Скорость ветра, его мощность и направление - важные составляющие науки метрологии. С помощью этих данных прогнозируют погоду в местности, ее изменение на протяжении определенного отрезка временим. Каким прибором измеряют направление ветра и его скорость, точно знают метрологи. Называется он анемометр. Название этого уникального устройства происходит от сочетания двух греческих слов: «анемо» - ветер и «метро» - измерять. Данный прибор способен определить не только движение ветра, а и любых других воздушных потоков или газов.
Таким образом, анемометры - приборы универсальные и используются они не только в метрологии. О том, как устроены анемометры, и какие виды их существуют, вы узнаете из этой статьи. По ее прочтению вы сумеете отличить один тип анемометра от другого и сможете им пользоваться без ошибок и нарушений технологии.
Как устроен анемометр, в чем отличие цифрового и аналогового приборов
По своему главному назначению, анемометр - это прибор, который используют для измерения направления ветра. Помимо этого, вы можете измерить данным устройством различные вещества. Анемометр - устройство портативное, то есть - переносное. Оно работает автономно и не привязано к какому-либо источнику энергии. Исходя из этой особенности, анемометр можно применять везде - внутри помещения, и на улице, и в лесу, и в поле.
По своей сути - это маленькая метеостанция. Ее основные элементы - крыльчатка и лопасти. Лопасти у разных видов анемометров имеют различную форму. Они могут быть полусферическими, как чашка или же плоскими, так называемого пропеллерного типа. Лопастей бывает три или четыре (в бюджетных чашечных устройствах) и 5-6 и больше в крыльчатных приборах. Чашечные лопасти ловят воздушные массы самостоятельно. Они подстраиваются под него, как флюгер на крыше дома. Крыльчатка под воздействием воздушного потока начинает вращаться. Число ее оборотов фиксируется счетчиком или другой мерной шкалой. Таким способом на ней отражается скорость движения ветра и других масс воздуха. Показатель на шкале - это не окончательный результат. Окончательный параметр вычисляют, учитывая приборный коэффициент.
Если лопасти у анемометра пропеллерного типа, то воздушный поток ловит непосредственно крыльчатка, которая расположена на роторной оси. Крыльчатка - весьма чуткая даже к слабому движению воздуха или газа. Она легко «учует» тягу в дымоходе, сквозняк в комнате, небольшую утечку газа. Ее вращение передается на счетчик при помощи редуктора червячного типа. Таким образом, помимо лопастей, анемометр включает в себя ротор, шкалу измерений (счетчик), и фиксирующий винт для крепления. В современных анемометрах вместо крыльчатки используют ультразвуковой датчик. Он отвечает за обнаружение воздушного потока, то есть выполняет ту же функцию, что и крыльчатка.
Анемометр - агрегат весьма специфический и профессиональный. Скорость ветра измеряют двумя его вариантами:
Аналоговым. Это механический вариант анемометра. Он на сегодняшний день считается морально устаревшим, однако часто используется, благодаря своей невысокой стоимости и простоте в использовании.
Аналоговый вариант анемометра оснащен выносной вертикальной шкалой. Это придает ему некоторую громоздкость. К тому же, с механическим аналоговым анемометром приходится поводить вычисления показателя, учитывая пройденное расстояние воздушного потока и время, за которое оно пройдено.
Цифровые же приборы выполнены крайне компактно. Их измерительные элементы вмонтированы внутри. Цифровой индикатор автоматически измеряет все необходимые параметры воздушного потока. Вычислений проводить не нужно. Показатели отражаются на небольшом ярком дисплее.
Для чего используют анемометры
Преимущество анемометра в том, что он выполняет не только измерение силы ветра, но и меряет скорость движения любого потока. Само собой, измерению поддаются все воздушные массы, в том числе любой газ и даже сквозняк в помещении. Также, кроме воздуха, хороший мультизначный анемометр меряет и жидкостные массы. Он измеряет и определяет их направление, скорость и мощность. Если анемометр сочетает еще и измерение температурного режима (имеет встроенный термометр), то мы получаем уникальный прибор для измерения главных параметров любого потока - воздушного или жидкостного.
Получается, что сфера применения анемометра - это не только метрология. На многих производствах возникает потребность в измерении силы воздушного потока. Поэтому специалисты, отвечающие за системы кондиционирования и обогрева производственных помещений, не понаслышке знают, каким прибором измеряют ветер. Ведь именно его они используют, чтобы оптимизировать в производственных цехах прохождение воздушных масс.
Таким образом, анемометры используют для измерения:
Направления, силы и скорости движения ветра.
Возможности прохождения воздушных масс в помещении.
Проверки вентиляции в квартире, кто проверяет направление воздушных потоков при установке кондиционеров, газовых обогревателей, котлов.
Расхода воздуха и мощности его потоков в компрессорных установках и на ветряных электростанциях.
Температуры воздушных масс внутри помещений и снаружи.
То есть, востребованность анемометра высока не только на метрологической станции. Он весьма актуален на предприятиях, где установлена мощная система проветривания и охлаждения. Анемометры применяют на газопроводах, в аэропортах, на строительных площадках, на спортивных соревнованиях.
В бытовых условиях анемометр выполняет свою функцию при ремонтах, монтаже оконных и дверных конструкций. Им измеряют наличие сквозняков, что важно при установке окон и дверей. При установке системы обогрева и вентиляции помещения анемометр нужен для определения тяги в вентиляционных и дымовых каналах. Он также покажет, правильно ли работает газовый котел, не нарушена ли герметичность газовых труб в квартире или частном доме.
Еще прибор, показывающий направление ветра, активно используют:
Специалисты, работающие на высоте (монтажники, машинисты подъемных кранов, электромонтеры). Согласно правилам техники безопасности, есть предельная скорость ветра, которая позволяет работать на высотных сооружениях. Анемометр помогает определить, не нарушаются ли правила безопасности.
Газовые службы. Этот прибор покажет наличие тяги в дымовом канале и ее качество. Он также определит, хорошо ли работает вытяжной и вентиляционный каналы при газовом приборе (печке, конвекторе, котле). Устройство также «почувствует» несанкционированной выход газа - утечку. И определит ее направление и мощь.
Охотники и рыбаки. Определить скорость и направления ветра - важное условие для успешной охоты и рыбалки.
Спортсмены, у которых сила и направления ветра сказывается на их результатах (стрелки, лучники и даже теннисисты и биатлонисты).
Какие есть конструктивные виды анемометров
По типу конструкции анемометры делят на три вида:
Чашка;
Крыльчатка;
Термодатчик.
Чашечный анемометр имеет полусферические лопасти. Такое конструктивное исполнение напоминает обычные чашки, что, собственно, и послужило основанием для его названия. Исторически, это самый древний измеритель ветра. Он придуман еще в 1846 году ученым Джоном Робинсоном и за почти двести лет существования не изменился. А поэтому ныне считается слегка примитивным. Его главный недостаток в том, что меряет он только движение ветра по горизонтали. То есть, поймав поток воздуха, устройство определяет его скорость в горизонтальной плоскости. Несмотря на ограниченность измерений, чашечный анемометр часто используют метрологи. Он простой, надежный и успешно находит свое применение на узкоспециализированных метеостанциях.
Крыльчастый анемометр оснащен лопастями стандартного пропеллерного типа. Внешне он имеет сходство с компьютерным кулером - также вертится, уловив воздушный поток. При этом воздушные массы данный прибор улавливает в разных плоскостях и направлениях.
Термодатчиковый прибор для измерения воздушных потоков - самый универсальный и мультизадачный. По факту, он может, как измерить скорость ветра, так и все параметры воздушных масс в любом их направлении. Обнаружение воздушного потока происходит при помощи телескопического датчика. Встроенный датчик срабатывает, используя ультразвук. Это акустический способ измерения параметров воздушных масс. Датчик определяет скорость и другие показатели воздушного потока, а цифровая плата внутри обрабатывает эту информацию и выводит ее на экран.
Цифровой анемометр со встроенным ультразвуковым датчиком бывает трех видов:
Двумерный;
Трехмерный;
Температурный.
Первый вариант - самый простой , он показывает скорость и направление ветра. Трехмерный анемометр способен просчитать не два, а несколько параметров. К ним относятся:
Скорость движения воздуха.
Его направление.
Атмосферное давление.
Расход (время прохождения и объем воздуха). Данный показатель особенно актуален на ветряных электростанциях.
Самые популярные анемометры для измерения объема расхода воздуха
Температуру (плюсовую, от 0 до 50 градусов Цельсия).
Атмосферное давление.
Показатель влажности.
Причем, погрешность в измеряемых показателях составляет всего 1-2%.
Встроенные датчики, работающие на принципе ультразвука - самые распространенные в цифровых анемометрах. Помимо них, производители сегодня выпускают анемометры еще с двумя видами датчиков:
Тепловыми (это может быть вольфрамовая нить накаливания, как в лампочке или металлическая пластина).
Тепловые измерители ветра называются пневмоанемометрами. Сфера их применения ограничивается лабораториями, которые исследуют светотехнику. Датчик у них открытого типа, а скорость ветра измеряется тем, насколько охлаждается разогретый тепловой датчик под воздействием ветра.
Динамометры фиксируют параметры ветра, записывая в память показатели. На основе этих показателей получается график направления и скорости ветра, разных газов. Такие диаграммы важны для экологических исследований.
Какой анемометр лучше
Каждый тип анемометра имеет свои преимущества и недостатки.
1. Чашечный. Механический чашечный анемометр считается надежным прибором, к тому же, он проверен двумя сотнями лет использования. Но такое устройство имеет множество минусов в применении:
Он не эффективен, если скорость ветра небольшая. Чашечный анемометр улавливает движение воздушного потока, если он движется со скоростью не менее 1 метр в секунду.
Не даст результата этот измеритель и при сильно большой скорости воздушных потоков. 50 метров в секунду - это максимум, что он может показать.
Лопасти чашечного типа не способны определить направление воздушных масс. Только скорость. Для того, чтобы понять, куда направлен ветер, нужно подсоединить хотя бы самый простой флюгер.
Плюсом является то, что сегодня изобретен электронный вариант анемометра-чашки. Он дает показатели по нескольким параметрам.
2. Тепловой. Прибор с тепловым датчиком демонстрирует высокую точность. К тому же он работает в условиях разреженного воздуха, на что не способны другие виды анемометров. Однако, недостатки у него вполне реальные:
Пневноанемометр имеет открытый тепловой датчик (нить накаливания или пластину), поэтому конструкция его надежностью похвастать не может.
Еще он нуждается в регулярной калибровке в силу своего неустойчивого строения.
3. Крыльчатый. Это хорошая бюджетная модель. Она практичная в использовании, небольшая и мобильная. А поэтому очень популярна среди пользователей, особенно в бытовых условиях. Вычисляет и скорость ветра, и его направление. Дает несильную погрешность по скорости воздушной массы - до 0,05 метра.
4. Ультразвуковой анемометр. Самый удобный в использовании анемометр. Датчик внутри этого прибора реагирует даже на мельчайший сквозняк, ему не нужны выносные мерные шкалы или вытяжной флюгер. Все уже вмонтировано вовнутрь аппарата. Ультразвуковой анемометр демонстрирует высочайшую точность. К тому же, с ним не возникает никаких проблем в процессе использования. Показатели не нужно вычислять, умножать на коэффициенты или засекать время. Электроника сама все вычислит и выведет нужную информацию на дисплей. Такое устройство по стоимости дороже, чем чашечные и крыльчатые анемометры, зато гарантирует точность и комфорт в использовании.
Как пользоваться измерителем скорости воздушных масс
Перед установкой газового конвектора, печки, котла, или же кондиционера обязательна проверка вентиляции в квартире, постановление о ее качестве выносится газовыми службами. Для таких процессов необходим анемометр. Поскольку самый удобный и недорогой анемометр - это крыльчатный, то начнем с него. Действовать нужно так:
Пропеллер прибора необходимо установить таким образом, чтобы лопасти были полностью охвачены двигающейся воздушной массой. В противном случае погрешность будет больше, поскольку вся мощь ветра будет не учтена.
Дальше переходим к этапу «замирание». Он необходим в таких механических приборах. Заключается данный этап в том, что нужно подождать, чтобы прибор определил необходимые параметры воздушного потока. Режим «замирания» имеет продолжительность в несколько секунд.
После использования в сильно загрязненных помещениях (доменные печи, дымоходы, вентиляции) обязательно протрите лопасти анемометра. Прочистите крыльчатку, осмотрите роторную ось и подшипники - нет ли на них грязи, которая позже может повлиять на результат измерений.
Аналогично действуем и с чашечным устройством. Его полусферические лопасти должны улавливать максимум воздушного потока. При потребности узнать еще и направление, устанавливаем выносной флюгер.
В паспорте к механическим приборам всегда указан коэффициент, на который следует умножить числа, которые видим на измерительной шкале. Это и будет конечный результат.
Самые популярные анемометры для измерения скорости ветра
Тепловой анемометр не требует такой точной установки, как чашечный. Его просто фиксируют в нужном месте и ждут. Термодатчик-пластина самостоятельно уловит малейшее колебание воздуха. Она всегда даст очень точный результат, но следует помнить, что сама пластинка - очень хрупкий и не защищенный элемент. Ее нельзя сильно прижимать или изгибать.
Цифровые анемометры вообще не нуждаются в каких-либо лишних действиях. От вас требуется просто установить прибор, включить. Затем отключить и подсоединить кабель электронно-измерительной платы. На дисплее отразятся показатели уже в конечном результате. Оснащенный ультразвуковым датчиком прибор не требует этапа «замирания» - он мгновенно вычисляет все нужные критерии воздушного потока. Единственное условие - не ставить прибор под прямыми ультрафиолетовыми лучами. Это может сильно повлиять на точность его данных.
Как выбрать измеритель скорости ветра
Выбирая анемометр для своих задач, стоит акцентировать внимание на таких критериях:
Сколько лопастей имеет измеритель? Недорогие приборы имеют 3-4, этого мало для того, чтобы охватить весь поток воздуха и измерить его мощь с хорошей точностью. Поэтому выбирайте анемометр с пропеллером, у которого есть хотя бы 6 лопастей. Оптимальное число - 8.
Какую минимальную скорость ветра «чувствует» прибор? Чашечные анемометры улавливают только ветер со скоростью 1 метр за секунду. Это подойдет для метрологии, ветряных электростанций. А если вам нужно измерять утечку газов, сквозняк, тягу в дымоходе, то есть - малейшее колебание, то выбирайте «чувствительность» не менее 0,1 м/секунду. Оптимальной считается реакция на воздушный поток со скоростью минимум 0,3 метра в секунду.
Какое ограничение по максимальной скорости у прибора? Показатель должен быть не менее 30 метров в секунду.
Насколько удобен в использовании прибор? Об особенностях использования каждого типа анемометра я рассказывал выше. Чашечный нуждается в выносном дополнении, тепловой - очень хрупкий и открытый, подходит для лабораторий. Самые удобные в быту - это крыльчатный агрегат и электронный анемометр с ультразвуковым датчиком. Небольшие измерители карманного типа стоят недорого и очень практичны в использовании.
Если у вас возникли вопросы после прочтения статьи, оставляйте комментарии ниже. Я с радостью на них отвечу!
или нажмите