Anemometro (Italiano)

Anemometri a tazza

Un semplice tipo di anemometro è stato inventato nel 1845 dal Rev. Consisteva di quattro tazze emisferiche montate su bracci orizzontali, che erano montati su un albero verticale. Il flusso d’aria oltre le tazze in qualsiasi direzione orizzontale ruotava l’albero ad una velocità approssimativamente proporzionale alla velocità del vento., Pertanto, il conteggio delle spire dell’albero su un intervallo di tempo impostato ha prodotto un valore proporzionale alla velocità media del vento per un’ampia gamma di velocità. È anche chiamato anemometro rotazionale.

Su un anemometro con quattro tazze, è facile vedere che poiché le tazze sono disposte simmetricamente all’estremità dei bracci, il vento ha sempre la cavità di una tazza presentata e soffia sul retro della tazza all’estremità opposta della croce. Poiché un emisfero cavo ha un coefficiente di resistenza di .38 sul lato sferico e 1.,42 sul lato cavo, più forza viene generata sulla coppa che presenta il suo lato cavo al vento. A causa di questa forza asimmetrica, la coppia viene generata sull’asse dell’anemometro, facendolo ruotare.

Teoricamente, la velocità di rotazione dell’anemometro dovrebbe essere proporzionale alla velocità del vento perché la forza prodotta su un oggetto è proporzionale alla velocità del fluido che scorre oltre di esso., Tuttavia, in pratica altri fattori influenzano la velocità di rotazione, tra cui la turbolenza prodotta dall’apparato, l’aumento della resistenza in opposizione alla coppia prodotta dalle tazze e dai bracci di supporto e l’attrito del punto di montaggio. Quando Robinson progettò per la prima volta il suo anemometro, affermò che le tazze si muovevano di un terzo della velocità del vento, indipendentemente dalle dimensioni della tazza o dalla lunghezza del braccio. Ciò è stato apparentemente confermato da alcuni primi esperimenti indipendenti, ma non era corretto., Invece, il rapporto tra la velocità del vento e quella delle tazze, il fattore anemometro, dipende dalle dimensioni delle tazze e dei bracci, e può avere un valore compreso tra due e poco più di tre. Ogni esperimento precedente che coinvolgeva un anemometro doveva essere ripetuto dopo che l’errore era stato scoperto.

L’anemometro a tre tazze sviluppato dal canadese John Patterson nel 1926 e i successivi miglioramenti della coppa da Brevoort& Falegname degli Stati Uniti nel 1935 ha portato a un design cupwheel con una risposta quasi lineare e aveva un errore inferiore al 3% fino a 60 mph (97 km / h)., Patterson ha scoperto che ogni tazza produceva la coppia massima quando era a 45° rispetto al flusso del vento. L’anemometro a tre tazze aveva anche una coppia più costante e rispondeva più rapidamente alle raffiche rispetto all’anemometro a quattro tazze.

L’anemometro a tre tazze è stato ulteriormente modificato dal Dr. Derek Weston australiano nel 1991 per misurare sia la direzione del vento che la velocità del vento. Weston ha aggiunto un tag per una tazza, che fa sì che la velocità cupwheel per aumentare e diminuire come il tag si muove alternativamente con e contro il vento., La direzione del vento è calcolata da questi cambiamenti ciclici nella velocità della ruota di coppa, mentre la velocità del vento è determinata dalla velocità media della ruota di coppa.

Gli anemometri a tre tazze sono attualmente utilizzati come standard industriale per gli studi di valutazione delle risorse eoliche& practice.

Anemometri a palette

Una delle altre forme di anemometro a velocità meccanica è l’anemometro a palette. Può essere descritto come un mulino a vento o un anemometro dell’elica., A differenza dell’anemometro Robinson, il cui asse di rotazione è verticale, l’anemometro a palette deve avere il suo asse parallelo alla direzione del vento e quindi orizzontale. Inoltre, poiché il vento varia in direzione e l’asse deve seguire i suoi cambiamenti, una banderuola o qualche altro accorgimento per soddisfare lo stesso scopo deve essere impiegato.

Un anemometro a palette combina quindi un’elica e una coda sullo stesso asse per ottenere misurazioni accurate e precise della velocità e della direzione del vento dallo stesso strumento., La velocità della ventola viene misurata da un contagiri e convertita in velocità del vento da un chip elettronico. Quindi, la portata volumetrica può essere calcolata se l’area della sezione trasversale è nota.

Nei casi in cui la direzione del movimento dell’aria è sempre la stessa, come nella ventilazione di pozzi di miniere ed edifici, pale eoliche noti come misuratori d’aria sono impiegati, e danno risultati soddisfacenti.,

• 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-anemometri a filo

anemometri a filo Caldo, utilizzare un sottile filo (dell’ordine di alcuni micrometri) elettricamente riscaldato a temperatura ambiente. L’aria che scorre oltre il filo raffredda il filo. Poiché la resistenza elettrica della maggior parte dei metalli dipende dalla temperatura del metallo (il tungsteno è una scelta popolare per i fili caldi), è possibile ottenere una relazione tra la resistenza del filo e la velocità dell’aria., Nella maggior parte dei casi, non possono essere utilizzati per misurare la direzione del flusso d’aria, a meno che non siano accoppiati con una banderuola.

Esistono diversi modi per implementarlo e i dispositivi a filo caldo possono essere ulteriormente classificati come CCA (anemometro a corrente costante), CVA (anemometro a tensione costante) e CTA (anemometro a temperatura costante). La tensione in uscita da questi anemometri è quindi il risultato di una sorta di circuito all’interno del dispositivo cercando di mantenere costante la variabile specifica (corrente, tensione o temperatura), seguendo la legge di Ohm.,

Inoltre, vengono utilizzati anche anemometri PWM (pulse-width modulation), in cui la velocità viene dedotta dalla lunghezza temporale di un impulso ripetuto di corrente che porta il filo fino a una resistenza specificata e quindi si ferma fino a raggiungere una soglia “pavimento”, momento in cui l’impulso viene inviato di nuovo.,

Gli anemometri a filo caldo, pur essendo estremamente delicati, hanno una risposta in frequenza estremamente elevata e una risoluzione spaziale fine rispetto ad altri metodi di misurazione, e come tali sono quasi universalmente impiegati per lo studio dettagliato dei flussi turbolenti o di qualsiasi flusso in cui le fluttuazioni di velocità rapide sono di interesse.

Una versione industriale dell’anemometro a filo sottile è il flussometro termico, che segue lo stesso concetto, ma utilizza due pin o stringhe per monitorare la variazione di temperatura., Le stringhe contengono fili sottili, ma racchiudendo i fili li rende molto più durevole e in grado di misurare con precisione aria, gas, e le emissioni di flusso in tubi, condotti, e pile. Le applicazioni industriali contengono spesso sporco che danneggerà il classico anemometro a filo caldo.

Anemometri laser Doppler

Nella velocimetria laser Doppler, gli anemometri laser Doppler utilizzano un fascio di luce proveniente da un laser diviso in due fasci, di cui uno propagato dall’anemometro. Il particolato (o materiale di seme deliberatamente introdotto) che scorre insieme alle molecole d’aria vicino a dove le uscite del fascio riflettono, o backscatter, la luce in un rivelatore, dove viene misurata rispetto al raggio laser originale., Quando le particelle sono in grande movimento, producono uno spostamento Doppler per misurare la velocità del vento nella luce laser, che viene utilizzato per calcolare la velocità delle particelle, e quindi l’aria intorno all’anemometro.

anemometri ad Ultrasuoni

Anemometri ad ultrasuoni, sviluppato per la prima volta nel 1950, l’uso di ultrasuoni onde sonore per misurare la velocità del vento., Misurano la velocità del vento in base al tempo di volo degli impulsi sonici tra coppie di trasduttori. Le misurazioni da coppie di trasduttori possono essere combinate per ottenere una misurazione della velocità in flusso 1-, 2-o 3-dimensionale. La risoluzione spaziale è data dalla lunghezza del percorso tra trasduttori, che è tipicamente 10 a 20 cm. Gli anemometri ad ultrasuoni possono effettuare misurazioni con risoluzione temporale molto fine, 20 Hz o superiore, il che li rende adatti per misurazioni di turbolenza., La mancanza di parti mobili li rende adatti per l’uso a lungo termine in stazioni meteorologiche automatizzate esposte e boe meteorologiche in cui l’accuratezza e l’affidabilità degli anemometri tradizionali a palette sono influenzate negativamente dall’aria salata o dalla polvere. Il loro principale svantaggio è la distorsione del flusso d’aria da parte della struttura che supporta i trasduttori, che richiede una correzione basata sulle misurazioni in galleria del vento per minimizzare l’effetto., Uno standard internazionale per questo processo, ISO 16622 Meteorologia-Anemometri/termometri ad ultrasuoni – Metodi di test di accettazione per le misurazioni del vento medio è in circolazione generale. Un altro svantaggio è la minore precisione dovuta alle precipitazioni, dove le gocce di pioggia possono variare la velocità del suono.

Poiché la velocità del suono varia con la temperatura ed è praticamente stabile con il cambiamento di pressione, gli anemometri ad ultrasuoni vengono utilizzati anche come termometri.,

Gli anemometri sonici bidimensionali (velocità del vento e direzione del vento) sono utilizzati in applicazioni come stazioni meteorologiche, navigazione navale, aviazione, boe meteorologiche e turbine eoliche. Monitoraggio turbine eoliche di solito richiede una frequenza di aggiornamento delle misure di velocità del vento di 3 Hz, facilmente raggiungibile da anemometri sonici. Gli anemometri sonori tridimensionali sono ampiamente utilizzati per misurare le emissioni di gas e i flussi dell’ecosistema utilizzando il metodo di covarianza di eddy quando utilizzati con analizzatori di gas a infrarossi a risposta rapida o analizzatori basati su laser.,

I sensori bidimensionali del vento sono di due tipi:

• Due percorsi ad ultrasuoni: Questi sensori hanno quattro braccia. Lo svantaggio di questo tipo di sensore è che quando il vento arriva nella direzione di un percorso ad ultrasuoni, le braccia disturbano il flusso d’aria, riducendo l’accuratezza della misurazione risultante.
• Percorsi a tre ultrasuoni: Questi sensori hanno tre bracci. Danno una ridondanza del percorso della misura che migliora la precisione del sensore e riduce la turbolenza aerodinamica.,

Anemometri a risonanza acustica

Gli anemometri a risonanza acustica sono una variante più recente dell’anemometro sonico. La tecnologia è stata inventata da Savvas Kapartis e brevettata nel 1999. Mentre gli anemometri sonici convenzionali si basano sulla misurazione del tempo di volo, i sensori di risonanza acustica utilizzano onde acustiche (ultrasoniche) risonanti all’interno di una piccola cavità appositamente costruita per eseguire la loro misurazione.,

Costruito nella cavità è una matrice di trasduttori ad ultrasuoni, che vengono utilizzati per creare i modelli separati onda stazionaria a frequenze ultrasoniche. Quando il vento passa attraverso la cavità, si verifica un cambiamento nella proprietà dell’onda (sfasamento). Misurando la quantità di sfasamento nei segnali ricevuti da ciascun trasduttore e quindi elaborando matematicamente i dati, il sensore è in grado di fornire una misurazione orizzontale accurata della velocità e della direzione del vento.,

La tecnologia di risonanza acustica consente la misurazione all’interno di una piccola cavità, i sensori tendono quindi ad essere in genere di dimensioni più piccole rispetto ad altri sensori a ultrasuoni. Le piccole dimensioni degli anemometri a risonanza acustica li rendono fisicamente resistenti e facili da riscaldare e quindi resistenti alla formazione di ghiaccio. Questa combinazione di caratteristiche significa che raggiungono alti livelli di disponibilità dei dati e sono adatti per il controllo delle turbine eoliche e per altri usi che richiedono sensori piccoli e robusti come la meteorologia di battlefield., Un problema con questo tipo di sensore è la precisione di misura rispetto a un sensore meccanico calibrato. Per molti usi finali, questa debolezza è compensata dalla longevità del sensore e dal fatto che non richiede una nuova calibrazione una volta installato.

Anemometri a pallina da ping-pong

Un anemometro comune per l’uso di base è costruito da una pallina da ping-pong attaccata a una corda. Quando il vento soffia orizzontalmente, preme e muove la palla; poiché le palline da ping-pong sono molto leggere, si muovono facilmente con venti leggeri., Misurare l’angolo tra l’apparato a sfera e la verticale fornisce una stima della velocità del vento.

Questo tipo di anemometro è utilizzato principalmente per l’istruzione di livello medio, che la maggior parte degli studenti fa da sola, ma un dispositivo simile è stato anche volato su Phoenix Mars Lander.