Знакомство с метеорологическими приборами и наблюдение за погодой

Знакомство с метеорологическими приборами и наблюдение за погодой Анемометр

Важные для выбора анемометра технические характеристики

Самой главной характеристикой является диапазон измерения скорости воздуха.

Если речь идет о конструировании систем кондиционирования, оптимальным вариантом станет прибор, рассчитанный на интервал от 0 до 10 м/с. На нашем сайте такие модели представлены термоанемометром стик-класса Testo 405-V1. Это прочный, надежный прибор, который отлично подойдет для использования бригадами, занимающимися монтажом и диагностикой климатической техники.

В тех случаях, когда анемометр необходим для проектирования систем вентиляции в производственных и офисных зданиях или крупных торговых центрах, рекомендуем остановить свой выбор на приборах, рассчитанных на измерения в диапазоне от 0 до 20 м/с. Например, анемометр Testo с крыльчаткой 417П или Testo 425.

Помимо прочего, анемометры измеряют и температуру воздуха. Одни модели могут фиксировать только плюсовую (от 0º до 50º С), как Testo 405-V1, а другие – и отрицательную (от -20º) Testo 425. Прибор, способный замерять минусовую температуру, больше подходит для строительных фирм, объекты которых находятся преимущественно в климатических зонах с жестким климатом.

Точность измерения — следующий немаловажный параметр, который определяет погрешность данных, полученных с помощью выбранной модели анемометра. Ее значение варьируется от 1,5% как у модели Testo с крыльчаткой 417П до 5% как у X-Line AeroTemp X00123.

Инструмент с большей погрешностью рекомендуется использовать там, где погрешность не играет большой роли, например, в кайтинге (запуске больших воздушных змеев). Анемометры же с большой точностью используются на предприятиях для создания эффективной системы вентиляции.

Грамотный выбор анемометра – это очень ответственная задача, от которой зависит комфорт условий работы людей в офисах, на производстве и в цехах, а также качество работы климатической техники. В нашем магазине представлены наиболее популярные модели, среди которых найдется то, что нужно и новичку, и настоящему профессионалу.

Чтобы оформить заказ, позвоните по указанному на главной странице номеру. Менеджер предоставит подробную консультацию об особенностях выбранного прибора, а также расскажет о доставке товара и способах оплаты.

Выносной модуль и измерительная схема датчиков ветра

В качестве фотоизлучателей были выбраны светодиоды ИК-диапазона АЛ-107Б. Эти старинные светодиоды, конечно, не самые лучшие в своем классе, зато имеют миниатюрный корпус диаметром 2,4 мм и способны пропускать ток до 600 мА в импульсе. Между прочим, при испытаниях выяснилось, что образец этого светодиода около 1980 года выпуска (в корпусе красного цвета) имеет примерно вдвое большую эффективность (выразившуюся в дальности уверенной работы фотоприемника), чем современные экземпляры, купленные в «Чипе-Дипе» (они имеют прозрачный желтовато-зеленый корпус).

Через светодиод в датчике скорости пропускался постоянный ток около 20 мА (резистор 150 Ом при питании 5 вольт), а в датчике направления — импульсный (меандр со скважностью 2) ток около 65 мА (те же 150 Ом при питании 12 вольт). Средний ток через один светодиод датчика направления при этом около 33 мА, всего через четыре канала — около 130 мА.

В качестве фотоприемников были выбраны фототранзисторы L-32P3C в корпусе диаметром 3 мм. Сигнал снимался с коллектора, нагруженного на резистор 1,5 или 2 кОм от питания 5 В. Эти параметры подобраны так, чтобы на расстоянии ~20 мм между фотоизлучателем и приемником на вход контроллера поступал сразу полноразмерный логический сигнал в 5-вольтовых уровнях без дополнительного усиления.

Токи, фигурирующие здесь, могут показаться вам несоразмерно большими, если исходить из озвученного выше требования минимального энергопотребления, но как вы увидите, фигурируют они в каждом цикле измерения на протяжении максимум нескольких миллисекунд так, что общее потребление остается небольшим.

Основой для крепления приемников и излучателей послужили отрезки кабельного канала (видны на фото датчиков выше), вырезанные так, чтобы у основания образовать «ушки» для крепления на скобе. Для каждого из этих обрезков к запирающей крышке изнутри приклеивалась пластиковая пластинка, по ширине равная ширине канала.

Светодиоды и фототранзисторы закреплялись на нужном расстоянии в отверстиях, просверленных в этой пластинке так, чтобы выводы оказались внутри канала, а наружу выступали только выпуклости на торце корпусов. Выводы распаиваются в соответствии со схемой (см. ниже), внешние выводы делаются обрезками гибкого разноцветного провода.

Резисторы для излучателей датчика направления также размещаются внутри канала, от них делается один общий вывод. После распайки крышка защелкивается на место, все щели герметизируются пластилином и дополнительно липкой лентой, которой также закрывается отверстие со стороны, противоположной выводам, и вся конструкция заливается эпоксидной смолой. Внешние выводы, как можно видеть на фото датчиков, выводятся на клеммную колодку, закрепленную на тыльной стороне скобы.

Принципиальная схема блока обработки датчиков ветра выглядит так:

О том, откуда берется питание 12-14 вольт, см. далее. Кроме компонентов, указанных на схеме, выносной блок содержит датчик температуры-влажности, который на схеме не показан. Делитель напряжения, подключенный к выводу A0 контроллера, предназначен для контроля напряжения источника питания с целью своевременной замены.

В схеме используется «голый» контроллер Atmega328 в DIP-корпусе, запрограммированный через Uno и установленный на панельку. Такие контроллеры с уже записанным Arduino-загрузчиком, продаются, например, в «Чипе-Дипе» (или загрузчик можно записать самостоятельно).

Такой контроллер удобно программировать в привычной среде, но, лишенный компонентов на плате, он во-первых, получается экономичнее, во-вторых, занимает меньше места. Полноценный энергосберегающий режим можно было бы получить, избавившись и от загрузчика тоже (и вообще расписав весь код на ассемблере :), но здесь это не очень актуально, а программирование при этом неоправданно усложняется.

На схеме серыми прямоугольниками обведены компоненты, относящиеся отдельно к каналам скорости и направления. Рассмотрим функционирование схемы в целом.

Работа контроллера в целом управляется сторожевым таймером WDT, включенным в режиме вызова прерывания. WDT выводит контроллер из режима сна через заданные промежутки времени. В случае, если в вызванном прерывании таймер взводится заново, перезагрузки с нуля не происходит, все глобальные переменные остаются при своих значениях. Это позволяет накапливать данные от пробуждения к пробуждению и в какой-то момент обрабатывать их — например, усреднять.

В начале программы сделаны следующие объявления библиотек и глобальных переменных (чтобы не загромождать текст и без того обширных примеров, здесь выпущено все, что относится к датчику температуры-влажности):

#include <VirtualWire.h>
#include <avr/wdt.h>
#include <avr/sleep.h>
. . . . .
#define ledPin 13 //вывод светодиода (PB5 вывод 19 ATmega)
#define IR_Pin 10 //управление транзистором IRLU (PB2 вывод 16 Atmega)
#define in_3p 9 //вход приемника разряд 3
#define in_2p 8 //вход приемника разряд 2
#define in_1p 7 //вход приемника разряд 1
#define in_0p 6 //вход приемника разряд 0
#define IR_PINF 5 //(PD5,11) вывод для ИК-светодиода частоты
#define IN_PINF 4 //(PD4,6) вход обнаружения частоты 

volatile unsigned long ttime = 0;        //Период срабатывания датчика
float ff[4]; //значения частоты датчика скорости для осреднения
char msg[25]; //посылаемый месседж
byte count=0;//счетчик
int batt[4]; //для осреднения батарейки
byte wDir[4]; //массив направлений ветра
byte wind_Gray=0; //байт кода направления ветра

Для инициации режима сна и WDT (пробуждение каждые 4 с) служат следующие процедуры:

// перевод системы в режим сна
void system_sleep() {
  ADCSRA &= ~(1 << ADEN); //экв. cbi(ADCSRA,ADEN); выключим АЦП
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); // режим сна
  sleep_mode();                        // система засыпает
    sleep_disable(); // система продолжает работу после переполнения watchdog
    ADCSRA |= (1 << ADEN); /экв. sbi(ADCSRA,ADEN); включаем АЦП
}

//****************************************************************
// ii: 0=16ms, 1=32ms,2=64ms,3=128ms,4=250ms,5=500ms
// 6=1 sec,7=2 sec, 8=4 sec, 9= 8sec
void setup_watchdog(int ii) {
  byte bb;
  if (ii > 9 ) ii=9;
  bb=ii & 7;
  if (ii > 7) bb|= (1<<5); //в bb - код периода
  bb|= (1<<WDCE);
  MCUSR &= ~(1<<WDRF);
  // запуск таймера
  WDTCSR |= (1<<WDCE) | (1<<WDE);
  // установка периода срабатывания сторожевого таймера
  WDTCSR = bb;
  WDTCSR |= (1<<WDIE); //прерывание WDT  
}
//****************************************************************  
// Обработка прерывания сторожевого таймера 
ISR(WDT_vect) {
        wdt_reset();
}


Датчик скорости выдает частоту прерывания оптического канала, порядок величин — единицы-десятки герц. Мерить такую величину экономичнее и быстрее через период (этому была посвящена публикация автора «

»). Здесь выбран метод через модифицированную функцию pulseInLong(), который не привязывает измерение к определенным выводам контроллера (текст функции periodInLong() можно найти в указанной публикации).

В функции setup() объявляются направления выводов, инициализируются библиотека передатчика 433 МГц и сторожевой таймер (строка для IN_PINF в принципе лишняя, и вставлена для памяти):

void setup() {
  pinMode(IR_PINF, OUTPUT); //на выход
  pinMode(IN_PINF, INPUT); //вывод обнаружения частоты на вход
  pinMode(13, OUTPUT); //светодиод
  vw_setup(1200); // скорость соединения VirtualWire
  vw_set_tx_pin(2);   //D2, PD2(4) вывод передачи VirtualWire
//  Serial.begin(9600); // Serial-порт для контроля при отладке
  setup_watchdog(8); //WDT период 4 c
  wdt_reset();
}

Наконец, в основном цикле программы мы сначала каждый раз при пробуждении (каждые 4 секунды) считываем напряжение и рассчитываем частоту датчика скорости ветра:

void loop() {
  wdt_reset(); //обнуляем таймер
  digitalWrite(ledPin, HIGH); //включаем светодиод для контроля
  batt[count]=analogRead(0); //читаем и сохраняем текущий код батарейки
/*=== частота ==== */ 
  digitalWrite(IR_PINF, HIGH); //включаем ИК-светодиод датчика скорости
  float f=0; //переменная для частоты
      ttime=periodInLong(IN_PINF, LOW, 250000); //ожидание 0,25 сек
//        Serial.println(ttime); //для контроля при отладке
       if (ttime!=0) {//на случай отсутствия частоты
       f = 1000000/float(ttime);} // вычисляем частоту сигнала в Гц
       digitalWrite(IR_PINF, LOW); //выключаем ИК-светодиод
 ff[count]=f; //сохраняем вычисленное значение в массиве    
. . . . .

Время горения ИК-светодиода (потребляющего, напомню, 20 мА) здесь, как видите, будет максимальным при отсутствии вращения диска датчика и составляет при этом условии около 0,25 секунды. Минимальная измеряемая частота, таким образом, составит 4 Гц (четверть оборота диска в секунду при 16 отверстиях).

Как выяснилось при калибровке датчика (см. далее), это соответствует примерно 0,2 м/с скорости ветра Подчеркнем, что это минимальная измеряемая величина скорости ветра, но не разрешающая способность и не порог трогания (который окажется гораздо выше).

Далее следуют процедуры, которые выполняются каждое четвертое пробуждение (то есть каждые 16 секунд). Значение частоты датчика скорости из накопленных четырех значений мы передаем не среднее, а максимальное — как показал опыт, это более информативная величина.

//каждые 16 сек усредняем батарейку и определяем максимальное значение 
//частоты из 4-х значений:
if (count==3){ 
    f=0; //значение частоты
    for (byte i=0; i<4; i  ) if (f<ff[i]) f=ff[i]; //максимальное значение из четырех
    int fi=(int(f*10) 1000); //доводим до 4 дес. разрядов для отправки
    int volt=0; //код батарейки
    for (byte i=0; i<4; i  ) volt=volt batt[i];
    volt=volt/4 100; //средний код на 100 больше = 3 дес.разряда 
    volt=volt*10; //до 4 дес. разрядов
. . . . .

Далее — определение кода Грея направления. Здесь для снижения потребления вместо постоянно включенных ИК-светодиодов на все четыре канала одновременно через ключевой полевой транзистор с помощью функции tone() подается частота 5 кГц. Обнаружение наличия частоты на каждом из разрядов (выводы in_0p – in_3p) производится методом, аналогичным антидребезгу при считывании показаний нажатой кнопки.

Про анемометры:  Анемометр в Оренбурге: 390-товаров: бесплатная доставка, скидка-66% [перейти]

Сначала в цикле дожидаемся, имеется ли на выводе высокий уровень, и затем проверяем его через 100 мкс. 100 мкс есть полпериода частоты 5 кГц, то есть при наличии частоты минимум со второго раза мы опять попадем на высокий уровень (на всякий случай повторяем четыре раза) и это означает, что он точно там есть. Эту процедуру повторяем для каждого из четырех бит кода:

/* ===== Wind Gray ==== */
//направление:
  tone(IR_Pin,5000);//частоту 5 кГц на транзистор
  boolean yes = false;
  byte i=0;
  while(!yes){ //разряд 3
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_3p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_3p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[3]=1; else wDir[3]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 2
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_2p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_2p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[2]=1; else wDir[2]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 1
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_1p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_1p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[1]=1; else wDir[1]=0;
    yes = false;
    i=0;
  while(!yes){ //разряд 0
    i  ;
    boolean state1 = (digitalRead(in_0p)&HIGH);
    delayMicroseconds(100); // задержка в 100 микросекунд 
    yes=(state1 & !digitalRead(in_0p));
    if (i>4) break; //пробуем четыре раза
  } 
  if (yes) wDir[0]=1; else wDir[0]=0;
  noTone(IR_Pin); //выключаем частоту
  //собираем в байт в коде Грея:
  wind_Gray=wDir[0] wDir[1]*2 wDir[2]*4 wDir[3]*8; //прямой перевод в дв. код
  int wind_G=wind_Gray*10 1000; //дополняем до 4-х дес. разрядов
. . . . .

Максимальная длительность одной процедуры будет при отсутствии частоты на приемнике и равна 4×100 = 400 микросекунд. Максимальное время горения 4-х светодиодов направления будет тогда, когда не засвечен ни один приемник, то есть 4×400 = 1,6 миллисекунды.

Алгоритм, кстати, точно так же будет работать, если вместо частоты, период которой кратен 100 мкс, просто подать постоянный высокий уровень на светодиоды. При наличии меандра вместо постоянного уровня мы просто экономим питание вдвое. Мы можем еще сэкономить, если завести каждый ИК-светодиод через отдельную линию (соответственно, через отдельный вывод контроллера со своим ключевым транзистором), но зато при этом усложняется схема, разводка и управление, а ток в 130 мА в течение 2 мс каждые 16 секунд — это, согласитесь, немного.

Наконец, беспроводная передача данных. Для передачи данных от места установки датчиков до табло метеостанции был выбран самый простой, дешевый и надежный способ: пара передатчик/приемник на частоте 433 МГц. Согласен, способ не самый удобный (из-за того, что девайсы рассчитаны на передачу битовых последовательностей, а не целых байтов, приходится изощряться в конвертации данных между нужными форматами), и уверен, что многие со мной захотят поспорить в плане его надежности. Ответ на последнее возражение простой: «ты просто не умеешь их готовить!».

Секрет в том, что обычно остается за кадром различных описаний обмена данными по каналу 433 МГц: поскольку приборы эти чисто аналоговые, то питание приемника должно быть очень хорошо очищено от любых посторонних пульсаций. Ни в коем случае не следует питать приемник от внутреннего 5-вольтового стабилизатора Arduino!

В данном случае передатчик работал непосредственно от напряжения аккумулятора 12 В, приемник и передатчик были снабжены стандартными самодельными антеннами в виде отрезка провода длиной 17 см. (Напомню, что провод для антенн пригоден только одножильный, а размещать антенны в пространстве необходимо параллельно друг другу.)

Пакет информации длиной в 24 байта (с учетом влажности и температуры) без каких-то проблем уверенно передавался со скоростью 1200 бит/с по диагонали через садовый участок 15 соток (около 40-50 метров), и затем через три бревенчатых стенки внутрь помещения (в котором, например, сотовый сигнал принимается с большим трудом и не везде).

Условия, практически недостижимые для любого стандартного способа на 2,4 ГГц (типа Bluetooth, Zig-Bee и даже любительский Wi-Fi), притом, что потребление передатчика здесь составляет жалкие 8 мА и только в момент собственно передачи, остальное время передатчик потребляет сущие копейки. Передатчик конструктивно размещен внутри выносного блока, антенна торчит сбоку горизонтально.

Объединяем все данные в один пакет (в реальной станции к нему добавятся еще температура и влажность), состоящий из единообразных 4-байтных частей и предваряемый сигнатурой «DAT», отправляем его на передатчик и завершаем все циклы:

/*=====Transmitter=====*/
  String strMsg="DAT"; //сигнатура - данные
  strMsg =volt; //присоединяем батарейку 4 разряда
  strMsg =wind_G; //присоединяем wind 4 разряда
  strMsg =fi; //присоединяем частоту 4 разряда
  strMsg.toCharArray(msg,16); //переводим строку в массив
//  Serial.println(msg); //для контроля
  vw_send((uint8_t *)msg, strlen(msg)); // передача сообщения
  vw_wait_tx(); // ждем завершения передачи - обязательно!
  delay(50); //  еще на всякий случай задержка
   count=0; //обнуляем счетчик
}//end count==3 
else count  ;
  digitalWrite(ledPin, LOW); //гасим сигнальный светодиод
  system_sleep(); //систему — в сон
} //end loop

Размер пакета можно сократить, если отказаться от требования представления каждой из величин разнообразных типов в виде единообразного 4-байтового кода (например, для кода Грея, конечно, хватит и одного байта). Но универсализации ради я оставил все как есть.

Питание и особенности конструкции выносного блока. Потребление выносного блока подсчитываем таким образом:

— 20 мА (излучатель) ~20 мА (контроллер со вспомогательными цепями) в течение примерно 0,25 с каждые четыре секунды — в среднем 40/16 = 2,5 мА; — 130 мА (излучатели) ~20 мА (контроллер со вспомогательными цепями) в течение примерно 2 мс каждые 16 секунд — в среднем 150/16/50 ≈ 0,2 мА;

Накинув на этот расчет потребление контроллера при съеме данных с датчика температуры-влажности и при работе передатчика, смело доводим среднее потребление до 4 мА (при пиковом около 150 мА, заметьте!). Батарейки (которых, кстати, потребуется аж 8 штук для обеспечения питания передатчика максимальным напряжением!) придется менять слишком часто, потому возникла идея питать выносной блок от 12-вольтовых аккумуляторов для шуруповерта — их у меня образовалось как раз две штуки лишних.

Емкость их даже меньше, чем соответствующего количества АА-батареек — всего 1,3 А•часа, но зато никто не мешает их менять в любое время, держа наготове второй заряженный. При указанном потреблении 4 мА емкости 1300 мА•часов хватит примерно на две недели, что получается не слишком хлопотно.

Отметим, что напряжение свежезаряженного аккумулятора может составить до 14 вольт. На этот случай поставлен входной стабилизатор 12 вольт — чтобы не допустить перенапряжений питания передатчика и не перегружать основной пятивольтовый стабилизатор.

Выносной блок в подходящем пластиковом корпусе размещается под крышей, к нему на разъемах подведен кабель питания от аккумулятора и соединения с датчиками ветра. Основная сложность в том, что схема оказалась крайне чувствительной к влажности воздуха: в дождливую погоду уже через пару часов начинает сбоить передатчик, измерения частоты показывают полную кашу, а измерения напряжения аккумулятора показывают «погоду на Марсе».

Поэтому после отладки алгоритмов и проверки всех соединений корпус необходимо тщательно герметизировать. Все разъемы в месте входа в корпус промазываются герметиком, то же самое касается всех головок винтов, торчащих наружу, выхода антенны и кабеля питания.

Стыки корпуса промазываются пластилином (с учетом того, что их придется разнимать), и дополнительно проклеиваются сверху полосками сантехнического скотча. Неплохо дополнительно аккуратно укрепить эпоксидкой используемые разъемы внутри: так, указанный на схеме выносного модуля DB-15 сам по себе не герметичен, и между металлическим обрамлением и пластиковой основой будет медленно просачиваться влажный воздух.

Но все эти меры сами по себе дадут только кратковременный эффект — даже если не будет подсоса холодного влажного воздуха, то сухой воздух из комнаты легко превращается во влажный при падении температуры снаружи корпуса (вспомните про явление, называемое «точка росы»).

Чтобы этого избежать, необходимо внутри корпуса оставить патрончик или мешочек с влагопоглотителем — силикагелем (мешочки с ним иногда вкладывают в коробки с обувью или в некоторые упаковки с электронными устройствами). Если силикагель неизвестного происхождения и долго хранился, его перед использованием необходимо прокалить в электродуховке при 140-150 градусах несколько часов. Если корпус герметизирован как следует, то менять влагопоглотитель придется не чаще, чем в начале каждого дачного сезона.

Датчик скорости ветра — чашечный анемометр своими руками

Как вы уже поняли, основа для датчика скорости в целях унификации была выбрана та же самая, что и для флюгера. Но требования к конструкции тут несколько иные: в целях снижения порога трогания анемометр должен быть максимально облегчен. Поэтому, в частности, ось для него сделана из дюраля, диск с отверстиями (для измерения частоты вращения) уменьшен в диаметре:

Если для четырехбитного энкодера Грея требуется четыре оптопары, то для датчика скорости всего одна. По окружности диска на равном расстоянии просверлено 16 отверстий, таким образом один оборот диска в секунду эквивалентен 16 герцам частоты, поступающей с оптопары (можно больше отверстий, можно меньше — вопрос только в масштабе пересчета и экономии энергии на излучатели).

Самодельный датчик все равно получится достаточно грубым (порог трогания не менее полуметра-метра в секунду), но его снизить можно только если радикально изменить конструкцию: например, вместо чашечной вертушки поставить пропеллер. У чашечной вертушки разность сил сопротивления потоку, обуславливающая крутящий момент, относительно невелика — она достигается исключительно за счет разной формы поверхности, встречающей набегающий поток воздуха (поэтому форма чашек должна быть как можно более обтекаемой — в идеале это половинка яйца или шара).

У пропеллера вращающий момент гораздо больше, его можно сделать гораздо меньшим по весу, и, наконец, само изготовление проще. Но пропеллер нужно устанавливать по направлению потока воздуха — например, разместив его на конце того же флюгера.

Вопрос вопросов при этом: как передавать показания с датчика, хаотично вращающегося вокруг вертикальной оси? Я его решить не смог, и судя по тому, что профессиональные чашечные конструкции до сих пор широко распространены, решается он отнюдь не с полпинка (ручные анемометры в расчет не берем — их ориентируют по потоку воздуха вручную).

Измерительная аппаратура : термометр, анемометр, психрометр. контроль параметров воздушной среды.


<?php echo ‘Адрес этой страницы’ ?>

<<Предыдущая страницаОглавление книгиСледующая страница>>

В производственных
помещениях в процессе работы необходимо периодически контролировать
параметры воздушной среды. Осуществляют это с помощью
контрольно-измерительных приборов.

Температура воздуха
контролируется термометрами, установленными постоянно на стенах или
колоннах на высоте около 1,5 м и не ближе 1 м от нагревательных
приборов. При легких работах необходим более тщательный контроль за
температурой воздуха в помещении и в этих случаях применяются
термографы, осуществляющие непрерывную запись температуры. Термографы
могут быть двух типов – для суточной и недельной записи
температуры.

Про анемометры:  Ветряная метеостанция на ESP8266 | Пикабу

Относительная влажность
воздуха измеряется психрометром, который имеет два одинаковых ртутных
или спиртовых термометра: сухой и влажный (рис. 29, а). По
разности их показаний с помощью психрометрической таблицы или
номограммы (см. рис. 3) определяется относительная влажность воздуха.
Относительная влажность выражается в процентах. Разность показаний
сухого 1 и влажного 2 термометров обусловлена тем, что шарик
влажного термометра обертывается тонкой гигроскопичной материей или
марлей 3, концы которой помещают в сосуд 4 с дистиллированной
водой. Вода, испаряясь с поверхности шарика влажного термометра,
охлаждает его, поэтому показания влажного термометра всегда ниже
показаний сухого. В этих же целях применяется стационарный
аспирационный психрометр, имеющий вентилятор, протягивающий
исследуемый воздух через прибор, что повышает точность показаний
психрометра. При необходимости непрерывного определения и записи
влажности воздуха используют гигрографы (рис. 29, б).

статический психрометргигрограф

Рис. 29. Приборы для
определения температуры и влажности воздуха
: а – статический
психрометр; б – гигрограф

Скорость движения воздуха
замеряется анемометрами – крыльчатыми и чашечными.

Чашечный и крыльчатый
анемометры
(рис. 30, а, г) состоят из воспринимающей части,
вращающейся под действием воздушного потока, и счетного механизма.
Воспринимающая часть крыльчатого анемометра состоит из
крыльчатки-втулки с насаженными на ней восемью крылышками,
поставленными под углом 45° к потоку. На оси крыльчатки укреплен
червячный винт, передающий вращение счетному механизму, который
снабжен циферблатом и стрелкой. Крыльчатый анемометр применяется для
определения скоростей свободного воздушного потока от 0,3 до 5 м/с.

анемометр чашечный для измерения скорости движения воздухапсихрометр для намерения влажности воздухамикроманометр для измерения давления воздухаанемометр крыльчатый

Рис. 30. Приборы для
технического испытания вентиляционных установок
:

а –
анемометр чашечный для измерения скорости движения воздуха; б –
психрометр для намерения влажности воздуха; в –
микроманометр для измерения давления воздуха; г – анемометр
крыльчатый

Чашечный анемометр отличается от крыльчатого лишь конструкцией воспринимающей части,
которая состоит из четырех полых полушарий, укрепленных на
крестовине, сидящей на оси. Вследствие того, что поток воздуха
по-разному действует на вогнутую и выпуклую части полушарий,
происходит их вращение вокруг оси. Чашечным анемометром можно
измерить скорости воздушного потока от 1 до 20 м/с.

Измерение скоростей
воздушного потока менее 0,3 м/с производится микроанемометром или
электротермоанемометром.

Определение давлений и
измерение скоростей движения воздуха в воздуховодах производится
пневмометрическими трубками. С помощью пневмометрических трубок можно
определить полное и статическое давление, а также динамическое
(скоростное) давление, представляющее собой разность этих давлений.
Скорость движения воздуха в воздуховодах обычно измеряется
пневматическими трубками, соединенными с U-образным манометром.

Концентрация паров и
газов определяется одним из методов: экспрессным (индикационным),
автоматическим или лабораторным.

Экспресс-методы
применяются для быстрого определения содержания в воздухе паров или
газов непосредственно на месте. В большинстве случаев для этих целей
используются быстропротекающие цветные реакции. Через стеклянную
трубочку, заполненную высокочувствительной поглотительной жидкостью
или твердым веществом (носителем), пропитанным индикатором,
пропускается определенный объем исследуемого воздуха. Сопоставляя
длину окрашенного столбика индикаторной трубки со шкалой измерения,
определяют количество вредных веществ в воздухе производственных
помещений. Экспресс-методы выполняются с помощью специальных приборов
– газоанализаторов, конструкции которых многочисленны (УГ-2 и
др.). Данные методы являются простыми и оперативными.

Автоматические методы
обеспечивают быстроту и точность анализа воздуха. Выполняются они
автоматическими газоанализаторами, которые согласно используемым
аналитическим методам подразделяются на спектрометрические,
электрические, оптические и др.

Лабораторные методы
позволяют путем отбора проб воздуха в производственных помещениях и
их анализа в лаборатории обеспечить высококачественные результаты, но
для их получения необходимо лабораторное оборудование,
квалифицированные специалисты-химики и значительное время.

Содержание пыли в воздухе
производственных помещений и на рабочих местах измеряют, пропуская
запыленный воздух через фильтры и определяя массу задержанной ими
пыли. Этот способ называется весовым. Для быстрого определения
степени запыленности воздуха разработан ряд методов и приборов. При
необходимости проводится анализ пыли по составу ее веществ и
дисперсности.

Механический датчик направления ветра — электронный флюгер

Основой флюгера (как и датчика скорости далее) служит П-образная скоба из дюраля Д-16, изображенная на чертеже вверху слева. В нижнее углубление запрессовывается кусочек фторопласта, в котором делается ступенчатое углубление последовательно сверлами 2 и 3 мм.

В это углубление острым концом вставляется ось (для флюгера — из латуни). Сверху она свободно проходит через отверстие 8 мм. Над этим отверстием винтами М2 к скобе прикрепляется прямоугольный кусочек того же фторопласта толщиной 4 мм так, чтобы он перекрывал отверстие.

image


Ось в месте трения о фоторопласт можно отполировать, а площадь трения уменьшить, отзенковав отверстие во фторопласте. (

См. на эту тему ниже UPD от 13.09.18 и 05.06.19

). Для флюгера это не играет особой роли — некоторая «заторможенность» ему даже полезна, а для анемометра придется постараться минимизировать трение и инерцию.

Теперь о съеме величины угла поворота. Классический энкодер Грея на 16 положений применительно к нашему случаю выглядит так, как показано на рисунке:
image
Размер диска был выбран, исходя из условия надежной оптической изоляции пар излучатель-приемник друг от друга. При такой конфигурации щели шириной 5 мм располагаются с промежутком также 5 мм, а оптические пары расположены на расстоянии ровно 10 мм. Размеры скобы, к которой крепится флюгер, были рассчитаны именно исходя из диаметра диска 120 мм. Все это, конечно, можно уменьшить (особенно, если подобрать светодиоды и фотоприемники как можно меньшего диаметра), но было принята во внимание сложность изготовления энкодера: выяснилось, что фрезеровщики за такую тонкую работу не берутся, потому его пришлось выпиливать вручную надфилем. А тут чем больше размеры, тем надежнее результат и меньше хлопот.

На сборочном чертеже выше показано крепление диска к оси. Тщательно отцентрованный диск крепится винтиками М2 к капролоновой втулке. Втулка размещается на оси так, чтобы зазор вверху был минимальным (1-2 мм) — так, чтобы ось в нормальном положении вращалась свободно, а при перевороте острие не выпадало из гнезда внизу. Блоки фотоприемников и излучателей прикрепляются к скобе сверху и снизу диска, более конкретно об их конструкции далее.

Вся конструкция помещается в пластиковый (АБС или поликарбонат) корпус 150×150×90 мм. В собранном виде (без крышки и флюгера) датчик направления выглядит следующим образом:

Отметьте, что выбранное направление на север помечено стрелкой, его нужно будет соблюдать при установке датчика на место.

На верхушку оси крепится собственно флюгер. Он изготовлен на основе такой же латунной оси, в разрез на тупой стороне которой впаивается хвостовик из листовой латуни. На остром конце на некоторую длину нарезается резьба М6, и на ней с помощью гаек закрепляется круглый груз-противовес, отлитый из свинца:

Груз рассчитан так, чтобы центр тяжести приходился точно на место крепления (передвигая его вдоль резьбы, можно добиться идеальной балансировки). Крепление флюгера к оси осуществляется с помощью нержавеющего винта М3, который проходит через отверстие в оси флюгера и ввинчивается в резьбу, нарезанную в оси вращения (крепящий винт виден на фото выше). Для точной ориентации верхушка оси вращения имеет полукруглое углубление, в которое ложится ось флюгера.

Общая конструкция и установка датчиков

Оба датчика, как уже говорилось, размещаются в пластиковых корпусах 150×150×90 мм. К выбору материала корпуса надо подходить продуманно: АБС или поликарбонат имеют достаточную атмосферостойкость, но полистирол, оргстекло и тем более полиэтилен тут решительно не подойдут (и окрасить для защиты от солнца их тоже будет затруднительно).

В крышке точно в месте выхода оси делается отверстие 8-10 мм, в которое тем же клеем-герметиком вклеивается пластиковый конус, вырезанный из носика от баллончика со строительным герметиком или клеем:

Чтобы отцентровать конус по оси, струбциной закрепите снизу крышки деревяшку, наметьте на ней точный центр и немного углубитесь перовым сверлом 12 мм, сделав вокруг отверстия кольцевое углубление. Конус туда должен войти точно, после чего его можно обмазывать клеем. Можно его дополнительно зафиксировать в вертикальном положении на время застывания винтом М6 с гайкой.

Датчик скорости сам накрывает ось с этим конусом, как зонтиком, предотвращая попадание воды внутрь корпуса. Для флюгера стоит дополнительно разместить над конусом втулку, которая закроет зазор между осью и конусом от прямого стока воды (см. фото общего вида датчиков далее).

Провода от оптопар у меня выведены на отдельный разъем типа D-SUB (см. фото датчика направления выше). Ответная часть с кабелем вставляется через прямоугольное отверстие в основании корпуса. Отверстие затем прикрывается крышкой с прорезью для кабеля, которая удерживает разъем от выпадания.

В собранном виде оба датчика выглядят следующим образом:

Здесь они показаны уже установленными на место — на конек беседки. Обратите внимание, что углубления для крепящих крышку винтов защищены от воды заглушками из сырой резины. Датчики устанавливаются строго горизонтально по уровню, для чего пришлось использовать подкладки из кусочков линолеума.

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.

Про анемометры:  Как пахнет газ при утечке в квартире: особенности

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.

Разновидности устройств

Какой прибор измеряет скорость и направление ветрачашечный анемометр — «прародитель» всех современных. Он представляет собой небольшой прибор с 4 полусферами на оси, соединенной с измерительным механизмом. Принцип его действия прост и бесхитростен: необходимо подсчитать количество оборотов лопастей, совершаемых за заданное время. Полученное значение – расстояние – нужно разделить на время, за которое происходил замер, таким образом и вычислялась скорость ветра. Как правило, данные оказывались приблизительными, что не прибавляло расчетам точности. Чуть позднее появились индукционные анемометры, оснащенные электронным тахометром. Это позволило получать данные о скорости и направлении потока сразу, минуя лишние вычисления.

Но если раньше весь ассортимент анемометров ограничивался только чашечными, то теперь узнать, какой именно прибор лучше всего подойдет, может быть затруднительно. Чтобы облегчить эту задачу, в первую очередь, рекомендуем обращать внимание на то, в каких условиях и для чего он будет использоваться.

Какой прибор измеряет скорость и направление ветраанемометры с крыльчаткой. Иногда можно встретить название «лопастной» или «мельничный».

На оси такого устройства закрепляется вентилятор (крыльчатка), который обладает очень малой массой, моментально (за несколько миллисекунд) реагирует на движение потока воздуха и отражает все изменения в движении. Зонд, которым оснащаются все модели, помещается в воздуховод, что обеспечивает высокую точность измерений, особенно важную при установке систем кондиционирования.

Этот вид анемометров подойдет работникам ЖКХ, а также специалистам, монтирующим системы кондиционирования и обогрева.

Какой прибор измеряет скорость и направление ветраанемометры стик-класса. В отличие от описанных выше моделей, эти устройства не имеют вращающихся элементов внутри. Данные вычисляются по результатам охлаждения воздухом накаленной вольфрамовой нити и ее сопротивления. Отсюда второе название – термоанемометры.

Пригодятся они в тех случаях, когда воздушный поток содержит различные примеси, например, пыль или песок. Кроме того, именно их стоит выбрать для определения герметичности окон и дверей.

Все анемометры работают от аккумуляторных или пальчиковых батарей, которые легко подзарядить или заменить.

С помощью каких метеоприборов измеряют значение разных элементов погоды?

На метеорологических площадках используется множество приборов. Все они имеют разные функции.

Термометр  — измерительный прибор для измерения температуры различных тел и сред (воздуха, почвы, воды). 

Первый термометр был изобретен в 1597 году Галилео Галилеем.

Анемометр –  прибор для измерения скорости движения газов, воздуха в системах, например, вентиляции.

Барометр-анероид – прибор для измерения атмосферного давления, действующий без помощи жидкости.

Барометр был изобретён итальянским учёным Э. Торричелли в 1643 году.

Гигрометр – измерительный прибор, предназначенный для определения влажности воздуха и других газов.

Флюгер – метеорологический прибор для измерения направления (иногда и скорости) ветра.

Впервые флюгер стали использовать в средневековой Европе для определения направления ветра.

Осадкомер – прибор для измерения количества атмосферных жидких и твёрдых осадков.

Первые замеры количества осадков были сделаны в странах Древнего Востока простейшим аналогом этого метеоприбора. В 16 веке конструкция осадкомера стала напоминать современную.

Степень покрытия небосвода облаками определяют на глаз (10 % небосвода покрыто облаками – 1 балл облачности, весь небосвод покрыт облаками – 10 баллов).

Задание 1. Познакомьтесь метеорологическими приборами, представленными на рисунках. Снимите с них показания и занесите результаты в таблицу.

Температура
воздуха, °C
Атмосферное давление,
мм рт. ст.
Скорость ветра,
м/с
Направление ветраОтносительная
влажность, %
2076168Южное49

Скорость ветра и как ее измерить

Основной величиной, характеризующей силу ветра, является его скорость. Величина скорости ветра определяется расстоянием в метрах, проходимым им в течение 1 сек. Например, если за 20 сек. ветер прошел расстояние 160 м, то его скорость v за данный промежуток времени была равна:

Скорость ветра отличается большим непостоянством: она изменяется не только за продолжительное время, но и за короткие промежутки времени (в течение часа, минуты и даже секунды) на большую величину. На фиг. 1 дана кривая, показывающая изменение скорости ветра в течение 6 мин. Из этой кривой можно заключить, что ветер движется с пульсирующей скоростью.

Фиг. 1. Характеристика скорости ветра.

Скорости ветра, наблюдаемые за короткие промежутки времени от нескольких секунд до 5 мин, называют мгновенными или действительными. Скорости же ветра, полученные как средние арифметические из мгновенных скоростей, называют средними скоростями ветра. Если сложить замеренные скорости ветра в течение суток и разделить на число замеров, то получится среднесуточная скорость ветра. Если же сложить среднесуточные скорости ветра за весь месяц и разделить эту сумму на число дней месяца, то получим среднемесячную скорость ветра. Сложив среднемесячные скорости и разделив сумму на двенадцать месяцев, получим среднегодовую скорость ветра. Интересный студенческий проект.

Известные люди

России. Очень большая база фамилий и все бесплатно.

Скорости ветра замеряют с помощью приборов, называемых анемометрами. Простейший анемометр, позволяющий определять мгновенные скорости ветра и называемый простейшим флюгером-анемометром, показан на фиг. 2.

Фиг. 2. Простейший флюгер-анемометр.

Он состоит из металлической доски, качающейся около горизонтальной оси а, закрепленной на вертикальной стойке б. Сбоку доски на той же оси а закреплен сектор в, с восемью штифтами. На стойке б ниже сектора закреплен флюгер г, который все время устанавливает доску плоскостью к ветру. При действии последнего доска отклоняется и проходит мимо штифтов, каждый из которых указывает при этом на определенную скорость ветра. Стойка б с флюгером г поворачивается ео втулке д, в которой закреплены в горизонтальной плоскости 4 длинных стержня, указывающих главные страны света: север, юг, восток и запад, и между ними 4 коротких, указывающих на северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Таким образом, с помощью флюгера-анемометра можно определять одновременно и скорость и направление ветра.

Значения скоростей ветра, соответствующих каждому штифту сектора в, приведены в табл. 1.

Средние скорости ветра за короткие и продолжительные промежутки времени удобно определять анемометром завода «Метрприбор» (фиг. 3). Он состоит из крестовины с полушариями, надетой на ось, которая находится в зацеплении с зубчатой передачей, помещенной в коробке с циферблатом.

Фиг. 3. Анемометр завода „Метрприбор”.

Оси шестерен выведены на циферблат и на своих концах имеют стрелки, показывающие на шкале путь, пройденный ветром за данный промежуток времени. Разделив число, показываемое стрелками на циферблате, на число секунд, в течение которых вращался анемометр, получим скорость ветра в секунду за наблюдаемый период. Например, перед началом наблюдения стрелки на циферблате показывали 7170 м, a no истечении 2 мин., равных 120 сек., стрелки показали 7650 м. Следовательно, средняя скорость ветра за промежуток вре мени в 2 мин. была равна:

Если нет указанных выше приборов, то скорость ветра можно определить приблизительно по внешним признакам, наблюдаемым в природе (см. табл. 2).

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 %.

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

Adblock
detector