Что измеряет анемометр единицы измерения

Что измеряет анемометр единицы измеренияАнемометр, 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.

Что измеряет анемометр единицы измерения

Принцип работы

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

  1. 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).
  2. Преобразователь. Изменяющийся физический параметр модулирует один из видов энергии: механическую, пневматическую, электрическую, электромагнитную и так далее.
  3. 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.

Что измеряет анемометр единицы измерения

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.

Читать также:  Сплавы на основе тугоплавких металлов

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.

Что измеряет анемометр единицы измерения

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.

Что измеряет анемометр единицы измерения

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.

Что измеряет анемометр единицы измерения

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.

Про анемометр слышал практически каждый. Прибор активно используется на метеорологических станциях и является незаменимым при измерении скорости передвижения газов в различных промышленных системах, например в вентиляционных.
Что измеряет анемометр единицы измерения

Но если сущность его «родственника» – флюгера – известна многим, то принцип работы и назначение анемометра порой вызывает много вопросов. Что это за устройство? Что оно измеряет и как функционирует? Попробуем разобраться.

Что означает слово «анемометр»?

Анемометр имеет другое название «ветрометр» и происходит от двух греческих слов – ἄνεμος (ветер) и μετρέω (измерять). Простым языком, он представляет собой прибор, измеряющий ветер. Создателем анемометра принято считать итальянского математика Леона Баттиста Альберти.

Прибор, придуманный им примерно в 1540 году, с того времени практически не изменился. В последующие столетия многие ученые, в том числе Роберт Гук, пытались разработать свои версии устройства, причем некоторым из них ошибочно приписывалась слава изобретателя.
Что измеряет анемометр единицы измерения
В 1846 году ирландский астроном Джон Робинсон значительно улучшил конструкцию анемометра с помощью четырех полусферических чашек и механических колес. Некоторые новые функции устройство приобрело в конце XX века. Благодаря Дереку Уэстону оно получило возможность определять направление ветра, а доктор Эндрюс Флитц разработал звуковой анемометр.

Что такое анемометр?

В современном значении под анемометром понимают устройство, позволяющее произвести измерения скорости ветра или движения газов. Сфера его применения охватывает любые места, где существует необходимость в определении темпа передвижения воздушных потоков. Помимо метеорологических станций, прибор используется на аэродромах, вертолетных площадках, в аэроклубах и организациях, предоставляющих возможность совершить полет на дельтапланах.
Что измеряет анемометр единицы измерения
Нелишним анемометр бывает на спасательных вышках и парусных судах, для которых сильный ветер в 7 баллов уже представляет большую опасность.

Что измеряет анемометр?

Как говорилось выше, анемометр измеряет скорость движения воздушных потоков, однако в зависимости от модели приборы способны выполнять и ряд других функций – определять направление ветра, высчитывать атмосферное давление, температуру, объемный расход и влажность воздуха.

По сути, такое устройство становится портативной метеорологической станцией, удобной в использовании и транспортировке. Во время измерений оно считывает необходимую информацию, проводит анализ и выдает полученные значения на дисплей.

Читать также:  Заточной станок для сверл видео

Какие бывают анемометры?

В зависимости от конструкции и принципа действия анемометры разделяют на механические и электронные. К первым относят чашечные и крыльчатые приборы. Чашечный анемометр имеет наибольшее распространение и представляет собой ротор, на который симметрично насажены полусферические чашки.

Под действием ветра ротор вращается на вертикальной оси, а механический счетчик записывает количество оборотов чашек за определенное время. В крыльчатом анемометре установлено миниатюрное ветровое колесо, вращение которого передается на стрелку механического счетчика. Его используют преимущественно в трубопроводах и вентиляционных системах для расчета расхода воздуха.
Что измеряет анемометр единицы измерения
Тепловой анемометр относится к электронным приборам и работает посредством электронной схемы, в которую включается проволока термодатчика. Суть функционирования прибора заключается в нагреве нити накаливания с последующим измерением ее сопротивления в зависимости от окружающей температуры.

Более совершенным является другое электронное устройство – ультразвуковой анемометр. Он измеряет скорость воздушных потоков на основании замеров скорости звуков, меняющихся согласно направлению ветра. Некоторые его модели совмещают в себе функции манометра и гигрометра.

Что измеряет анемометр единицы измерения

Что измеряет анемометр единицы измерения

Что измеряет анемометр единицы измерения

Анемо́метр, ветроме́р [1] [2] (от др.-греч. ἄνεμος — ветер и μετρέω — измеряю) — прибор для измерения скорости движения газов, воздуха в системах, например, вентиляции. В метеорологии применяется для измерения скорости ветра.

По принципу действия различают механические анемометры, в которых движение газа приводит во вращение чашечное колесо или крыльчатку (подобие воздушного винта), тепловые анемометры, принцип действия которых основан на измерении снижения температуры нагретого тела, обычно накаливаемой проволоки, от движения газа, ультразвуковые анемометры, основаны на измерении скорости звука в газе в зависимости от движения его, так, навстречу ветру скорость звука ниже, чем в неподвижном воздухе, по ветру — наоборот, выше.

Содержание

Механические анемометры [ править | править код ]

В Викитеке есть полный текст:
«Математических забав» Леона Баттисты Альберти

Описание первого механического анемометра составил около 1450 года Леон Баттиста Альберти в своём труде «Математические забавы» (лат. Ludi rerum mathematicarum ), приложив его чертёж [3] . Его действие основывалось на отклонении ветром висящей доски. Похожий анемометр начертил в «Атлантическом кодексе» (лист 675) Леонардо да Винчи тремя десятилетиями позднее Альберти [4] [5] :53 .

Чашечный анемометр [ править | править код ]

Наиболее распространённый тип анемометра — это чашечный анемометр. Изобретён доктором Джоном Томасом Ромни Робинсоном, работавшим в Арманской обсерватории, в 1846 году. Состоит из четырёх полусферических чашек, симметрично насаженных на крестообразные спицы ротора, вращающегося на вертикальной оси.

Что измеряет анемометр единицы измерения

Ветер любого направления вращает ротор со скоростью, пропорциональной скорости ветра.

Робинсон предполагал, что для такого анемометра линейная скорость кругового вращения чашек составляет одну треть от скорости ветра, и не зависит от размера чашек и длины спиц. Проделанные в то время эксперименты это подтверждали. Более поздние измерения показали, что это неверно, т. н. «коэффициент анемометра» (величина обратная отношению линейной скорости к скорости ветра) для простейшей конструкции Робинсона зависит от размеров чашек и длины спиц и лежит в пределах от двух до чуть более трёх.

Трёхчашечный ротор, предложенный канадцем Джоном Паттерсоном в 1926 году, и последующие усовершенствования формы чашек Бревортом и Джойнером в 1935-м году сделали чашечный анемометр линейным в диапазоне до 100 км/ч (27 м/с) с погрешностью около 3 %. Паттерсон обнаружил, что каждая чашка даёт максимальный вращающий момент, будучи повёрнутой на 45° к направлению ветра. Трёхчашечный анемометр отличается бóльшим вращающим моментом и быстрее отрабатывает порывы, чем четырёхчашечный.

Оригинальное усовершенствование чашечной конструкции, предложенное австралийцем Дереком Вестоном (в 1991 г.), позволяет с помощью того же ротора определять не только скорость, но и направление ветра. Оно заключается в установке на одну из чашек флажка, из-за которого скорость ротора неравномерна в течение одного оборота (половину оборота флажок движется по ветру, половину оборота — против). Определив круговой сектор относительно метеостанции, в котором скорость увеличивается или уменьшается, определяется направление ветра.

Вращение ротора в простейших анемометрах передаётся на механический счётчик числа оборотов. Скорость подсчитывается по числу оборотов за заданное время, например, минуту, таковы ручные анемометры [5] .

Читать также:  Инструкция по установке посудомоечной машины

В более совершенных анемометрах ротор связан с тахогенератором, выходной сигнал которого (напряжение) подаётся на вторичный измерительный прибор (вольтметр), или используются тахометры, основанные на иных принципах. Такие анемометры сразу показывают мгновенную скорость ветра, без дополнительных вычислений, и позволяют следить за изменениями скорости ветра в реальном времени.

Самые распространённые модели современности среди чашечных анемометров это МС 13, М 95ЦМ, анемометр АРЭ

Помимо метеорологических измерений, чашечные анемометры применяются и на башенных подъёмных кранах, для сигнализации об опасном превышении скорости ветра.

Крыльчатые анемометры [ править | править код ]

В таких анемометрах поток воздуха вращает миниатюрное лёгкое ветровое колесо (крыльчатку), ограждённую металлическим кольцом для защиты от механических повреждений. Вращение крыльчатки через систему зубчатых колёс передаётся на стрелки счётного механизма.

Ручные крыльчатые анемометры применяются для измерения скорости направленного воздушного потока в трубопроводах и коробах вентиляционных устройств для вычисления расхода вентиляционного воздуха в вентиляционных отверстиях, воздуховодах жилых и производственных зданий.

Наиболее распространённые анемометры с крыльчаткой-зондом — это Testo 416, анемометр ИСП-МГ4, анемометр АПР-2 и другие.

Тепловой анемометр [ править | править код ]

Что измеряет анемометр единицы измерения

Принцип работы таких анемометров, часто называемых термоанемометрами, основан на увеличении теплопотерь нагретого тела при увеличении скорости обдувающего более холодного газа — изменение числа Нуссельта.

Это явление всем знакомо, известно, что при неизменной температуре в ветреную погоду ощущение холода сильнее при большей скорости ветра.

Конструктивно представляет собой открытую тонкую металлическую проволоку (нить накаливания), нагреваемую выше температуры среды электрическим током. Проволока изготавливается из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления — из вольфрама, нихрома, платины, серебра и т. п.)

Сопротивление нити изменяется от изменений температуры, таким образом по сопротивлению можно измерить температуру. Температура определённым образом зависит от скорости ветра, плотности воздуха, его влажности.

Проволока термодатчика включается в электронную схему. В зависимости от метода включения датчика различают приборы с стабилизацией тока проволоки, стабилизацией напряжения и с термостатированием проволоки. В первых двух методах характеристикой скорости является температура проволоки, в последнем — мощность, необходимая для термостабилизации.

Термоанемометры широко используется практически во всех современных автомобилях в качестве датчика массового расхода воздуха (ДМРВ).

Недостатки термоанемометров — низкая механическая прочность, так как применяемая проволока очень тонкая, другой недостаток — нарушение калибровки из-за загрязнения и окисления горячей проволоки, но, так как они практически безынерционны, широко применяются в аэродинамических экспериментах для измерения локальной турбулентности и пульсаций потока.

Ультразвуковой анемометр [ править | править код ]

Что измеряет анемометр единицы измерения

Принцип действия анемометров ультразвукового типа основан на измерении скорости звука, которая изменяется в зависимости от ориентации вектора движения воздуха (направления ветра) относительно пути распространения звука.

Существуют двухкомпонентные ультразвуковые анемометры — измеряют помимо скорости и направление ветра по частям света — направление горизонтального ветра и трёхкомпонентные ультразвуковые анемометры — измерители всех трёх компонент вектора скорости воздуха.

Скорость звука в таких анемометрах измеряется по времени прохода ультразвуковых импульсов между фиксированным расстоянием от излучателя до ультразвукового микрофона, затем измеренные времена пересчитываются в две или три компоненты скорости движения воздуха.

Так как скорость звука в воздухе зависит ещё от температуры (возрастает пропорционально корню квадратному из абсолютной температуры), в ультразвуковых анемометрах обязательно есть термометр, по показаниям которого вносятся поправки в вычисления скорости ветра.

Многие современные модели электронных анемометров позволяют измерять не только скорость ветра (это основное предназначение прибора), но и снабжены дополнительными удобными сервисными функциями — вычисления объёмного расхода воздуха, измерения температуры воздуха (термоанемометр), влажность воздуха (термоанемометр с функцией измерения влажности).

Российскими предприятиями также выпускаются многофункциональные приборы, которые содержат в себе функции как термоанемометра, так и гигрометра (измерение влажности) и манометра (измерение дифференциального давления в воздуховоде). Например, метеометр МЭС200, дифманометр ДМЦ01М. Такие приборы используются при создании, обследовании, ремонте, поверке вентиляционных шахт в зданиях любого типа.

Как правило, все выпускаемые на территории РФ анемометры подлежат обязательной сертификации и государственной поверке, так как являются средствами измерения.

Некоторые народные умельцы делают самодельные анемометры для собственных бытовых нужд, например, для сада-огорода.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *