Войти
Анемометр с полусферической чашей, подобный типу, изобретенному в 1846 году Джоном Томасом Ромни Робинсон.Анемометр - это устройство, используемое для измерения скорости ветра и направления. Это также обычный инструмент метеостанции. Этот термин происходит от греческого слова anemos, что означает ветер, и используется для описания любого прибора измерения скорости ветра, используемого в метеорологии. Первое известное описание анемометра было дано Леоном Баттистой Альберти в 1450 году.
Анемометр мало изменился с момента его разработки в 15 веке. Леон Баттиста Альберти (1404–1472), как говорят, изобрел первый механический анемометр около 1450 года. В последующие века многие другие, в том числе Роберт Гук (1635–1703), разработали свои собственные версии, причем некоторые ошибочно считаются изобретателями. В 1846 году Джон Томас Ромни Робинсон (1792–1882) усовершенствовал конструкцию, применив четыре полусферических чашки и механические колеса. В 1926 году канадский метеоролог Джон Паттерсон (3 января 1872 - 22 февраля 1956) разработал анемометр с тремя чашками, который был усовершенствован Бревуртом и Джойнером в 1935 году. В 1991 году добавлена возможность измерения ветра. направление. В 1994 году разработал звуковой анемометр.
Анимация с чашечным анемометром В 1845 году преподобный доктор Джон Томас изобрел анемометр простого типа. Ромни Робинсон из Обсерватории Арма. Он состоял из четырех полусферических чашек, установленных на горизонтальных рычагах, которые были установлены на вертикальном валу. Воздушный поток, проходящий мимо чашек в любом горизонтальном направлении, вращал вал со скоростью, примерно пропорциональной скорости ветра. Следовательно, подсчет оборотов вала за заданный интервал времени дает значение, пропорциональное средней скорости ветра для широкого диапазона скоростей. Его еще называют ротационным анемометром.
На анемометре с четырьмя чашками легко увидеть, что, поскольку чашки расположены симметрично на концах держателей, ветер всегда выставляет полость одной чашки и дует на спину. чашки на противоположном конце креста. Поскольку полая полусфера имеет коэффициент сопротивления 0,38 на сферической стороне и 1,42 на полой стороне, большая сила создается на чаше, которая представляет свою полую сторону ветру. Из-за этой асимметричной силы на оси анемометра создается крутящий момент, заставляющий его вращаться.
Теоретически скорость вращения анемометра должна быть пропорциональна скорости ветра, поскольку сила, действующая на объект, пропорциональна скорости жидкости, протекающей мимо него. Однако на практике на скорость вращения влияют другие факторы, в том числе турбулентность, создаваемая устройством, увеличение сопротивления по сравнению с крутящим моментом, создаваемым чашками и опорными рычагами, и трение в точке крепления. Когда Робинсон впервые сконструировал свой анемометр, он утверждал, что чашки перемещаются на одну треть скорости ветра, независимо от размера чашки или длины руки. Это было очевидно подтверждено некоторыми ранними независимыми экспериментами, но это было неверно. Вместо этого соотношение скорости ветра и скорости чашек, коэффициент анемометра, зависит от размеров чашек и держателей и может иметь значение от двух до чуть более трех. Каждый предыдущий эксперимент с анемометром приходилось повторять после обнаружения ошибки.
Анемометр с тремя чашками, разработанный канадцем Джоном Паттерсоном в 1926 году, и последующие усовершенствования чашек компанией Brevoort Joiner в США в 1935 году привели к конструкции чашечного колеса с почти линейным откликом и имел ошибку менее 3% до 60 миль в час (97 км / ч). Паттерсон обнаружил, что каждая чашка создает максимальный крутящий момент, когда она находится под углом 45 ° к потоку ветра. Анемометр с тремя чашками также имел более постоянный крутящий момент и быстрее реагировал на порывы ветра, чем анемометр с четырьмя чашками.
Анемометр с тремя чашками был дополнительно модифицирован австралийским доктором Дереком Уэстоном в 1991 году для измерения направления и скорости ветра. Уэстон добавил метку к одной чашке, которая заставляет скорость маховика увеличиваться и уменьшаться, поскольку метка перемещается поочередно с ветром и против ветра. Направление ветра рассчитывается на основе этих циклических изменений скорости вращающегося колеса, тогда как скорость ветра определяется на основе средней скорости вращающегося колеса.
Анемометры с тремя чашками в настоящее время используются в качестве промышленного стандарта для оценки ресурсов ветра исследований и практики.
Одной из других форм анемометра с механической скоростью является крыльчатый анемометр. Его можно описать как ветряную мельницу или пропеллерный анемометр. В отличие от анемометра Робинсона, ось вращения которого вертикальна, ось крыльчатого анемометра должна быть параллельна направлению ветра и, следовательно, горизонтальна. Кроме того, поскольку направление ветра меняется, и ось должна следовать за его изменениями, необходимо использовать флюгер или какое-либо другое устройство для достижения той же цели.
Таким образом, крыльчатый анемометр объединяет пропеллер и хвост на одной оси для получения точных и точных измерений скорости и направления ветра с помощью одного и того же прибора. Скорость вентилятора измеряется тахометром и преобразуется в скорость ветра с помощью электронного чипа. Следовательно, объемный расход можно вычислить, если известна площадь поперечного сечения.
В случаях, когда направление движения воздуха всегда одно и то же, как в вентиляционных шахтах шахт и зданий, используются флюгеры, известные как измерители воздуха, и дают удовлетворительные результаты.
Анемометр с крыльчаткой
Ручной низкоскоростной анемометр с крыльчаткой
Ручной цифровой анемометр или анемометр Байрама.
Термоанемометры Термоанемометры используют тонкую проволоку (порядка нескольких микрометров), электрически нагретую до температуры, превышающей температуру окружающей среды. Воздух, проходящий мимо проволоки, охлаждает ее. Поскольку электрическое сопротивление большинства металлов зависит от температуры металла (вольфрам является популярным выбором для термоэлектропроводов), можно получить соотношение между сопротивлением проволоки и скоростью потока. В большинстве случаев их нельзя использовать для измерения направления ветра, если они не соединены с флюгером.
Существует несколько способов реализации этого, и устройства с горячей проволокой можно дополнительно классифицировать как CCA (анемометр постоянного тока ), CVA (анемометр постоянного напряжения ) и CTA. (анемометр постоянной температуры). Выходное напряжение этих анемометров, таким образом, является результатом какой-то схемы внутри устройства, пытающейся поддерживать постоянную конкретную переменную (ток, напряжение или температуру) в соответствии с законом Ома.
Кроме того, ШИМ (импульс -широкоугольная модуляция ) также используются анемометры, в которых скорость определяется длительностью повторяющегося импульса тока, который доводит провод до заданного сопротивления, а затем останавливается до тех пор, пока не будет достигнут порог "пола", при котором время, когда импульс отправляется снова.
Термоанемометры, хотя и очень хрупкие, имеют чрезвычайно высокую частотную характеристику и прекрасное пространственное разрешение по сравнению с другими методами измерения, и поэтому почти повсеместно используются для детального изучения турбулентных потоков или любых потоков в какие быстрые флуктуации скорости представляют интерес.
Промышленной версией тонкопроволочного анемометра является измеритель теплового потока, который следует той же концепции, но использует два штифта или шнура для отслеживания изменений температуры. Гирлянды содержат тонкую проволоку, но оболочка из проволоки делает их намного более прочными и способными точно измерять потоки воздуха, газа и выбросов в трубах, каналах и трубопроводах. Промышленные применения часто содержат грязь, которая может повредить классический анемометр с термоанемометром.
Чертеж лазерного анемометра. Лазерный свет излучается (1) через переднюю линзу (6) анемометра и обратно рассеивается молекулами воздуха (7). Обратно рассеянное излучение (точки) повторно входит в устройство, отражается и направляется в детектор (12). В лазерной доплеровской велосиметрии используются лазерные доплеровские анемометры. луч света от лазера, который делится на два луча, один из которых выходит за пределы анемометра. Частицы (или намеренно введенный затравочный материал), протекающие вместе с молекулами воздуха рядом с местом выхода луча, отражают или рассеивают свет обратно в детектор, где он измеряется относительно исходного лазерного луча. Когда частицы находятся в большом движении, они создают доплеровский сдвиг для измерения скорости ветра в лазерном свете, который используется для вычисления скорости частиц и, следовательно, воздуха вокруг анемометра.
Ультразвуковой анемометр 2D с 3 путями 
Ультразвуковой анемометр 3D Ультразвуковые анемометры, впервые разработанные в 1950-х годах, используют ультразвуковые звуковые волны для измерения скорости ветра. Они измеряют скорость ветра на основе времени прохождения звуковых импульсов между парами преобразователей. Измерения от пар датчиков можно комбинировать, чтобы получить измерение скорости в 1-, 2- или 3-мерном потоке. Пространственное разрешение определяется длиной пути между датчиками, которая обычно составляет от 10 до 20 см. Ультразвуковые анемометры могут выполнять измерения с очень точным временным разрешением, 20 Гц или лучше, что делает их хорошо подходящими для измерений турбулентности. Отсутствие движущихся частей делает их подходящими для длительного использования в открытых автоматизированных метеостанциях и метеорологических буях, где на точность и надежность традиционных лопастных анемометров отрицательно влияет соленый воздух или пыль. Их главный недостаток - искажение воздушного потока из-за конструкции, поддерживающей преобразователи, что требует корректировки на основе измерений в аэродинамической трубе для минимизации эффекта. Широко распространен международный стандарт для этого процесса «Метеорология - ультразвуковые анемометры / термометры - методы приемочных испытаний для измерений среднего ветра». Другой недостаток - более низкая точность из-за осадков, когда капли дождя могут изменять скорость звука.
Поскольку скорость звука изменяется в зависимости от температуры и практически стабильна при изменении давления, ультразвуковые анемометры также используются в качестве термометры.
Двумерные (скорость и направление ветра) звуковые анемометры используются в таких приложениях, как метеостанции, судовая навигация, авиация, метеорологические буи и ветряные турбины. Для мониторинга ветряных турбин обычно требуется частота обновления измерений скорости ветра 3 Гц, что легко достигается с помощью звуковых анемометров. Трехмерные звуковые анемометры широко используются для измерения выбросов газов и потоков в экосистемах с использованием метода ковариации при использовании с быстродействующими инфракрасными газоанализаторами или лазером - на базе анализаторов.
Двумерные датчики ветра бывают двух типов:
Акустические резонансные анемометры Акустические резонансные анемометры являются более поздним вариантом звуковых анемометров. Технология была изобретена Саввасом Капартисом и запатентована в 1999 году. В то время как обычные звуковые анемометры основаны на измерении времени пролета, датчики акустического резонанса используют резонирующие акустические (ультразвуковые) волны в небольшой специально построенной полости для выполнения своих измерений.
Принцип акустического резонанса В полость встроен массив ультразвуковых преобразователей, которые используются для создания отдельных структур стоячих волн на ультразвуковых частотах. Когда ветер проходит через полость, происходит изменение свойства волны (фазовый сдвиг). Измеряя величину фазового сдвига в принимаемых сигналах каждым датчиком, а затем математически обрабатывая данные, датчик может обеспечить точное горизонтальное измерение скорости и направления ветра.
Технология акустического резонанса позволяет проводить измерения в небольшой полости, поэтому датчики обычно меньше по размеру, чем другие ультразвуковые датчики. Небольшой размер акустических резонансных анемометров делает их физически прочными, легко нагреваются и, следовательно, устойчивы к обледенению. Такое сочетание функций означает, что они обеспечивают высокий уровень доступности данных и хорошо подходят для управления ветряными турбинами и других применений, требующих небольших надежных датчиков, таких как метеорология поля боя. Одной из проблем этого типа датчика является точность измерения по сравнению с калиброванным механическим датчиком. Для многих конечных пользователей этот недостаток компенсируется долговечностью датчика и тем фактом, что он не требует повторной калибровки после установки.
Обычный анемометр для базового использования состоит из мяча для пинг-понга, прикрепленного к веревке. Когда ветер дует горизонтально, он давит на мяч и перемещает его; Поскольку шары для пинг-понга очень легкие, они легко перемещаются при слабом ветре. Измерение угла между струнно-мячом и вертикалью дает оценку скорости ветра.
Этот тип анемометра в основном используется для обучения в средней школе, которое большинство учеников изготавливают самостоятельно, но подобное устройство также использовалось на Phoenix Mars Lander.
Яхт-клуб Британии экскурсия по клубу, бурджи и датчик ветра на крыше Первые конструкции анемометров, измеряющих давление, были разделены на классы пластин и трубок.
Это первые современные анемометры. Они состоят из плоской пластины, подвешенной сверху, так что ветер отклоняет пластину. В 1450 году итальянский архитектор Леон Баттиста Альберти изобрел первый механический анемометр; в 1664 году его заново изобрел Роберт Гук (которого часто ошибочно считают изобретателем первого анемометра). Более поздние версии этой формы состояли из плоской пластины, квадратной или круглой, которая удерживалась перпендикулярно ветру с помощью флюгера. Давление ветра на его лицо уравновешивается пружиной. Сжатие пружины определяет фактическую силу, которую ветер оказывает на пластину, и это значение отображается либо на подходящем датчике, либо на самописце. Инструменты этого типа не реагируют на слабый ветер, неточны для показаний сильного ветра и медленно реагируют на переменный ветер. Пластинчатые анемометры использовались для срабатывания сигнализации сильного ветра на мостах.
Трубчатые анемометры, изобретенные Уильямом Генри Дайнсом. Подвижная часть (правая) установлена на неподвижной части (слева). 
Инструменты на обсерватории Маунт Вашингтон. Статический анемометр с трубкой Пито находится справа. 
Заостренная головка - это порт Пито. Маленькие отверстия подсоединены к статическому порту. Анемометр Джеймса Линда 1775 года состоял из стеклянной U-образной трубки, содержащей жидкостной манометр (манометр), с одним концом, согнутым в горизонтальное направление против ветра, а другой вертикальный конец остается параллельным потоку ветра. Хотя Lind не был первым, это был самый практичный и самый известный анемометр этого типа. Если ветер дует в устье трубки, это вызывает повышение давления на одной стороне манометра. Ветер над открытым концом вертикальной трубки вызывает небольшое изменение давления на другой стороне манометра. Результирующая разница в высоте двух ветвей U-образной трубы является показателем скорости ветра. Однако для точного измерения требуется, чтобы скорость ветра приходилась прямо на открытый конец трубы; небольшие отклонения от истинного направления ветра вызывают большие отклонения в показаниях.
Успешная трубка анемометр давление металла Уильям Генри Динес в 1892 году использовала то же разницу давлений между открытым ртом прямой трубкой, обращенной к ветру и кольцо маленьких отверстий в вертикальной трубе, которая закрыта на верхнем конец. Оба установлены на одинаковой высоте. Перепады давлений, от которых зависит действие, очень малы, и для их регистрации требуются специальные средства. Регистратор представляет собой поплавок в герметичной камере, частично заполненной водой. Трубка от прямой трубки соединяется с верхней частью герметичной камеры, а труба от маленьких трубок направляется в нижнюю часть поплавка. Поскольку разность давлений определяет вертикальное положение поплавка, это мера скорости ветра.
Большое преимущество трубчатого анемометра заключается в том, что открытая часть может быть установлена на высокой опоре, и не требует смазки и внимания годами; а регистрирующую часть можно разместить в любом удобном месте. Требуются две соединительные трубки. На первый взгляд может показаться, что одно соединение может служить, но разница в давлении, от которого зависят эти инструменты, настолько ничтожна, что необходимо учитывать давление воздуха в комнате, где размещается записывающая часть. Таким образом, если прибор зависит только от давления или эффекта всасывания, и это давление или всасывание измеряется по сравнению с давлением воздуха в обычной комнате, в которой двери и окна тщательно закрыты, а затем газета сжигается в дымоходе, эффект может производиться при скорости ветра 10 миль / ч (16 км / ч); и открытие окна в ненастную погоду или открытие двери может полностью изменить регистрацию.
Хотя анемометр Дайнса имел погрешность всего 1% на скорости 10 миль в час (16 км / ч), он не очень хорошо реагировал на слабый ветер из-за плохой реакции плоской лопасти, необходимой для поворота голову против ветра. В 1918 году аэродинамическая лопасть с крутящим моментом, в восемь раз превышающим крутящий момент плоской пластины, решила эту проблему.
Современные трубчатые анемометры работают по тому же принципу, что и анемометры Дайнса, но имеют другую конструкцию. В реализации используется статическая трубка Пито, которая представляет собой трубку Пито с двумя портами, пито и статическим, которая обычно используется для измерения воздушной скорости самолета. Порт Пито измеряет динамическое давление открытого горловины трубки с заостренной головкой, направленной против ветра, а статический порт измеряет статическое давление от небольших отверстий вдоль стороны этой трубки. Трубка Пито соединена с хвостом, так что голова трубки всегда обращена к ветру. Кроме того, трубка нагревается, чтобы предотвратить образование инея на трубке. От трубки до устройств проходят две линии для измерения разницы давлений в двух линиях. В качестве измерительных устройств могут использоваться манометры, датчики давления или аналоговые самописцы.
В трубчатом анемометре динамическое давление фактически измеряется, хотя шкала обычно градуируется как шкала скорости. Если фактическая плотность воздуха отличается от калибровочного значения из-за разницы в температуре, высоте над уровнем моря или барометрическом давлении, требуется поправка для получения фактической скорости ветра. Приблизительно 1,5% (1,6% на высоте более 6000 футов) следует добавить к скорости, зарегистрированной трубчатым анемометром на каждые 1000 футов (5% на каждый километр) над уровнем моря.
В аэропортах очень важно иметь точные данные о ветре при любых условиях, включая замерзающие осадки. Анемометрия также необходима для мониторинга и контроля работы ветряных турбин, которые в холодных условиях склонны к обледенению в облаках. Обледенение изменяет аэродинамику анемометра и может полностью заблокировать его работу. Следовательно, анемометры, используемые в этих приложениях, должны иметь внутренний нагрев. В настоящее время доступны как чашечные анемометры, так и звуковые анемометры с подогревом.
Для того, чтобы скорости ветра были сопоставимы от места к месту, необходимо учитывать влияние местности, особенно в отношении высоты. Другие соображения - это наличие деревьев, а также естественных каньонов и искусственных каньонов (городских построек). Стандартная высота анемометра на открытой сельской местности составляет 10 метров.
Географический портал  | Wikimedia Commons имеет СМИ, относящиеся к Анемометр. |
 | Найдите анемометр в Викисловаре, бесплатном словаре. |
