Naprava za merjenje hitrosti vetra (anemometer): vrste, navodila. Krilni anemometer

Med meteorološke naprave spada naprava za merjenje hitrosti vetra, imenovana anemometer. V prevodu iz starogrščine definicija dobesedno pomeni »vetromer«. Kljub imenu je bila naprava izumljena šele v 19. stoletju. Izumil ga je irski astronom John Robinson za določanje hitrosti vetra.

Za kaj se naprava uporablja?

Danes je anemometer mogoče najti v različnih panogah:

• Na meteoroloških postajah, ki delujejo za opazovanje vremena.

• Na letališčih. Uporablja jih služba za varnost letenja.

• Za določanje vleka v prezračevalnih sistemih v rudarstvu in premogovništvu.

• V gradbeništvu se za zagotavljanje varnosti uporabljajo anemometri: naprava je nameščena na vrhu kraka žerjava. Ko hitrost vetra preseže določen parameter, je delo prepovedano.

• V kmetijstvu se ta naprava uporablja pri obdelavi pridelkov s kemičnimi zaščitnimi sredstvi in ​​gnojili.

To je seznam glavnih področij, kjer se uporablja naprava za merjenje hitrosti. Nekateri tipi lahko dodatno merijo smer vetra v različnih ravninah in temperaturo zraka. Enote za hitrost vetra - metri na sekundo - se uporabljajo v instrumentih vseh vrst.

Zasnova in princip delovanja

Anemometer vam omogoča merjenje hitrosti in smeri vetra. Zajame hitrost pretoka zraka, nato obdela prejeto informacijo in jo posreduje snemalni napravi.

Glavne komponente strukture so le trije bloki:

• Enota, ki neposredno meri hitrost zraka v mirovanju. Natančneje, naprava zaznava motnje zračnih mas, ki nastanejo kot posledica gibanja zračnega toka.

• Pretvornik, ki služi za pretvorbo premikov zraka v fizikalni parameter.

• Snemalna naprava, ki sprejema signal iz pretvornika.

Oblikuje se nekakšna veriga, na vsaki stopnji katere igra svojo vlogo ločen blok.

Raznolikost modelov

Glede na princip delovanja je naprava za merjenje hitrosti vetra izdelana v treh izvedbah:

• Mehanski. Zaradi gibanja zraka v njih se posamezni elementi vrtijo. Ta kategorija vključuje anemometre s skodelico in krilnimi (ali z rezili). Med seboj se razlikujejo po zasnovi elementa, ki zaznava zračne tokove.

• Ogrevanje (ali termično). Njihova zasnova vključuje grelni element (običajno preprosto žico z žarilno nitko). Pod vplivom gibljivih zračnih mas se ta element ohladi. Naprava določa stopnjo znižanja temperature.

• Ultrazvok, ki meri hitrost zvoka. Zvok, ki prehaja skozi premikajoči se plin, ima različne hitrosti. Če se premika proti vetru, bo njegova hitrost manjša. Nasprotno, ko se giblje v isti smeri kot veter, bo njegova hitrost večja kot v mirnem zraku.

Razvrstitev

Naprava za merjenje hitrosti vetra ima v svoji strukturi senzor, ki je v neposrednem stiku z zračnim tokom. Glede na vrsto tega senzorja ločimo naslednje vrste anemometrov:

• Rotacijski, pri katerem se posamezni strukturni elementi začnejo vrteti pod vplivom hitrosti vetra.

• Ultrazvočni, ki se imenuje tudi akustični.

• Ogrevanje, imenujemo jih tudi termični.

• Optični, ki se delijo na laserske in dopplerske.

• Dynamic, katerega princip delovanja temelji na Pitot-Prandtlovi cevi.

• Lebdi

• Vortex.

To je seznam naprav, ki jih trenutno lahko najdete.

Krilni anemometer

Ta naprava je sposobna določati hitrost zraka, ki sega od 0,5 do 45 m/s. Poleg tega ta naprava omogoča merjenje temperature, ki sega od minus 50 do plus 100 stopinj.

Zasnova vetrometra je takšna, da veter zaznava rotor z lopaticami. To je majhno, lahko kolo, ki je pred mehanskimi obremenitvami zaščiteno s kovinskim obročem. Načelo njegovega delovanja spominja na ventilator ali mlin. Pod vplivom vetra se rotor začne vrteti. Skozi sistem zobnikov se njegovo vrtenje prenaša na puščice mehanizma za štetje.

Ročni anemometer je zasnovan tako, da se števni mehanizem nahaja poleg rotorja. To ustvarja oviro za veter in s tem omejuje območje delovanja. Takšne naprave lahko merijo hitrost vetra, ki ne presega 5 m/s. Te naprave so primerne za merjenje pretoka zraka v prezračevalnih jaških, cevovodih, zračnih kanalih ipd.

Digitalni krilni anemometer je zasnovan tako, da je senzor vgrajen v napravo ali oddaljen. Zahvaljujoč tej zasnovi ni ovire za veter. Zato naprava meri pretok, katerega hitrost lahko doseže 45 m/s.

Naprave tipa skodelice

Skodelični anemometer lahko meri samo v ravnini, ki je pravokotna na vrtilno os. Zasnova naprave je sestavljena iz 4 skodelic v obliki polkrogel, ki so nameščene na simetrične napere rotorja v obliki križa.

Prve različice te naprave so se pojavile leta 1846. Njihov ustvarjalec je John Robinson. Ime je dobil zaradi zunanje podobnosti rezil s skodelico. Zdravnik je domneval, da na rotacijo skodelic ne vpliva njihova velikost. Po njegovem mnenju je hitrost vrtenja skodelic trikrat manjša od hitrosti vetra. Ta teorija je bila kasneje ovržena. Dokazano je, da ima naprava koeficient, ki se giblje od 2 do 3,5.

Leta 1926 je John Patterson predlagal rotor s tremi skodelicami. Opazil je, da je bil največji navor skodelic dosežen, ko so bile zasukane pod kotom 45 stopinj glede na gibanje vetra.

V zgodnjih devetdesetih letih prejšnjega stoletja je Derek Weston izboljšal skodelico naprave za merjenje hitrosti vetra. Njegove izboljšave so omogočile dodatno merjenje smeri gibanja vetra. To je dosegel na preprost način – na eno od skodelic je namestil zastavico. Pri vrtenju se zastava premakne za pol obrata z vetrom, drugi pa proti njemu.

Ročni skodelicni instrumenti štejejo število opravljenih vrtljajev v določenem časovnem obdobju. Pri izboljšanih anemometrih je rotor povezan z različnimi vrstami tahometrov. Te naprave lahko takoj pokažejo hitrost vetra in njene spremembe v realnem času. Merilni interval - od 0,2 do 30 m/s.

Toplotne naprave

Načelo delovanja takih anemometrov je določanje električnega upora žice. Ta vrednost se spreminja glede na temperaturo, ki jo zmanjša premični zračni tok. Podobno je, kako vam na vroč sončen dan vetrič ohladi kožo.

Zasnova anemometra je kovinska nitka (izdelana iz platine, nikroma, srebra, volframa in drugih kovin), ki se segreje z električnim tokom na temperaturo, ki presega temperaturo okolja.

Naprave te vrste imajo eno pomembno pomanjkljivost - nizko trdnost pri mehanskih obremenitvah.

Ultrazvočni anemometri

Načelo delovanja teh naprav temelji na določanju hitrosti zvoka v gibljivem zračnem toku. Zato se ta vetromer imenuje tudi akustični. Ko se zvok premika v isto smer kot zrak, se njegova hitrost poveča. Pri gibanju proti vetru se hitrost zvoka zmanjša. Zahvaljujoč temu se meri čas, potreben za sprejem ultrazvočnega impulza. Naprava je povezana z računalnikom za obdelavo prejetih podatkov.

Senzor lahko opravlja več funkcij. Glede na njihovo število lahko ločimo več vrst senzorjev:

• Dvodimenzionalni, ki so sposobni določiti hitrost in smer vetra.

• Tridimenzionalne, ki določajo vse tri komponente vektorja hitrosti vetra.

• Štiridimenzionalni, ki poleg indikatorjev prejšnjega tipa lahko meri temperaturo zraka.

Ultrazvočne naprave merijo hitrost vetra do 60 m/s.