Анемометр – прибор для определения скорости и направления движения потока
АНЕМОМЕТР – это прибор для измерения скорости потоков и направления движения воздуха, газов и жидкостей. Это касается как ограниченных потоков, например движения воздуха в воздуховодах, так и неограниченных потоков, например атмосферного ветра.
Анемометры прежде всего предназначены для метеорологии, ведь изменение таких параметров, как скорость и направление ветра, указывают нам на изменения погодных условий, предупреждают о приближении грозы, шторма, других опасных природных явлений, что очень важно для пилотов, моряков, инженеров, да и для всех нас.
Как правило, это легкие портативные приборы, удобные в использовании даже в сложных полевых условиях.
Принцип работы анемометра заключается в выявлении изменения некоторого физического свойства потока, или в действии этого потока на механическое устройство, помещенное в поток.
При этом анемометр может измерять полную величину скорости, величину скорости в плоскости, или компоненту скорости в определенном направлении.
Кроме того, современные анемометры в зависимости от модели могут измерять направление ветра, объемный расход воздуха, влажность, температуру, давление. Таким образом, анемометры превращаются в портативные метеостанции.
Типы анемометров
В зависимости от способа измерения и типа приемного устройства, анемометры разделяют на ряд типов: [5]:
Вращательные (крыльчатные, чашечные) Тепловые Вихревые Динамометрические (с трубками Пито) Ультразвуковые (акустические) Оптические (лазерные допплеровские)
Наиболее распространенными являются вращательные анемометры, отличающиеся типом принимающего устройства (чашка или крыльчатка).
В чашечных анемометрах чувствительным элементом является крестовина с четырьмя металлическими чашками полусферической формы, закрепленными на оси.
Если это устройство попадает в поток, то давление воздуха на внутреннюю поверхность чашки превышает давление на ее внешнюю поверхность, вследствие чего возникает вращение лопасти. Ось лопасти присоединена к измерительному механизму, который подсчитывает количество оборотов за определенный промежуток времени.
Таким образом, чашечные анемометры проводят измерение скорости потока в плоскости, перпендикулярной к оси вращения чашек, мгновенную или усредненную в некотором промежутке времени.
Чашечные анемометры в основном используются в метеорологии для измерений на открытых участках, поскольку характеризуются определенной устойчивостью к турбулентным потокам. Диапазон измерения чашечных анемометров составляет от 1 до 50 м/с.
Крыльчатные анемометры используют для измерения скоростей потоков в трубах, вентиляционных шахтах и каналах, в системах кондиционирования, то есть в случаях, когда имеем дело с постоянным направлением движения потока. Эти анемометры более чувствительны и способны измерять скорости от 0,1 м/с.
Принимающее устройство сделано в виде крыльчатки, которая приводится в движение потоком газа. Крыльчатка прикреплена к трубчатой оси, которая в свою очередь присоединена к механизму подсчета оборотов за определенный промежуток времени.
В простых моделях крыльчатка жестко присоединена к измерительному блоку, в более дорогих – с помощью гибкого соединения для измерений в труднодоступных местах.
Менее распространены, однако очень высокоточные тепловые анемометри. В основном, они используются для измерения скоростей медленных потоков, характеризуются низкой инерционностью, однако требуют постоянного калибровки.
Принцип работы теплового анемометра заключается в измерении температуры пластины или нити накаливания, на которую дует ветер. В зависимости от скорости ветра, необходима различная энергия для того, чтобы поддерживать температуру нити постоянной.
То есть по температуре пластины можно определить скорость ветра.
Измерение скорости потока воздуха можно проводить также путем определения давления воздуха внутри стеклянной Г-образной трубки, закрытой с одного конца. Она называется трубкой Пито, по имени ее изобретателя.
Скорость движения воздуха вычисляется путем сравнения избыточного давления воздуха внутри трубки и снаружи. Применяется для определения относительной скорости и объемного расхода в газоходах и вентиляционных системах.
Это так называемые динамометрические анемометры.
Принцип работы ультразвукового анемометра основывается на измерениискорости звука междупередатчиком и приемником в зависимости от скорости ветра. Это высокоточные современные анемометры, предназначены также для измерений направления ветра.
Различают двухмерные и трехмерные ультразвуковые анемометры. Двухмерный анемометр может измерять скорость и направление только горизонтальных потоков воздуха. Трехмерный анемометр способен проводить измерения трех компонент направления движения потока.
Кроме того, ультразвуковой анемометр может измерять еще и температуру воздуха ультразвуковым методом.
Инженеры Aerospace и физики часто используют лазерные доплеровские анемометры. Этот тип анемометров работает по принципу зависимости частоты света отраженного или рассеянного подвижным объектом (эффект Доплера), от скорости этого объекта.
Это метод бесконтактного измерения скорости потока газообразных, жидких и твердых сред, содержащих светорассеивающие неоднородности, т.е. скорость измеряется без возмущения потока.
Круг задач очень широкий, от измерений медленных направленных движений в капиллярах и живых клетках, до дистанционных измерений турбулентной скорости потоков газа в сверхзвуковых трубах и скорости ветра в атмосфере. Величины скоростей могут иметь значение от мкм/с до км/с.
Лазерные анемометры помогают рассчитать скорость ветра вокруг автомобилей, самолетов и космических аппаратов. Такие исследования дают возможность инженерам сделать транспортные средства более аэродинамическими.
Сравнительные характеристики анемометров
Простейшая модель анемометра TM-740 оснащена шестилопастной крыльчаткой диаметром 30 мм, которая жестко соединена с измерительным блоком. Предназначена для измерения скорости потока воздуха в диапазоне 0,4-25 м/с. (Другие единицы измерения: км/ч, миль/ч, узлы, фут/мин).
Разрешение на уровне 0,1 м/с и погрешность ±2 % позволяет проводить достаточно прецизионные измерения, а набор дополнительных функций, таких как удержание данных, расчет максимального, минимального и усредненного значения, автоматическое отключения, делают процесс использования прибора более комфортным.
Кроме того, есть возможность измерения температуры в диапазоне -20~50 ºC (-4~122 ºF.)
Анемометры ET-935 и TA-1100 можно отнести к среднему классу по параметрам цена-качество. Они оснащены крыльчаткой на гибком шнуре, что открывает более широкие возможности для измерений в труднодоступных местах, таких как вентиляционные шахты, воздуховоды и т.д.
Диапазон измерения скорости потока таких термоанемометров от десятых м/с до 30 м/с, что позволяет работать в различных условиях.
Присутствуют и дополнительные возможности, такие как удержание данных и расчет максимального значения в модели TA-1100, расчет среднего значения в модели ET-935, а также индикация низкого заряда батареи и автовыключение.
Другие единицы измерения км/ч, миль/ч, морские мили/ч, фут/мин. Эти модели термоанемометров оснащены датчиком с диапазоном измерения температуры от -10 до 60ºС (для ET-935 от -20 до 60ºС).
К высококлассным моделям отнесем термоанемометр HD 2303.0 от одного из ведущих производителей контрольно-измерительных приборов DELTA OHM, Италия.
Этот термоанемометр предназначен для измерения скорости воздушного потока, расхода и температуры воздуха внутри трубопроводов и вентиляционных отверстий и шахт.
Целый ряд крыльчаток разного диаметра, которые совместимы с измерительным блоком, обеспечат прецизионный результат в различных условиях и для различных сред. Температура измеряется зондами погружения, проникновения или контакта.
Температурный диапазон эксплуатации термоанемометра от -5 до 50 ºC, корпус имеет степень защиты от влаги и пыли IP-67.
Отдельно следует отметить мультифункциональные анемометры, которые вместе с собственно анемометром, сочетают в себе другие функциональные возможности.
Например, модель ET-965 представляет собой уникальный прибор (5 в 1), специально созданный для комплексного экологического контроля состояния среды в закрытых помещениях.
Позволяет измерять такие параметры как: освещенность (люксметр), температура (термометр), скорость воздуха (анемометр), относительная влажность воздуха (гигрометр), шум (шумомер).
Характеризуется высокой точностью и разрешением для всех измерительных параметров, имеет дополнительные функции расчета максимума/минимума, индикация о низком заряде и превышение измерительного диапазона. Предназначен для применения в учебных заведениях, офисных помещениях, складских помещениях, торговых залах и т.д.
Анемометры AZ-96792 и AZ-8919 (AZ Instrument, Тайвань) также являются мультифункциональными. Они просты и удобны в пользовании, обеспечивают высокоточные результаты измерений, имеют ряд дополнительных возможностей для удобства пользователя, все это в сочетании с умеренной ценой для приборов такого класса.
Модель AZ-96792 оснащена телескопическим зондом с крыльчаткой 18 мм для измерения скорости потока воздуха в труднодоступных местах, работает в ручном и автоматическом режиме, обеспечивает измерение / запись следующих параметров: скорость движения воздуха, объемный расход воздуха, влажность, температура, точка росы и температура мокрого термометра.
Анемометр-анализатор может контролировать уровень углекислого газа в воздухе, для чего дополнительно оборудован высокоточным недисперсионным инфракрасным датчиком (NDIR).
Зонд крыльчатого типа диаметром 10 см и конус для забора воздушного потока позволяют измерять скорость потока в пределах от 0,2 до 30 м/с. Измеряет также объемный расход воздуха, влажность, температуру, точку росы, температуру мокрого термометра.
Имеет функции максимального и минимального значения, неограниченное количество точек для расчета среднего значения, подсветку.
Как определить объемный расход потока воздуха, зная его линейную скорость
В процессе измерения часто возникает потребность рассчитать объемный расход воздуха, зная его линейную скорость. Сделать это на самом деле очень просто. Для этого необходимо лишь измерить поперечное сечение отверстия, через которое протекает поток (воздуха, любого другого газа или жидкости). Далее воспользуемся формулой:
Q = V * Sгде Q – объемный расход в м3/с,V –скорость потока в сечении в м/с (измеряем с помощью анемометра),S – площадь поперечного сечения отверстия в м2 (измеряем рулеткой).
Как выбрать анемометр
Для оптимального выбора измерительного прибора, прежде всего определитесь, в каком диапазоне скоростей Вам необходимо работать, проанализируйте технические требования к точности и разрешению. Это является определяющим при выборе типа анемометра (тепловой, крыльчатый, оптический и т.д.)
Подбирайте размер крыльчатки в зависимости от того, где именно Вам нужно проводить измерения. Например, для измерений непосредственно на вентиляционных решетках подойдут анемометры с большим диаметром крыльчатки (6-10 см).
В таком случае размеры лопастей соразмерны с диаметром вентиляционных каналов. Тогда как для измерений непосредственно в вентиляционном канале лучше использовать крыльчатки с меньшим диаметром (1,5-2,5 см).
Для измерений потоков газов высокой температуры нужно использовать термостойкие крыльчатки.
Обратите внимание на способ визуализации полученных результатов и форму их подачи. Современные анемометры как правило оснащены для этого ЖК экраном.
Измерение скорости потока для удобства может проводиться в различных единицах (миль/ч, км/ч, футы/мин, м/с, узлы и т.д.).
Более дорогие модели имеют возможности подключения к ПК с целью обработки результатов, построения графиков и последующего анализа.
Проанализируйте необходимость присутствия дополнительных возможностей и функций.
Например, гигро- и термоанемометры включают возможности термоанемометра и датчика влажности и обеспечивают пользователя полной метеорологической информацией.
Возможности расчета максимального, минимального и усредненного значений упрощают статистический анализ, автоматическое отключение экономит заряд батареи, подсветка позволяет работать в условиях ограниченной освещенности.
Если Вам все же трудно определиться с моделью, обратитесь за консультацией к специалистам Маркета измерительных приборов SIMVOLT.
Таким образом, анемометры и термоанемометры нашли широкое применение везде, где есть необходимость измерения скорости потоков.
Такие приборы устанавливаются в жилых и производственных помещениях, оборудованных системами вентиляции, отопления и кондиционирования для контроля работы этих систем, в вытяжных шкафах, в научно-исследовательских лабораториях, в горном деле для контроля воздушного режима шахты или карьера, на строительстве, при разработке противопожарных систем, и для других нужд.
Литература:
Гнатюк Елена, к.ф.-м. наук,
научный консультант SIMVOLT
Анемометры. применение различных видов анемометров
Измерение скорости ветра и воздушных потоков – задача прибора, который называется анемометр. Это название происходит от двух греческих слов: «анемос» – ветер и «метрео» – измерение. Первый анемометр был изобретен в 1667 году английским естествоиспытателем и ученым-энциклопедистом Робертом Гуком.
В зависимости от конструкции, анемометры разделяют на несколько типов.
Самым простым принципом действия обладают чашечные анемометры. Чувствительным элементом в этом типе приборов является вертушка с четырьмя или двумя полыми полушариями (чашечками).
При возникновении ветра давление на внутреннюю поверхность чашечек оказывается больше чем на внешнюю и вследствие этого возникает вращение лопасти. Ось лопасти соединена с измерительным механизмом.
Для определения средней скорости ветра подсчитывается количество оборотов лопасти за произвольный промежуток времени. Мгновенную скорость ветра вычисляет электрический индукционный тахометр, связанный с осью прибора.
Чашечные анемометры применяются в основном для измерения скорости воздушных потоков на открытых местностях (штормовые порывы ветра на море, метеорологические измерения и т. п.) и служат для измерения достаточно больших скоростей ветра (от 1 м/с).
Другой тип анемометра – крыльчатый анемометр – применяется для определения скорости воздуха в трубах, вентиляционных каналах и системах кондиционирования. В крыльчатых анемометрах лопасть заключена в кольцо, которое защищает ее от повреждений.
Лопасть может быть жестко соединена с измерительной частью (в более дешевых вариантах), или иметь контакт с прибором посредством гибкого провода. Это позволяет измерять скорость воздуха в труднодоступных местах. Крыльчатые анемометры более чувствительны, чем чашечные.
Они способны измерять скорость ветра, начиная от 0,1 м/с.
К менее распространенным типам анемометров относятся ультразвуковой анемометр (принцип работы основан на измерении скорости звука между передатчиком и приемником, которая зависит от скорости ветра), тепловой или термоанемометр (измерение перепада температур на измерительной и «вспомогательной» стенках термопары), дифференциальный манометр (преобразование давления воздуха в скорость воздушного потока).
Современные цифровые анемометры оснащены жидкокристаллическим экраном, на который выводится результат.
Скорость ветра для удобства может отображаться в различных единицах измерения (мили/ч, км/ч, футы/мин, м/с, узлы), или по шкале Бофорта – двенадцатибальной шкале, использующейся для приближенной оценки скорости ветра (0 соответствует безветрию, а 12 – урагану).
Некоторые анемометры имеют такую дополнительную функцию как измерение температуры воздушного потока. Более дорогие приборы можно подключать к компьютеру для отображения графиков скорости ветра в режиме реального времени.
При таком разнообразии анемометров иногда бывает сложно определиться с выбором конкретного прибора.
К примеру, для измерения скорости потока непосредственно на вентиляционной решетке лучше всего подойдет крыльчатый анемометр с большим диаметром лопасти (6-10 см). В таком случае размеры лопасти будут сопоставимы с диаметром вентиляционного канала, и потребуется минимальное количество измерений для определения точного результата.
Измерение скорости воздушных потоков в самом воздуховоде можно провести крыльчатым анемометров с малым диаметром крыльчатки (1,6-2,5 см) или тепловым анемометром. Такие приборы используют для измерения небольших скоростей ветра (< 2 м/с).
В этом случае точность измерения будет ниже и потребуется провести больше замеров. Если температура воздушных потоков превышает 80 °С, необходимо использовать крыльчатый анемометр с термостойкими крыльчатками.
С помощью крыльчатых анемометров можно проводить измерения и в засоренных вентиляционных каналах.
Крыльчатые анемометры оказываются очень полезными при измерениях воздушных потоков в офисных помещениях. Большая скорость ветра (> 1 м/с) приводит к появлению сквозняков, что может негативно отразиться на здоровье работников.
Для шахт и рудников применяются специальные рудничные анемометры, которые способны работать во взрывоопасной воздушной среде при высокой запыленности. Они могут переносить повышенную влажность (вплоть до 100%) и значительные перепады температур.
В зависимости от Ваших потребностей Вы всегда можете подобрать для себя наиболее подходящий анемометр, который позволит с легкостью проводить измерения скорости ветра в необходимых для Вас местах.
Организация циркуляции воздуха внутри квартиры
Теперь стоит рассмотреть, как циркулирует воздух в отдельно расположенной квартире без установки дополнительных типов устройств для обмена воздуха. Как уже говорилось выше, свежий и чистый воздух будет поступать через различные зазоры и щели в окне, а также через проемы двери – щели и в моменты, когда дверь приоткрыта.
На схеме отлично отображено направление и движение воздуха. Он будет поступать через двери или окна жилого помещения, и перемещаться в сторону отверстий для вентиляции. Комфортное проживание в квартире характеризуется огромным количеством фактором, среди которых кратность обмена воздухом и объем регулярно меняющегося воздуха. Есть определенные нормы, которые регламентируют поступление потоков воздуха.
Таблица кратности обмена воздуха, которая подходит для многоквартирных домов, изображена на схеме. Смена объема воздуха должна происходить активнее всего там, где есть высокий уровень влажности, то есть в санитарных узлах и на кухне. В домах старой постройки вентиляционные шахты не всего работают на 100%, и это все можно проверить самым обычным техническим способом. Следует взять лист бумаги и после приложить его к вентиляционному техническому отверстию. Если бумага не будет удержана силой тяги и начнет отпадать, то естественный тип вентиляции нарушен.
Также вместо листа можно использовать горящую свету или спичку. По тому, как движется язык пламени, может стать понятно, есть ли тяга из помещения наружу. Проблемы с вентиляцией будут негативно влиять на здоровье, и в частности самочувствие проживающих в квартире.
Отсутствие свежего воздуха будет вызывать нездоровую сонливость, а также переутомляемость и головную боль. Особо чутко на подобные перемены реагируют люди, которые имеют заболевания сердца и дыхательной системы. Они постоянно держат окна и форточки открытыми, а это может привести к резкому охлаждению помещения, а из-за этого они часто болеют простудными заболеваниями.
Улучшить эффективность работы естественной системы вытяжения можно при помощи самого простого прибора – вентилятора, который будет установлен в вентиляционном выходе в санитарном узле. Если над плитой в кухне установлена вытяжка, которая используется регулярно и отводит воздух в вентиляционную шахту, то это поспособствует быстрой смене массы воздуха на кухне и расположенных рядом комнат.
Чаще всего клапаны установлены не только на стеклопакете, но и в стенах, а обычно под окнами, возле отопительных приборов. Воздух с улицы будет поступать внутрь комнаты благодаря небольшому отверстию с диаметром от 50 до 100 мм и нагреваться за счет тепло от радиатора или же конвектора, все зависит от типа используемого отопления.
Но все же более совершенной вентиляционной системой в панельном доме считается приточная централизованная система канального типа. Ее можно установить самостоятельно, но лишь в частных дома, так как в многоэтажных строениях системами такого размера занимаются только специализированные службы. Приборы подачи и нагревания воздуха, а также воздуховоды находятся над помещениями в перекрытиях, а также могут походить в стенах, и по этой причине их устанавливают еще во время строительства.
Канальную приточную вентиляцию обычно оборудуют в новых постройках элитного типа (класса). Одним из условий установки являются высокие потолки, которые дают возможность выполнять монтажные работы и при этом не принести ущерба для интерьера. Как видите, отсутствие хорошо отлаженной системы естественного типа вентиляции можно не полностью, но частично компенсировать установкой дополнительного оборудования.
Паспорт системы вентиляции в доме
По результатам выполненных наладочных работ составляют паспорт системы вентиляции (не менее двух экземпляров).
Современный многоквартирный дом часто состоит из нескольких секций (подъездов), которые могут иметь разную этажность, состав и площадь квартир и нежилых помещений, схему вентиляции. Один паспорт оформляется на несколько однотипных секций (подъездов) дома. Номера подъездов и квартир в них указываются в заголовке паспорта.
Для нежилых помещений в доме (офисы, магазины и др.) оформляется свой отдельный паспорт вентиляционной системы.
Разделы паспорта «А. Общие сведения» и «Б. Основные технические характеристики» заполняются на основании сведений из проекта и исполнительной рабочей документации.
В таблице Б.2.1 данные по однотипным по площади квартирам записывают в одну строку. Минимально необходимые величины расхода воздуха в столбцах «Движение воздуха» берут из проекта. Или определяют самостоятельно.
При самостоятельном определении минимально необходимого расхода воздуха необходимо обеспечить выполнение двух условий:
- Общий расход воздуха по всем каналам вентиляции из помещений квартиры должен быть не меньше, чем объем воздуха в квартире (указан в столбце таблицы). Это обеспечит кратность воздухообмена во всех комнатах не менее 1 объема квартиры в час.
- В то же время, должен обеспечиваться расход, указанный в нормах для отдельных помещений с вентканалами — кухни, санузла и др. (см. таблицу в начале статьи).
Предложенный выше, упрощенный метод определения минимально необходимых величин расхода воздуха в каналах вентиляции, вполне допустим. Так как, нормируются только минимальные величины этих показателей. А сами величины в эксплуатации очень сильно меняются при изменении погодных условий. Определять минимально допустимый расход воздуха в канале с высокой точностью не имеет смысла.
Приложениями к паспорту являются:
- Протоколы измерения расхода воздуха в каналах вентиляции.
- Схемы или ксерокопии рабочих чертежей планов (включая план кровли), разрезов, фасадов здания с трассировкой и расположением элементов, агрегатов, вентиляционных камер и отступлениями от проекта, если таковые имели место в процессе строительства, реконструкции или расширения;
- Перечень предусмотренных проектом требований по обеспечению нормальной эксплуатации системы вентиляции.
После приемки в эксплуатацию или проведения капитального ремонта системы вентиляции в целом или отдельных частей, сотрудник службы эксплуатации должен внести изменения в экземпляры паспорта. При этом в паспорт должны быть внесены данные, с учетом изменений проектных решений в ходе капитального ремонта или реконструкции.
