Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как измерить скорость ветра без приборов

Анемометр

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.

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 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] .

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.

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 ]

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).

Читайте так же:
Как настроить пульверизатор для покраски

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 ]

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.

См. также [ править | править код ]

Примечания [ править | править код ]

  1. ↑ Ветромер // Толковый словарь русского языка: В 4 т / Под ред. Д. Н. Ушакова. — М. : Гос. ин-т «Сов. энциклопедия»; ОГИЗ, 1935. — Т. 1.
  2. Самойлов, К. И. Ветромер // Морской словарь. — М. —Л. : Госвоенморздат, 1941.
  3. Leon Battista Alberti. Opere volgari. — Bari: Gius. Laterza & Figli, 1973. — Vol. 3. — P. 171.
  4. Allison Lee Palmer. Leonardo da Vinci – A Reference Guide to His Life and Works. — Rowman & Littlefield, 2019. — P. 76.
  5. 12Валентин Власов. Сказ про анемометр, который сделали два советских инженера   (рус.)  // Наука и жизнь. — 2019. — № 1 . — С. 50—59 .

Литература [ править | править код ]

  • Значения в Викисловаре
  • Медиафайлы на Викискладе

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:

  • направления и скорости потоков воздуха (ветра), газовых веществ;
  • уровня влажности (в условиях защищенного, открытого пространства);
  • показателей атмосферного давления;
  • объемов расхода воздуха.

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:

  • Снайперы, лучники, биатлонисты. Оно позволяет более точно поражать мишени, учитывая препятствия при стрельбе, которые создает ветер.
  • Поклонники яхтинга, парусных регат.
  • Строители-монтажники. Встроенные устройства присутствуют в кабине башенного крана на панели управления. Благодаря этому машинист-оператор всегда в курсе силы ветра, порывы которого могут быть небезопасны для подъема груза стрелой.
  • Представители аграрного сектора в ходе работ по опрыскиванию полей.

Какие бывают анемометры?

В зависимости от механизма действия аппарататы относят к классу:

  • вращающихся;
  • термических;
  • акустических;
  • лазерных.

Разница данных приборов состоит в технологии измерения скорости воздушных потоков.

  1. Представители вращающейся группы бывают:
    • С чашечной конструкцией – вид старинных механических аппаратов, которые и на сегодня не потеряли свою актуальность. Имеют лопасти с полусферическими лепестками, напоминающие чашу. Этот прибор, благодаря тому, что, по сути, не требует установки лопастей по направлению ветра, позволяет измерять скорость потоков с минимальной неточностью. Движение масс должно быть направлено в полость полусферических лепестков, но не в область обтекаемого дна.
    • Принцип работы основан на подсчете оборотов лопастей. Их количество необходимо скорректировать с помощью коэффициента, зависящего от числа и площади поверхности лопастных чашек. Величина коэффициента колеблется в пределах 2 и 3. В случае использования механических моделей нужно снимать замеры в течение конкретного отрезка времени. Электронное оснащено программой для определения текущих порывов практически с нескольких поворотов.
    • Большая часть аппаратов этого типа реагирует на порывистый ветер со скоростью выше одного метра в секунду. К тому же классической моделью с подобной конструкцией нельзя определить, в каком направлении происходит движение воздушных масс.
    • С крыльчатой конструкцией – такие анемометры схожи по функциональным принципам с предыдущим видом, но имеют меньшие габариты и способны измерять потоковые параметры при скорости выше 0,1 м за секунду. Их лопасти вращаются под действием порывистого ветра либо перемещения газов, это напоминает пропеллеры вентиляторов либо летательных аппаратов. Темп движения ветра определяется, как и в предыдущей ситуации, с помощью числа оборотов и приборного коэффициента. Благодаря диффузору, выставленному по ходу перемещения воздушных масс, можно получить более точные результаты измерений. Часто такой анемометр комплектуется флюгером незначительных размеров для определения направления ветра.
  2. К термической группе относят так называемые термоанемометры, в которых предусмотрено наличие термопары. Устройство позволяет фиксировать потери тепла вследствие обдува. Все знают, что в одинаковых температурных условиях, когда на улице ветрено, ощущение холода сильнее, нежели при отсутствии ветра. Тепловое имеет нить накала, по которой проходит электричество. В итоге сильного обдувания степень нагревания нити изменяется, что оказывает влияние на способность металла проводить ток. На этом основана работа приборной электроники при определении скорости воздушного потока. Подобное оборудование зачастую выступает в качестве интегрированного элемента других систем. Автомобили имеют , которые определяют соотношение приготовления горючего жидкого вещества, используемого двигателями внутреннего сгорания. Датчики этих приборов являются термоанемометрами.
  3. Представители акустической группы имеют еще одно название – ультразвуковые анемометры. Оборудование воспроизводит ультразвуковые сигналы. Затем определяют скорость перемещения звука, на величину которой воздействует движущиеся воздушные массы. Результат с помощью приборной электроники трансформируется в скорость. Устройство из данной группы зачастую используют для определения скорости газовых потоков. Данного плана анемометр является сложной системой, которая производит расчеты с учетом временных затрат на прохождение волн ультразвука дистанции между передаваемым и принимаемым устройством, а также влияние внешних факторов. К ним относят прежде всего такие параметры воздуха, как температура и уровень влажности.
  4. Лазерная группа представлена измерительными устройствами нового поколения, которые только набирают популярность. Такой прибор компактных размеров часто применяют поклонники экстремальных видов отдыха. Он имеет еще одно название – доплеровский (в честь автора изобретения). Изобретателем был предложен принцип зависимости частоты излучения от того, с какой скоростью перемещаются источник с приемником. Это послужило основой для создания сложного оптически-электронного измерительного комплекса – лазерного анемометра. Действует по принципу, предполагающему перемещение объекта в потоке воздуха либо газа под воздействием лазерного излучения, которое создает фиксированный источник. Приборный датчик регистрирует результат процесса – отражение световой волны от поверхности объекта. Дальше идет вычисление разницы между излучаемыми частотами света (исходного и отраженного). С учетом этих показателей проводится вычисление скорости ветра и перемещения газового потока.
Читайте так же:
Как надежно соединить алюминиевые и медные провода

Существует еще одна классификация, по которой анемометры подразделяются на 2 вида:

  • Электронные – аппараты, где электроника делает все необходимые расчетные манипуляции. Они обладают высокой чувствительностью. Эти устройства (в первую очередь представители вращающейся группы) могут быть с выносным измерительным элементом, который имеет вид зонда. Ими удобно проводить измерения, поскольку результат сразу отображается на приборном экране. Зонд присоединен к аппарату с помощью эластичного провода. Устройства могут быть оснащены собственной памятью, в которой хранятся результаты измерений. При отображении данных могут быть указаны дата и время их фиксации. Наличие дополнительного функционала зависит от модели.
  • Механические – приборы, где нужно самостоятельно вести учет оборотов и рассчитывать показатели с помощью формул.

Данной измерительной техникой фиксируются:

  • скорость текущая;
  • сильнейшие всплески порывов ветра;
  • средние значения.

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:

  • предельная погрешность – величина возможной ошибки при замерах;
  • измерительный диапазон – важный параметр, который выбирают с учетом условий запланированных измерений;
  • приборная разрешающая способность – для аналоговых моделей является ценой деления, для цифровых – максимальным количеством цифр после запятой.

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.

Прибор для измерения скорости ветра (анемометр): виды, инструкции. Анемометр крыльчатый

На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:

  • На станциях метеорологии, которые работают с целью наблюдения за погодой.
  • В аэропортах. Ими пользуется служба безопасности полетов.
  • Для определения тяги в системах вентиляции в отраслях добычи горных пород и угля.
  • В строительстве анемометры используются для обеспечения безопасности: прибор закрепляют на верхней части стрелы крана. При достижении скорости ветра выше заданного параметра работы проводить запрещается.
  • В сельском хозяйстве данный прибор используется при проведении обработки посевов средствами химической защиты и удобрениями.
Читайте так же:
Какая оснастка нужна для провода сип

прибор для измерения скорости ветра

Это список основных направлений, где используется прибор для измерения скорости. Отдельные виды могут измерять дополнительно направление ветра в различных плоскостях, температуру воздуха. Единицы измерения скорости ветра – метры в секунду – используются в приборах всех видов.

Устройство и принцип работы

Анемометр позволяет провести измерение скорости и направление ветра. Он улавливает скорость воздушного потока, после чего обрабатывает полученную информацию и передает на регистрирующее устройство.

Основными узлами конструкции являются всего три блока:

  • Блок, непосредственно измеряющий скорость воздушного покоя. Если говорить точнее, то прибор улавливает возмущение воздушных масс, которое образуется в результате движения потока воздуха.
  • Преобразователь, который служит для преобразования воздушных возмещений в физический параметр.
  • Регистрирующее устройство, которое принимает сигнал от преобразователя.

Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.

анемометр ручной

Разнообразие моделей

В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:

  • Механический. За счет движения воздуха в них происходит вращение отдельных элементов. В данную категорию относится анемометр чашечный и крыльчатый (или лопастной). Они отличаются между собой конструкцией элемента, который воспринимает потоки воздуха.
  • Нагревательные (или тепловые). В их конструкцию входит нагревательный элемент (обычно это простая накаливаемая проволока). Под воздействием движущихся воздушных масс данный элемент остывает. Прибор определяет степень снижения температуры.
  • Ультразвуковые, которые измеряют скорость движения звука. Звук, проходя сквозь движущийся газ, обладает различной скоростью. Если он движется навстречу ветру, то его скорость будет ниже. И наоборот, при движении в одну сторону с ветром, его скорость будет выше, чем в неподвижном воздухе.

Виды анемометров и их особенности

Анемометры бывают различны по своему строению: механические (крыльчатые и чашечные). По принципу функционирования приборы подразделяются на механические: в них газ заставляет вращаться чашечное колесо либо крыльчатку; тепловые, которые действуют на основе измерений температурных показателей, снижаемых под действием движущегося газа; и ультразвуковые, где в соответствии с различным движением газа изменяется скорость звука.

Максимальное распространение получили чашечные анемометры, представляющие собой ротор с симметрично расположенными чашками-полусферами. Ротор приводится во вращение по вертикальной оси ветром, а счётчик фиксирует количество оборотов насаженных на прибор полусфер за определённое время.

Прибор крыльчатого типа включает в себя небольшое ветровое колесо, передающее вращение на механический счётчик.

Тепловой прибор работает по электронной схеме, и чтобы произвести замеры, следует нагреть нить накаливания, а затем проанализировать её сопротивление. Но наиболее совершенными являются ультразвуковые анемометры: они отслеживают скорость потоков воздуха, ориентируясь на скорость звуков, зависящих от направления ветра. При этом, так как скорость звука подчиняется температуре среды, ультразвуковые приборы оборудованы ещё и встроенным термометром.

Классификация

Прибор для измерения скорости ветра в своей структуре имеет датчик, который контактирует непосредственно с воздушным потоком. В зависимости от вида данного датчика выделяют следующие типы анемометров:

  • Вращающиеся, в которых отдельные элементы конструкции начинают вращаться под воздействием скорости ветра.
  • Ультразвуковые, которые по-другому называют акустическими.
  • Нагревательные, их еще называют термическими.

прибор анемометр

  • Оптические, которые в свою очередь делятся на лазерные и допплеровские.
  • Динамические, чей принцип работы основан на базе трубки Пито-Прандтля.
  • Поплавковые.
  • Вихревые.

Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.

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.

Анемометр крыльчатый

Данный прибор способен определить скорость движения воздуха, которая находится в интервале от 0,5 до 45 м/с. Кроме того, данное устройство позволяет измерять температуру, которая находится в пределах от минус 50 до плюс 100 градусов.

Конструкция анемометра такова, что ветер воспринимается лопастной крыльчаткой. Это небольшое легкое колесико, которое от механических воздействий защищается металлическим кольцом. Принцип его работы напоминает вентилятор или мельницу. Под действием ветра крыльчатка начинает вращаться. По системе зубчатых колес ее вращение передается на стрелки счетного механизма.

анемометр крыльчатый

Анемометр ручной устроен так, что счетный механизм расположен рядом с крыльчаткой. За счет этого создается преграда для ветра, тем самым рабочий диапазон ограничивается. Подобные приборы могут измерять скорость ветра, которая не превышает 5 м/с. Данные устройства подходят для измерения потока воздуха в вентиляционных шахтах, трубопроводах, воздуховодах и так далее.

Читайте так же:
Как припаять светодиод к подложке

Анемометр крыльчатый цифровой устроен таким образом, что датчик встроен внутрь прибора или является выносным. Благодаря такой конструкции никакой преграды для ветра нет. Поэтому прибор измеряет поток, скорость которого может достигать 45 м/с.

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.

Приборы чашечного типа

Анемометр чашечный способен производить измерения только в плоскости, которая расположена перпендикулярно оси вращения. Конструкция прибора представляет собой 4 чашки в форме полусфер, которые одеты на симметричные крестообразные спицы ротора.

Появились первые варианты данного устройства еще в 1846 году. Их создателем является Джон Робинсон. Название он получил благодаря внешнему сходству лопастей с чашкой. Доктор предполагал, что на вращение чашек не оказывают влияние их размер. По его мнению, скорость вращения чашек в три раза меньше, нежели скорость движения ветра. Позднее эту теорию опровергли. Было доказано, что прибор обладает коэффициентом, который находится в пределах от 2 до 3,5.

анемометр чашечный

В 1926 году Джон Паттерсон предложил ротор с тремя чашками. Им было замечено, что максимальный вращающий момент чашек достигается при их повороте на угол 45 градусов в отношении движения ветра.

В начале девяностых прошлого века Дерек Вестон усовершенствовал чашечный прибор для измерения скорости ветра. Его доработки позволили измерить дополнительно направление движения ветра. Достиг он этого простым способом – на одну из чашек установил флажок. При вращении флажок пол оборота движется по ветру, а вторую – против.

Чашечные ручные приборы подсчитывают количество оборотов, совершенных за отведенный промежуток времени. В улучшенных анемометрах ротор связывается с тахометрами различных видов. Данные приборы способны показать мгновенно скорость ветра и его изменение в реальном времени. Интервал измерения – от 0,2 до 30 м/с.

Чашечный, крыльчатый, лопастной анемометр (механический)

Чувствительный элемент устройства в виде вертушки с чашками, крыльями или лопастями на концах подвижно закреплен на оси прибора, соединенной с измерителем. Ветер заставляет вертушку с чашечками вращаться вокруг оси, а измерительный механизм считывает количество оборотов в единицу времени, преобразует его в расстояние, вычисляет скоростной показатель, а визуальную информацию выдает на шкалу прибора или цифровой дисплей. Такая конструкция появилась достаточно давно, но и сейчас она одна из самых распространенных.

Тепловые приборы

Принцип работы подобных анемометров заключается в определении электрического сопротивления проволоки. Данное значение изменяется в зависимости от температуры, которая снижается за счет движущегося потока воздуха. Это подобно тому, как в солнечный жаркий день ветерок холодит кожу.

измерение скорости и направление ветра

Конструкция анемометра представляет собой металлическую нить накаливания (из платины, нихрома, серебра, вольфрама и других металлов), которая разогревается электрическим током до температуры, превышающей температуру окружающей среды.

У приборов данного типа имеется один существенный недостаток – низкая прочность при механических воздействиях.

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.

анемометр тепловой

Ультразвуковые анемометры

Принцип работы данных приборов основан на определении скорости прохождения звука в движущемся воздушном потоке. Именно поэтому данный анемометр еще называют акустическим. При движении звука в одном направлении с воздухом его скорость увеличивается. При движении навстречу ветру скорость звука уменьшается. Благодаря этому измеряется время получения ультразвукового импульса. Устройство подключается к компьютеру для обработки полученных данных.

единицы измерения скорости ветра

Датчик может выполнять несколько функций. В зависимости от их количества, можно выделить несколько видов датчиков:

  • Двухмерные, которые способны определить скорость и направление ветра.
  • Трехмерные, которые определяют все три компонента вектора скорости ветра.
  • Четырехмерные, которые в дополнение к показателям предыдущего вида могут измерять температуру воздуха.

Ультразвуковые приборы измеряют скорость ветра до 60 м/с.

От итальянцев до Роберта Гука

Название прибора анемометр происходит от двух греческих слов «анэмос» (ветер) и «метрео» (измерять). Не случайно анемометр по-другому называют «ветрометр». Принято считать, что прибор был придуман математиком из Италии Леоном Баттистом Альберти приблизительно в 1540 году. Однако с тех пор немалому числу учёных ошибочно приписывали славу изобретателя – например, Роберту Гуку, который действительно не единожды пытался разработать собственные версии анемометра. Впрочем, долгое время прибор практически не менялся. Разве что позже, в 18 веке, ирландец Джон Робинсон слегка усовершенствовал конструкцию ветрометра, а в конце 20 века он приобрёл ряд новых функциональных возможностей – например, способность анализировать направление ветра, измерять показатели атмосферного давления, увлажнённость воздуха, его температуру и расход. Таким образом, сегодня анемометр можно назвать своего рода мобильной метеорологической станцией, и в современном приборостроении существует целый спектр моделей, которые даже включают в себя функции гигрометра, манометра и др.

Читайте так же:
Части отвертки как называются

Судовые гидрометеорологические приборы и инструменты

Судовой анемометр

Погодой называется физическое состояние атмосферы в данном месте, в данное время в ограниченном промежутке времени (сутки, месяц, год).

Метеорологическая информация, представляющая фактическое состояние погоды и прогнозы, в том числе и о циклонах имеет решающее значение для обеспечения безопасности мореплавания.

Прогноз погоды делается как на основании показаний судовых приборов, так и информации, передаваемой береговыми метеорологическими службами.

Основной элемент при прогнозировании погоды – атмосферное давление. Нормальное атмосферное давление – это масса ртутного столба высотой 760 мм на площади 1 см 2 . Для измерения давления в судовых условиях применяют барометр-анероид и барограф (рис. 18.9).

Барограф – прибор, ведущий непрерывную запись атмосферного давления на специальной бумажной ленте-барограмме. Это позволяет судить об изменении атмосферного давления во времени и делать соответствующие прогнозы.

Рис. 18.9. Приборы для измерения атмосферного давления:барометр-анероид и барограф

Приборы для измерения атмосферного давления

Для измерения скорости и направления истинного ветра служат анемометр, секундомер и круг СМО (рис. 18.10).

Рис. 18.10. Приборы для определения скорости и направления ветра: 1 – круг СМО, секундомер и анемометр 2 – автоматическая метеостанция

Приборы для определения скорости и направления ветра

Измерения средней скорости ветра

Анемометр служит для измерения средней скорости ветра за определенный промежуток времени. Счетчик анемометра имеет три циферблата: большой, разделенный на сто частей, дающий единицы и десятки делений, и два малых – для счета сотен и тысяч делений.

Перед определением скорости ветра необходимо записать отсчет шкал. Затем встать на верхнем мостике с наветренного борта в таком месте, где ветровой поток не искажается судовыми конструкциями. Держа анемометр в вытянутой руке, одновременно включить его с секундомером.

По истечении 100 секунд анемометр выключить и записать новый отсчет. Найти разность отсчетов и разделить на 100. Полученный результат – скорость ветра, измеренная в метрах в секунду (м/с).

Если судно на ходу, то измеряется кажущее (наблюдаемое) направление и скорость ветра, т. е. результирующая скоростей истинного ветра и судна.

При определении кажущегося направления ветра следует помнить, что ветер всегда «дует в компас».
Для определения истинного направления и скорости ветра на движущемся судне применяется круг СМО (Севастопольская морская обсерватория). Порядок расчета приведен на обратной стороне круга.

На современных судах устанавливаются автоматические метеостанции. На верхнем мостике крепится измерительная аппаратура, на мостик выведены индикаторы, показывающие направление и скорость истинного ветра в данный момент.

Для измерения влажности на судах применяют аспирационный психрометр (рис. 18.11), состоящий из двух термометров, вставленных в металлическую никелированную оправу, сверху которой навинчен аспиратор (вентилятор).
При заведенном аспираторе воздух всасывается снизу через двойные трубки, которыми защищены резервуары термометров. Обтекая резервуары термометров, воздух сообщает им свою температуру.
Правый резервуар обертывают батистом, который при помощи пипетки смачивают за 4 минуты до пуска вентилятора. Измерения производят на крыле мостика с наветренной стороны. Отсчеты снимают сначала с сухого термометра, потом с мокрого.

Влажность воздуха характеризуется содержанием водяного пара в воздухе. Количество водяного пара в граммах, приходящееся на один кубический метр влажного воздуха, называется абсолютной влажностью.

Относительная влажность – отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к количеству пара, необходимого для насыщения воздуха при данной температуре, выражается в процентах. При понижении температуры относительная влажность увеличивается, при повышении – уменьшается.

При охлаждении воздуха содержащего водяной пар, до некоторой температуры он окажется настолько насыщенным водяным паром, что дальнейшее охлаждение вызовет конденсацию, т. е. образование влаги, или сублимацию – непосредственное образование кристаллов льда из водяного пара. Температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар достигает насыщения, называется точкой росы.

Для измерения температуры атмосферного воздуха применяется термометр (рис. 18.12).

Рис. 18.11. Аспирационный психрометр

Судовой аспирационный психрометр

Рис. 18.12. Термометр

Судовой термометр

Для приема навигационной и метеорологической информации с целью обеспечения безопасности мореплавания разработана мировая служба предупреждений,обеспечивающая передачу навигационных и метеорологических предупреждений по радио всеми морскими странами. Для приема информации на судне используются следующие системы:

NAVTEX − система для приема прибрежных предупреждений;

спутниковая система INMARSAT-С.

Приемники NAVTEX и Инмарсат-С осуществляют круглосуточный автоматический прием сообщений. Кроме этого, на судне принимаются факсимильные карты погоды.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector