Anemometru

Cupa anemometre

Un simplu tip de anemometru a fost inventat în anul 1845 de către Rev. Dr. John Thomas Romney Robinson, de la Observatorul Armagh. Acesta a constat din patru cupe emisferice montate pe brațe orizontale, care au fost montate pe un arbore vertical. Fluxul de aer trecut cupe în orice direcție orizontală transformat arborele la o rată care a fost aproximativ proporțională cu viteza vântului., Prin urmare, numărarea virajelor arborelui într-un interval de timp stabilit a produs o valoare proporțională cu viteza medie a vântului pentru o gamă largă de viteze. Se mai numește anemometru Rotativ.pe un anemometru cu patru Cupe, este ușor de observat că, din moment ce cupele sunt aranjate simetric la capătul brațelor, vântul are întotdeauna cavitatea unei cupe prezentate și suflă pe spatele Cupei la capătul opus al Crucii. Deoarece o emisferă goală are un coeficient de tracțiune de .38 pe partea sferică și 1.,42 pe partea goală, se generează mai multă forță pe paharul care își prezintă partea goală în vânt. Din cauza acestei forțe asimetrice, cuplul este generat pe axa anemometrului, determinând-o să se rotească.Teoretic, viteza de rotație a anemometrului ar trebui să fie proporțională cu viteza vântului, deoarece forța produsă pe un obiect este proporțională cu viteza fluidului care curge pe lângă el., Cu toate acestea, în practică, alți factori influențează viteza de rotație, inclusiv turbulența produsă de aparat, creșterea tracțiunii în opoziție cu cuplul produs de cupe și brațele de sprijin și frecarea punctului de montare. Când Robinson și-a proiectat pentru prima dată anemometrul, el a afirmat că cupele mișcau o treime din Viteza vântului, neafectată de dimensiunea Cupei sau de lungimea brațului. Acest lucru a fost aparent confirmat de unele experimente independente timpurii, dar a fost incorect., În schimb, raportul dintre Viteza vântului și cea a cupelor, factorul anemometru, depinde de dimensiunile cupelor și brațelor și poate avea o valoare între două și puțin peste trei. Fiecare experiment anterior care implică un anemometru trebuia repetat după descoperirea erorii.

trei-cupa anemometru dezvoltat de către Canadian John Patterson în 1926 și, ulterior, cupa îmbunătățiri de Brevoort & Tamplarie din Statele Unite în 1935 a condus la o cupwheel cu un design aproape liniar de răspuns și a avut o eroare de mai puțin de 3% până la 60 mph (97 km/h)., Patterson a constatat că fiecare ceașcă a produs un cuplu maxim atunci când a fost la 45° față de fluxul vântului. Anemometrul cu trei Cupe a avut, de asemenea, un cuplu mai constant și a răspuns mai repede la rafale decât anemometrul cu patru cupe.anemometrul cu trei Cupe a fost modificat în continuare de australianul Dr. Derek Weston în 1991 pentru a măsura atât direcția vântului, cât și viteza vântului. Weston a adăugat o etichetă la o ceașcă, ceea ce face ca viteza cupwheel să crească și să scadă pe măsură ce eticheta se mișcă alternativ cu și împotriva vântului., Direcția vântului este calculată pe baza acestor modificări ciclice ale vitezei cupwheel, în timp ce Viteza vântului este determinată de viteza medie a cupwheel.

anemometrele cu trei cupe sunt utilizate în prezent ca standard industrial pentru studiile de evaluare a resurselor eoliene& practică.

anemometre cu palete

una dintre celelalte forme de anemometru de viteză mecanică este anemometrul cu palete. Acesta poate fi descris ca o moară de vânt sau un anemometru elice., Spre deosebire de anemometrul Robinson, a cărui axă de rotație este verticală, anemometrul cu palete trebuie să aibă axa paralelă cu direcția vântului și, prin urmare, orizontală. În plus, deoarece vântul variază în direcție și axa trebuie să urmeze schimbările sale, trebuie să se folosească o paletă de vânt sau o altă născocire pentru a îndeplini același scop.un anemometru cu palete combină astfel o elice și o coadă pe aceeași axă pentru a obține măsurători precise și precise ale vitezei și direcției vântului de la același instrument., Viteza ventilatorului este măsurată printr-un contor de turație și transformată într-o viteză a vântului printr-un cip electronic. Prin urmare, debitul volumetric poate fi calculat dacă aria secțiunii transversale este cunoscută.în cazurile în care direcția mișcării aerului este întotdeauna aceeași, ca și în arborii de ventilație ai minelor și clădirilor, sunt folosite palete de vânt cunoscute sub numele de contoare de aer și dau rezultate satisfăcătoare.,

• 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 anemometre

anemometre cu fir Cald folosi o sârmă subțire (de ordinul a câțiva microni) încălzit electric la unele temperatura peste cea ambientală. Aerul care trece prin fir răcește firul. Deoarece rezistența electrică a majorității metalelor depinde de temperatura metalului (tungstenul este o alegere populară pentru firele fierbinți), se poate obține o relație între rezistența firului și viteza aerului., În cele mai multe cazuri, acestea nu pot fi utilizate pentru a măsura direcția fluxului de aer, decât dacă sunt cuplate cu o paletă de vânt.există mai multe moduri de implementare a acestui lucru, iar dispozitivele cu fir fierbinte pot fi clasificate în continuare ca CCA (anemometru cu curent constant), CVA (anemometru cu tensiune constantă) și CTA (anemometru cu temperatură constantă). Ieșirea de tensiune din aceste anemometre este astfel rezultatul unui fel de circuit în cadrul dispozitivului care încearcă să mențină Constanta variabilă specifică (curent, tensiune sau temperatură), urmând legea lui Ohm.,în plus, sunt utilizate anemometre PWM (pulse-width modulation), în care viteza este dedusă de durata de timp a unui impuls repetat de curent care aduce firul până la o rezistență specificată și apoi se oprește până când se atinge un prag „podea”, moment în care pulsul este trimis din nou.,

Hot-wire anemometre, în timp ce extrem de delicată, extrem de înaltă frecvență de răspuns și fină rezoluție spațială în comparație cu alte metode de măsurare, și, ca atare, sunt aproape universal folosite pentru studiu detaliat al fluxurilor turbulente, sau orice flux în care rapid viteza fluctuațiile sunt de interes.o versiune industrială a anemometrului cu fir fin este debitmetrul termic, care urmează același concept, dar folosește doi pini sau șiruri pentru a monitoriza variația temperaturii., Șirurile conțin fire fine, dar învelirea firelor le face mult mai durabile și capabile să măsoare cu precizie fluxul de aer, gaz și emisii în conducte, Conducte și stive. Aplicațiile industriale conțin adesea murdărie care va deteriora anemometrul clasic cu fir fierbinte.

anemometre Doppler Laser

în velocimetria Doppler laser, anemometrele Doppler laser folosesc un fascicul de lumină de la un laser care este împărțit în două fascicule, cu unul propagat din anemometru. Particulele (sau materialul seminal introdus în mod deliberat) care curg împreună cu moleculele de aer în apropierea locului în care iese fasciculul reflectă, sau backscatter, lumina înapoi într-un detector, unde este măsurată în raport cu fasciculul laser original., Când particulele sunt în mișcare mare, ele produc o deplasare Doppler pentru măsurarea vitezei vântului în lumina laser, care este utilizată pentru a calcula viteza particulelor și, prin urmare, aerul din jurul anemometrului.

cu Ultrasunete anemometre

Cu ultrasunete anemometre, dezvoltat pentru prima oară în anii 1950, utilizarea de ultrasunete undele de sunet pentru a măsura viteza vântului., Acestea măsoară viteza vântului pe baza timpului de zbor al impulsurilor sonice între perechi de traductoare. Măsurătorile de la perechi de traductoare pot fi combinate pentru a produce o măsurare a vitezei în 1-, 2-, sau fluxul 3-dimensional. Rezoluția spațială este dată de lungimea căii dintre traductoare, care este de obicei de 10 până la 20 cm. Anemometrele ultrasonice pot efectua măsurători cu o rezoluție temporală foarte fină, de 20 Hz sau mai bună, ceea ce le face potrivite pentru măsurători de turbulență., Lipsa pieselor mobile le face adecvate pentru utilizarea pe termen lung în stațiile meteorologice automate expuse și în geamandurile meteorologice, unde precizia și fiabilitatea anemometrelor tradiționale cu cupe și palete sunt afectate negativ de aerul sărat sau de praf. Principalul lor dezavantaj este distorsiunea fluxului de aer de către structura care susține traductoarele, ceea ce necesită o corecție bazată pe măsurătorile tunelului eolian pentru a minimiza efectul., Un standard internațional pentru acest proces, ISO 16622 Meteorologie—anemometre cu Ultrasunete/termometre—Acceptarea metode de încercare pentru măsurătorile de vânt este în circulația generală. Un alt dezavantaj este precizia mai mică datorită precipitațiilor, unde picăturile de ploaie pot varia viteza sunetului.deoarece viteza sunetului variază în funcție de temperatură și este practic stabilă cu schimbarea presiunii, anemometrele cu ultrasunete sunt de asemenea utilizate ca termometre.,anemometrele sonice bidimensionale (Viteza vântului și direcția vântului) sunt utilizate în aplicații cum ar fi stațiile meteorologice, navigația navelor, aviația, geamandurile meteorologice și turbinele eoliene. Monitorizarea turbinelor eoliene necesită de obicei o rată de reîmprospătare a măsurătorilor vitezei vântului de 3 Hz, ușor de realizat prin anemometre sonice. Anemometrele sonice tridimensionale sunt utilizate pe scară largă pentru a măsura emisiile de gaze și fluxurile ecosistemice folosind metoda covarianței eddy atunci când sunt utilizate cu analizoare de gaze cu infraroșu cu răspuns rapid sau analizoare cu laser.,senzorii bidimensionali de vânt sunt de două tipuri: două căi de ultrasunete: acești senzori au patru brațe. Dezavantajul acestui tip de senzor este că atunci când vântul vine în direcția unei căi cu ultrasunete, brațele perturbă fluxul de aer, reducând precizia măsurării rezultate.

rezonanță Acustică anemometre

rezonanță Acustică anemometre sunt o variantă mai recentă de sonic anemometru. Tehnologia a fost inventată de Savvas Kapartis și brevetată în 1999. În timp ce anemometrele sonice convenționale se bazează pe măsurarea timpului de zbor, senzorii de rezonanță acustică utilizează unde acustice rezonante (ultrasonice) într-o cavitate mică construită pentru a efectua măsurarea lor.,

Construit în cavitatea este o serie de traductoare ultrasonice, care sunt utilizate pentru a crea separate picioare-val modele la frecvențe ultrasonice. Pe măsură ce vântul trece prin cavitate, apare o schimbare a proprietății valului (schimbare de fază). Prin măsurarea cantității de schimbare de fază a semnalelor recepționate de fiecare traductor și apoi prin prelucrarea matematică a datelor, senzorul este capabil să asigure o măsurare orizontală precisă a vitezei și direcției vântului.,tehnologia de rezonanță acustică permite măsurarea într-o cavitate mică, prin urmare, senzorii tind să fie de obicei mai mici decât alți senzori cu ultrasunete. Dimensiunea redusă a anemometrelor de rezonanță acustică le face puternice din punct de vedere fizic și ușor de încălzit și, prin urmare, rezistente la îngheț. Această combinație de caracteristici înseamnă că acestea ating niveluri ridicate de disponibilitate a datelor și sunt potrivite pentru controlul turbinelor eoliene și pentru alte utilizări care necesită senzori robusti mici, cum ar fi meteorologia câmpului de luptă., O problemă cu acest tip de senzor este precizia măsurării în comparație cu un senzor mecanic calibrat. Pentru multe utilizări finale, această slăbiciune este compensată de longevitatea senzorului și de faptul că nu necesită recalibrare odată instalată.un anemometru comun pentru utilizarea de bază este construit dintr-o minge de ping-pong atașată la un șir. Când vântul suflă orizontal, apasă și mișcă mingea; deoarece bilele de ping-pong sunt foarte ușoare, se mișcă ușor în vânturi ușoare., Măsurarea unghiului dintre aparatul cu bilă și verticală oferă o estimare a vitezei vântului.acest tip de anemometru este folosit mai ales pentru instruirea la nivel de școală medie, pe care majoritatea studenților o fac singuri, dar un dispozitiv similar a fost zburat și pe Phoenix Mars Lander.