Prístroj na meranie rýchlosti vetra (anemometer): typy, návod. lopatkový anemometer

Medzi meteorologické prístroje patrí prístroj na meranie rýchlosti vetra, ktorý sa nazýva anemometer. V preklade zo starovekej gréčtiny táto definícia doslova znamená „veterný merač“. Napriek názvu bolo zariadenie vynájdené až v 19. storočí. Vynašiel ho írsky astronóm John Robinson na určenie rýchlosti vetra.

Na čo sa zariadenie používa?

K dnešnému dňu možno anemometer nájsť v rôznych priemyselných odvetviach:

• Na meteorologických staniciach, ktoré fungujú za účelom pozorovania počasia.

• Na letiskách. Používa ich letová bezpečnostná služba.

• Na stanovenie ťahu vo ventilačných systémoch v baníctve a uhoľnom priemysle.

• V stavebníctve sa na zaistenie bezpečnosti používajú anemometre: zariadenie je upevnené na hornej časti výložníka žeriavu. Keď rýchlosť vetra prekročí nastavený parameter, je zakázané vykonávať prácu.

• V poľnohospodárstve sa toto zariadenie používa pri spracovaní plodín chemickými ochrannými prostriedkami a hnojivami.

Toto je zoznam hlavných oblastí, kde sa zariadenie používa na meranie rýchlosti. Niektoré typy dokážu dodatočne merať smer vetra v rôznych rovinách, teplotu vzduchu. Jednotky rýchlosti vetra - metre za sekundu - sa používajú v prístrojoch všetkých druhov.

Zariadenie a princíp činnosti

Anemometer umožňuje merať rýchlosť a smer vetra. Zachytáva rýchlosť prúdenia vzduchu, po čom prijatú informáciu spracuje a odošle do záznamového zariadenia.

Hlavné uzly dizajnu sú iba tri bloky:

• Blok, ktorý priamo meria rýchlosť odpočinku vzduchu. Presnejšie povedané, zariadenie zachytáva rozrušenie vzdušných hmôt, ktoré vzniká v dôsledku pohybu prúdu vzduchu.

• Prevodník, ktorý slúži na premenu výtlaku vzduchu na fyzikálny parameter.

• Záznamové zariadenie, ktoré prijíma signál z prevodníka.

Vytvára sa akási reťaz, v ktorej každej fáze zohráva svoju úlohu samostatný blok.

Rôzne modely

V závislosti od princípu činnosti sa zariadenie na meranie rýchlosti vetra vyrába v troch verziách:

• Mechanický. V dôsledku pohybu vzduchu v nich dochádza k rotácii jednotlivých prvkov. Do tejto kategórie patria hrnčekové a lopatkové (alebo lopatkové) anemometre. Líšia sa od seba dizajnom prvku, ktorý vníma prúdenie vzduchu.

• Vykurovanie (alebo tepelné). Ich konštrukcia obsahuje vykurovacie teleso (zvyčajne jednoduchý žhaviaci drôt). Pod vplyvom pohybujúcich sa vzduchových hmôt sa tento prvok ochladzuje. Zariadenie určuje stupeň zníženia teploty.

• Ultrazvuk, ktorý meria rýchlosť zvuku. Zvuk prechádzajúci pohybujúcim sa plynom má inú rýchlosť. Ak sa pohybuje proti vetru, jeho rýchlosť bude nižšia. Naopak, pri pohybe v rovnakom smere ako vietor bude jeho rýchlosť vyššia ako v bezvetrí.

Klasifikácia

Zariadenie na meranie rýchlosti vetra má vo svojej konštrukcii snímač, ktorý je v priamom kontakte s prúdom vzduchu. V závislosti od typu tohto snímača sa rozlišujú tieto typy anemometrov:

• Rotačný, pri ktorom sa jednotlivé konštrukčné prvky začnú otáčať vplyvom rýchlosti vetra.

• Ultrazvuk, ktorý sa inak nazýva akustický.

• Vykurovanie, nazývajú sa aj tepelné.

• Optické, ktoré sa zase delia na laserové a dopplerovské.

• Dynamic, ktorého princíp činnosti je založený na Pitot-Prandtlovej trubici.

• Plavák.

• Vortex.

Toto je zoznam aktuálne dostupných zariadení.

lopatkový anemometer

Toto zariadenie je schopné určiť rýchlosť pohybu vzduchu, ktorá je v rozmedzí od 0,5 do 45 m/s. Tento prístroj navyše umožňuje merať teplotu, ktorá sa pohybuje v rozmedzí od mínus 50 do plus 100 stupňov.

Konštrukcia anemometra je taká, že vietor je vnímaný lopatkovým obežným kolesom. Ide o malé ľahké koliesko, ktoré je pred mechanickými vplyvmi chránené kovovým krúžkom. Princíp jeho fungovania pripomína ventilátor alebo mlyn. Pod vplyvom vetra sa obežné koleso začne otáčať. Prostredníctvom sústavy ozubených kolies sa jej otáčanie prenáša na šípky počítacieho mechanizmu.

Manuálny anemometer je navrhnutý tak, že počítací mechanizmus je umiestnený vedľa obežného kolesa. To vytvára bariéru pre vietor, čím sa obmedzuje prevádzkový dosah. Takéto zariadenia dokážu merať rýchlosť vetra, ktorá nepresahuje 5 m/s. Tieto prístroje sú vhodné na meranie prietoku vzduchu vo vetracích šachtách, potrubiach, vzduchotechnických potrubiach a pod.

Digitálny lopatkový anemometer je navrhnutý tak, že snímač je zabudovaný v zariadení alebo je vzdialený. Vďaka tomuto dizajnu tu nie je žiadna bariéra proti vetru. Preto prístroj meria prietok, ktorého rýchlosť môže dosiahnuť 45 m/s.

Spotrebiče pohárového typu

Pohárkový anemometer je schopný merať iba v rovine, ktorá je kolmá na os otáčania. Dizajn zariadenia pozostáva zo 4 pohárov vo forme hemisfér, ktoré sú oblečené na symetrických krížových lúčoch rotora.

Prvé verzie tohto zariadenia sa objavili v roku 1846. Ich tvorcom je John Robinson. Svoje meno dostal vďaka vonkajšej podobnosti čepelí s pohárom. Lekár predpokladal, že rotáciu pohárikov neovplyvňuje ich veľkosť. Podľa jeho názoru je rýchlosť otáčania pohárov trikrát menšia ako rýchlosť vetra. Táto teória bola neskôr vyvrátená. Bolo dokázané, že zariadenie má koeficient, ktorý sa pohybuje od 2 do 3,5.

V roku 1926 John Patterson navrhol rotor s tromi pohármi. Všimol si, že maximálny krútiaci moment pohárov sa dosiahne, keď sú otočené pod uhlom 45 stupňov vzhľadom na pohyb vetra.

Začiatkom deväťdesiatych rokov minulého storočia Derek Weston zdokonalil pohárové zariadenie na meranie rýchlosti vetra. Jeho úpravy umožnili dodatočne merať smer pohybu vetra. Dosiahol to jednoduchým spôsobom – na jeden z pohárov nastavil vlajku. Pri otáčaní sa vlajka pohybuje o polovicu otáčky s vetrom a druhá - proti.

Pohárové ručné nástroje počítajú počet otáčok vykonaných v určenom časovom období. V vylepšených anemometroch je rotor spojený s rôznymi typmi tachometrov. Tieto zariadenia sú schopné okamžite zobraziť rýchlosť vetra a jeho zmenu v reálnom čase. Interval merania - od 0,2 do 30 m/s.

Tepelné spotrebiče

Princíp činnosti takýchto anemometrov je určiť elektrický odpor drôtu. Táto hodnota sa mení v závislosti od teploty, ktorá sa znižuje pohybujúcim sa prúdom vzduchu. Je to ako vánok, ktorý ochladzuje pokožku v horúcom slnečnom dni.

Konštrukcia anemometra je kovové vlákno (vyrobené z platiny, nichrómu, striebra, volfrámu a iných kovov), ktoré je ohrievané elektrickým prúdom na teplotu presahujúcu teplotu okolia.

Zariadenia tohto typu majú jednu významnú nevýhodu - nízku pevnosť pri mechanickom namáhaní.

Ultrazvukové anemometre

Princíp činnosti týchto zariadení je založený na určovaní rýchlosti zvuku v pohybujúcom sa prúde vzduchu. Preto sa tento anemometer nazýva aj akustický. Keď sa zvuk pohybuje rovnakým smerom ako vzduch, jeho rýchlosť sa zvyšuje. Pri pohybe proti vetru sa rýchlosť zvuku znižuje. Vďaka tomu sa meria čas prijatia ultrazvukového impulzu. Zariadenie sa pripojí k počítaču na spracovanie prijatých údajov.

Senzor môže vykonávať niekoľko funkcií. V závislosti od ich počtu je možné rozlíšiť niekoľko typov senzorov:

• Dvojrozmerné, ktoré sú schopné určiť rýchlosť a smer vetra.

• Trojrozmerné, ktoré definujú všetky tri zložky vektora rýchlosti vetra.

• Štvorrozmerný, ktorý okrem ukazovateľov predchádzajúceho typu dokáže merať teplotu vzduchu.

Ultrazvukové prístroje merajú rýchlosť vetra až do 60 m/s.