Анемометр АПР-2, назначение и технические характеристики

Что означает слово «анемометр»?

Анемометр имеет другое название «ветрометр» и происходит от двух греческих слов – ἄνεμος (ветер) и μετρέω (измерять). Простым языком, он представляет собой прибор, измеряющий ветер. Создателем анемометра принято считать итальянского математика Леона Баттиста Альберти.

Прибор, придуманный им примерно в 1540 году, с того времени практически не изменился. В последующие столетия многие ученые, в том числе Роберт Гук, пытались разработать свои версии устройства, причем некоторым из них ошибочно приписывалась слава изобретателя.

В 1846 году ирландский астроном Джон Робинсон значительно улучшил конструкцию анемометра с помощью четырех полусферических чашек и механических колес. Некоторые новые функции устройство приобрело в конце XX века. Благодаря Дереку Уэстону оно получило возможность определять направление ветра, а доктор Эндрюс Флитц разработал звуковой анемометр.

Основные разновидности современных анемометров

Прежде всего, следует сказать, что на рынке анемометров принято выделять стационарные и портативные модели. Первые из них, в силу своей громоздкости, чаще всего применяют в метеорологии, а также на кайт-станциях – профессиональных  базах для занятий кайтсёрфингом.

Чашечный анемометр. Это своего рода классический образец измерителей, «прародитель» всех современных моделей. Конструктивно он представляет собой устройство, в котором вокруг оси вращаются 4 полусферы. Ось соединяется с системой, производящей определение скорости ветра, исходя из числа совершаемых им «оборотов».

Так как чашечный анемометр – это наиболее простая версия прибора, результаты измерений являются весьма приблизительными. Кроме того, недостаток подобной конструкции определяется тем, что замеры могут осуществляться только в одном направлении – параллельном оси прибора.

Крыльчатый анемометр. Данную конструкцию также именуют «анемометр с крыльчаткой», он же «лопастный анемометр» либо «мельничный анемометр». Под «крыльчаткой» понимают вентилятор, закреплённый на оси данного типа оборудования.

Анемометр крыльчатой конструкции обладает крайне малым весом, моментально отзывается на движение ветра и, как следствие, отображает все изменения. Устройства данного типа оснащают зондом, который удобно погружать в воздуховоды. Прибор демонстрирует высокую точность анализа, прочность конструкции и долговечность.

Термоанемометр. Данный прибор, в отличие от предыдущих типов, не наделён вращающимися чувствительными элементами. Вместо этого скорость воздуха вычисляется, исходя из сопротивления и характера охлаждения воздушными потоками накалённой вольфрамовой нити.

Отсюда прибор и получил своё название – термоанемометр.  Данный тип прибора широко распространён в уже упомянутом кайтсерфинге – в особенности, потому, что современные термоанемометры выполняют сразу три измерительные функции – определение скорости, направления и температуры воздушных потоков.

Другие распространённые типы анемометров. Среди других современных разновидностей анемометров можно отметить цифровые приборы нового поколения, наделённые, так же, как и термоанемометр, изобилием дополнительных функций. Так,  например, устройство может замерять давление, высоту, уже упомянутую температуру воздуха и другие параметры, обладать функцией памяти, возможностью рассылки данных и т. п.

«анемометр ручной чашечный 1959г» на интернет-аукционе старина

Анемометры

Изготовление анемометра своими руками

Приложив немного старания и желания, можно смастерить самодельный анемометр в домашних условиях. Для изготовления устройства понадобится старый видеомагнитофон, вернее, его часть называемая блоком вращения головок. Из него надо удалить все лишнее, оставив каркас из металла вращающейся головки с осью, часть с блоком подшипников и шайбу крепящую двигатель. Устройство будет измерять среднюю и сильную скорость ветра.

Проделываем следующее:

1. Сверлим сверлом по металлу в боку вращающейся части три дыры Ø 4 мм для крепежа чашек, ориентируясь на 3 дыры головки, крепящей внутренние узлы;

2. Вставляем в дыры болты М4 размером 10 мм. Чтобы обеспечить хороший контакт с лопастями из подручного материала (камера велосипеда) вырезаем шайбы, чтобы чашки не вращались;

3. Лопастями послужат кружки из пластмассы со срезанными ручками, на месте которых просверлена дыра Ø 4 мм;

4. Крепим чашки к узлу вращения, с помощью шайбы и гайки. Делаем это аккуратно, чтобы не повредить чашки. Проверяем, чтобы наша конструкция легко вращалась. Итак, узел мы собрали. А в роль датчика будет выполнять велокомпьютер;

5. Клеим магнит на вращающуюся часть узла. В период крепежа проводим балансировку узла вращения. Она нужна для того, чтобы анемометр не вращал при работе шест, на который он будет позже установлен. Магнит берем из комплектации велокомпьютера;
6. Сверлим в неподвижной части узла дыру Ø 7 мм, приклеиваем датчик от велокомпьютера, при этом кладем на магнит тонкую картонку и смазываем клеем. С помощью тестера проверяем датчик на срабатывание;
7. Узлом крепления послужит небольшой кусок уголка, который мы закрепим к неподвижной части с помощью двух длинных болтов;

8. Подключаем кабель. Удлиняем кабель датчика с помощью компьютерного кабеля. На снимке показан настольный вариант велокомпьютера, он медной проволокой прикручен к системе двигателя видеоголовки.

Китай, европа или …россия: делаем правильный выбор

Товаров, в том числе, анемометров, на современном рынке измерительного оборудования настолько много, что поиск подходящей модели порой вызывает затруднения не только с точки зрения соответствия спектру поставленных задач, но и со стороны выбора бренда.

Традиционно зоной максимального доверия являются производители из Европы, и во многих случаях всё решает логотип, который как бы говорит потребителю «расслабься, тебе больше не нужно беспокоиться о качестве и долговечности – доверься бренду, который у всех на слуху».

Между тем, в реальности львиная доля продукции «европейского качества» сегодня производится в Китае, а некоторые известные западные марки и вовсе давно сменили своих владельцев и качество производимых ими товаров заметно ухудшилось, в то время как цена остаётся прежней, так как известные логотипы ещё долгое время продолжают «работать» по инерции.

С другой стороны, Китай, как известно, Китаю рознь, и во многих случаях тамошние производственные предприятия выпускают не просто конкурентноспособную, но и более качественную продукцию. Связано это, в том числе, с тем, что «китайский» труд стоит значительно дешевле, налогообложение в стране меньше, а значит, объективно здесь существует гораздо больше возможностей производить достойный товар, получая за него  не менее достойную прибыль.

Вот почему в большинстве случаев и анемометры из Китая ничуть не уступают по своему качеству приборам с «европейской надёжностью», произведённым на китайских же производственных линиях. При этом, стоимость истинно «китайского» продукта для конечного потребителя является максимально комфортной.

В этой связи стоит также обратить внимание на российских производителей анемометров – в частности, на бренд AQUA-LAB. Компания AQUA-LAB предлагает высококачественные фирменные метеостанции, в которых функции измерения скорости воздушных потоков выражены максимально комфортно, а качество моделей действительно приравнивается к самым высоким мировым стандартам. Попробуйте и убедитесь сами.

Лучшие производители

Особенности использования

Особое внимание следует уделять рекомендациям производителя касательно условий эксплуатации, чтобы минимизировать риск преждевременного выхода из строя ветромера. Например, отдельным моделям категорически противопоказано воздействие прямых лучей ультрафиолета.

Важно всегда помнить, что анемометр – это точный измерительный инструмент, на качество работы которого могут негативно влиять любые внешние факторы. В частности, к таковым относится повышенное содержание в исследуемой среде пыли и грязи. Эта проблема наиболее актуальна для механических приборов.

В ситуациях с механическими ветромерами следует учитывать указанную в инструкции поверку. У цифровой модели вся информация появится на экране.

По каким критериям и техническим характеристикам следует выбирать анемометр?

Грамотный выбор анемометра – непростая и весьма ответственная задача, от решения которой зависит комфорт и безопасность условий труда на производстве, сохранность оборудования, продукции и сырья, качество работы систем климат-контроля и т. д. Компания Аква-Лаб представляет наиболее популярные и качественные модели анемометров, среди которых можно подобрать устройства, оптимально подходящие как для новичков, так и для профессионалов.

Одной из ключевых характеристик анемометров является диапазон измерения скорости движения воздуха. Так, если речь идёт об организации систем кондиционирования, то потребуется прибор, обеспечивающий измерения в промежутке значений 0-10 м/с.

Как уже было сказано, множество современных анемометров определяют и температуру воздуха. Приборы, способные выполнять данную функцию, особенно если речь идёт о минусовых значениях, оптимально подойдут для строительных компаний, работающих с объектами, которые расположены в «жёстких» климатических зонах.

Следующий значимый параметр – точность исследований. Он определяется погрешностью данных. БОльшая погрешность допустима там, где она не играет существенной роли – например, при организации запуска больших воздушных змеев. И наоборот – если модель с высокой погрешностью будет выбрана для мониторинга, к примеру, вентиляционных систем в производственных цехах, спецификой деятельности которых является высокая концентрация токсичных выделений в атмосферу, то жизнь и здоровье работников окажется под угрозой.

Стоит сказать, что для получения высокоточных результатов измерений следует не только выбирать анемометры с соответствующими техническими характеристиками, но и понимать некоторые нюансы их работы. Например, анемометры с крыльчаткой следует для наибольшей эффективности располагать по направлению ветра, с тем, чтобы воздух проходил через приборы полностью.

В противном случае, результаты не будут соответствовать реальности, ведь анемометр примет во внимание лишь тот поток, который заставил его лопасти вращаться. Точность измерений также будет снижена, если крыльчатый анемометр эксплуатируется в помещении с увеличенным содержанием рыли, грязи и других примесей, оседающих на лопастях и затрудняющих их движение.

Особенности питания. Анемометры работают от батарей аккумуляторного или пальчикового типа, поэтому их нетрудно поменять или подзарядить. Однако и здесь существуют нюансы, которые обычно отражены в руководстве по эксплуатации той или иной модели.

Нарушая правила подзарядки аккумуляторных источников питания, вы рискуете получить некорректные показания прибора. Также рекомендовано выключать анемометр сразу же по окончании измерений, с тем, чтобы энергия батареи не расходовалась понапрасну и устройство не отключилось в самый ответственный момент.

Тепловой анемометр

Датчик лабораторного теплового анемометра

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).

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.

Условия эксплуатации

Рудничный анемометр может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха 5 – 60 градусов Цельсия. Производитель допускает хранение и транспортировку АПР-2 при температуре от 0 до 60 градусов Цельсия. При эксплуатации анемометра влажность воздуха может составлять 100 % (при t = 35 °C). Запыленность в месте измерений не должна превышать показателя 1000 миллиграмм на кубический метр.

Защита корпуса от проникновения пыли и влаги выполнена в соответствии со стандартом IP54 (защита от попадания пыли мелкой фракции и сплошного обрызгивания). Степень взрывозащищенности анемометра соответствует категории РО (особо взрывобезопасные, рудничные приборы). Согласно европейским нормам, взрывозащита полностью соответствует Ex ia ITI.

* – численное значение измеряемой скорости, выраженное в м/с

Чашечный анемометр

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.

Чашечный анемометр с вертикальной осью, расположенный на Скаджит Бэй, штат Вашингтон. Июль—август 2009.

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 -м 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 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).

Вращение ротора в простейших анемометрах передаётся на механический счётчик числа оборотов. Скорость подсчитывается по числу оборотов за заданное время, например, минуту, таковы ручные анемометры.

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.

Самые распространённые модели современности среди чашечных анемометров это МС 13, М 95ЦМ, анемометр АРЭ

Помимо метеорологических измерений, чашечные анемометры применяются и на башенных подъёмных кранах, для сигнализации об опасном превышении скорости ветра.