Анемометр. Виды и работа. Применение и отличия. Особенности

Анемометр. Виды и работа. Применение и отличия. Особенности 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.

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.

Определение скорости ветра

Сила ветра в баллах по БофортуНазваниеПризнаки для оценкиСкорость ветра в м/секСкорость ветра в км/часСкорость ветра в миль/час
0 штиль Листья на деревьях не колеблются, дым сигареты поднимается вертикально, огонь от спички не отклоняется 0 меньше 1
1 тихий Дым сигареты несколько отклоняется, но ветер не ощущается лицом1 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 флаг4-5 13-19 8-12
4 умеренный Качаются ветки средней величины, поднимается пыль6-8 20-30 13-18
5 свежий Качаются тонкие стволы деревьев и толстые ветви, образуется рябь на воде9-10 31-37 19-24
6 сильный Качаются толстые стволы деревьев, ветер «гудит» в проводах11-13 38-48 25-31
7 крепкий Качаются большие деревья, против ветра трудно идти14-17 49-63 32-38
8 очень крепкий Ветер ломает толстые стволы18-20 64-73 39-46
9 шторм Ветер сносит легкие постройки, валит заборы21-26 74-94 47-54
10 сильный шторм Деревья вырываются с корнем, сносятся более прочные постройки27-31 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 стеныБолее 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.

Оптические анемометры

расчет скорости ветра
Ученые-физики, инженеры, задействованные в космических программах, часто прибегают к применению лазерных оптических приспособлений для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков. Работают подобные устройства согласно определению зависимости рассеянного либо отраженного подвижным объектом света от его скорости. Данный способ не предполагает непосредственного воздействия газообразных, твердых либо жидких веществ на элементы измерительного устройства.
Сфера применения оптических анемометров крайне широка, начиная с определения направлений перемещения веществ в живых клетках и капиллярах и заканчивая вычислением скорости движения газов в атмосфере.

Эксплуатация лазерных устройств помогает с высокой точностью рассчитывать скорость воздушных потоков вокруг подвижных объектов, в частности, автотранспорта, летательных аппаратов, космических тел. Полученные расчеты дают возможность исследователям, инженерам и механикам разрабатывать наиболее аэродинамические формы при конструировании техники.

Отличия между разными типами устройств

Самым главным отличием механического устройства от электронного является то, что для первого потребуется вручную фиксировать обороты, производимые датчиками замера, а затем самостоятельно произвести расчеты по соответствующей формуле. Для электронных анемометров это действие выполнять нет необходимости, т.к. все расчеты производит электронный контроллер. Тем более, электронные варианты обладают повышенной чувствительностью и могут одновременно фиксировать три параметра:

  • Текущую скорость воздушной массы;
  • Ее максимальные порывы в заданный промежуток времени;
  • Осуществить вычисление средних показателей.

Отдельно стоит упомянуть анемометры, чья измерительная часть выполнена в качестве специального зонда и, условно говоря, вынесена за пределы основного корпуса. Подобными аппаратами пользоваться оператору намного комфортнее, ибо непосредственно во время производства замеров можно отслеживать динамику изменения показателей.

Данная технология чаще всего применяется на вращающихся моделях и измерительный модуль присоединен к основному корпусу с помощью кабеля. Дополнительное оснащение анемометра электронным контроллером с собственной памятью будет не лишним, когда требуется постоянное сохранение результатов, включая время, место и полученные показатели измерения.

Про анемометры:  ✅ АТЕ-1033BT - анемометр с Bluetooth. Купить цена в Москве и Санкт-Петербурге ✅

ВАЖНО! Стоит отметить, что любой анемометр является предметом измерения, поэтому на территории Российской Федерации требуется соблюдение условий их сертификации и соответствия государственным стандартам!

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.

Порядок определения анемометром скорости воздушных масс

Перед проведением всех необходимых замеров, необходимо, чтобы начальное значение при «полном штиле» равнялось нулю.

  1. Далее анемометр помещается в воздушный поток. Очень важно установить анемометр правильно. Он должен находится в пространстве, где нет никаких преград для движения воздуха.
  2. Анемометр держится в таком положении примерно минуту или меньше (здесь все зависит от модели и типа аппарата);
  3. Результаты фиксируются.

Лучше всего провести измерения три раза и более. Для получения правильных показателей, профессионалы ведут специальную отчетность, оформленную в виде таблицы, включающей в себя следующие разделы:

  • отчеты по шкалам анемометра (начальный, конечный, разность);
  • продолжительность замера (измеряется в секундах);
  • число делений в одной секунде (для этого необходимо поделить разность второго и первого замера на время, в течение которого они производились);
  • измеренная скорость;
  • средняя скорость;
  • поправочный коэффициент и так далее.

Многие специалисты проводят исследования, используя анемометр не только в положении «перед собой», но и в сечении. Лучше всего сделать по три замера на каждый из данных способов. Только так можно получить достоверный результат.

Некоторые современные приспособления в состояние самостоятельно анализировать все собранные данные и выдают лишь конечный результат. Безусловно, такие аппараты стоят дороже, но они того стоят. Представьте только, сколько замеров необходимо проводить обычным анемометром и сколько времени на это уйдет. А современная модель сама сразу же сделает несколько замеров и это займет всего 1 минуту.

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.

Приборы для определения направления и скорости движения воздуха

Флюгер Вильде (рисунок 19). Данный прибор предназначен для использования на метеорологических станциях с целью многолетних постоянных наблюдений в различных регионах за направлениями и скорости ветров. Следует учитывать, что фиксируемые данные на метеорологических станциях, расположенных в различных местностях, должны быть сравнимыми. Это условие предполагает использование только серийно выпускаемых флюгеров, имеющих строго однотипное устройство.

Рис. 19. Флюгер ВильдеУстройство серийного флюгера представлено на рисунке. Как видно из рисунка, направление движения воздушных потоков определяется с помощью флюгарки – пластинки клиновидной формы с противовесом. Направление ветра фиксируется с помощью муфты с жестко закрепленными прутиками (штифтиками) – указателями румбов. При вращении флюгарки доска для определения скорости ветра всегда принимает положение, перпендикулярное направлению ветра, и под давлением последнего отклоняется от отвесного положения на тот или иной угол. По положению отклонения доски, пользуясь отградуированными штифтиками-указателями, определяют скорость ветра. В приборе имеются две доски: легкая (200 г) для измерения скоростей, не превышающих 20 м/с и тяжелая (800 г) для скоростей до 40 м/с. Приближенную скорость ветра можно определить, помножив размер штифтика на 2 (при пользовании легкой доской) или на 4 (при пользовании тяжелой доской). Флюгер для наблюдений устанавливают в открытом месте на столбе высотой 8 – 10 м. штифтик с буквой С (N) должен быть установлен на север по компасу или полуденной линии, то есть по меридиану данного места. На основании многолетних наблюдений выводятся закономерности направлений и скоростей воздушных потоков, составляющие особенности климато-погодных условий в той или иной местности. Эти справочные данные широко используются для различных, частью указанных выше целей, в том числе и в гигиенической практике, в частности, когда имеет место необходимость гигиенического контроля за планировкой и застройкой населенных мест.
Про анемометры:  Приборы для измерения скорости движения воздуха

Анемометры. В санитарно-гигиенической практике наиболее широко используются портативные анемометры – чашечный анемометр

икрыльчатый анемометр(рисунок 20). Воспринимающая часть чашечного анемометра представляет собой вертушку из 4 полых полушарий (чашечек), закрепленную на металлической оси, нижний конец которой связан со счетным механизмом (тахометром).

Стрелки на циферблате прибора показывают число оборотов полушарий вокруг оси: большая – число единиц и десятков, а две маленькие – число сотен и тысяч. Для включения и выключения счетчика оборотов на коробке прибора имеются рычаг и два кольца. В случае, если имеет место необходимость измерение движения воздуха на какой-либо высоте, прибор можно закрепить на шесте с помощью винта в нижней части.

Эта величина приблизительно соответствует искомой скорости движения воздушного потока. Для получения более точной величины пользуются таблицей или графиком перевода числа оборотов в скорость. Таблица или график прилагаются к прибору.

Чашечный анемометр служит для определения средних скоростей ветра в пределах 1,0 – 2,0 м/с. с помощью данного прибора можно производить не только метеорологические наблюдения в открытой атмосфере, но и определять скорость движения воздушных потоков в вентиляционных системах, в частности, с целью гигиенической оценки эффективности вентиляции в помещениях и устройствах различного назначения.

Крыльчатый анемометр

по принципу работы идентичен предыдущему прибору. Однако в данном приборе имеются некоторые конструктивные особенности, повышающие его чувствительность и нижние пределы определения скорости движения воздушных потоков. Воспринимающей частью в крыльчатом анемометре служит мельничка (крыльчатка) из легких металлических лопастей, посаженных на соединенную со счетчиком оборотов горизонтальную ось.

При работе прибор ориентируется по потоку так, чтобы счетный механизм был позади потока относительно крыльчатки. Для преодоления инерции сопротивления прибора крыльчатке достаточно вращаться в холостую всего 0,5 минуты. Продолжительность наблюдения ограничивается 2 минутами.

Пример определения скорости движения воздуха чашечного анемометра.

На открытой рабочей площадке с целью изучения условий труда рабочих-строителей проведено одно из исследований скорости ветра в ряду намеченных программой многочисленных регулярных наблюдений. Снимаем исходные показания счетчика прибора. При этом стрелка, указывающая тысячи, находилась между цифрами 3 и 4 соответствующего циферблата.

То есть, в данном случае записываем число целых тысяч – 3. Стрелка, показывающая сотни, находилась между цифрами соответствующего циферблата 5 и 6. Записываем за цифрой 3 следующую цифру, обозначающую число целых сотен, — 5. Большая стрелка показывала 76 делений.

Далее в течение 10 минут производилось определение скорости ветра с одновременным включением счетчика прибора и секундомера. Через указанное время счетчик и секундомер были выключены. С помощью указанной выше методики снимаем новые показания прибора, которые составили 6123. время наблюдения в секундах – 10´60 = 600 с. таким образом, за 600 секунд ось прибора сделала 6123 оборота.

Для определения количества оборотов за 1 с делим разность показаний счетчика на 600 : (6123 – 3576) : 600 = 2547 : 600 = 4,245 об./с. Если в исследованиях нет необходимости в чрезвычайной точности исследования, что имеет место в большинстве случаев, то найденную величину принимают за скорость движения воздуха в м/с.

Кататермометр. Данный прибор представляет собой особый спиртовый термометр со шкалой 35-38°С или 33-40°С. Поначалу кататермометр был сконструирован для измерения охлаждающего влияния температуры воздуха на тело человека. В дальнейшем было показано, что кататермометр не производит потери тепла с поверхности кожи человека, не учитывает влияния теплового излучения, которое оказывает значительное действие на тепловой обмен организма.

В настоящее время применяется практически исключительно для измерения малых скоростей движения воздуха, хотя, пользуясь кататермометром, можно ориентировочно определить, с какими его показаниями при различных условиях производственной деятельности совпадает оптимальное самочувствие людей, и оценить охлаждающую способность метеорологических факторов (температуры и скорости движения воздуха).

Рис. 21. Кататермометры шаровой (а
) и цилиндрический (кататермометр Хилла) (
б
)
В зависимости от конструкции кататермометры бывают цилиндрические (кататермометр Хилла) или шаровые (рисунок 21), представляют собой термометр, в котором верхний конец капиллярной трубки имеет расширение, которое частично заполняется спиртом при нагревании. Принцип того и другого кататермометров заключается в том, что скорость снижения температуры приборов зависит кроме температуры воздуха от скорости его движения. При работе с цилиндрическим кататермометром измеряют время снижения температуры с 38 до 35°С, с шаровым – с 38 до 35°С, 39 до 34°С, 40 до 38°С. причем нетрудно заметить, что средне значение указанных температурных перепадов всегда равно 36,5°С, то есть средней температуре человека. Это позволяло при первоначальном назначении приборов в какой-то степени имитировать охлаждающее воздействие воздуха на организм человека («охлаждающая способность воздуха»). В процессе охлаждения с 1 см2 поверхности резервуара кататермометров теряется постоянное количество тепла. Эта величина (катафактор) является константой (постоянной величиной) прибора и обозначается на каждом кататермометре в виде его постоянного фактора, выраженного в мкал/см2. Порядок работы с кататермометрами.
Перед измерением кататермометр опускают в воду при температуре 65–80°С и держат, пока спирт заполнит не менее половины расширения капилляра. После этого кататермометр тщательно вытирают, вешают на штатив в точке измерения и по секундомеру устанавливают время охлаждения в указанных выше интервалах температур. Очень важно, чтобы кататермометр в период наблюдения находился в неподвижном состоянии, в противном случае будет имитироваться дополнительное движение воздуха. Измерения в одной точке повторяют несколько раз, отбрасывают первый результат, а из последующих выводят среднее значение величины охлаждения (
Н
). Вычисление величины охлаждения по цилиндрическому кататермометру производит по формуле:

где (6)

– искомая величина охлаждения, мкал;

– катафактор, мкал/см2;

– число секунд, в течение которых столбик спирта опустился с 38 до 35°С.

При работе с шаровым кататермометром, если наблюдения проводятся в температурном интервале 38-35°С, вычисление величины Н

производят по той же формуле, что и для цилиндрического кататермометра. При наблюдениях в других интервалах для вычисленияНпользуются формулой:

где (7)

– искомая величина охлаждения, мкал;

– константа, мкал/см2´град.);

1 –Т2 – интервалы температур в °С (40-33 или 39-34);

– число секунд, в течение которых столбик спирта опустился в соответствующих температурных интервалах. с 38 до 35°С.

По величине охлаждения (Н

) и значению температуры воздуха в период исследования скорость движения воздуха вычисляют по формулам:

для скорости движения воздуха < 1 м/с (до 0,6)

(8)

для скорости движения воздуха > 1 м/с (> 0,6)

(9)

В приведенных формулах приняты следующие условные обозначения:

– искомая скорость движения воздуха, м/с;

– величина охлаждения сухого кататермометра, мкал;

– разность между средней температурой тела (36,5°С) и температурой окружающего воздуха, °С;

0,20 и 0,40; 0,13 и 0,47 – эмпирические коэффициенты.

Пример определения скорости движения воздуха с помощью шарового кататермометра.

Исследователем проводилось определение скорости движения воздуха в учебной аудитории №2 кафедры гигиены ГОУ ВПО «ВГМУ Росздрава» с помощью шарового кататермометра при температуре воздуха в период наблюдения 20°С. катафактор (F) прибора – 573 мкал/см2.

Первый результат измерения времени падения температуры прибора с 40 до 33°С, как указывалось выше, был отброшен. Последующие три измерения показали соответственно время 210, 221 и 205 секунд. При расчете среднего времени получается результат: (210 221 205) : 3 = 636 : 3 = 212 с.

Далее, подставляя в формулу для шарового кататермометра соответствующие значения, определяем величину охлаждения H

мкал.

Находим величину , которая будет равна:

Скорость движения воздуха в учебной аудитории < 1 м/с, так как H/Q < 0,6. Подставляем найденные величины в соответствующую, указанную выше формулу, и рассчитываем скорость движения воздуха:

м/с.

Для ускоренных и приближенных расчетов скорости движения воздуха можно пользоваться специальными таблицами (таблицы 10 и 11). Если исследования проводились в условиях, представленных в предыдущем примере, где величина H/Q

Про анемометры:  Комплекс метеорологический МК-15 с анемометрами акустическими

была равной 0,38, то на пересечении горизонтальной прямой, соответствующей указанной величине, с колонкой, соответствующей 20°С, находим результат по таблице – 0,239 м/с.

Таблица 10

Сила ветра: измерение и использование

Ветер как явление природы известен каждому еще с раннего детства. Он радует свежим дуновением в знойный день, гоняет корабли по морю, а может и гнуть деревья, и ломать крыши на домах. Основным характеристиками, которые определяют ветер, являются его скорость и направление.

сила ветра
Что такое ветер?
С научной точки зрения, ветром называется передвижение воздушных масс в горизонтальной плоскости. Такое движение возникает потому, что имеет место разность атмосферного давления и тепла между двумя точками. Воздух передвигается из областей высокого давления в те области, где уровень давления ниже. В результате и возникает ветер.

Характеристики ветра

Для того чтобы охарактеризовать ветер, используют два основных параметра: направление и скорость (силу). Направление определяется стороной горизонта, с которой он дует. Оно может указываться в румбах, в соответствии с 16-румбовой шкалой. Согласно ей, ветер может быть северным, юго-восточным, северо-северо-западным и так далее.

Направление ветра может также измеряться в градусах, относительно линии меридиана. По этой шкале север определяется как 0 или 360 градусов, восток – 90 градусов, запад – 270 градусов, а юг – 180 градусов. В свою очередь, скорость ветра измеряют в метрах в секунду или в узлах. Узел равен приблизительно 0,5 километра в час. Сила ветра измеряется также в баллах, в соответствии со шкалой Бофорта.

Шкала Бофорта, в соответствии с которой определяется сила ветраЭта шкала была введена в обращение в 1805 году. А в 1963 году Всемирная метеорологическая ассоциация приняла градацию, которая действует по сей день. В ее рамках 0 баллов соответствует штилю, при котором дым будет подниматься вертикально вверх, а листья на деревьях остаются неподвижными.

Сила ветра в 4 балла соответствует умеренному ветру, при котором на поверхности воды образуются небольшие волны, могут колыхаться тонкие ветви и листья на деревьях. 9 баллов соответствуют штормовому ветру, при котором могут гнуться даже большие деревья, срываться черепица с крыш, подниматься высокие волны на море.

Использование силы ветраСила ветра достаточно широко используется в энергетике как один из восполнимых природных источников. С незапамятных времен человечество использовало этот ресурс. Достаточно вспомнить ветряные мельницы или парусные суда.

Ветряки, с помощью которых сила давления ветра преобразуется для дальнейшего использования, широко применяются в тех местах, для которых характерны постоянные сильные ветры. Из различных областей применения такого явления как сила ветра, стоит упомянуть также аэродинамическую трубу.

Ветер – природное явление, которое может приносить удовольствие или разрушения, а также быть полезным для человечества. А конкретное действие его зависит от того, насколько большой окажется сила (или скорость) ветра.

Советы по выбору

шкала скорости ветра
На что следует обращать внимание при выборе прибора для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков? Определяющее значение здесь имеет перечень задач, что поставлены перед пользователем. В зависимости от этого, значение имеют такие технические характеристики прибора:

  • максимальный измерительный диапазон;
  • величина погрешностей;
  • возможность применения в тех или иных температурных условиях;
  • уровень безопасности для пользователя при воздействии на устройство агрессивных факторов окружающей среды;
  • тип: стационарный либо переносной прибор;
  • степень защищенности механизма от воздействий атмосферных осадков;
  • характер питания устройства и способ формирования данных;
  • габариты прибора;
  • возможность вычисления показателей в ночное время суток (наличие подсветки).

В настоящее время для работы в условиях крайне пониженных температур возможно использование метеорологических приборов с подогревателями. Для рудников и шахт применяют специализированные анемометры, что способны исправно функционировать при высокой запыленности окружающего пространства и во взрывоопасной среде.

Тепловой анемометр [ править | править код ]

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.

Чашечный анемометр [ править | править код ]

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.

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 1935-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 1991 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 [5] .

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.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий