Instruments vēja ātruma mērīšanai (anemometrs): veidi, instrukcijas. lāpstiņu anemometrs

Meteoroloģiskās ierīces ietver instrumentu vēja ātruma mērīšanai, ko sauc par anemometru. Tulkojumā no sengrieķu valodas definīcija burtiski nozīmē "vēja mērītājs". Neskatoties uz nosaukumu, ierīce tika izgudrota tikai 19. gadsimtā. To izgudroja īru astronoms Džons Robinsons, lai noteiktu vēja ātrumu.

Kādam nolūkam ierīce tiek izmantota?

Līdz šim anemometra ierīci var atrast dažādās nozarēs:

• Meteoroloģiskajās stacijās, kas darbojas laika apstākļu novērošanas nolūkā.

• Lidostās. Tos izmanto lidojumu drošības dienests.

• Iegrimes noteikšanai ventilācijas sistēmās kalnrūpniecības un ogļu ieguves nozarēs.

• Būvniecībā drošības nodrošināšanai tiek izmantoti anemometri: ierīce ir piestiprināta celtņa strēles augšpusē. Kad vēja ātrums pārsniedz iestatīto parametru, darbu veikšana ir aizliegta.

• Lauksaimniecībā šo ierīci izmanto, apstrādājot labību ar ķīmiskiem aizsardzības līdzekļiem un mēslošanas līdzekļiem.

Šis ir saraksts ar galvenajām jomām, kurās ierīce tiek izmantota ātruma mērīšanai. Daži veidi var papildus izmērīt vēja virzienu dažādās plaknēs, gaisa temperatūru. Vēja ātruma mērvienības - metri sekundē - tiek izmantotas visu veidu instrumentos.

Ierīce un darbības princips

Anemometrs ļauj izmērīt vēja ātrumu un virzienu. Tas fiksē gaisa plūsmas ātrumu, pēc tam apstrādā saņemto informāciju un pārsūta to uz ierakstīšanas ierīci.

Galvenie dizaina mezgli ir tikai trīs bloki:

• Bloks, kas tieši mēra gaisa atpūtas ātrumu. Precīzāk, ierīce fiksē gaisa masu perturbāciju, kas veidojas gaisa plūsmas kustības rezultātā.

• Pārveidotājs, kas kalpo, lai pārvērstu gaisa pārvietojumus fizikālā parametrā.

• Ierakstīšanas ierīce, kas saņem signālu no devēja.

Tiek veidota sava veida ķēde, kuras katrā posmā savu lomu spēlē atsevišķs bloks.

Modeļu daudzveidība

Atkarībā no darbības principa vēja ātruma mērīšanas ierīce tiek ražota trīs versijās:

• Mehānisks. Sakarā ar gaisa kustību tajos notiek atsevišķu elementu rotācija. Šajā kategorijā ietilpst kausu un lāpstiņu (vai lāpstiņu) anemometri. Tie atšķiras viens no otra elementa dizainā, kas uztver gaisa plūsmas.

• Apkure (vai termiskā). To dizains ietver sildelementu (parasti vienkāršu kvēlspuldzi). Kustīgu gaisa masu ietekmē šis elements atdziest. Ierīce nosaka temperatūras samazināšanas pakāpi.

• Ultraskaņas, kas mēra skaņas ātrumu. Skaņai, kas iet caur kustīgu gāzi, ir atšķirīgs ātrums. Ja tas virzās pret vēju, tad tā ātrums būs mazāks. Un otrādi, virzoties vienā virzienā ar vēju, tā ātrums būs lielāks nekā klusā gaisā.

Klasifikācija

Ierīcei vēja ātruma mērīšanai tās konstrukcijā ir sensors, kas ir tiešā saskarē ar gaisa plūsmu. Atkarībā no šī sensora veida izšķir šādus anemometru veidus:

• Rotācija, kurā atsevišķi konstrukcijas elementi sāk griezties vēja ātruma ietekmē.

• Ultraskaņa, ko citādi sauc par akustisko.

• Apkure, tos sauc arī par termisko.

• Optiskie, kas savukārt ir sadalīti lāzera un Doplera.

• Dynamic, kura darbības princips ir balstīts uz Pitot-Prandtl cauruli.

• Pludiņš.

• Virpulis.

Šis ir pašlaik pieejamo ierīču saraksts.

lāpstiņu anemometrs

Šī ierīce spēj noteikt gaisa kustības ātrumu, kas ir robežās no 0,5 līdz 45 m/s. Turklāt šī ierīce ļauj izmērīt temperatūru, kas ir robežās no mīnus 50 līdz plus 100 grādiem.

Anemometra konstrukcija ir tāda, ka vējš tiek uztverts ar lāpstiņu lāpstiņu. Šis ir neliels viegls ritenis, kuru no mehāniskām ietekmēm pasargā metāla gredzens. Tās darbības princips atgādina ventilatoru vai dzirnavas. Vēja ietekmē lāpstiņritenis sāk griezties. Izmantojot zobratu sistēmu, tā rotācija tiek pārraidīta uz skaitīšanas mehānisma bultiņām.

Manuālais anemometrs ir veidots tā, ka skaitīšanas mehānisms atrodas blakus lāpstiņritenim. Tas rada barjeru vējam, tādējādi ierobežojot darbības diapazonu. Šādas ierīces var izmērīt vēja ātrumu, kas nepārsniedz 5 m/s. Šīs ierīces ir piemērotas gaisa plūsmas mērīšanai ventilācijas šahtās, cauruļvados, gaisa kanālos un tā tālāk.

Digitālais lāpstiņu anemometrs ir veidots tā, lai sensors būtu iebūvēts ierīcē vai būtu attālināts. Pateicoties šim dizainam, vējam nav šķēršļu. Tāpēc ierīce mēra plūsmu, kuras ātrums var sasniegt 45 m/s.

Krūzes tipa ierīces

Krūzes anemometrs spēj mērīt tikai plaknē, kas ir perpendikulāra rotācijas asij. Ierīces dizains sastāv no 4 krūzēm pusložu formā, kas ir uzvilktas uz simetriskiem rotora krustveida spieķiem.

Pirmās šīs ierīces versijas parādījās 1846. gadā. Viņu radītājs ir Džons Robinsons. Savu nosaukumu tas ieguva, pateicoties asmeņu ārējai līdzībai ar kausu. Ārsts pieļāva, ka tasīšu rotāciju to izmērs neietekmē. Viņaprāt, kausu griešanās ātrums ir trīs reizes mazāks par vēja ātrumu. Vēlāk šī teorija tika atspēkota. Ir pierādīts, ka ierīcei ir koeficients, kas svārstās no 2 līdz 3,5.

1926. gadā Džons Patersons ierosināja trīs kausu rotoru. Viņš novērojis, ka kausu maksimālais griezes moments tiek sasniegts, kad tās tiek pagrieztas 45 grādu leņķī attiecībā pret vēja kustību.

Pagājušā gadsimta deviņdesmito gadu sākumā Dereks Vestons uzlaboja kausa ierīci vēja ātruma mērīšanai. Tās modifikācijas ļāva papildus izmērīt vēja kustības virzienu. Viņš to panāca vienkāršā veidā – uzlika karogu uz viena no kausiem. Rotējot, karogs pārvietojas pusi apgriezienu ar vēju, bet otrs - pret.

Krūzes rokas instrumenti skaita apgriezienu skaitu, kas veikti noteiktajā laika periodā. Uzlabotajos anemometros rotors ir saistīts ar dažāda veida tahometriem. Šīs ierīces spēj uzreiz parādīt vēja ātrumu un tā izmaiņas reāllaikā. Mērījumu intervāls - no 0,2 līdz 30 m/s.

Siltuma ierīces

Šādu anemometru darbības princips ir noteikt stieples elektrisko pretestību. Šī vērtība mainās atkarībā no temperatūras, ko samazina kustīgā gaisa plūsma. Tas ir kā vējš, kas atdzesē ādu karstā saulainā dienā.

Anemometra dizains ir metāla pavediens (izgatavots no platīna, nihroma, sudraba, volframa un citiem metāliem), kas tiek uzkarsēts ar elektrisko strāvu līdz temperatūrai, kas pārsniedz apkārtējās vides temperatūru.

Šāda veida ierīcēm ir viens būtisks trūkums - zema izturība mehāniskā spriedzē.

Ultraskaņas anemometri

Šo ierīču darbības princips ir balstīts uz skaņas ātruma noteikšanu kustīgā gaisa plūsmā. Tāpēc šo anemometru sauc arī par akustisko. Kad skaņa pārvietojas vienā virzienā ar gaisu, tās ātrums palielinās. Pārvietojoties pret vēju, skaņas ātrums samazinās. Sakarā ar to tiek mērīts ultraskaņas impulsa saņemšanas laiks. Ierīce tiek savienota ar datoru, lai apstrādātu saņemtos datus.

Sensors var veikt vairākas funkcijas. Atkarībā no to skaita var izdalīt vairākus sensoru veidus:

• Divdimensiju, kas spēj noteikt vēja ātrumu un virzienu.

• Trīsdimensiju, kas nosaka visas trīs vēja ātruma vektora sastāvdaļas.

• Četrdimensiju, kas papildus iepriekšējā tipa indikatoriem var izmērīt gaisa temperatūru.

Ultraskaņas instrumenti mēra vēja ātrumu līdz 60 m/s.