Ручной измеритель скорости ветра. Анемометры цифровые крыльчатые

Ветра и определения направления его дуновения известен как обсерватор, или анемометр. Применяют такие устройство при необходимости контроля над параметрами перемещения воздушных масс.

Принцип функционирования

Несмотря на разнообразие анемометров, которые отличаются конструктивно, большинство из них работают по принципу определения характера действия воздушного потока на подвижные вращающиеся элементы.

Приборы данной категории способны определять максимальную текущую при дуновении потока в определенном направлении. Отдельные модели выдают показатели объемного расхода воздуха, температуры потока, влажности. Таким образом, функциональный прибор для измерения скорости ветра превращается в портативную метеостанцию.

Типы

Выделяют несколько отдельных разновидностей устройств, способных производить расчет скорости ветра. В настоящее время выделяют следующие типы приборов данного назначения:

• вращательные;
• вихревые;
• тепловые;
• динамометрические;
• оптические;
• ультразвуковые.

Давайте подробно рассмотрим устройства каждого типа, определим их возможности, способы эксплуатации.

Вращательные анемометры

Метеорологический прибор может быть оснащен чашками либо лопастями, которые играют роль чувствительного элемента. Последние подвижно закрепляются на вертикальном стержне и соединяются с измерителем. Перемещение воздушных потоков заставляет такие вертушки вращаться вокруг оси. По мере движения измерительный механизм фиксирует количество оборотов в течение определенного временного отрезка. Визуальную информацию выдает шкала скорости ветра либо цифровой дисплей.

Конструкции данного типа изобретены достаточно давно. Однако, несмотря на появление более совершенных приборов, вращательные анемометры до сих пор продолжают успешно эксплуатироваться метеорологами по всему миру.

Вихревые анемометры

В таких приборах измерение скорости и происходит за счет воздействия воздушных потоков на легкое лопастное колесо, расположенное в вертикальной плоскости. Как и в предыдущем случае, вращение крыльчатки посредством воздействия на систему передает данные к счетному механизму.

В настоящее время наиболее распространены ручные вихревые анемометры. Последние используются для измерения скорости воздушных потоков в вентиляционных системах и трубопроводах, устанавливаются в воздуховодах промышленных и жилых объектов.

Тепловые анемометры

Не слишком востребованы тепловые приборы. Чаще всего необходимость в их применении возникает при измерении показателей медленных воздушных потоков.

Функционирует тепловой ветра по принципу измерения температуры нити накаливания либо специальной пластины, на которую оказывается давление воздуха. При различных показателях потока выделяется определенное количество энергии, которое позволяет поддерживать ту или иную температуру теплового элемента. Таким нехитрым способом и определяется скорость ветра.

Динамометрические анемометры

Прибор для измерения скорости ветра может также функционировать благодаря определению показателей давления ветрового потока в средине запаянной с одной стороны Г-образной трубки. Данные получают на основе сравнения избыточного воздушного давления снаружи и внутри элемента.

Динамометрический прибор для измерения скорости ветра применяется не только в метеорологии. Устанавливаются подобные устройства вентиляционных системах и газоходах, где вычисляют объемный расход потоков и их скорость.

Ультразвуковые анемометры

Принцип функционирования устройств данной категории основывается на определении на приемнике в зависимости от показателей потока воздушных масс. Здесь представлены наиболее высокоточные, современные устройства, которые также позволяют фиксировать направление ветровых потоков.

Выделяют трехмерные и двухмерные ультразвуковые приборы. Первые дают возможность получать показатели направления перемещения потоков в трех компонентах. В свою очередь, двухмерный метеорологический прибор позволяет измерять направление и скорость ветра лишь в горизонтальной плоскости. Некоторые ультразвуковые системы производят вычисления температуры воздушных потоков.

Оптические анемометры

Ученые-физики, инженеры, задействованные в космических программах, часто прибегают к применению лазерных оптических приспособлений для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков. Работают подобные устройства согласно определению зависимости рассеянного либо отраженного подвижным объектом света от его скорости. Данный способ не предполагает непосредственного воздействия газообразных, твердых либо жидких веществ на элементы измерительного устройства.

Сфера применения оптических анемометров крайне широка, начиная с определения направлений перемещения веществ в живых клетках и капиллярах и заканчивая вычислением скорости движения газов в атмосфере.

Эксплуатация лазерных устройств помогает с высокой точностью рассчитывать скорость воздушных потоков вокруг подвижных объектов, в частности, автотранспорта, летательных аппаратов, космических тел. Полученные расчеты дают возможность исследователям, инженерам и механикам разрабатывать наиболее аэродинамические формы при конструировании техники.

На что следует обращать внимание при выборе прибора для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков? Определяющее значение здесь имеет перечень задач, что поставлены перед пользователем. В зависимости от этого, значение имеют такие технические характеристики прибора:

• максимальный измерительный диапазон;
• величина погрешностей;
• возможность применения в тех или иных температурных условиях;
• уровень безопасности для пользователя при воздействии на устройство агрессивных факторов окружающей среды;
• тип: стационарный либо переносной прибор;
• степень защищенности механизма от воздействий атмосферных осадков;
• характер питания устройства и способ формирования данных;
• габариты прибора;
• возможность вычисления показателей в ночное время суток (наличие подсветки).

В настоящее время для работы в условиях крайне пониженных температур возможно использование метеорологических приборов с подогревателями. Для рудников и шахт применяют специализированные анемометры, что способны исправно функционировать при высокой запыленности окружающего пространства и во взрывоопасной среде. Такие функциональные приборы переносят воздействие повышенной влажности и остаются работоспособными при значительных перепадах температур.

В итоге

Как видно, в зависимости от личных потребностей, имеется возможность выбрать наиболее подходящее устройство для фиксации показателей воздушных потоков. Однако здесь имеются свои сложности. Поскольку все анемометры являются измерительными приборами, они подлежат сертификации и аттестации в соответствующих государственных учреждениях.

Предназначение анемометра. Конструкция прибора. Виды анемометров в зависимости от принципа действия. Наиболее распространенные приборы. Принцип работы термоанемометра.

Анемометр представляет собой метеорологический прибор, предназначение которого заключается в измерении скорости ветра. Еще его можно использовать для установления скорости направленных газовых и воздушных потоков.

Конструкция прибора состоит из воспринимающей части, представляющей собой первичный преобразователь, вторичного преобразователя, которым может служить электронный, пневматический или механический блок, а также отсчетного устройства. В качестве последнего используют шкалу, указатель, индикатор, стрелки или дисплей.

В зависимости от принципа действия анемометры бывают ручные и индукционные. С помощью ручного анемометра можно измерять число оборотов чашечек вокруг оси за определенное время.

Полученный таким образом результат равен обусловленному расстоянию. Поделив расстояние на время можно высчитать среднюю скорость ветра.

Индукционные приборы оборудованы электрическим тахометром. Чашечки связаны с тахометром, что дает возможность вычислить скорость ветра, а также отслеживать ее изменения без дополнительных математических просчетов.

В зависимости от принципа действия воспринимающих элементов устройства различают несколько групп анемометров: динамометрические (трубки Пито-Прандтля), тепловые, вихревые, вращающиеся (крыльчатые, чашечные и винтовые), ультразвуковые (акустические), оптические (лазерные доплеровские).

Наибольшее распространение получили крыльчатые и чашечные анемометры. Они отличаются друг от друга лишь конструкцией воспринимающей части устройства. В чашечном анемометре она реализована в виде четырех металлических чашек, имеющих полусферическую форму, которые крепятся к крестовине, которая присоединена к оси.

Воздушные потоки заставляют чашечки вращаться вокруг оси. Такое устройство необходимо разместить так, чтобы ось находилась перпендикулярно к потоку воздуха. Их применяют для определения скорости потока (газа или воздуха) от 1 до 50 м/с. Также прибор используют для замера температур, диапазон которых составляет от -20C до 50C.

В свою очередь крыльчатые анемометры применяют для замера скорости ветра, которая находится в границах от 0,5 до 45 м/с. Конструкция его реализована в виде металлической крыльчатки, прикрепленной к трубчатой оси. Ось объединена с механизмом, который измеряет число оборотов вращающейся части прибора. Поток газа или воздуха приводит в движение крыльчатку.

С помощью данного устройства также можно измерять температуру в диапазоне от -50C до - 100C.

Сегодня для определения скорости потока воздуха применяют еще и термоанемометры, представляющие собой кусок проволоки, которая нагревается электрическим током. Принцип его действия заключается в измерении электрического сопротивления проволоки, которое изменяется в зависимости от температуры. При охлаждении воздушным потоком накаленной проволоки изменяется ее электрическое сопротивление.

Различают два способа замера скорости с использованием термоанемометра. Суть первого заключается в поддержке постоянной температуры проволоки. При этом замеряют расход электроэнергии, которая понадобилась для компенсации тепловых утрат.

Второй способ заключается в постоянной силе тока и температуре проволоки, которая падает. С помощью тарировки устанавливают связь между сопротивлением проволоки и скоростью воздуха.

Электрический способ наиболее подходит для замера небольших скоростей воздушного потока.

В последние годы всё большим спросом пользуются специальные измерительные приборы, обеспечивающие строгий контроль скорости движения воздушных потоков в границах замкнутых производственных пространств. Спрос на приборы подобного класса вызван тем, что в отдельных промышленных зонах отклонение этой величины от заданного значения строго нормируется.
Этим же обстоятельством можно объяснить жёсткость требований, предъявляемых к монтируемым в помещениях вентиляционным системам. В соответствии с действующими техническими нормативами скорость перемещения воздуха в вентиляционных каналах не может быть более 40 сантиметров в секунду; при этом погрешность измерения данной величины не должна превышать 5 см/сек.

Среди приборов для измерения скорости перемещения воздуха особое распространение получили модели, в основе функционирования которых лежит механический принцип измерения. Наглядным примером приборов этого класса является так называемый «чашечный» анемометр , в котором регистрация скорости потока воздушных слоёв осуществляется с помощью четырёх чашечек полусферической формы, закрепляемых на кронштейне вместе с датчиком.

Анемометры с крыльчаткой

Большим спросом пользуются в наши дни и анемометры с крыльчаткой, называемые ещё «мельничными» или «лопастными». Подобные приборы нередко оснащаются встроенным в них (или выносным) зондом, используемым в качестве датчика.

На оси зонда закреплена небольшая крыльчатка, реагирующая на малейшие изменения интенсивности воздушного потока. В процессе измерения датчик прибора помещается непосредственно в канал воздуховода системы кондиционирования, что значительно повышает точность снятия показаний. Особо стоит отметить ударную прочность большинства подобных приборов, корпуса которых изготавливаются из специального высокопрочного пластика.

Анемометры чашечного типа

овременные модели анемометров могут отличаться как по конструкции, так и по способу проведения измерений. При работе с приборами так называемого «чашечного» типа их ось должна располагаться перпендикулярно измеряемому воздушному потоку, а ось измерителей с крыльчаткой ориентируется по направлению его движения. В целом же эти модели не имеют каких-либо существенных различий, что позволяет использовать их в качестве дублирующих друг друга измерителей.

Анемометры для различного рода деятельности

В заключение следует отметить, что обе рассмотренные нами модели анемометров пользуются повышенным спросом как у работников коммунальных служб, так и у специалистов по монтажу современных систем кондиционирования и обогрева.

Принцип работы анемометров

Чтобы измерить скорость воздушного потока и представить её в удобном для пользователя виде, измерительный инструмент содержит три структурных блока:

1. Первичный (измеряющий) блок. С помощью воздушного потока создаётся возмущающее воздействие на тот или иной физический параметр (вращение, охлаждение нагретого тела, отражение ультразвука, лазерного излучения и некоторые другие).
2. Преобразователь. Изменяющийся физический параметр модулирует один из видов энергии: механическую, пневматическую, электрическую, электромагнитную и так далее.
3. Регистрирующее устройство. Результат отображается с помощью механического счётчика оборотов, шкалы со стрелкой, цифрового индикатора, дисплея.

Принцип действия измерительных датчиков определяет следующую классификацию анемометров:

• вращающиеся (чашечные, лопастные, спиральные);
• нагревательные (термические);
• ультразвуковые (акустические);
• оптические (лазерные, допплеровские);
• динамические или напорные (на основе трубки Пито);
• вихревые;
• поплавковые.

1. НАЗНАЧЕНИЕ ИЗДЕЛИЯ

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.1 Диапазон измерения средней скорости воздушного потока от 1 до 20 м/с.

2.2 Чувствительность не более 0,8 м/с.

2.3 Основная погрешность не более ±(0,3 + 0,05V) м/с, где V - измеряемая скорость воздушного потока.

2.4 Анемометр изготавливается в исполнении У категории 1.1 ГОСТ 15150-69 но для работы при температуре воздуха от минус 45 до плюс 50°С, относительной влажности воздуха 90 % при температуре 20 °С.

2.5 Срок службы анемометра до списания не менее 8 лет.

2.6 габариты не более170x70x70 мм.

2.7 Масса не более 0,25 кг.

3. СОСТАВ ИЗДЕЛИЯ И КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ

Анемометр чашечный МС-13 1 шт.
Футляр 1 шт.
Паспорт 1 шт.
Свидетельство о поверке 1 экз.
Градуировочный график 1 экз.

4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Ветроприемником анемометра (см. рис.) служит четырехчашечная вертушка. 4, насаженная на ось 5, вращающаяся в опорах. На нижнем конце оси нарезан червяк 6, связанный с редуктором, передающий движение трем указывающим стрелкам. Циферблат 2 имеет соответственно шкалы единиц, сотен, тысяч. Червяк 6 через червячное колесо и триб передает движение центральному колесу, на оси которого закреплена стрелка 3 шкалы единиц. Триб центрального колеса через промежуточное колесо приводит во вращение малое колесо, на оси которого насажена стрелка (шкалы сотен). От малого колеса через второе промежуточное колесо вращение передается второму малому колесу, ось которого несет на себе стрелку шкалы тысяч 7.

Включение и выключение механизма производится арретиром 9, один конец которого находится под изогнутой пластинчатой пружинкой, являющейся подпятником червячного колеса. Для выключения счетного механизма арретир 9 поворачивают по часовой стрелке.

Другой конец арретира при этом поднимает пластинчатую пружину, которая, перемещая ось колеса в осевом направлении, выводит червячное колесо из зацепления с червяком 6.

При повороте арретира против часовой стрелки червячное колесо входит в зацепление с червяком и ветроприемник анемометра соединяется с редуктором.

Механизм анемометра закреплен в корпусе из пластмассы, нижняя часть корпуса заканчивается винтом 10, служащим для крепления анемометра настойке или шесте. В корпусе анемометра по обе стороны арретира 9 ввернуты ушки 8, через которые пропускается шнур для включения и выключения анемометра, поднятого на стойке (шесте). Шнур привязывается за ушко арретира 9.

Ветроприемник анемометра защищен крестовиной из проволочных дужек, служащей также для крепления верхней опоры оси ветроприемника.

5. ПОРЯДОК РАБОТЫ

Перед измерением скорости ветра записывают показания по трем шкалам. В измеряемом воздушном потоке анемометр устанавливают вертикально и через10 - 15 с одновременно включают арретиром механизм анемометра и секундомер. Экспонирование анемометра в воздушном потоке производят в течение одной или двух минут. По истечении этого времени механизм и секундомер выключают и записывают показания по шкалам анемометра и время экспозиции в секундах. Разность между конечным и начальным отсчетом делят на время экспозиции и определяют число делений шкалы, приходящихся на одну секунду. Скорость ветра определяется по градуировочному графику. приложенному к анемометру. На вертикальной оси графика находят число делений шкалы. приходящихся на одну секунду. От этой точки проводится горизонтальная линия до пересечения с прямой графика, а из точки пересечения проводится вертикальная линия до пересечения с горизонтальной осью. Точка пересечения вертикали с горизонталью осью графика дает искомую скорость воздушного потока в м/сек.

6. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

6.1 Анемометр требует осторожного обращения во избежание механических повреждений.
Из-за повреждений ветроприемника или защитных дужек могут быть нарушены градуировочные характеристики анемометра. При ввертывании винта 10 анемометра в деревянную стойку или шест анемометр следует держать за корпус, не касаясь защитных дужек ветроприемника.

6.2 Шнур для включения должен легко проходить в отверстие ушка арретира и в отверстие других ушек.

6.3 В промежутках между отдельными измерениями прибор должен находиться в футляре с отключенным механизмом.

6.4 Анемометр подлежит поверке по методике РД 52.04.243-90 не реже одного раза в год.

6.5 Виды и периодичность работ по техническому обслуживанию и освидетельствованию указаны в таблице 1.

7. ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

8. СВЕДЕНИЯ О ХРАНЕНИИ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ

8.1 Анемометр в упакованном виде должен храниться в помещении при температуре воздуха от плюс 5 до плюс 40°C и относительной влажности воздуха 65% при температуре плюс 20°C.

8.2 Транспортирование упакованных анемометров производится транспортом закрытого типа при температуре от минус 50°С до плюс 50°С, относительной влажности воздуха 80% при плюс 20°C.

9. ГАРАНТИИ ИЗГОТОВИТЕЛЯ

Изготовитель гарантирует соответствие анемометра крыльчатого (МСО-13) требованиям ГОСТ 6376-74 при соблюдении потребителем условий эксплуатации, транспортирования и хранения, приведенных выше.

Срок гарантии 12 месяцев со дня ввода анемометра в эксплуатацию, при чем общая продолжительность его работы не должна превышать 320 часов.

Анемометр это метеорологический прибор при помощи котрого измеряют скорость воздушных потоков и ветра. Был изобретён в 1667 году. Современные анемометры, помимо скоростных характеристик воздушных масс, измеряют температуру воздуха.

Классификация анемометров и принцип их работы

Существует множество разновидностей анемометров, однако чаще всего для измерений используют:

• чашечный;
• крыльчатый;
• ультразвуковой.

Чашечный анемометр

Чашечный анемометр имеет самую простую конструкцию: подвижный элемент с четырьмя лопастями. Как только ветер на них воздействует, ось начинает вращаться и передавать данные измерительному прибору. Он фиксирует число вращений лопастей за конкретный период времени. Анемометр этого типа идеально подходит для использования на открытой местности, поэтому ценится метеорологами.

Крыльчатый анемометр

Крыльчатый анемометр наиболее распространен среди приборов, измеряющих скорость воздушных масс. Он состоит из крыльчатки, защищенной кольцом, и соединенной напрямую либо гибким проводом с измерительным прибором. Такая конструкция позволяет использовать его для регистрации скорости воздуха в труднодоступных местах.

Ультразвуковой анемометр

Ультразвуковой анемометр реже других используют для измерения скорости ветра. Как уже понятно из названия, он измеряет скорость звука в помещении, которая меняется в зависимости от направления перемещения воздушных масс.

Двухкомпонентные устройства помимо скорости ветра могут определять, куда он движется в зависимости от частей света. Скорость звука в такой аппаратуре зависит от времени преодоления ультразвуковыми импульсами расстояния от излучателя до ультразвукового микрофона. Практически все анемометры работают от заряжаемых аккумуляторов или батареек.

Сфера применения анемометров

Современная цифровая аппаратура укомплектовывается жидкокристаллическим дисплеем. На него и выводится результат измерений. Можно выбрать в каких единицах отображать скорость ветра, а иногда подключить девайс к компьютеру, собирать данные, синхронизировав анемометр с временем ПК, или выгрузить собранную информацию в отдельный файл.

Крыльчатый анемометр применяют в строительстве для определения скорости перемещения воздушных масс в вентиляции, трубах и шахтах. Также этот прибор используют в сельском хозяйстве для проверки систем кондиционирования помещений. Своевременная диагностика скорости перемещения воздушных масс поможет предотвратить различные заболевания у животных и остановить либо предупредить распространение инфекции. Большинство современных моделей анемометров вычисляют скорость ветра, объём воздушных масс и даже влажность воздуха.