Anemometer (Svenska)

Cup anemometrar

en enkel typ av anemometer uppfanns 1845 av Rev Dr John Thomas Romney Robinson, av Armagh Observatory. Den bestod av fyra halvsfäriska koppar monterade på horisontella armar, som monterades på en vertikal axel. Luftflödet förbi kopparna i någon horisontell riktning vände axeln med en hastighet som var ungefär proportionell mot vindhastigheten., Att räkna axelns varv över ett bestämt tidsintervall gav därför ett värde proportionellt mot den genomsnittliga vindhastigheten för ett brett spektrum av hastigheter. Det kallas också en rotationsanemometer.

på en anemometer med fyra koppar är det lätt att se att eftersom kopparna är anordnade symmetriskt i slutet av armarna har vinden alltid den ihåliga av en kopp som presenteras för den och blåser på baksidan av koppen på motsatt ände av korset. Eftersom en ihålig halvklot har en dragkoefficient för .38 på den sfäriska sidan och 1.,42 på den ihåliga sidan genereras mer kraft på koppen som presenterar sin ihåliga sida mot vinden. På grund av denna asymmetriska kraft genereras vridmoment på anemometerns axel, vilket gör att den snurrar.

teoretiskt bör anemometerns rotationshastighet vara proportionell mot vindhastigheten eftersom kraften som produceras på ett objekt är proportionell mot hastigheten på vätskan som strömmar förbi den., I praktiken påverkar dock andra faktorer rotationshastigheten, inklusive turbulens som produceras av apparaten, vilket ökar drag i motsats till det vridmoment som produceras av kopparna och stödarmarna och friktionen på monteringspunkten. När Robinson först utformade sin anemometer hävdade han att kopparna flyttade en tredjedel av vindens hastighet, opåverkad av koppstorleken eller armlängden. Detta bekräftades tydligen av några tidiga oberoende experiment, men det var felaktigt., I stället beror förhållandet mellan vindhastigheten och kopparnas, anemometerfaktorn, på kopparnas och armarna, och kan ha ett värde mellan två och lite över tre. Varje tidigare experiment med en anemometer måste upprepas efter att felet upptäcktes.

tre-cup vindmätare som utvecklats av det Kanadensiska John Patterson 1926 och senare cup förbättringar av Brevoort & Snickare i Usa 1935 ledde till en cupwheel design med en nästan linjär respons och hade ett fel på mindre än 3% upp till 60 mph (97 km/h)., Patterson fann att varje kopp producerade maximalt vridmoment när det var vid 45° till vindflödet. Tre-kopp anemometern hade också ett mer konstant vridmoment och svarade snabbare på Vindbyar än fyra-kopp anemometern.

tre-cup-anemometern ändrades ytterligare av den australiensiska Dr.Derek Weston 1991 för att mäta både vindriktning och Vindhastighet. Weston lade till en tagg till en kopp, vilket gör att cupwheelhastigheten ökar och minskar när taggen rör sig växelvis med och mot vinden., Vindriktningen beräknas utifrån dessa cykliska förändringar i cupwheel hastighet, medan vindhastigheten bestäms från den genomsnittliga cupwheel hastighet.

anemometrar med tre koppar används för närvarande som branschstandard för studier av vindresurser&-praxis.

Vinganemometrar

en av de andra formerna av mekanisk hastighetsanemometer är vinganemometern. Det kan beskrivas som en väderkvarn eller en propeller anemometer., Till skillnad från Robinson-anemometern, vars rotationsaxel är vertikal, måste vane-anemometern ha sin axel parallell med vindriktningen och därför horisontell. Dessutom, eftersom vinden varierar i riktning och axeln måste följa dess förändringar, måste en vindflöjel eller någon annan contrivance för att uppfylla samma syfte användas.

en vinganemometer kombinerar sålunda en propeller och en svans på samma axel för att erhålla exakta och exakta vindhastighets-och riktningsmätningar från samma instrument., Fläktens hastighet mäts med en varvräknare och omvandlas till en Vindhastighet med ett elektroniskt chip. Volymetrisk flödeshastighet kan därför beräknas om tvärsnittsarean är känd.

i de fall där luftrörelsens riktning alltid är densamma, som i ventilationsaxlar av gruvor och byggnader, används vindskenor som kallas luftmätare och ger tillfredsställande resultat.,

• 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 anemometrar

Hot wire anemometrar använder en fin tråd (i storleksordningen flera mikrometer) elektriskt uppvärmd till en viss temperatur över omgivningen. Luft som strömmar förbi tråden kyler tråden. Eftersom det elektriska motståndet hos de flesta metaller är beroende av metallens temperatur (volfram är ett populärt val för heta ledningar) kan ett förhållande erhållas mellan trådens motstånd och luftens hastighet., I de flesta fall kan de inte användas för att mäta luftflödets riktning, om de inte är kopplade till en vindflöjel.

flera sätt att genomföra detta finns, och varmtrådsanordningar kan klassificeras ytterligare som cca (konstant strömanemometer), CVA (konstant spänningsanemometer) och CTA (konstant temperaturanemometer). Spänningsutgången från dessa anemometrar är således resultatet av någon form av krets i enheten som försöker behålla den specifika variabeln (ström, spänning eller temperatur) konstant, enligt Ohms lag.,

dessutom används PWM (pulsbreddsmodulering) anemometrar, varvid hastigheten härleds av tidslängden för en upprepande strömpuls som ger tråden upp till ett visst motstånd och stannar sedan tills ett tröskelvärde ”golv” uppnås, vid vilken tidpunkt pulsen skickas igen.,

varmtrådsanemometrar, medan de är extremt känsliga, har extremt hög frekvensrespons och fin rumslig upplösning jämfört med andra mätmetoder, och som sådana används nästan universellt för detaljerad studie av turbulenta flöden, eller något flöde där snabba hastighetsfluktuationer är av intresse.

en industriell version av fintrådsanemometern är den termiska flödesmätaren, som följer samma koncept, men använder två stift eller strängar för att övervaka variationen i temperaturen., Strängarna innehåller fina ledningar, men innesluter ledningarna gör dem mycket mer hållbara och kan noggrant mäta luft, gas och utsläppsflöde i rör, kanaler och staplar. Industriella applikationer innehåller ofta smuts som skadar den klassiska hot-wire anemometern.

Laserdoppler-anemometrar

i laserdoppler-velocimetri använder Laserdoppler-anemometrar en ljusstråle från en laser som är uppdelad i två strålar, med en förökad ur anemometern. Partiklar (eller avsiktligt införda frömaterial) flyter tillsammans med luftmolekyler nära där strålen utgångar reflektera, eller backscatter, ljuset tillbaka till en detektor, där den mäts i förhållande till den ursprungliga laserstrålen., När partiklarna är i stor rörelse producerar de ett Dopplerskifte för mätning av Vindhastighet i laserljuset, vilket används för att beräkna partiklarnas hastighet och därför luften runt anemometern.

ultraljudsanemometrar

Ultraljudsanemometrar, först utvecklade på 1950-talet, använda ultraljud ljudvågor för att mäta vindhastigheten., De mäter vindhastighet baserat på tiden för flygning av ljudpulser mellan par givare. Mätningar från givarpar kan kombineras för att ge en mätning av hastighet i 1 -, 2-eller 3-dimensionellt flöde. Den rumsliga upplösningen ges av banlängden mellan givare, som typiskt är 10 till 20 cm. Ultraljudsanemometrar kan ta mätningar med mycket fin temporal upplösning, 20 Hz eller bättre, vilket gör dem väl lämpade för turbulensmätningar., Bristen på rörliga delar gör dem lämpliga för långvarig användning vid exponerade automatiserade väderstationer och väderbojar där noggrannheten och tillförlitligheten hos traditionella kopp-och-vane-anemometrar påverkas negativt av salt luft eller damm. Deras största nackdel är snedvridningen av luftflödet genom strukturen som stöder givarna, vilket kräver en korrigering baserad på vindtunnelmätningar för att minimera effekten., En internationell standard för denna process, ISO 16622 Meteorologi-Ultraljudsanemometrar / termometrar-Acceptanstestmetoder för genomsnittliga vindmätningar är i allmän cirkulation. En annan nackdel är lägre noggrannhet på grund av nederbörd, där regndroppar kan variera ljudets hastighet.

eftersom ljudets hastighet varierar med temperaturen och är praktiskt taget stabil med tryckförändring används ultraljudsanemometrar också som termometrar.,

tvådimensionella (vindhastighet och vindriktning) soniska anemometrar används i applikationer som väderstationer, fartygsnavigering, luftfart, väderbytar och vindturbiner. Övervakning av vindkraftverk kräver vanligtvis en uppdateringshastighet för vindhastighetsmätningar på 3 Hz, som lätt uppnås av soniska anemometrar. Tredimensionella soniska anemometrar används ofta för att mäta gasutsläpp och ekosystemflöden med hjälp av eddy covariance-metoden när den används med infraröda gasanalysatorer med snabb respons eller laserbaserade analysatorer.,

tvådimensionella vindgivare är av två typer:

• två ultraljudsvägar: dessa sensorer har fyra armar. Nackdelen med denna typ av sensor är att när vinden kommer i riktning mot en ultraljudsväg stör armarna luftflödet, vilket minskar noggrannheten hos den resulterande mätningen.
• tre ultraljud vägar: dessa sensorer har tre armar. De ger en väg redundans av mätningen som förbättrar sensornoggrannheten och minskar aerodynamisk turbulens.,

Acoustic resonance anemometrar

Acoustic resonance anemometrar är en nyare variant av sonic anemometer. Tekniken uppfanns av Savvas Kapartis och patenterades 1999. Medan konventionella soniska anemometrar är beroende av flygmätningstid, använder akustiska resonanssensorer resonans akustiska (ultraljudsvågor) inom ett litet specialbyggt hålrum för att utföra mätningen.,

inbyggd i kaviteten är en rad ultraljudsomvandlare, som används för att skapa separata stående vågmönster vid ultraljudsfrekvenser. När vinden passerar genom kaviteten sker en förändring i vågens egenskap (fasförskjutning). Genom att mäta mängden fasförskjutning i de mottagna signalerna av varje givare, och sedan genom matematiskt bearbetning av data, kan sensorn ge en noggrann horisontell mätning av vindhastighet och riktning.,

akustisk resonansteknik möjliggör mätning inom ett litet hålrum, sensorerna tenderar därför att vara typiskt mindre i storlek än andra ultraljudssensorer. Den lilla storleken på akustiska resonansanemometrar gör dem fysiskt starka och lätta att värma och därmed motståndskraftiga mot isbildning. Denna kombination av funktioner innebär att de uppnår höga nivåer av datatillgänglighet och är väl lämpade för vindturbinkontroll och andra användningsområden som kräver små robusta sensorer som battlefield meteorology., Ett problem med denna sensortyp är mätnoggrannhet jämfört med en kalibrerad mekanisk sensor. För många slutanvändningar kompenseras denna svaghet av sensorns livslängd och det faktum att det inte kräver omkalibrering en gång installerad.

ping-pong boll anemometrar

en gemensam anemometer för grundläggande användning är konstruerad från en ping-pong boll fäst vid en sträng. När vinden blåser horisontellt, pressar den på och flyttar bollen; eftersom ping-pong bollar är mycket lätta, de rör sig lätt i lätta vindar., Mätning av vinkeln mellan strängbollsapparaten och vertikalen ger en uppskattning av vindhastigheten.

den här typen av anemometer används oftast för undervisning på mellanskolenivå, som de flesta elever gör på egen hand, men en liknande enhet flög också på Phoenix Mars Lander.