Vindmåler

Cup-biomasse

En enkel type af vindmåler blev opfundet i 1845 af Rev Dr. John Thomas Romney Robinson, af Armagh Observatory. Den bestod af fire halvkugleformede kopper monteret på vandrette arme, som var monteret på en lodret aksel. Luftstrømmen forbi kopperne i enhver vandret retning drejede akslen med en hastighed, der var nogenlunde proportional med vindhastigheden., Derfor producerede tælling af akselens omdrejninger over et indstillet tidsinterval en værdi, der er proportional med den gennemsnitlige vindhastighed for en lang række hastigheder. Det kaldes også et rotationsanemometer.

på et anemometer med fire kopper er det let at se, at da kopperne er arrangeret symmetrisk på enden af armene, har vinden altid hulen af en kop præsenteret for den og blæser på bagsiden af koppen i den modsatte ende af korset. Da en hul halvkugle har en trækkoefficient på .38 paa den sfæriske side og 1.,42 på den hule side genereres der mere kraft på koppen, der præsenterer sin hule side for vinden. På grund af denne asymmetriske kraft genereres drejningsmoment på anemometerets akse, hvilket får det til at dreje.

teoretisk set bør anemometerets rotationshastighed være proportional med vindhastigheden, fordi kraften produceret på et objekt er proportional med hastigheden af væsken, der strømmer forbi den., I praksis påvirker andre faktorer imidlertid rotationshastigheden, herunder turbulens produceret af apparatet, stigende træk i modsætning til det drejningsmoment, der produceres af kopperne og støttearmene, og friktion af monteringspunktet. Da Robinson først designede sit anemometer, hævdede han, at kopperne bevægede en tredjedel af vindens hastighed, upåvirket af koppens størrelse eller armlængde. Dette blev tilsyneladende bekræftet af nogle tidlige uafhængige eksperimenter, men det var forkert., I stedet afhænger forholdet mellem vindens hastighed og koppernes, anemometerfaktoren, af koppernes og armenes dimensioner og kan have en værdi mellem to og lidt over tre. Hvert tidligere eksperiment, der involverede et anemometer, måtte gentages, efter at fejlen blev opdaget.

De tre-kop-anemometeret er udviklet af den Canadiske John Patterson i 1926 og en efterfølgende kop forbedringer af Brevoort & Snedker i Usa i 1935 førte til en cupwheel design med en næsten lineær respons og havde en fejl på mindre end 3% op til 60 mph (97 km/t)., Patterson fandt, at hver kop producerede maksimalt drejningsmoment, da det var ved 45.til vindstrømmen. Tre-cup-anemometeret havde også et mere konstant drejningsmoment og reagerede hurtigere på vindstød end fire-cup-anemometeret.

tre-cup-anemometeret blev yderligere ændret af den australske Dr. Derek .eston i 1991 for at måle både vindretning og vindhastighed. Weston tilføjede et tag til en kop, hvilket får cupwhheel-hastigheden til at stige og falde, når mærket bevæger sig skiftevis med og mod vinden., Vindretningen beregnes ud fra disse cykliske ændringer i koppehjulets hastighed, mens vindhastigheden bestemmes ud fra den gennemsnitlige koppehjulshastighed.

tre-cup anemometre bruges i øjeblikket som branchestandard for vindressourcevurderingsundersøgelser & praksis.

Vane-anemometre

en af de andre former for mekanisk hastighedsanemometer er vane-anemometeret. Det kan beskrives som en vindmølle eller et propelleranemometer., I modsætning til Robinson anemometeret, hvis rotationsakse er lodret, skal vingeanemometeret have sin akse parallelt med vindretningen og derfor vandret. Da vinden desuden varierer i retning, og aksen skal følge dens ændringer, skal der anvendes en vindvane eller en anden påfund for at opfylde det samme formål.

et vingeanemometer kombinerer således en propel og en hale på samme akse for at opnå nøjagtige og præcise vindhastigheds-og retningsmålinger fra det samme instrument., Ventilatorens hastighed måles ved hjælp af en omdrejningstæller og konverteres til en vindhastighed ved hjælp af en elektronisk chip. Volumetrisk strømningshastighed kan derfor beregnes, hvis tværsnitsarealet er kendt.

i tilfælde, hvor luftbevægelsens retning altid er den samme som i ventilerende aksler i miner og bygninger, anvendes vindskovle kendt som luftmålere og giver tilfredsstillende resultater.,

• Vane anemometers

• Vane style of anemometer

• Helicoid propeller anemometer incorporating a wind vane for orientation

• Hand-held low-speed vane anemometer

• Hand-held digital anemometer or Byram anenometer.,

Hot-wire-biomasse

Hot wire biomasse bruge en fin tråd (om rækkefølgen af flere mikrometer) elektrisk opvarmede for at nogle over den omgivende temperatur. Luft, der strømmer forbi ledningen, afkøler ledningen. Da den elektriske modstand af de fleste metaller er afhængig af temperaturen af metallet (tunolfram er et populært valg for hot-ledninger), kan der opnås et forhold mellem modstanden af tråden og luftens hastighed., I de fleste tilfælde kan de ikke bruges til at måle luftstrømmens retning, medmindre de er forbundet med en vindvinge.

Der findes flere måder at implementere dette på, og hot-devicesire-enheder kan yderligere klassificeres som CCA (constant current anemometer), CVA (constant voltage anemometer) og CTA (constant-temperature anemometer). Spændingsudgangen fra disse anemometre er således resultatet af en slags kredsløb i enheden, der forsøger at opretholde den specifikke variabel (strøm, spænding eller temperatur) konstant efter Ohms lov.,

Derudover, PWM (pulse-width modulation) biomasse anvendes også, hvor hastigheden er udledt af den tid, længde af et gentaget pulsen på aktuelle, der bringer den ledning op til en bestemt modstand, og derefter stopper, indtil en tærskel “gulv” er nået, på hvilket tidspunkt puls sendes igen.,selvom Varmtrådsanemometre er ekstremt delikate, har ekstremt høj frekvensrespons og fin rumlig opløsning sammenlignet med andre målemetoder, og som sådan anvendes næsten universelt til den detaljerede undersøgelse af turbulente strømme eller enhver strøm, hvor hurtige hastighedsudsving er af interesse.

en industriel version af fintrådsanemometeret er den termiske Flo .måler, der følger det samme koncept, men bruger to stifter eller strenge til at overvåge variationen i temperatur., Strengene indeholder fine ledninger, men indkapsling af ledningerne gør dem meget mere holdbare og i stand til nøjagtigt at måle luft, gas, og emissionsstrøm i rør, kanaler, og stakke. Industrielle applikationer indeholder ofte snavs, der vil beskadige det klassiske hot-anire anemometer.

Laser Doppler-biomasse

I laser Doppler velocimetri, laser Doppler biomasse bruge en stråle af lys fra en laser, der er opdelt i to stråler, med en formeres ud af vindmåler. Partikler (eller bevidst indført frømateriale) strømmer sammen med luftmolekyler nær hvor strålen udgange reflektere, eller backscatter, lyset tilbage i en detektor, hvor det måles i forhold til den oprindelige laserstråle., Når partiklerne er i stor bevægelse, producerer de et Doppler-skift til måling af vindhastighed i laserlyset, som bruges til at beregne partikelhastigheden og derfor luften omkring anemometeret.

Ultralyd biomasse

Ultralyd biomasse, først udviklet i 1950’erne, brug af ultralyd lydbølger til at måle vindens hastighed., De måler vindhastighed baseret på tidspunktet for flyvning af soniske impulser mellem par transducere. Målinger fra par af transducere kan kombineres for at give en måling af hastighed i 1-, 2-eller 3-dimensionel Flo.. Den rumlige opløsning er givet ved banelængden mellem transducere, som typisk er 10 til 20 cm. Ultralydsanemometre kan foretage målinger med meget fin tidsmæssig opløsning, 20 h.eller bedre, hvilket gør dem velegnede til turbulensmålinger., Manglen på bevægelige dele gør dem egnede til langvarig brug i udsatte automatiserede vejrstationer og vejrbøjer, hvor nøjagtigheden og pålideligheden af traditionelle kop-og-vane-anemometre påvirkes negativt af salt luft eller støv. Deres største ulempe er forvrængningen af luftstrømmen ved hjælp af strukturen, der understøtter transducerne, hvilket kræver en korrektion baseret på vindtunnelmålinger for at minimere effekten., En international standard for denne proces, ISO 16622 meteorologi-ultralyd anemometre/termometre-accept testmetoder for gennemsnitlige vindmålinger er i almindelig cirkulation. En anden ulempe er lavere nøjagtighed på grund af nedbør, hvor regndråber kan variere lydens hastighed.

da lydens hastighed varierer med temperaturen og er næsten stabil ved trykændring, bruges ultralydsanemometre også som termometre.,

to-dimensionelle (vindhastighed og vindretning) sonic anemometre anvendes i applikationer såsom vejrstationer, skib navigation, luftfart, vejrbøjer og vindmøller. Overvågning af vindmøller kræver normalt en opdateringshastighed af vindhastighedsmålinger på 3 h., der let opnås med soniske anemometre. Tredimensionelle soniske anemometre bruges i vid udstrækning til at måle gasemissioner og økosystemfluxeser ved hjælp af eddy-kovariansmetoden, når de bruges med hurtigrespons infrarøde gasanalysatorer eller laserbaserede analysatorer.,

todimensionale vindsensorer er af to typer:

• to ultralydsbaner: disse sensorer har fire arme. Ulempen ved denne type sensor er, at når vinden kommer i retning af en ultralydbane, forstyrrer armene luftstrømmen, hvilket reducerer nøjagtigheden af den resulterende måling.
• tre ultralydsstier: disse sensorer har tre arme. De giver en vej redundans af målingen, hvilket forbedrer sensorens nøjagtighed og reducerer aerodynamisk turbulens.,

Akustiske resonans biomasse

Akustiske resonans biomasse er en nyere variant af soniske anemometer. Teknologien blev opfundet af Savvas Kapartis og patenteret i 1999. Mens konventionelle soniske anemometre er afhængige af tidspunktet for flyvemåling, bruger akustiske resonanssensorer resonerende akustiske (ultralyd) bølger inden for et lille specialbygget hulrum for at udføre deres måling.,

indbygget i hulrummet er en række ultralydstransducere, der bruges til at oprette de separate stående bølgemønstre ved ultralydfrekvenser. Når vinden passerer gennem hulrummet, sker der en ændring i bølgens egenskab (faseskift). Ved at måle mængden af faseskift i de modtagne signaler fra hver transducer og derefter ved matematisk behandling af dataene, er sensoren i stand til at tilvejebringe en nøjagtig vandret måling af vindhastighed og retning.,

akustisk resonansteknologi muliggør måling i et lille hulrum, sensorerne har derfor en tendens til at være typisk mindre i størrelse end andre ultralydssensorer. Den lille størrelse af akustiske resonansanemometre gør dem fysisk stærke og lette at varme og derfor modstandsdygtige over for isdannelse. Denne kombination af funktioner betyder, at de opnår høje niveauer af datatilgængelighed og er velegnede til vindmøllestyring og til andre anvendelser, der kræver små robuste sensorer såsom battlefield meteorology., Et problem med denne sensortype er målenøjagtighed sammenlignet med en kalibreret mekanisk sensor. Til mange slutanvendelser kompenseres denne svaghed af sensorens levetid og det faktum, at den ikke kræver genkalibrering, når den er installeret.

Ping-pong ball anemometre

et almindeligt anemometer til grundlæggende brug er konstrueret af en ping-pong bold fastgjort til en streng. Når vinden blæser vandret, presser den på og bevæger bolden; fordi ping-pong bolde er meget lette, bevæger de sig let i lette vinde., Måling af vinklen mellem strengkugleapparatet og lodret giver et skøn over vindhastigheden.

denne type anemometer bruges mest til undervisning på mellemskoleniveau, som de fleste studerende selv laver, men en lignende enhed blev også fløjet på Phoeni.Mars Lander.