К метеорологическим устройствам относится прибор для измерения скорости ветра, который называется анемометр. В переводе с древнегреческого определение буквально означает «ветромер». Несмотря на название, прибор был изобретен лишь в 19 веке. Его изобрел астроном из Ирландии Джон Робинсон для определения скорости ветра.
Для чего используется прибор
На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:
- На станциях метеорологии, которые работают с целью наблюдения за погодой.
- В аэропортах. Ими пользуется служба безопасности полетов.
- Для определения тяги в системах вентиляции в отраслях добычи горных пород и угля.
- В строительстве анемометры используются для обеспечения безопасности: прибор закрепляют на верхней части стрелы крана. При достижении скорости ветра выше заданного параметра работы проводить запрещается.
- В сельском хозяйстве данный прибор используется при проведении обработки посевов средствами химической защиты и удобрениями.
Это список основных направлений, где используется прибор для измерения скорости. Отдельные виды могут измерять дополнительно направление ветра в различных плоскостях, температуру воздуха. Единицы измерения скорости ветра - метры в секунду - используются в приборах всех видов.
Устройство и принцип работы
Анемометр позволяет провести измерение скорости и направление ветра. Он улавливает скорость воздушного потока, после чего обрабатывает полученную информацию и передает на регистрирующее устройство.
Основными узлами конструкции являются всего три блока:
- Блок, непосредственно измеряющий скорость воздушного покоя. Если говорить точнее, то прибор улавливает возмущение воздушных масс, которое образуется в результате движения потока воздуха.
- Преобразователь, который служит для преобразования воздушных возмещений в физический параметр.
- Регистрирующее устройство, которое принимает сигнал от преобразователя.
Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.
Разнообразие моделей
В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:
- Механический. За счет движения воздуха в них происходит вращение отдельных элементов. В данную категорию относится анемометр чашечный и крыльчатый (или лопастной). Они отличаются между собой конструкцией элемента, который воспринимает потоки воздуха.
- Нагревательные (или тепловые). В их конструкцию входит нагревательный элемент (обычно это простая накаливаемая проволока). Под воздействием движущихся воздушных масс данный элемент остывает. Прибор определяет степень снижения температуры.
- Ультразвуковые, которые измеряют скорость движения звука. Звук, проходя сквозь движущийся газ, обладает различной скоростью. Если он движется навстречу ветру, то его скорость будет ниже. И наоборот, при движении в одну сторону с ветром, его скорость будет выше, чем в неподвижном воздухе.
Классификация
Прибор для измерения скорости ветра в своей структуре имеет датчик, который контактирует непосредственно с воздушным потоком. В зависимости от вида данного датчика выделяют следующие типы анемометров:
- Вращающиеся, в которых отдельные элементы конструкции начинают вращаться под воздействием скорости ветра.
- Ультразвуковые, которые по-другому называют акустическими.
- Нагревательные, их еще называют термическими.
- Оптические, которые в свою очередь делятся на лазерные и допплеровские.
- Динамические, чей принцип работы основан на базе трубки Пито-Прандтля.
- Поплавковые.
- Вихревые.
Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.
Анемометр крыльчатый
Данный прибор способен определить скорость движения воздуха, которая находится в интервале от 0,5 до 45 м/с. Кроме того, данное устройство позволяет измерять температуру, которая находится в пределах от минус 50 до плюс 100 градусов.
Конструкция анемометра такова, что ветер воспринимается лопастной крыльчаткой. Это небольшое легкое колесико, которое от механических воздействий защищается металлическим кольцом. Принцип его работы напоминает вентилятор или мельницу. Под действием ветра крыльчатка начинает вращаться. По системе зубчатых колес ее вращение передается на стрелки счетного механизма.
Анемометр ручной устроен так, что счетный механизм расположен рядом с крыльчаткой. За счет этого создается преграда для ветра, тем самым рабочий диапазон ограничивается. Подобные приборы могут измерять скорость ветра, которая не превышает 5 м/с. Данные устройства подходят для измерения потока воздуха в вентиляционных шахтах, трубопроводах, воздуховодах и так далее.
Анемометр крыльчатый цифровой устроен таким образом, что датчик встроен внутрь прибора или является выносным. Благодаря такой конструкции никакой преграды для ветра нет. Поэтому прибор измеряет поток, скорость которого может достигать 45 м/с.
Приборы чашечного типа
Анемометр чашечный способен производить измерения только в плоскости, которая расположена перпендикулярно оси вращения. Конструкция прибора представляет собой 4 чашки в форме полусфер, которые одеты на симметричные крестообразные спицы ротора.
Появились первые варианты данного устройства еще в 1846 году. Их создателем является Джон Робинсон. Название он получил благодаря внешнему сходству лопастей с чашкой. Доктор предполагал, что на вращение чашек не оказывают влияние их размер. По его мнению, скорость вращения чашек в три раза меньше, нежели скорость движения ветра. Позднее эту теорию опровергли. Было доказано, что прибор обладает коэффициентом, который находится в пределах от 2 до 3,5.
В 1926 году Джон Паттерсон предложил ротор с тремя чашками. Им было замечено, что максимальный вращающий момент чашек достигается при их повороте на угол 45 градусов в отношении движения ветра.
В начале девяностых прошлого века Дерек Вестон усовершенствовал чашечный прибор для измерения скорости ветра. Его доработки позволили измерить дополнительно направление движения ветра. Достиг он этого простым способом - на одну из чашек установил флажок. При вращении флажок пол оборота движется по ветру, а вторую - против.
Чашечные ручные приборы подсчитывают количество оборотов, совершенных за отведенный промежуток времени. В улучшенных анемометрах ротор связывается с тахометрами различных видов. Данные приборы способны показать мгновенно скорость ветра и его изменение в реальном времени. Интервал измерения - от 0,2 до 30 м/с.
Тепловые приборы
Принцип работы подобных анемометров заключается в определении электрического сопротивления проволоки. Данное значение изменяется в зависимости от температуры, которая снижается за счет движущегося потока воздуха. Это подобно тому, как в солнечный жаркий день ветерок холодит кожу.
Конструкция анемометра представляет собой металлическую нить накаливания (из платины, нихрома, серебра, вольфрама и других металлов), которая разогревается электрическим током до температуры, превышающей температуру окружающей среды.
У приборов данного типа имеется один существенный недостаток - низкая прочность при механических воздействиях.
Ультразвуковые анемометры
Принцип работы данных приборов основан на определении скорости прохождения звука в движущемся воздушном потоке. Именно поэтому данный анемометр еще называют акустическим. При движении звука в одном направлении с воздухом его скорость увеличивается. При движении навстречу ветру скорость звука уменьшается. Благодаря этому измеряется время получения ультразвукового импульса. Устройство подключается к компьютеру для обработки полученных данных.
Датчик может выполнять несколько функций. В зависимости от их количества, можно выделить несколько видов датчиков:
- Двухмерные, которые способны определить скорость и направление ветра.
- Трехмерные, которые определяют все три компонента вектора скорости ветра.
- Четырехмерные, которые в дополнение к показателям предыдущего вида могут измерять температуру воздуха.
Ультразвуковые приборы измеряют скорость ветра до 60 м/с.
При сборе приточной вентиляции своими силами, как, впрочем, и при использовании готовых решений, может возникнуть необходимость измерения воздушного потока. Например, с какой скоростью поступает воздух, какой приток в кубических метрах реально обеспечивает вентиляция или отдельная ветка воздуховода. Кто занимается системами вентиляции профессионально, могут позволить себе для этой цели специальные измерительные приборы. Другое дело любители, которым измерения могут понадобиться лишь однажды.
Именно любителям, возможно, пригодится способ измерений, о котором я хочу рассказать. Мысль о нем пришла совершенно внезапно. Больше всего мне в этом понравилось, что оказалось достаточно подручных средств. Думаю, они есть у многих. В крайнем случае, их можно купить совсем недорого в любом радиомагазине.
И так, нам понадобятся всего две вещи:
Принцип измерений прост. Основан он на том, что, пожалуй, любой электрический двигатель может не только крутится при подаче на него напряжения, но и наоборот - вырабатывать это самое напряжение. Не важно, что делает это он не так эффективно, как специализированные генераторы. Для нашей цели это не имеет значения. В общем, если поместить вентилятор в воздушный поток, то он, очевидно, начнет вращаться. Нам остается лишь померить на его контактах величину вырабатываемого при этом напряжения и произвести расчет.
Пример измерений
Я имею канальный вентилятор . Согласно графику в паспортных данных для него на холостом ходу заявлена максимальная производительность примерно Q 1 = 570 м 3 /час. Присоединительные отверстия у вентилятора диаметром D = 160 мм = 0,16 м.
Находим площадь этих отверстий:
S = П*R 2 = П*(D/2) 2 = 3,14*(0,16/2) 2 = 0,02009 м 2
Находим максимальную скорость потока для вентилятора:
V 1 = Q 1 /(S*3600) = 570/(0,02009*3600) = 7,8 м/сек.
Теперь нужно померить, какое напряжение будет вырабатываться, если подносить измерительный вентилятор к выходному отверстию работающего на холостом ходу канального вентилятора. В моем случае напряжение составило U 1 = 0,97 В.
Исходные данные есть, переходим непосредственно к измерениям.
Например, подсоединяем к выходу канального вентилятора канальный фильтр и снова производим изменение напряжения в потоке воздуха, теперь уже после фильтра. У используемого фильтра такой же диаметр входного и выходного отверстия как у вентилятора D = 0,16 м, соответственно площадь их тоже аналогична S = 0,02009 м 2 . Очевидно, что напряжение в данном случае снизится. Ведь скорость потока стала ниже из-за сопротивления, которое создает воздуху фильтр. Соответственно, измерительный вентилятор тоже станет вращаться медленнее. В моем случае напряжение после фильтра составило U 2 = 0,64 В.
Делаем расчет скорости потока воздуха после фильтра:
V 2 = (V 1 /U 1)*U 2 = (7,8/0,97)*0,64 = 5,1 м/сек.
Делаем расчет полученной в итоге производительности:
Q 2 = S*V 2 *3600 = 0,02009*5,1*3600 = 368 м 3 /час.
Вот собственно и все, мы получили оба интересующих нас параметра.
Погрешность измерений
Конечно, это не идеальный способ измерений. Его точность может зависеть от равномерности потока, от того как вы будете держать вентилятор в потоке, кроме того от самого вентилятора. Тем не менее, для примерной оценки - это, считаю, очень неплохой вариант. Он определенно лучше, чем подставлять к вентиляционному каналу руку и пытаться определить степень дуновения по ощущениям.
Что касается равномерности воздушного потока, то для уменьшения погрешности измерений можно постараться применить советы, которые обычно дают при установке канальных датчиков температуры. Во-первых, измерения будут корректны, если их производить в центре потока. Нельзя прижиматься к краям вентиляционного канала. Во-вторых, после канальных устройств, таких как вентилятор, фильтр, нагреватель и прочих, необходимо сделать отступ, составляющий, как минимум, два диаметра воздуховода. Таким образом, для повышения точности имеет смысл какой-то небольшой кусок трубы подсоединять к таким устройствам, а затем уже после него делать замеры.
Устройства используются специалистами для измерения направления движения ветра или его скорости (есть устройства, которые позволяют измерить 2 эти показателя).
Структура прибора такова:
- Первичный преобразователь;
- Вторичный преобразователь;
- Специальный индикатор.
Где используются анемометры?
В каких областях применяются приборы для измерения скорости воздушного потока?
- В зданиях административного назначения для измерения особенностей работы вентиляции;
- В метеорологии (изучение движения воздушных масс);
- В лабораторных условиях;
- В производственных помещениях, цехах и в коммерческих зданиях для измерения степени эффективности работы вентиляции.
Анемометры позволяют проводить точные измерения, вносить корректировки в системы вентиляции и обеспечивать бесперебойную работу ВКВ.
Как выбрать прибор?
Существует несколько критериев правильного выбора устройства.
1. Потребности в измерениях и функциональности
Прибор примеряется для замера потока воздуха на входе и на выходе вентиляции. А это значит, что параллельно со скоростью измеряется и температура. Возможность ее замерить - дополнительная опция устройства. Есть одноканальные (максимум - двухканальные) приборы, а есть оснащенные дополнительными функциями. Это подсчет расхода воздуха, максимальные-минимальные замеры, влажность воздуха, давление и другие.
2. Принцип действия
Есть простые крыльчатые и чашечные устройства, есть современные цифровые, оснащенные дополнительными опциями (подсветка дисплея, фиксация на нем текущих показаний, автоматические вычисления).
3. Удобство эксплуатации
Если вам необходим прибор, который нужно все время носить с собой, стоит отдать предпочтение портативным моделям (ручной чашечный анемометр).
4. Условия использования
Если скорости сверхмалые и малые, стоит использовать термоаниметрический метод. Зонд-крыльчатка используется при средних скоростях, обеспечивая высокую надежность и интегрирование потока.
Широкий ассортимент нашего интернет-магазина позволяет вам выбрать идеальное под собственные потребности и нужды устройство. Вы найдете продукцию известных брендов Testo, LV, DT, AMI, Extech и других производителей.
Все товары внесены в специальный Государственный Реестр и прошли процедуру сертификации, что доказывает их высокое качество и надежность.