«Ветры и их виды. Приборы для измерение направления скорости ветра»

Анемометры — это приборы для измерения скорости движения воздуха.
В санитарно-гигиенических целях наиболее часто используются следующие виды анемометров.

Ручной крыльчатый (вентиляционный) анемометр предназначен для измерения скорости направленного воздушного потока в трубопроводах и каналах вентиляционных устройств. Порог чувствительности прибора 0,2 м/сек. Предел измерения 0,3—0,5 м/сек. Приемная часть прибора — легкое ветровое колесо (крыльчатка) (рис., а, 1), огражденное металлическим кольцом для защиты от механических повреждений. Движение оси крыльчатки передается на систему зубчатых колес, приводящих в движение стрелки счетного механизма  (рис., а, 2).

Ручной чашечный анемометр служит для определения средних скоростей ветра. Приемная часть прибора — вертушка (рис., б, 1) из четырех полых полушарий, обращенных выпуклыми поверхностями в одну сторону. Счетный механизм (рис., б, 2) заключен в пластмассовую коробку. Вертушка закреплена на металлической оси, нижний конец которой связан со счетным механизмом; проволочные дужки (рис., б, 3) служат для защиты вертушки от случайных повреждений. Три стрелки на циферблате прибора показывают число оборотов полушарий вокруг оси: большая — число единиц и десятков, а две маленькие — число сотен и тысяч. Предел измерения скорости воздуха от 1 до 20,0 м/сек; порог чувствительности 0,8 м/сек.

Кроме описанных анемометров с механическим счетчиком, промышленность выпускает приборы с электрическим счетчиком. К ним относится анемометр ручной индукционный АРИ-49 (рис. в).

Правила работы с анемометром: прибор приподнимают в вытянутой руке (или закрепляют на шесте), ориентируя его по току ветра. Наблюдение ведут в течение 10 минут. При пользовании первыми двумя анемометрами с механическими счетчиками скорость движения воздуха определяют по поверочному свидетельству, прилагаемому к прибору; при пользовании АРИ-49 переводных вычислений не требуется, скорость ветра (в м/сек) указана на шкале анемометра.

Анемометры:
а — ручной крыльчатый (вентиляционный);
б — ручной чашечный;
в — ручной индукционный

Анемометры (от греч. anemos — ветер и metred — измеряю) — это метеорологические приборы для измерения элементов ветра. Воздушные потоки характеризуются скоростью и направлением. Анемометрами можно определить один из этих элементов (обычно скорость) или оба. В медицинско-санитарной практике анемометры применяют для наблюдений за движением воздушных потоков в открытой атмосфере; однако гораздо чаще ими пользуются в закрытых помещениях: в лабораторных и производственных условиях для измерения скорости воздушных потоков во всасывающих и приточных отверстиях механической и естественной вентиляции с целью определения ее эффективности, при исследовании метеорологических условий в рабочих помещениях промышленных предприятий, в общественных зданиях и др. Прибором измеряют среднюю скорость потоков за определенный промежуток времени (ее выражают обычно в м/сек). Принцип действия большинства анемометров основан на явлении силового (динамического) давления, оказываемого воздушным потоком на встречное препятствие; скорость при этом определяется по силе давления потока на движущуюся жесткую систему прибора (аэродинамические анемометры). Существуют приборы для определения скорости воздушных потоков так называемым манометрическим способом; их воспринимающей частью является трубка Пите (подпорная, или пневмометрическая, трубка). Наконец, скорость воздушных потоков можно определить и по величине охлаждения предварительно нагретого тела под действием измеряемого воздушного потока (см. Кататермометр).

Направление движения воздушных потоков определяется чаще всего флюгаркой — пластинкой клиновидной формы с противовесом; встречается флюгарка из двух пластинок, расположенных под углом в 20°, такая флюгарка более чувствительна. Направление ветра обозначается наименованием страны света, откуда он дует; точки горизонта, откуда ветер дует, называются румбами; горизонт делится на 8 или 16 румбов (рис. 1). В гигиенической практике учитывают обычно господствующие (преобладающие) направления ветров в данной местности; они определяются путем длительных (обычно в течение года) ежесуточных наблюдений. На этом основании составляется график или так называемая роза ветров (рис. 2), выражающая процентное соотношение за год числа случаев ветров за каждый день по каждому румбу и дней штиля. Направление преобладающих ветров имеет важное гигиеническое значение: их обязательно учитывают при планировке населенных мест(см.), при строительстве лечебно-профилактических  учреждений (больниц, санаториев и др.), а также при размещении промышленных предприятий и спортивных сооружений.

Рис. 1. Схема расположения румбов.

Рис. 2. Роза ветров с преобладающим северо-западным направлением ветров.

В гигиенической практике пользуются следующими видами анемометров. Ручной анемометр (чашечный, Фюсса) (рис. 3) — портативный, удобный в работе, широко распространенный в санитарной практике прибор. Приемная его часть представляет вертушку из 4 полых полушарий (чашек), закрепленную на металлической оси, нижний конец которой связан со счетным механизмом. 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. Винт, прикрепленный к анемометру снизу, предназначен для установки прибора на шесте высотой 2 м. Измерение скорости ветра: записывают показания всех стрелок (на малых циферблатах учитывают только целые деления), устанавливают прибор на шесте строго вертикально (в открытой атмосфере лучше держать прибор в вытянутой вверх руке), став лицом против ветра (шкала анемометра обращена к наблюдателю), выжидают 1—2 мин., пока не наступит полная скорость вращения вертушки, после чего шнуром включают анемометр (рис. 4) и одновременно секундомер; наблюдение ведется в течение 10 мин. Вычислив разность между двумя показаниями счетчика (исходным и после 10 мин. работы анемометра) и разделив эту величину на время наблюдения, выраженное в секундах, получают число оборотов в 1 сек. Эта величина приблизительно соответствует искомой скорости движения воздушного потока; для получения более точной величины пользуются таблицей для перевода числа оборотов в скорость (прилагается к каждому прибору). Прибор служит для определения средних скоростей ветра в пределах 1,0—20,0 м/сек.

Рис. 3. Ручной чашечный анемометр.
Рис. 4. Включение и выключение анемометра шнуром.
Рис. 5. Ручной крыльчатый (вентиляционный) анемометр.

Крыльчатые анемометры с мельничкой (вентиляционные). Приемной частью их служит крыльчатка (мельничка) из легких металлических лопастей, посаженных на соединенную со счетчиком оборотов горизонтальную ось. Приборы особенно чувствительны и применяются поэтому для измерения скоростей воздушных потоков в каналах вентиляционных установок.

Ручной крыльчатый анемометр (вентиляционный) (рис.5). При работе прибор ориентируется по потоку так, чтобы счетный механизм был позади потока относительно крыльчатки; для преодоления инерции сопротивления прибора достаточно крыльчатке вращаться вхолостую всего 0,5 мин.; продолжительность наблюдения ограничивается 2 мин.; порядок расчета средней скорости потока такой же, как у предыдущего типа анемометра; пределы измерения скорости воздушных потоков 0,3— 5,0 м/сек.

Вентиляционный дифференциальный анемометр (рис. 6) снабжен небольшой воздуходувкой с вентилятором, приводящей мельничку в движение. Это приспособление служит для преодоления инерции сопротивления прибора и тем самым значительно повышает его чувствительность: им можно измерить скорость, начиная с 0,02 м/сек.

Рис. 6. Вентиляционный дифференциальный анемометр. Справа — схема действия воздушного потока, образующегося под действием вентилятора.

Работают с анемометром так: заводят ключом механизм вентилятора (вне сферы действия потока воздуха), включают счетчик, записывают скорость вращения крыльчатки под действием только вентилятора. Затем снова заводят пружину вентилятора и ставят анемометр так, чтобы воздушный поток был направлен в сторону крыльчатки, снова отмечают показания счетчика; разность между вторым и первым показаниями прибора покажет скорость воздушного потока.

Электрические анемометры. К приборам с электрическими тахометрами (механизмы для определения числа оборотов) относятся: индукционный анемометр и контактный анемометр. Приемная часть ручного индукционного анемометра (рис. 7) — трехчашечная вертушка, ось которой связана с магнитной системой (генератором электротока); шкала прибора градуирована в м/сек; пределы измерений скорости потоков 0,2—30,0 м/сек. Работают с прибором, как с обычным ручным анемометром (Фюсса). Для повышения точности следует провести несколько измерений с интервалом в 0,5 мин. и взять среднее значение.

Рис. 7. Ручной индукционный анемометр.

Анеморумбометры — приборы, служащие для определения скорости и направления ветра. Простейший из них — флюгер Вильда (рис. 8), применяемый главным образом в лечебно-профилактических учреждениях, на пляжах, площадках для воздушных ванн и т. п. При вращении флюгарки доска всегда принимает положение, перпендикулярное направлению ветра, и под давлением последнего отклоняется от отвесного положения на тот или иной угол. По положению отклоненной доски, пользуясь штифтиками-указателями, определяют скорость ветра; в приборе имеется две доски: легкая (200 г) для измерения скоростей, не превышающих 20 м/сек, и тяжелая (800 г) для скоростей до 40 м/сек. Приближенную скорость ветра можно определить, помножив номер штифтика на 2 (при пользовании легкой доской) или на 4 (при пользовании тяжелой доской). Флюгер для наблюдений устанавливают в открытом месте на сухом гладком столбе высотой 8—10 м штифтик с буквой С (N) должен быть установлен на Север (по компасу или по полуденной линии, т.е. по меридиану данного места).

Рис. 8. Флюгер Вильда: 1 — флюгарка; 2 — вертикальный стержень; 3 — трубка флюгарки; 4 — противовес; 5 — муфта для прутиков указателей румбов; 6—8 — указатель скорости, металлическая доска, рама и дуга с занумерованными штифтиками от 0 до 7.

Рис. 9. Электрический анеморумбометр (схема): 1 — вертушка; 2 — магнит; 3 — соединительные провода; 4 — кнопка; 5 — указатель скорости.

Электрический анеморумбометр (рис. 9) — прибор чашечного типа. Принцип его действия основан на преобразовании механической энергии, развиваемой вращением вертушки, в электрическую; генератором энергии является постоянный магнит (расположен в верхней неподвижной части прибора); напряжение получаемого тока измеряется милливольтметром, шкала которого градуирована в м/сек. Указателем направления ветра в приборе служит флюгарка.

Манометрический способ измерения скорости ветра. Способ весьма удобен для определения скорости движения воздуха в трубопроводах и, в частности, в воздуховодах механической вентиляции с целью расчета ее эффективности. Приборами непосредственно измеряется давление воздушного потока, на основе чего рассчитывается скорость его движения. Для определения давления пользуются трубкой Прандтля (рис. 10), включаемой в жидкостный манометр.

Рис. 10. Трубка Прандтля.

Рис. 11. Манометр из U-образной трубки с водой.

Она состоит из двух металлических трубок, впаянных одна в другую. Приемный конец прибора (т. е. тот, который вводится в просвет воздуховода) устроен так: внутренняя трубка имеет одно отверстие (на рис. в точке 1), внешняя — несколько отверстий (2, 2′, 2″, 2″‘), расположенных радиально (на рисунке — в месте разреза а — б); нижние концы трубок при помощи коротких резиновых шлангов присоединяются к жидкостному манометру; проще всего пользоваться U-образной стеклянной трубкой, заполненной до половины высоты водой и закрепленной на шкале с миллиметровыми делениями (рис. 11). Измерив разность высот воды в обоих коленах, выраженную в мм вод. ст., вычисляют (приближенно) скорость воздушного потока по формуле: v = 4 √h м/сек, где h — величина давления в мм вод. ст. (по манометру; обычно берется средняя цифра из нескольких измерений в разных точках воздуховода). Для точных измерений пользуются микроманометром.