Меню

Датчик для измерения скорости ветра



Приборы для измерения скорости и направления ветра.

Для чего используется прибор

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.

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.

Приборы для измерения скорости и направления ветра

Корабельный измеритель ветра КИВ предназначен для дистанционного определения скорости и направления ветра, измеряемых на уровне установки датчика ветра.

Принцип действия изделия основан на преобразовании значений метеорологических параметров в электрические величины, отсчитываемые визуально по показаниям соответствующих приборов. Измеритель ветра устанавливается на надводных кораблях, а также может применяться на наземных пунктах метеослужбы. В состав изделия входят: датчик ветра, центральный прибор, репитер, построитель. Для измерения скорости и направления ветра используется зависимость между скоростью ветра и числом оборотов вертушки, между направлением ветра и положением свободно ориентирующейся флюгарки датчика ветра. Скорость и направление ветра при помощи сельсинной передачи дистанционно передаются в пульт – центральный прибор. В центральном приборе происходит осреднение величины скорости ветра при помощи программно-наборного механизма и сглаживания величины направления ветра при помощи демпфирующего механизма. Режим работы – непрерывный с дискретной выдачей данных средней скорости наблюдаемого ветра через каждые 120 с работы прибора.

Технические характеристики

  • Диапазон измерения средней скорости наблюдаемого ветра, м/с 2-50, скорости истинного ветра, м/с 2-40,
  • направления ветра, град 0-360,
  • Основная погрешность, не более:
      средней скорости наблюдаемого ветра, м/с +(0,5+0,05V), где V- скорость наблюдаемого ветра, направления наблюдаемого ветра, град +10.
  • Порог чувствительности датчика ветра, м/с, не более
      по скорости ветра 1,8
    • по направлению 1,8
  • Основная погрешность установки и снятия отсчетов на построителе:
      скорости ветра , м/с +0,2
    • направления ветра, градусы +0,2
  • Габариты, мм, не более:
      датчик скорости и направления ветра Ø180х360х640,
    • центральный прибор 418х296х190,
    • репитер 129х174х253,
    • трансформатор 172х178х306,
    • построитель 65х250х278.
  • В непрерывной работы не более 48 часов.
  • Мощность, потребляемая изделием, в зависимости от комплектации не более при напряжении 220В 550ВА.

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.

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.
Читайте также:  Измерение информации примеры с ответами

  • 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.

Классификация анемометров и принцип их работы

Существует множество разновидностей анемометров, однако чаще всего для измерений используют:

Чашечный анемометр

Чашечный анемометр имеет самую простую конструкцию: подвижный элемент с четырьмя лопастями. Как только ветер на них воздействует, ось начинает вращаться и передавать данные измерительному прибору. Он фиксирует число вращений лопастей за конкретный период времени. Анемометр этого типа идеально подходит для использования на открытой местности, поэтому ценится метеорологами.

Крыльчатый анемометр

Крыльчатый анемометр наиболее распространен среди приборов, измеряющих скорость воздушных масс. Он состоит из крыльчатки, защищенной кольцом, и соединенной напрямую либо гибким проводом с измерительным прибором. Такая конструкция позволяет использовать его для регистрации скорости воздуха в труднодоступных местах.

Ультразвуковой анемометр

Ультразвуковой анемометр реже других используют для измерения скорости ветра. Как уже понятно из названия, он измеряет скорость звука в помещении, которая меняется в зависимости от направления перемещения воздушных масс.

Двухкомпонентные устройства помимо скорости ветра могут определять, куда он движется в зависимости от частей света. Скорость звука в такой аппаратуре зависит от времени преодоления ультразвуковыми импульсами расстояния от излучателя до ультразвукового микрофона. Практически все анемометры работают от заряжаемых аккумуляторов или батареек.

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 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.

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.

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.

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.

Читайте также:  Измерения сопротивления изоляции электропроводок как проводится

Определение скорости ветра

Сила ветра в баллах по Бофорту Название Признаки для оценки Скорость ветра в м/сек Скорость ветра в км/час Скорость ветра в миль/час
штиль Листья на деревьях не колеблются, дым сигареты поднимается вертикально, огонь от спички не отклоняется меньше 1
1 тихий Дым сигареты несколько отклоняется, но ветер не ощущается лицом 1 3,6 1-3
2 легкий Ветер чувствуется лицом, листья на деревьях колышутся (шелестят) 2-3 5-12 4-7
3 слабый Ветер качает мелкие ветки и колеблет флаг 4-5 13-19 8-12
4 умеренный Качаются ветки средней величины, поднимается пыль 6-8 20-30 13-18
5 свежий Качаются тонкие стволы деревьев и толстые ветви, образуется рябь на воде 9-10 31-37 19-24
6 сильный Качаются толстые стволы деревьев, ветер «гудит» в проводах 11-13 38-48 25-31
7 крепкий Качаются большие деревья, против ветра трудно идти 14-17 49-63 32-38
8 очень крепкий Ветер ломает толстые стволы 18-20 64-73 39-46
9 шторм Ветер сносит легкие постройки, валит заборы 21-26 74-94 47-54
10 сильный шторм Деревья вырываются с корнем, сносятся более прочные постройки 27-31 95-112 55-63
11 жестокий шторм Ветер производит большие разрушения, валит телеграфные столбы, вагоны и т. д. 32-36 115-130 64-72
12 ураган Ураган разрушает дома, опрокидывает каменные стены Более 36 Более 130 73-82

Оружие > Баллистика нарезного оружия

Автор не несет никакой ответственности за любой вид ущерба, понесенного в результате использования присутствующей здесь информации. Автор оставляет на усмотрение читателя, применять полученные здесь сведения, или подвергнуть тщательной проверке в специализированных источниках.

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.

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.

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.

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.

Современные анемометры

С течением времени конструкция приборов, предназначенных для определение скорости и направления ветра, видоизменялась и улучшалась. В 1846 году ирландец Джон Робинсон создал один из типов приборов, которые до сих пор используются современными учеными, — чашечный анемометр. Он представлял собой конструкцию, имеющую четыре чаши, располагающиеся на вертикальной оси. Дующий ветер вызывал вращение чаш, а скорость этого вращения позволяла замерить скорость движения воздушного потока. Впоследствии четырехчашечная конструкция была заменена на трехчашечную, поскольку она позволяла уменьшить погрешность показаний прибора.
Еще один вид анемометра, применяющийся современными учеными — тепловой анемометр, принцип действия которого основан на изменении температуры нагретой металлической нити под воздействием воздушного потока. Степень ее охлаждения в результате такого воздействия служит основанием для осуществления измерений скорости и направления ветра.

Наконец, третий наиболее распространенный сегодня тип прибора — ультразвуковой анемометр, который в 1904 году разработал геолог Андреас Флич. Он измеряет основные параметры воздушного потока в зависимости от изменения скорости звука в текущих условиях окружающей среды. При этом ультразвуковые анемометры имеют самый большой спектр возможностей, по сравнению с другими типами приборов: они позволяют производить замеры не только скорости и направления ветра, но и его температуру, влажность и другие параметры.

Читайте также:  Маховый момент единицы измерения

Источник

Датчики ветра

Датчики ветра — кому они нужны?

Повседневно человек не задумывается о таких словах как: ветер датчик скорость направление. Между тем измерение силы, скорости и направления ветра является важной составляющей для деятельности предприятий различных отраслей. Профессионально анемометры применяются для решения следующих задач:

  • Профессиональные метеонаблюдения на сети Росгидромета;
  • Измерение скорости и направления ветра в аэропортах;
  • Экологический мониторинг атмосферных выбросов;
  • Агрометеорологические прогнозы;
  • Измерение силы и направления ветра на транспорте;
  • Контроль скорости и направления ветра на судах и плавучих платформах;
  • Датчики ветра морские (для прибрежной инфраструктуры);
  • Анемометры на кранах и высотных сооружений;
  • Измерение силы ветра в энергетике (ветрогенерация);
  • Научные исследования и изыскания;
  • Прикладные задачи (измерения воздушного потока в шахтах, туннелях, путепроводах и др.).

Наиболее зависимы от ветровой нагрузки и нуждаются в постоянном мониторинге следующие потребители информации: Аэропорты, морские порты, морские плавательные средства (суда, платформы), башенные краны, сельское хозяйство (агрономия), опасные производства (АЭС, химкомбинаты, нефтебазы).

На таких предприятиях обычно имеются собственные анемометры или метеостанции. Другие потребители запрашивают данные в Росгидромете или на иных специализированных ресурсах.

Устройство и технологии:

Наибольшее распространение получили следующие типы приборов:

  • Механические измерители:
    1. Датчики направления ветра (флюгеры);
    2. Датчики скорости ветра (анемометры).
  • Ультразвуковые датчики ветра.

При проведении измерений сенсор преобразует параметр скорости или направления в определенный сигнал, который далее передается в систему автоматики. Поэтому, иногда датчики также называются преобразователи ветра.

Каждая технология имеет преимущества и недостатки.

Так, механические измерители скорости и направления ветра имеют подвижные элементы, что ускоряет их износ. При этом они дешевле для стандартных применений.

Механические анемометры могут эксплуатироваться как отдельные приборы (анемометр козлового крана (ТМ—610-МН), датчик направления ветра на стрельбище ТМ-710-МС). Но чаще используются совмещенные измерители двух параметров скорости и направления (ТМ-852-Мх).

Ультразвуковые датчики ветра имеют более дорогую цену. Производятся единым блоком (два сенсора в одном корпусе). Требуют электропитание для измерений. Могут измерять только скорость (например, датчик ТМ-810-У) или включают дополнительные сенсоры, позволяющие измерять давление, влажность, температуру и др. параметры воздуха (например, ТМ-830-У).

Производители

Существует огромное количество производителей анемометров различного принципа действия.

На рынке есть дешевые сенсоры, имеющие низкий ресурс работоспособности, предназначенные для бережной эксплуатации. Обычно такими приборами измеряют ветер в бытовых применениях или энтузиасты, подключая их к Arduino или Raspberry.

При ответственных задачах контроля силы, скорости и направления используются приборы известных производителей, подтвердивших свою надежность.
Среди механических достаточно надежны приборы отечественного производства (Эколог-Юг, Техномера, Гидрометприбор и др.).
Ультразвуковые датчики ветра достойно представляют иностранные бренды (Vaisala, Lufft) или отечественные марки (Тайфун, Техномера).

Примеры применений — в отраслевых решениях:

Сами по себе измерители скорости, силы и направления ветра интересны только в прикладных целях. Для профессиональных измерений анемометры нужны для составления прогнозов, отчетности, коммерческих расчетов, выяснения причин и последствий опасных ситуаций.

Поэтому они обычно применяются или в составе метеостанций или как часть регистрационного комплекса, имеющего архив измерений. Также, результаты измерений часто требуется передавать в режиме on-line с выводом информации на экран или ПК. Нередки задачи с беспроводной передачей данных.

Специалисты нашей компании имеют опыт решения подобных задач. Например, нами разработаны системы, комплексы и решения:

«Аэротон» — для контроля скорости движения воздуха в тоннелях;

Метеокомплекс «Триумф-С» — специализированная судовая (корабельная) метеостанция;

«Курьер-78» — блок сбора и передачи метеоданных в локальную сеть предприятия;

«Колумб» — система беспроводной передачи данных на территории предприятий;

Метеостанции серии «ИнфоМет» для частных и промышленных применений. Типовые и под заказ.

Как с нами связаться:

Купить датчики ветра или получить консультацию, или заказать разработку решения вы можете, обратившись к нам в разделе «Контакты» или заполнив любую форму обратной связи на сайте.

Источник