Anémomètre

anémomètres Cup

un type simple d’anémomètre a été inventé en 1845 par le Révérend Dr John Thomas Romney Robinson, de L’Observatoire D’Armagh. Il se composait de quatre tasses hémisphériques montées sur des bras horizontaux, qui étaient montés sur un arbre vertical. Le flux d’air passant devant les coupelles dans n’importe quelle direction horizontale faisait tourner l’arbre à une vitesse à peu près proportionnelle à la vitesse du vent., Par conséquent, le comptage des spires de l’arbre sur un intervalle de temps défini a produit une valeur proportionnelle à la vitesse moyenne du vent pour une large gamme de vitesses. On l’appelle aussi un anémomètre rotatif.

Sur un anémomètre avec quatre tasses, il est facile de voir que, depuis les coupes sont disposées symétriquement sur l’extrémité du bras, le vent a toujours le creux d’une tasse présentés et souffle sur le dos de la tasse sur l’extrémité opposée de la croix. Depuis un hémisphère creux a un coefficient de traînée de .38 du côté sphérique et 1.,42 du côté creux, plus de force est générée sur la coupelle qui présente son côté creux au vent. En raison de cette force asymétrique, un couple est généré sur l’axe de l’anémomètre, ce qui le fait tourner.

théoriquement, la vitesse de rotation de l’anémomètre doit être proportionnelle à la vitesse du vent car la force produite sur un objet est proportionnelle à la vitesse du fluide qui le dépasse., Cependant, dans la pratique, d’autres facteurs influencent la vitesse de rotation, notamment la turbulence produite par l’appareil, l’augmentation de la traînée en opposition au couple qui est produit par les coupelles et les bras de support, et le frottement du point de montage. Lorsque Robinson a conçu son anémomètre pour la première fois, il a affirmé que les tasses se déplaçaient au tiers de la vitesse du vent, sans être affectées par la taille de la tasse ou la longueur du bras. Cela a apparemment été confirmé par certaines premières expériences indépendantes, mais c’était incorrect., Au lieu de cela, le rapport de la vitesse du vent et de l’tasses, l’anémomètre facteur dépend des dimensions des tasses et des bras, et peut avoir une valeur entre les deux et un peu plus de trois. Chaque expérience précédente impliquant un anémomètre a dû être répétée après la découverte de l’erreur.

l’anémomètre à trois Coupes développé par le canadien John Patterson en 1926 et les améliorations subséquentes de la coupe par Brevoort& Joiner des États-Unis en 1935 ont conduit à une conception de roue à coupe avec une réponse presque linéaire et une erreur de moins de 3% jusqu’à 60 mi / h (97 km / h)., Patterson a constaté que chaque tasse produisait un couple maximal lorsqu’elle était à 45° par rapport à l’écoulement du vent. L’anémomètre à trois tasses avait également un couple plus constant et répondait plus rapidement aux rafales que l’anémomètre à quatre tasses.

L’anémomètre à trois Coupes a été modifié par L’Australien Derek Weston en 1991 pour mesurer à la fois la direction et la vitesse du vent. Weston a ajouté une étiquette à une tasse, ce qui fait augmenter et diminuer la vitesse du cupwheel à mesure que l’étiquette se déplace alternativement avec et contre le vent., La direction du vent est calculée à partir de ces changements cycliques de la vitesse de la roue de coupe, tandis que la vitesse du vent est déterminée à partir de la vitesse moyenne de la roue de coupe.

les anémomètres à trois tasses sont actuellement utilisés comme norme de l’industrie pour les études d’évaluation des ressources éoliennes& pratique.

anémomètres à palettes

l’une des autres formes d’anémomètre de vitesse mécanique est l’anémomètre à palettes. Il peut être décrit comme un moulin à vent ou un anémomètre à hélice., Contrairement à L’anémomètre Robinson, dont l’axe de rotation est vertical, l’anémomètre à palettes doit avoir son axe parallèle à la direction du vent et donc horizontal. De plus, étant donné que le vent varie dans la direction et que l’axe doit suivre ses changements, une girouette ou une autre technique pour remplir le même objectif doit être utilisée.

un anémomètre à palettes combine ainsi une hélice et une queue sur le même axe pour obtenir des mesures précises et précises de la vitesse et de la direction du vent à partir du même instrument., La vitesse du ventilateur est mesurée par un compte-tours et convertie en vitesse du vent par une puce électronique. Par conséquent, le débit volumétrique peut être calculé si la section transversale est connue.

dans les cas où la direction du mouvement de l’air est toujours la même, comme dans les puits de ventilation des mines et des bâtiments, des aubes à vent appelées compteurs d’air sont utilisées et donnent des résultats satisfaisants.,

• 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.,

au fil Chaud anémomètres

les anémomètres à fil Chaud utiliser un fil fin (de l’ordre de plusieurs micromètres) chauffés à l’électricité, à quelques de la température au-dessus de la température ambiante. L’air qui passe devant le fil refroidit le fil. Comme la résistance électrique de la plupart des métaux dépend de la température du métal (le tungstène est un choix populaire pour les fils chauds), une relation peut être obtenue entre la résistance du fil et la vitesse de l’air., Dans la plupart des cas, ils ne peuvent pas être utilisés pour mesurer la direction du flux d’air, à moins d’être couplés avec une girouette.

plusieurs façons de mettre en œuvre cela existent, et les dispositifs à fil chaud peuvent être classés comme CCA (anémomètre à courant constant), CVA (anémomètre à tension constante) et CTA (anémomètre à température constante). La sortie de tension de ces anémomètres est donc le résultat d’une sorte de circuit dans l’appareil essayant de maintenir la variable spécifique (courant, tension ou température) constante, suivant la loi D’Ohm.,

de plus, des anémomètres PWM (pulse-width modulation) sont également utilisés, la vitesse étant déduite par la durée d’une impulsion de courant répétitive qui amène le fil à une résistance spécifiée et s’arrête ensuite jusqu’à ce qu’un seuil « plancher » soit atteint, moment auquel l’impulsion est envoyée à nouveau.,

les anémomètres à fil chaud, bien qu’extrêmement délicats, ont une réponse en fréquence extrêmement élevée et une résolution spatiale fine par rapport à d’autres méthodes de mesure, et en tant que tels sont presque universellement utilisés pour l’étude détaillée des écoulements turbulents, ou de tout écoulement dans lequel les fluctuations de vitesse rapides sont intéressantes.

Une version industrielle de l’anémomètre à fil fin est le débitmètre thermique, qui suit le même concept, mais utilise deux broches ou cordes pour surveiller la variation de température., Les cordes contiennent des fils fins, mais l’enrobage des fils les rend beaucoup plus durables et capables de mesurer avec précision le débit d’air, de gaz et d’émissions dans les tuyaux, les conduits et les piles. Les applications industrielles contiennent souvent de la saleté qui endommagera l’anémomètre à fil chaud classique.

Laser à effet Doppler anémomètres

En vélocimétrie laser Doppler, Doppler laser anémomètres utiliser un faisceau de lumière d’un laser est divisé en deux faisceaux, avec un propagé hors de l’anémomètre. Les particules (ou les semences délibérément introduites) circulant avec les molécules d’air près de l’endroit où les sorties du faisceau réfléchissent ou rétrodiffusent la lumière dans un détecteur, où elle est mesurée par rapport au faisceau laser d’origine., Lorsque les particules sont en grand mouvement, elles produisent un décalage Doppler pour mesurer la vitesse du Vent dans la lumière laser, qui est utilisé pour calculer la vitesse des particules, et donc l’air autour de l’anémomètre.

les anémomètres à Ultrasons

Les anémomètres à ultrasons, d’abord développé dans les années 1950, utiliser les ultrasons pour mesurer la vitesse du vent., Ils mesurent la vitesse du vent en fonction du temps de vol des impulsions sonores entre des paires de transducteurs. Les mesures à partir de paires de transducteurs peuvent être combinées pour produire une mesure de la vitesse dans un flux en 1, 2 ou 3 dimensions. La résolution spatiale est donnée par la longueur du trajet entre les transducteurs, qui est généralement de 10 à 20 cm. Les anémomètres à ultrasons peuvent prendre des mesures avec une résolution temporelle très fine, 20 Hz ou mieux, ce qui les rend bien adaptés aux mesures de turbulence., Le manque de pièces mobiles les rend appropriés pour une utilisation à long terme dans les stations météorologiques automatisées et les bouées météorologiques exposées où la précision et la fiabilité des anémomètres à coupelle et à palettes traditionnels sont affectées par l’air salé ou la poussière. Leur principal inconvénient est la distorsion du flux d’air par la structure supportant les transducteurs, ce qui nécessite une correction basée sur des mesures en soufflerie pour minimiser l’effet., Une norme internationale pour ce processus, ISO 16622 Meteorology-Ultrasonic anemometers/thermometers-Acceptance test methods for mean wind measurements est en circulation générale. Un autre inconvénient est une précision inférieure due aux précipitations, où les gouttes de pluie peuvent faire varier la vitesse du son.

puisque la vitesse du son varie avec la température et est pratiquement stable avec le changement de pression, les anémomètres à ultrasons sont également utilisés comme thermomètres.,

les anémomètres soniques bidimensionnels (vitesse et direction du vent) sont utilisés dans des applications telles que les stations météorologiques, la navigation maritime, l’aviation, les bouées météorologiques et les éoliennes. La surveillance des éoliennes nécessite généralement un taux de rafraîchissement des mesures de la vitesse du vent de 3 Hz, facilement obtenu par des anémomètres soniques. Les anémomètres soniques tridimensionnels sont largement utilisés pour mesurer les émissions de gaz et les flux d’écosystèmes à l’aide de la méthode de covariance eddy lorsqu’ils sont utilisés avec des analyseurs de gaz infrarouges à réponse rapide ou des analyseurs laser.,

Les capteurs de vent bidimensionnels sont de deux types:

• deux chemins d’ultrasons: ces capteurs ont quatre bras. L’inconvénient de ce type de capteur est que lorsque le vent vient dans la direction d’un trajet ultrasonore, les bras perturbent le flux d’air, réduisant ainsi la précision de la mesure résultante.
• trois voies d’ultrasons: ces capteurs ont trois bras. Ils donnent une redondance de chemin de la mesure qui améliore la précision du capteur et réduit la turbulence aérodynamique.,

anémomètres à résonance acoustique

les anémomètres à résonance acoustique sont une variante plus récente de l’anémomètre sonique. La technologie a été inventée par Savvas Kapartis et brevetée en 1999. Alors que les anémomètres soniques conventionnels reposent sur la mesure du temps de vol, les capteurs de résonance acoustique utilisent des ondes acoustiques résonnantes (ultrasons) dans une petite cavité spécialement conçue pour effectuer leur mesure.,

Construit dans la cavité est une matrice de transducteurs à ultrasons, qui sont utilisés pour créer l’permanent distinct-ondes à des fréquences ultrasonores. Lorsque le vent traverse la cavité, une modification de la propriété de l’onde se produit (déphasage). En mesurant la quantité de déphasage dans les signaux reçus par chaque transducteur, puis en traitant mathématiquement les données, le capteur est capable de fournir une mesure horizontale précise de la vitesse et de la direction du vent.,

la technologie de résonance acoustique permet la mesure dans une petite cavité, les capteurs ont donc tendance à être généralement plus petits que les autres capteurs à ultrasons. La petite taille des anémomètres à résonance acoustique les rend physiquement solides et faciles à chauffer et donc résistants au givrage. Cette combinaison de fonctionnalités signifie qu’ils atteignent des niveaux élevés de disponibilité des données et sont bien adaptés au contrôle des éoliennes et à d’autres utilisations nécessitant de petits capteurs robustes tels que la météorologie des champs de bataille., Un problème avec ce type de capteur est la précision de la mesure par rapport à un capteur mécanique calibré. Pour de nombreuses utilisations finales, cette faiblesse est compensée par la longévité du capteur et le fait qu’il ne nécessite pas de réétalonnage une fois installé.

anémomètres de balle de Ping-pong

un anémomètre commun pour une utilisation de base est construit à partir d’une balle de ping-pong attachée à une ficelle. Lorsque le vent souffle horizontalement, il appuie et déplace la balle; parce que les balles de ping-pong sont très légères, elles se déplacent facilement dans les vents légers., La mesure de l’angle entre l’appareil à billes et la verticale donne une estimation de la vitesse du vent.

ce type d’anémomètre est principalement utilisé pour l’enseignement au niveau du collège, que la plupart des élèves font seuls, mais un appareil similaire a également été volé sur Phoenix Mars Lander.