксметр), температура (термометр), скорость воздуха (анемометр), относительная влажность воздуха (гигрометр), шум (шумомер). Характеризуется высокой точностью и разрешением для всех измерительных параметров, имеет дополнительные функции расчета максимума/минимума, индикация о низком заряде и превышение измерительного диапазона. Предназначен для применения в учебных заведениях, офисных помещениях, складских помещениях, торговых залах и т.д.

Анемометры AZ-96792 и AZ-8919 (AZ Instrument, Тайвань) также являются мультифункциональными. Они просты и удобны в пользовании, обеспечивают высокоточные результаты измерений, имеют ряд дополнительных возможностей для удобства пользователя, все это в сочетании с умеренной ценой для приборов такого класса.

Модель AZ-96792 оснащена телескопическим зондом с крыльчаткой 18 мм для измерения скорости потока воздуха в труднодоступных местах, работает в ручном и автоматическом режиме, обеспечивает измерение / запись следующих параметров: скорость движения воздуха, объемный расход воздуха, влажность, температура, точка росы и температура мокрого термометра. Этот анемометр фактически является портативной метеостанцией! Есть возможность подключения до ПК для сохранения и последующего анализа полученных результатов измерений

Анемометр-анализатор AZ-8919 помимо возможностей предыдущей модели, дополнительно контролирует уровень углекислого газа в воздухе, для чего оборудован высокоточным недисперсийним инфракрасным датчиком (NDIR). Зонд крыльчатого типа диаметром 10 см и конус для забора воздушного потока позволяют измерять скорость потока в пределах от 0,2 до 30 м/с. Измеряет также объемный расход воздуха, влажность, температуру, точку росы, температуру мокрого термометра. Имеет функции максимального и минимального значения, неограниченное количество точек для расчета среднего значения, подсветку.

Как определить объемный расход потока воздуха, зная его линейную скорость

В процессе измерения часто возникает потребность рассчитать объемный расход воздуха, зная его линейную скорость. Сделать это на самом деле очень просто. Для этого необходимо лишь измерить поперечное сечение отверстия, через которое протекает поток (воздуха, любого другого газа или жидкости). Далее воспользуемся формулой:

Q = V * S
где Q – объемный расход в м 3 /с,
V –скорость потока в сечении в м/с (измеряем с помощью анемометра),
S – площадь поперечного сечения отверстия в м 2 (измеряем рулеткой).

Как выбрать анемометр

Для оптимального выбора измерительного прибора, прежде всего определитесь, в каком диапазоне скоростей Вам необходимо работать, проанализируйте технические требования к точности и разрешению. Это является определяющим при выборе типа анемометра (тепловой, крыльчатый, оптический и т.д.)

Подбирайте размер крыльчатки в зависимости от того, где именно Вам нужно проводить измерения. Например, для измерений непосредственно на вентиляционных решетках подойдут анемометры с большим диаметром крыльчатки (6-10 см). В таком случае размеры лопастей соразмерны с диаметром вентиляционных каналов. Тогда как для измерений непосредственно в вентиляционном канале лучше использовать крыльчатки с меньшим диаметром (1,5-2,5 см). Для измерений потоков газов высокой температуры нужно использовать термостойкие крыльчатки.

Обратите внимание на способ визуализации полученных результатов и форму их подачи. Современные анемометры как правило оснащены для этого ЖК экраном. Измерение скорости потока для удобства может проводиться в различных единицах (миль/ч, км/ч, футы/мин, м/с, узлы и т.д.). Более дорогие модели имеют возможности подключения к ПК с целью обработки результатов, построения графиков и последующего анализа.

Проанализируйте необходимость присутствия дополнительных возможностей и функций. Например, гигро- и термоанемометры включают возможности термоанемометра и датчика влажности и обеспечивают пользователя полной метеорологической информацией. Возможности расчета максимального, минимального и усредненного значений упрощают статистический анализ, автоматическое отключение экономит заряд батареи, подсветка позволяет работать в условиях ограниченной освещенности.

Если Вам все же трудно определиться с моделью, обратитесь за консультацией к специалистам Маркета измерительных приборов SIMVOLT.

Таким образом, анемометры и термоанемометры нашли широкое применение везде, где есть необходимость измерения скорости потоков. Такие приборы устанавливаются в жилых и производственных помещениях, оборудованных системами вентиляции, отопления и кондиционирования для контроля работы этих систем, в вытяжных шкафах, в научно-исследовательских лабораториях, в горном деле для контроля воздушного режима шахты или карьера, на строительстве, при разработке противопожарных систем, и для других нужд.

Гнатюк Елена,
к.ф.-м. наук,
научный консультант SIMVOLT

Каким прибором измеряется направление и скорость ветра

Пропеллер или вертушка анемоморумбометра на топе мачты уже давно не являются признаками одних только гоночных яхт. Теперь и яхтсмены-крейсеристы желают получать точные данные о ветре, но им необходимы и принципиальные знания об устройстве прибора в целом.

Текст Олафа Шмидта

А неморумбометр выдает рулевому результаты измерений скорости ветра. Мы разъясняем, что они значат, а также как их интерпретировать и уместен ли при этом некоторый скептицизм.

Сегодня анеморумбометр можно увидеть, прогуливаясь по марине, по крайней мере на каждой второй мачте. В большинстве случаев, разумеется, лучше всего о его практическом применении знают яхтсмены-профессионалы. Многие капитаны крейсерских яхт довольствуются лишь тем, что на дисплее отображается скорость ветра, которая фиксируется в вахтенном журнале и обычно упоминается только в компании завсегдатаев. В самом деле, такова сложившаяся ситуация именно среди капитанов прогулочных судов, однако из данных ветроуказателя можно извлечь еще много полезной информации.

Как правило, следует проводить различия между двумя принципиально разными конструкциями ветроуказателей, а именно воспринимать их как отдельный прибор или же как часть системного устройства. Но в основе обеих конструкций лежит принцип измерения угла и скорости вымпельного ветра. Команда на борту старается почувствовать и уловить движение воздуха, приводящее в движение паруса и состоящее из двух компонентов: из истинного ветра, который воспринимает неподвижно стоящий наблюдатель, и курсового ветра, возникающего от движения парусной яхты.

Отдельный прибор

Прибор, не имеющий дальнейшей связи с лагом или GPS, может измерить только вымпельный ветер. Это то, чего вполне достаточно для опытного моряка. Менее сведущим в яхтенном деле экипажам предстоит решить уже более серьезную задачу, – например, многие чартерные компании дают рекомендации, особенно для катамаранов, при какой скорости истинного ветра брать рифы. На палубе в порту или на защищенной якорной стоянке фактическую обстановку в открытом море в большинстве случаев бывает трудно оценить. Прибор на топе мачты определяет силу ветра (по крайней мере когда окружающий ландшафт не слишком горист) и предсказывает капитану ту или иную скорость яхты и примерное время прибытия в пункт назначения.

Для рулевого индикатор направления ветра на топе мачты – хороший помощник, особенно на лавировке. Тогда на стрелку прибора, показывающую курс относительно ветра, смотреть вообще не нужно, поскольку ветроуказатель Windex на топе мачты более чем нагляден. А вот на курсе бакштаг уже требуется некоторый опыт, чтобы на основе значения угла вымпельного ветра (в градусах) определить идеальный курс для «лавировки на фордевинд» под спинакером или геннакером.

На курсе бейдевинд большинство ветроизмерительных приборов не очень точны. Зато проверенные временем колдунчики на стакселе позволяют значительно лучше управлять яхтой и настраивать паруса.

Пока мы говорим только о приборах, которые показывают только вымпельный ветер. Как сильно он может отличаться от истинного ветра, можно рассмотреть на примере велосипедиста. Установим на руль велосипеда флюгарку, на стоянке она будет колебаться в направлении истинного ветра. Как только спортсмен начинает усиленно крутить педали, то он ощутит ветер, бьющий ему в лицо, а флюгарка повернется, хотя направление истинного ветра совсем не изменилось. К счастью, на борту соотношение истинного и вымпельного ветров не такое экстремальное, но, с одной стороны, на воде у истинного ветра нет помех и он значительно сильнее, чем на суше, с другой стороны, даже самые быстрые яхты идут значительно медленнее велосипеда.

В целом опишем ситуацию так: пока вы движетесь вперед, направление истинного ветра на всех курсах всегда окажется более полным по сравнению с вымпельным. На бейдевинде вымпельный ветер будет сильнее истинного, на бакштаге – наоборот.

Система измерения

Весьма полезно по многим причинам вычислить именно истинный ветер: это даст вам возможность правильно разложить галсы на лавировке, определить направление ветра на будущем галсе, найти оптимальную точку выхода на ветер, выбрать самый удобный момент для начала маневра. Грамотная работа с электронной навигационной картой тоже возможна только при наличии знаний об истинном ветре.

Пример: вы лавируете, чтоб достичь цели. Угол направления к истинному ветру удваиваем и получим угол поворота. Данное значение в зависимости от направления запланированного поворота, прибавленного к компасному курсу (с левого борта на правый борт) или отнятого (от правого борта к левому борту), покажет будущий курс на новом галсе.

Если вы сравните данное значение с рекомендуемым курсом до следующего пункта маршрута, то сможете оценить, в какой момент следует начать поворот, чтоб удерживать курс наилучшим образом. Впрочем, нами еще не приняты во внимание течение и снос. Так, курсы относительно воды и относительно грунта на практике, как правило, в большинстве случаев отличаются на несколько градусов.

Высококачественные системы приборов, такие как B&G, Nexus, NKE, могут произвести вышеописанные вычисления автоматически, при этом они в состоянии учитывать также течение и дрейф. Что умеют вообще все известные системы, так это рассчитывать скорость выхода на ветер (VMG). Но яхтсмены-крейсеристы редко ориентируются на VMG, поскольку при более полном курсе порой достигаешь цели почти так же быстро, но в более комфортных условиях. Однако в любом случае все приборы должны быть тщательно отъюстированы.

Измеренный на борту вымпельный ветер складывается из суммы векторов истинного ветра и ветра, возникающего от движения яхты. Последний в самых простых случаях (на участке без течения) соответствует скорости относительно воды. Навигационная система, в которой ветроуказатель объединен с лагом, может вычесть из вектора вымпельного ветра вектор движения яхты и сразу выдать рулевому данные об истинном ветре. Он тоже указывается относительно носа, например, 63° по левому борту.

Необходимо обязательно заносить данные о географическом направлении ветра в судовой журнал и вводить их в картплоттер (если последний имеет такую функцию). Это направление вычисляется как сумма значений компасного курса и направления истинного ветра относительно курса яхты. Для того чтобы эти данные получать автоматически, в систему приборов должен быть интегрирован электронный компас или как минимум GPS-навигатор. Альтернативой автоматическому расчету с помощью системы управления может быть, конечно же, «ручной» расчет с помощью калькулятора и основ тригонометрии на основе данных отдельных приборов. Принципиально это приведет к тем же результатам, но потребует определенных трудозатрат. Кроме того, есть также и специальные программы для навигационных компьютеров, которые при помощи данных от GPS или датчика компаса показывают крутизну хода к ветру в бейдевинд и географическое направление ветра. На первый взгляд это значительно дешевле специальной бортовой системы инструментов, но все же данные программы без отдельного ветроуказателя либо не работают вовсе, либо могут представить данные об истинном ветре только после очередного поворота. А точно отрегулированная система с ветроуказателями показывает ожидаемые данные для нового курса еще до маневра.

Источник ошибок

Ошибки измерений в простых приборах без дальнейшей обработки данных составляют, по большому счету, не более 15% и на первый взгляд не бросаются в глаза. На недорогих приборах и направление ветра отображается лишь весьма грубо. Но если данные о ветре используются для дальнейшей обработки, то эти ошибки уже становятся существенными: когда рассчитанное географическое направление ветра при каждом повороте или на каждом галсе изменяется, то такое положение становится неуместным. На практике есть четыре источника ошибок: датчики направления ветра и скорости ветра, лаг, а также компас.

Прежде чем вы начнете регулировать лаг или ветроуказатель, запишите предыдущие данные. В части направления ветра корректируют, как правило, только положение датчика относительно ДП судна. При движении под мотором в безветренный день по спокойной воде и по прямой с высокой скоростью прибор должен показывать, что вымпельный ветер дует точно с носа. Эта погода наилучшим образом подходит и для того, чтобы отрегулировать электронный компас. Регулировать лаг необходимо, напротив, под парусами при среднем ветре, поскольку вы в конечном счете хотите иметь точные данные при движении под парусами, а не при работающем моторе. Для определения скорости ветра (и юстировки анемометра), к сожалению, нет достаточно точных простых методов. Профессионалы используют следующий прием: если все три предыдущих источника данных точно выверены, то расчетное географическое направление ветра при лавировке не должно изменяться в момент поворота. Если же оно поворачивается в ту же сторону, что и яхта, то прибор показывает слишком большую скорость ветра. Если оно поворачивается в противоположную сторону, то показываемая скорость ветра слишком мала.

Некоторые системы добавляют в качестве источника информации о движении и курсе также и данные о скорости относительно грунта, получаемые от GPS. В водоемах с несильным течением это порой облегчает задачу, но все же эти сведения тоже не всегда точны.

Сокращенный вариант. Опубликовано в Yacht Russia №11 (58), 2013 г.

Принцип работы прибора

Принцип работы большинства таких приборов заключается в следующем: какой-либо вращательный элемент прикреплен к измерителю. При дуновении ветра подвижная часть прибора приходит в действие и параметры воздействия на вращательный элемент передаются на измерительный прибор. Так работают механические анемометры, включающие в себя две разновидности: чашечный и крыльчатый анемометры.

Существуют также тепловой анемометр, основанный на измерении сдвигов температуры нагревательного элемента относительно начального значения под воздействием ветра (чем выше скорость воздушных масс, тем меньше температура нагревательного элемента) и ультразвуковой, основанный на измерении сдвигов в показателях скорости звука относительно направления воздушных масс (если скорость звука падает относительно его скорости в неподвижном воздухе, значит, он движется против ветра, если растет — по ветру).

Бестселлер: testo 410-2

Анемометр с крыльчаткой

Анемометры в сочетании со смартфонами

Многофункциональные измерительные приборы

Измерение скорости ветра – анемометр с крыльчаткой и области его применения

Понятие измерения скорости ветра у многих пользователей ассоциируется, прежде всего, с использованием на открытом воздухе. На самом деле анемометры используются далеко не только там. В частности, их часто применяют для измерения скорости воздуха в помещениях. Для систем вентиляции ключевое значение имеют величины скорости воздуха, температуры и влажности. Если эти величины не корректны или меняются, это может отразиться на качестве воздуха в помещении. Проблема заключается в том, что контролировать системы вентиляции не всегда просто.

Вот здесь анемометр вступает в свои права. Некоторые анемометры можно легко вставить в вентиляционную шахту с помощью телескопической рукоятки, чтобы измерять там скорость потока. Анемометр с крыльчаткой прекрасно для этого подходит. Большинство моделей оснащены телескопическими рукоятками. Они позволяют легко проводить измерения скорости потока в воздуховоде. Однако такие рукоятки можно использовать и вне помещений.

В зависимости от модели, вы можете использовать анемометр с крыльчаткой не только для определения скорости ветра. Он также позволяет измерять скорость потока и объемный расход в системах вентиляции. Некоторые модели могут рассчитывать точку росы и температуру шарика смоченного термометра. Эти величины в сочетании со скоростью и температурой воздуха очень важны для анализа данных.

Анемометры этого типа оснащены встроенной крыльчаткой, диаметр которой может различаться. Для определения объемного расхода вы можете также использовать электронный балометр. Сочетание различных измерительных приборов очень важно для получения точных величин. Например, вы можете использовать вместе такие приборы, как анемометр с крыльчаткой, термоанемометр и электронный балометр.

Основные преимущества анемометра с крыльчаткой:

• измерение скорости воздуха в помещении и под открытым небом
• возможно измерение объемного расхода и температуры
• очень хорошая регистрация данных
• простота в использовании даже в стеснённых пространствах