Vindmåler (Norsk)

Cup vindmålere

En enkel type vindmåler ble oppfunnet i 1845 av Rev Dr John Thomas Romney Robinson, av Armagh Observatory. Det besto av fire halvkuleformet kopper montert på horisontal armer, som var montert på en vertikal aksel. Luftstrømmen forbi kopper i alle horisontal retning slått skaftet på en pris som var omtrent proporsjonal med vindhastigheten., Derfor telle slår av skaftet over en angitt tidsintervall produsert en verdi som er proporsjonal med gjennomsnittlig vindhastighet for et bredt spekter av hastigheter. Det er også kalt en roterende vindmåler.

På en vindmåler med fire kopper, det er lett å se at siden kopper er plassert symmetrisk på slutten av armer, vinden alltid har den hule av en kopp presentert for det og blåser på baksiden av cupen på den motsatte enden av korset. Siden en hul halvkule har en luftmotstandskoeffisient på .38 på den sfæriske side og 1.,42 på den hule siden, mer kraft genereres på cup som presenterer sin hule side til vinden. På grunn av denne asymmetriske kraft, moment er generert på aksen til vindmåler, forårsaker den til å spinne.

Teoretisk, hastigheten på rotasjonen av vindmåler bør være proporsjonal med vindhastigheten fordi den kraft som er produsert på en gjenstand som er proporsjonal med hastigheten til væsken som strømmer forbi det., Men, i praksis er andre faktorer som også påvirker turtallet, inklusive turbulens produsert av apparatet, øke dra i opposisjon til den kraften som er produsert av kopper og støtte armene, og friksjon av mount point. Når Robinson første laget hans vindmåler, han hevdet at kopper flyttet en tredjedel av hastigheten på vinden, upåvirket av cup størrelse eller arm lengde. Dette var tilsynelatende bekreftet av noen av de tidlige uavhengige eksperimenter, men det var feil., I stedet, forholdet mellom hastigheten på vinden og at koppene, de vindmåler faktor, avhenger av størrelsen av kopper og armer, og kan ha en verdi på mellom to og litt over tre. Hver forrige eksperimentet med en vindmåler måtte gjentas etter at feilen ble oppdaget.

De tre-cup vindmåler utviklet av den Kanadiske John Patterson i 1926 og påfølgende cup forbedringer av Brevoort & Joiner av Usa i 1935 førte til en cupwheel design med en nesten lineær respons og hadde en feil som er mindre enn 3% opp til 60 mph (97 km/t)., Han fant ut at hver kopp produsert maksimalt dreiemoment når det var på 45° til vind flyt. De tre-cup vindmåler hadde også en mer konstant dreiemoment og svarte raskt å vindkast enn fire-cup vindmåler.

De tre-cup vindmåler ble ytterligere endret av den Australske Dr. Derek Weston i 1991 for å måle både vindretning og vindhastighet. Weston lagt til en tag til en kopp, noe som fører til at cupwheel hastighet for å øke og minke når tag beveger seg vekselvis med og mot vinden., Vindretningen er beregnet ut fra disse sykliske endringer i cupwheel hastighet, mens vind hastighet er bestemt ut fra den gjennomsnittlige cupwheel hastighet.

Tre-cup vindmålere er i dag brukt som standard i bransjen for vind ressurs vurdering studier & praksis.

Control vindmålere

En av de andre former for mekanisk hastighet vindmåler er vane vindmåler. Det kan beskrives som en vindmølle eller en propell vindmåler., I motsetning til de Robinson vindmåler, som rotasjonsaksen er vertikal, avta vindmåler må ha sin akse parallelt med vindretningen og derfor horisontal. Videre, siden vinden varierer i retning og aksen har til å følge endringene, en pactor autopilot el vind control eller noen andre contrivance for å oppfylle den samme formål må være ansatt.

En vane vindmåler dermed kombinerer en propell og en hale på den samme aksen for å få nøyaktige og presise vindhastighet og-retning målinger fra samme instrument., Hastigheten på viften er målt ved en rev counter og konvertert til en windspeed av en elektronisk brikke. Derfor, volumstrøm kan beregnes hvis cross-sectional area, er kjent.

I de tilfeller hvor retning av air motion er alltid den samme, som i ventilerende skaft av gruver og bygninger, vind spjeldene kjent som air meter er ansatt i, og gi 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 vindmålere

Hot wire vindmålere bruk en tynn wire (på ordre av flere micrometres) elektrisk oppvarmet til en viss temperatur over omgivelsene. Luft som strømmer forbi wire kjøler wire. Som den elektriske motstanden i de fleste metaller er avhengig av temperaturen i metallet (tungsten er et populært valg for varme-ledninger), et forhold som kan oppnås mellom motstanden i ledningen og hastigheten på luften., I de fleste tilfeller de ikke kan brukes til å måle retningen av luftstrømmen, med mindre kombinert med en pactor autopilot el vind control.

Flere måter å implementere denne eksisterer, og hot-wire enheter kan videre klassifiseres som CCA (konstant strøm vindmåler), CVA (konstant spenning vindmåler) og CTA (konstant temperatur vindmåler). Spenningen ut fra disse vindmålere er således et resultat av noen form av kretsen innenfor den enheten prøver å opprettholde bestemt variabel (strøm, spenning eller temperatur) konstant, følger Ohms lov.,

i Tillegg, PWM (pulse width modulation) vindmålere er også brukt, hvor hastigheten er det fremgår av tid lengden av et gjentakende puls av gjeldende som bringer wire opp til et bestemt motstand og deretter stopper inntil en terskel «gulvet» er nådd, da pulsen er sendt på nytt.,

Hot-wire vindmålere, mens ekstremt delikat, har ekstremt høy frekvens-respons og god romlig oppløsning i forhold til andre målemetoder, og som sådan er nesten universelt ansatt for detaljert studie av turbulente strømmer, eller noen flyt i som rask hastighet svingninger er av interesse.

En industriell versjon av den fine wire vindmåler er den termiske flow meter, som følger samme konsept, men bruker to pinner eller strenger å overvåke variasjoner i temperatur., Strengene inneholder fine ledninger, men encasing ledningene gjør dem mye mer robust og i stand til nøyaktig måling av luft, bensin og utslipp strømning i rør, kanaler, og stabler. Industrielle anvendelser ofte inneholde urenheter som vil skade den klassiske hot-wire vindmåler.

Laser Doppler vindmålere

I laser Doppler velocimetry, laser Doppler vindmålere bruke en stråle av lys fra en laser som er delt inn i to bjelker, med en spredd ut av vindmåler. Partikler (eller bevisst introdusert frø materiale) flyter sammen med luftmolekyler i nærheten av der strålen kommer ut reflektere, eller backscatter, lyset tilbake i en detektor, hvor det er målt i forhold til den originale laser strålen., Når partiklene er i stor bevegelse, de produserer en Doppler shift for å måle vindhastighet i laserlys, som brukes til å beregne hastigheten til partikler, og derfor luften rundt vindmåler.

Ultralyd vindmålere

Ultralyd vindmålere, som først ble utviklet i 1950-årene, bruke ultralyd lydbølger for å måle vindhastighet., De måler vindhastighet basert på time of flight of sonic pulser mellom par av transdusere. Målinger fra par av transdusere kan kombineres for å gi en måling av hastighet i 1-, 2-eller 3-dimensjonale flyt. Den romlige oppløsningen er gitt av banelengde mellom transdusere, noe som er typisk 10 til 20 cm. Ultralyd vindmålere kan ta målinger med veldig fine temporal oppløsning, 20 Hz eller bedre, noe som gjør dem godt egnet for turbulens målinger., Mangel på bevegelige deler som gjør dem egnet for langsiktig bruk i utsatt automatiske værstasjoner og værbøyer hvor korrektheten og reliability av tradisjonelle cup-og-control vindmålere er negativt påvirket av saltholdig luft eller støv. Deres største ulempen er forvrengning av luftstrømmen ved den struktur som støtter transdusere, som krever en korreksjon basert på vind-tunnel målinger for å minimere effekten., En internasjonal standard for denne prosessen, ISO 16622 Meteorologi—Ultralyd vindmålere/termometre—akseptansetest metoder for middelvind målinger er i generell sirkulasjon. En annen ulempe er lavere nøyaktighet på grunn av nedbør, hvor dråper regn kan variere lydens hastighet.

Siden lydens hastighet varierer med temperaturen, og er tilnærmet stabil med trykk endre, ultralyd vindmålere er også brukt som termometre.,

To-dimensjonale (vindhastighet og vindretning) sonic vindmålere er brukt i applikasjoner som for eksempel vær-stasjoner, skip luftfart, sjøfart, værbøyer og vindturbiner. Overvåking av vindturbiner krever vanligvis en oppdateringsfrekvens av vindhastighet målinger av 3 Hz, lett oppnås ved sonic vindmålere. Tre-dimensjonale sonic vindmålere er mye brukt til å måle klimagassutslipp og økosystem fluksene med eddy covariance metode når den brukes med rask respons infrarød gass analysatorer eller laser-basert analysatorer.,

To-dimensjonale vind sensorer er av to typer:

• To ultrasounds baner: Disse sensorene har fire armer. Ulempen med denne type sensor er at når vinden kommer i retning av en ultralyd banen, armene forstyrre luftstrømmen, noe som reduserer nøyaktigheten av den resulterende måling.
• Tre ultrasounds baner: Disse sensorene har tre armer. De gir en bane redundans av målingen som forbedrer sensor korrektheten og reduserer aerodynamisk turbulens.,

Akustisk resonans vindmålere

Akustisk resonans vindmålere er en nyere variant av sonic vindmåler. Teknologien ble oppfunnet av Savvas Kapartis og patentert i 1999. Mens konvensjonell sonic vindmålere stole på time of flight måling, akustisk resonans sensorer bruker resonnere akustisk (ultrasoniske bølger i en liten hensikt-bygget hulrom for å utføre sine måling.,

Bygget inn i hulrommet er et utvalg av ultralyd transdusere, som er brukt til å opprette separate standing-bølge mønstre på ultralyd frekvenser. Som vinden passerer gjennom hulrom, en endring i wave ‘ s eiendom oppstår (phase shift). Ved å måle mengden av fase skift i mottatte signaler med hver svinger, og deretter ved matematisk behandling av data, sensoren er i stand til å gi en nøyaktig horisontal måling av vindhastighet og-retning.,

Akustisk resonans-teknologi muliggjør måling innenfor et lite hulrom, sensorer derfor har en tendens til å være vanligvis mindre i størrelse enn andre ultrasoniske sensorer. Den lille størrelsen av akustisk resonans vindmålere gjør dem fysisk sterk og lett å varme, og derfor motstandsdyktig mot ising. Denne kombinasjonen av funksjoner betyr at de oppnår høye nivåer av data tilgjengelighet og er godt egnet til å vindturbin kontroll og til andre bruksområder som krever lite robuste sensorer som battlefield meteorologi., Ett problem med denne sensoren typen er målenøyaktighet sammenlignet med en kalibrert mekanisk sensor. For mange anvendelser, denne svakheten er kompensert for ved sensoren har lang levetid, og det faktum at det ikke krever re-kalibrering når programmet er installert.

Ping-pong ball vindmålere

En felles vindmåler for grunnleggende bruk er konstruert fra en ping-pong ball knyttet til en streng. Når vinden blåser horisontalt, det presser på, og flytter ballen, fordi ping-pong-baller er veldig lett, de beveger seg lett i lette vinder., Måle vinkelen mellom string-ball apparater og vertikal gir et estimat av vindhastigheten.

Denne typen vindmåler er mest brukt for middle school-nivå instruksjon, som de fleste elevene gjør på egenhånd, men en lignende enhet ble også fløyet på Phoenix Mars Lander.