Un anemometru este un instrument meteorologic care măsoară viteza curenților de aer și a vântului. A fost inventat în 1667. Anemmetre moderne, pe lângă caracteristicile vitezei masele de aer, măsurați temperatura aerului.

Clasificarea anemometrelor și principiul funcționării acestora

Există multe tipuri de anemometre, dar cele mai frecvent utilizate pentru măsurători sunt:

• ceaşcă;
• înaripat;
• cu ultrasunete.

Anemometru cupa

Anemometrul cupa are cel mai mult design simplu: element mobil cu patru lame. De îndată ce vântul acționează asupra lor, axa începe să se rotească și să transmită date către dispozitivul de măsurare. Înregistrează numărul de rotații ale lamelor într-o anumită perioadă de timp. Acest tip de anemometru este ideal pentru utilizare în spații deschise și, prin urmare, este apreciat de meteorologi.

Anemometru cu palete

Anemometrul cu palete este cel mai comun instrument pentru măsurarea vitezei maselor de aer. Se compune dintr-un rotor protejat de un inel si conectat direct sau printr-un fir flexibil la instrumentul de masura. Acest design îi permite să fie folosit pentru a înregistra viteza aerului în locuri greu accesibile.

Anemometru cu ultrasunete

Un anemometru cu ultrasunete este mai rar folosit pentru a măsura viteza vântului. După cum sugerează și numele, măsoară viteza sunetului într-o cameră, care se modifică în funcție de direcția de mișcare a maselor de aer.

Pe lângă viteza vântului, dispozitivele cu două componente pot determina unde se mișcă vântul, în funcție de părțile lumii. Viteza sunetului într-un astfel de echipament depinde de timpul necesar impulsurilor ultrasonice pentru a acoperi distanța de la emițător la microfonul cu ultrasunete. Aproape toate anemometrele sunt alimentate de baterii reîncărcabile sau baterii reîncărcabile.

Domeniul de aplicare al anemometrelor

Modern echipamente digitale echipat cu un afișaj cu cristale lichide. Rezultatul măsurării este afișat pe acesta. Puteți alege în ce unități să afișați viteza vântului și, uneori, să conectați dispozitivul la un computer, să colectați date prin sincronizarea anemometrului cu ora computerului sau să încărcați informațiile colectateîntr-un fișier separat.

Un anemometru cu palete este utilizat în construcții pentru a determina viteza de mișcare a maselor de aer în ventilație, țevi și puțuri. Acest dispozitiv este folosit și în agricultură pentru a testa sistemele de aer condiționat. Diagnosticarea în timp util a vitezei de mișcare a maselor de aer va ajuta la prevenirea diferitelor boli la animale și la oprirea sau prevenirea răspândirii infecției. Majoritate modele moderne Anemometrele calculează viteza vântului, volumul maselor de aer și chiar umiditatea aerului.

A fost făcută anterior. El a putut calcula proiecția vitezei vântului pe linia dintre receptor și transmițător. Pentru a obține vectorul vitezei vântului pe un plan (2D), este necesară o a doua coordonată, pe care o obținem dacă adăugăm un al doilea senzor perpendicular pe primul. În acest caz, puteți repara permanent anemometrul - nu este nevoie să folosiți o giruetă și să organizați cumva contactele în mișcare.

Prima versiune

Nu mai devreme spus decât făcut și complet.

Am sudat o cruce din resturi de țevi de polipropilenă. Am dezlipit toți senzorii și i-am extins cu fire pe care le-am așezat în interiorul țevilor. Distanța dintre senzori a fost de 70 cm.

Codul programului este așa.

Cod de program pentru prima versiune a unui anemometru cu două axe

#include #include #include #define Trig 4 #define Echo 2 #define Trig2 8 #define Echo2 12 #define ONE_WIRE_BUS 7 #define Steps dht DHT; #define DHT21_PIN 0 static const float defDist = .6985; // m static const float defDist2 = .713; // m // Configurați o instanță oneWire pentru a comunica cu orice dispozitiv OneWire (nu doar circuite integrate de temperatură Maxim/Dallas) OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS); // Transmiteți referința noastră oneWire la Temperatura Dallas. DallasSenzori de temperatură(&oneWire); void setup() ( pinMode(Trig, OUTPUT); pinMode(Echo, INPUT); pinMode(Trig2, OUTPUT); pinMode(Echo2, INPUT); Serial.begin(57600); // Porniți biblioteca sensors.begin( ); Serial.println("X Distance Tds18820 Tcalc Tdht Hum V" ) unsigned long impulseTime=0; void loop() ( // CITEȘTE DATE //Serial.print("DHT21, \t"); int chk = DHT.read21(DHT21_PIN); float DHTtemp = 10; float DHThum = 50; comutator (chk) (case DHTLIB_OK : // Serial.print("OK,\t" = DHT.humidity("Eroare DHT,\t"); Serial.print(",\t"); //Serial.println(DHTtemp, 1 // Trimiteți comanda pentru a obține temperaturile DS18820 float temp = sensors.getTempCByIndex(0); nesemnat lung impulseTime2=0; 0) (wd+=90;) else (wd+=270;) //Serial.println("X Distance Tds18820 Tcalc Tdht Hum V"); //Serial.println(String(impulseTime) + char(9) + String(impulseTime2)); Serial.println(String(impulseTime) + char(9) + String(impulseTime2) + char(9) + String(dist, 5) + char(9) + String(dist2, 5) + char(9) + String( temp) + char(9) + String(Tcalc) + char(9) + String(DHTtemp)+ char(9) + String(DHThum) + char(9) + String(v) + char(9) + String( v2) + char(9) + String(v3) + char(9) + String(wd)); )

Ultimele două numere oferă viteza și direcția vântului pe orizontală dorite. Direcția este calculată ca azimut către direcția nord și este dată în grade. Rotiți în sensul acelor de ceasornic.

Din păcate, rezultatele m-au dezamăgit.


La o medie de 25 de măsurători, citirile în aer calm cresc la o medie de 1,5 m/s, măsurătorile fiind date aproximativ o dată pe secundă. Dacă faci o medie de 10 ori mai multe citiri, situația se îmbunătățește, dar nu rezolvă în mod fundamental problema. În plus, judecând după graficul vitezelor pe două axe, o pereche de senzori produce mult mai multă radiație decât cealaltă.
Cel mai probabil problema este la firele cu care am extins senzorii. Va trebui să o refacem.

A doua versiune

Există un alt motiv pentru a reface totul. După cum s-a menționat în primul, viteza sunetului se va modifica cu 1 m/s cu o schimbare de temperatură de aproximativ 1,5 °C. Erorile de măsurare pe ambele axe se adună împreună. Trebuie să înțelegeți că rafale de aer cald sau rece pot distorsiona semnificativ citirile unui astfel de anemometru. Nu are rost să citiți 4 m/s cu o adiere ușoară caldă.
Din diagrama experimentului la scară completă este clar că chiar și o schimbare lentă a temperaturii provoacă o deviere a vitezei măsurate și schimbare rapidă temperatura cu 1 grad a schimbat brusc viteza vântului măsurată cu 1,5 m/s, în timp ce senzorul de temperatură procesează încet această modificare. Este important de menționat că acest experiment a avut loc chiar pe masa mea și schimbarea temperaturii a fost naturală - nu am atins nimic și nici nu am încălzit artificial nimic.

Și aici vine în ajutor același principiu ca atunci când se măsoară distanța. Dacă ne amintim, senzorii de pe HC-SR04 original sunt amplasați împreună, astfel încât rezultatele nu depind de prezența vântului. Dacă măsurați viteza sunetului la o distanță cunoscută, mai întâi într-o direcție și apoi în cealaltă, atunci diferența dintre aceste două citiri, împărțită la jumătate, va fi viteza dorită a vântului în proiecție pe această axă. În același timp, o schimbare de temperatură în intervalul de ±25°C dă o eroare de ±4%, ceea ce nu este absolut critic și ne putem lipsi de un termometru. Și de ce avem nevoie de un termometru? Dacă știm timpul de parcurs al semnalului în ambele direcții, atunci folosind formulele de la putem calcula cu ușurință temperatura, ceea ce înseamnă că putem clarifica viteza vântului.
Există doar o mică captură - va trebui să utilizați două HC-SR04 pe aceeași axă. În desenele industriale, senzorii joacă alternativ rolul de receptor și emițător. În cazul nostru, pentru a face acest lucru, va trebui să conectăm tweeterele direct la arduino și să generăm programatic 8 impulsuri de 40 kHz pe unul, apoi să le izolăm de celălalt. Știind anumite dificultăți pe această cale, mi se pare mai ușor să cumpăr încă 2 senzori pentru 55 de ruble fiecare și să încerc să mă descurc cu cheltuieli mici. Asta voi face data viitoare. Între timp, voi folosi doi senzori pentru a măsura viteza vântului de-a lungul unei axe și pentru a măsura temperatura în această configurație. Problema principala aici pentru a elimina interferența care dă astfel răspândire mare citiri în aer calm.

Proiecta

Înarmată cu un fier de lipit, structura a fost lipită fără milă în componente. Versiune nouă M-am hotărât să nu fac asta temeinic, dar în zadar. Nu știi niciodată unde o vei găsi sau unde o vei pierde. S-a dovedit așa ceva.


În primul rând, receptorul a fost așezat cât mai aproape de placă, iar emițătorul a fost scos la doar 20 cm. Al doilea set a fost întors la 180 de grade și tweeterele au fost fixate în perechi cu bandă electrică. Cu cât alinierea ambelor perechi de senzori este menținută mai precis, cu atât mai bine. În mod ideal, ar trebui să obținem citiri de viteză a semnalului absolut identice în ambele direcții în aer calm. Testele pe teren au confirmat teoria noastră. Această configurație produce puține interferențe și citiri foarte precise, indiferent de temperatură, așa cum se arată în graficul de mai jos.


La început am încercat să sufl pur și simplu în direcția de la perechea albastră la cea neagră. Plămânii mei clar nu sunt suficienți. Dar un fapt interesant este că aerul din plămâni a reușit să se încălzească cu 1°, ceea ce anterior ar fi provocat un salt de viteză de 1,5 m/s, deoarece DS18B20 pur și simplu nu a observat nimic. Rețineți că plămânii mei sunt capabili doar de 0,5 m/s. Apoi, am pornit un ventilator mare de podea și am direcționat totul, de la albastru la negru. Puteți vedea cum aerul mai rece venea din adâncurile camerei și chiar și DS18B20 a început să calculeze această reducere, dar acum valorile sale nu sunt folosite pentru a calcula viteza. Am descoperit că ventilatorul meu suflă cu o viteză de aproximativ 2 m/s. Apoi, în timpul pauzei, vedem creștere treptată temperatura și o corelație excelentă între temperatura calculată și cea măsurată. La final am instalat un ventilator pe cealaltă parte și am luat 2 m/s sens invers cu scăderea temperaturii. Ura, tovarăși, funcționează!

Program de calcul al vitezei vântului

Cod de program pentru a doua versiune a unui anemometru format din doi senzori ultrasonici

#include #include #include #define Trig 4 // HC-SR04 #1 #define Echo 2 #define Trig2 8 // HC-SR04 #2 #define Echo2 12 #define ONE_WIRE_BUS 7 // DS18B20 #define Steps dht DHT; #define DHT21_PIN 0 // DHT21 static const float defDist = .2121; // m static const float defDist2 = .2121; // m float Tcalc = 0; // Configurați o instanță oneWire pentru a comunica cu orice dispozitiv OneWire (nu doar circuite integrate de temperatură Maxim/Dallas) OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS); // Transmiteți referința noastră oneWire la Temperatura Dallas. DallasSenzori de temperatură(&oneWire); void setup() ( pinMode(Trig, OUTPUT); pinMode(Echo, INPUT); pinMode(Trig2, OUTPUT); pinMode(Echo2, INPUT); Serial.begin(57600); // Porniți biblioteca sensors.begin( ); Serial.println("X Distance Tds18820 Tcalc Tdht Hum V" ) unsigned long impulseTime=0; void loop() ( float temp = 0; float DHTtemp = 0; float DHThum = 50; // READ DHT DATA int chk = DHT.read21(DHT21_PIN); if (chk == DHTLIB_OK) ( DHTtemp =DHT.temperature; DHThum = DHT.humidity; ) if (sensors.getDeviceCount() > 0) ( sensors.requestTemperatures(); // Trimite comanda pentru a obține temperaturi DS18820 temp = sensors.getTempCByIndex(0); //DHTtemp; ) float dist = 0 ; float dist2 = 0 unsigned long impulseTime2=0; 0) (wd+=90;) else (wd+=270;) Serial.println(String(impulseTime) + char(9) + String(impulseTime2) + char(9) + String(dist, 5) + char(9) + String(dist2, 5) + char(9) + String(temp) + char(9) + String(Tcalc) + char(9) + String(DHTtemp)+ char(9) + String(DHThum)+ char( 9) + String(M,5) + char(9) + String(v)); )

Programul va funcționa fără senzori DHT-21 și DS18B20. DS18B20 nu este folosit nicăieri pentru calculele din acest cod - este afișat doar în terminal ca referință. Fără un senzor de umiditate, temperatura va fi calculată ca pentru aerul cu umiditate de 50%. În practică, aceasta introduce foarte puține erori. Acești senzori nu au niciun efect asupra măsurătorilor vitezei vântului.

De fapt, acesta este tot ce poate fi stors din două HC-SR04. Pentru a obține vectorul vitezei vântului în avion, trebuie să adăugați încă 2 senzori perpendiculari pe primii și, folosind formulele primei versiuni, să obțineți viteza maximași direcție. Voi face asta de îndată ce sosesc senzorii suplimentari pe care i-am comandat.

P.S.

Senzorii au sosit cu mult timp în urmă, designul a fost refăcut de încă 2 ori și până la urmă a funcționat așa cum trebuia, dar acest anemometru cu ultrasunete nu a ajuns niciodată pe acoperiș, așa că încă nu am scris o continuare, deși ideea funcționează.

P.P.S. 2018

Din cauza numeroaselor solicitări, postez schița finală, care nu necesită nicio bibliotecă (cu excepția EEPROM standard) și funcționează cu 4 senzori. Codați cu tot felul de bunătăți, cum ar fi calibrarea încorporată și salvarea valorilor de calibrare în memorie nevolatilă. Și cel mai important. Problema descrisă mai sus cu erori de-a lungul uneia dintre axe nu a fost legată de fire, ci de senzorii care lucrează în aceeași cameră blocuri de puls sursa de alimentare pentru computer, monitor etc. (circuitul lor de conversie funcționează la o frecvență apropiată de 40 kHz). Am rezolvat problema deplasării senzorului în exterior, departe de interferențe (cu transmisie de date prin Bluetooth). Altfel funcționează. Aceasta este o versiune pentru senzori lipiți, dar există o modalitate de a nu lipi. Dacă revin la proiect, îl voi implementa.
Pentru acest cod, nu contează care este distanța dintre senzori. Trebuie să plasați dispozitivul într-o zonă fără vânt (și fără zgomot de impuls) și lansați 2 comenzi de mai multe ori prin terminal:

Prima este temperatura actuală conform unui termometru de referință (orice de stradă), a doua îi spune controlerului că viteza vântului este acum 0. Conform acestor date, va calcula distanța dintre senzori și le va scrie pe EEPROM. Toate măsurătorile ulterioare se vor baza pe aceste valori.

Cod final anemometru pentru 4 senzori HC-SR04

// WindSpeed ​​​​v.4 - Anemometru // Copyright Evgeny Istomin gena@regimov.. Receptorul și transmițătorul sunt distanțate la capetele opuse ale crucii // Diagrama arată poziția receptoarelor pentru calculul corect al direcției și puterii al vântului // HC-SR04 Nr. 1 // Nord (0 gr) // o // | // | // HC-SR04 nr. 2 o-------|---------o HC-SR04 nr. 4 // Vest (270g) | Est (90 gr) // | // o // HC-SR04 Nr. 3 // Sud (180 g) // atunci când alegeți materialul crucii, urmați http://temperatures.ru/pages/temperaturnyi_koefficient_lineinogo_rashirniya // cea mai buna alegere material - teava Invar 36H, dar fierul obisnuit este si el destul de potrivit :-) #define DEFINE_DISTANCE 0.22 // distanta aproximativa intre senzori, masurata cu o rigla, in metri. #define MES_PAUSE 90 // Faceți o pauză între măsurători pentru a atenua reflexiile. În realitate, aveți nevoie de cel puțin 1,ms. #define MES_AVERAGE 8 // câte măsurători trebuie făcute în medie pentru temperatură. #define PRINT_PERIOD 500 // perioada de ieșire a măsurătorilor către terminal, ms #include #define FALSE 0 #define TRUE 1 #define Echo1 2 #define Echo2 3 #define Echo3 8 #define Echo4 5 #define Trig1 6 // HC-SR04 №1 #define Trig2 7 // HC-SR04 №2 #define Trig3 4 // HC-SR04 Nr. 3 #define Trig4 9 // HC-SR04 Nr. 4 #define Pow1 10 #define Pow2 11 #define Pow3 12 #define Pow4 13 #define T_ABS 273.15 // temperatura zero absolut https://ru .wikipedia .org/wiki/%D0%90%D0%B1%D1%81%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%82%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0% BD% D1%83%D0%BB%D1%8C_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83% D1% 80%D1%8B #define PRINT_LOOP PRINT_PERIOD/(4*(MES_PAUSE)) // cât cicluri complete săriți înainte de a trimite măsurătorile la terminalul float defDist1 = DEFINE_DISTANCE; float defDist3 = DEFINE_DISTANCE; float defDist2 = DEFINE_DISTANCE; float defDist4 = DEFINE_DISTANCE; float Tcalc = 0; // temperatura aerului (calculată) const float DHThum = 50; //% umiditate float M = 0,02895; // masa molară kg/mol https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D1%8F%D1%80%D0%BD%D0%B0%D1% 8F_%D0%BC%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B0 const float R = 8,31447; // Constanta universală de gaz J/(mol*K) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BD%D0%B8%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1 %81%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B3%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0 %D1%8F_%D0%BF%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F const float P = 761 * 133,3;//presiune în Pa. 101325 la nivelul mării plutitor X = 1,4 * R / M ; float c = sqrt(X * (Tcalc + T_ABS)); // viteza sunetului m/s https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BA%D0%BE%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D1 % 8C_%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%B0 float impulseTime1 = defDist1 / c; float impulseTime2 = defDist2 / c; float impulseTime3 = defDist3 / c; float impulseTime4 = defDist4 / c; număr de caractere nesemnate = 0; // contor de cicluri ////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////// /////////// // filtru de mediere simplă float filterA(float y1, float y) ( return ((MES_AVERAGE - 1) * y1 + y) / MES_AVERAGE; ) /// ///// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////// / măsoară întârzierea transmisiei sunetului între senzori, măsurare sec float(unsigned char Trig, unsigned char Echo, unsigned char Pow) (float y; digitalWrite(Pow, HIGH); delay(MES_PAUSE); digitalWrite (Trig, HIGH); delayMicroseconds(10); digitalWrite(Trig, LOW) ; ; întoarce y * 1e-6); //////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////// /////// // stochează distanțele dintre senzori în memoria flash void StoreDefDist() ( EEPROM.put(0, defDist1); EEPROM.put(1 * sizeof(float), defDist2); EEPROM .put(2); * sizeof(float), defDist3); EEPROM.put(3 * sizeof(float), defDist4 ) /////////////////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////////////////////// citește din memoria flash distanța dintre senzori float GetDefDist(int adress) ( float dd; EEPROM. obține (adresă, dd);<= 0) dd = DEFINE_DISTANCE; return dd; } /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // расчет скорости звука в зависимости от температуры, давления и влажности void GetC(float t) { M = (28.95 - 10.934 * DHThum * 0.01 * (133.3 * 4.579 * exp(17.14 * t / (235.3 + t))) / P) / 1000; X = 1.4 * R / M ; c = sqrt(X * (t + T_ABS)); } /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void setup() { pinMode(Pow1, OUTPUT); pinMode(Pow2, OUTPUT); pinMode(Pow3, OUTPUT); pinMode(Pow4, OUTPUT); pinMode(Trig1, OUTPUT); pinMode(Trig2, OUTPUT); pinMode(Trig3, OUTPUT); pinMode(Trig4, OUTPUT); pinMode(Echo1, INPUT); pinMode(Echo2, INPUT); pinMode(Echo3, INPUT); pinMode(Echo4, INPUT); digitalWrite(Pow1, HIGH); digitalWrite(Pow4, HIGH); digitalWrite(Pow3, HIGH); digitalWrite(Pow2, HIGH); defDist1 = GetDefDist(0); // читаем из flash-памяти расстояния между датчиками defDist2 = GetDefDist(1 * sizeof(float)); defDist3 = GetDefDist(2 * sizeof(float)); defDist4 = GetDefDist(3 * sizeof(float)); Serial.begin(57600); while (!Serial) { ; // wait for serial port to connect. Needed for native USB port only } Serial.println("impT1\timpT3\timpT2\timpT4\tdist1\tdist3\tdist2\tdist4\tTcalc\tv1\tv2\tWD\tv3 " + String(PRINT_LOOP)); } /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void loop() { // период измерений = 1 / (4e-3 * (MES_PAUSE + 1)) impulseTime1 = measument(Trig1, Echo1, Pow1); impulseTime3 = measument(Trig3, Echo3, Pow3); impulseTime2 = measument(Trig2, Echo2, Pow2); impulseTime4 = measument(Trig4, Echo4, Pow4); //if (count >MES_AVERAGE) Serial.print(String(impulseTime1*1e6) + char(9));< -50)) Tcalc = 0; GetC(Tcalc); float Speed_of_sound1 = defDist1 / impulseTime1 ; float Speed_of_sound2 = defDist2 / impulseTime2 ; float Speed_of_sound3 = defDist3 / impulseTime3 ; float Speed_of_sound4 = defDist4 / impulseTime4 ; float v1 = ((Speed_of_sound3 - Speed_of_sound1) / 2); float v2 = ((Speed_of_sound2 - Speed_of_sound4) / 2); float v3 = sqrt(sq(v1) + sq(v2)); int wd = int(atan(v2 / v1) * 180 / 3.1416); if (v1 < 0) { wd += 180; } else if (v2 < 0) { wd += 360; } if (count >Tcalc = filtruA(Tcalc, sq((defDist2 + defDist4 + defDist1 + defDist3) / (impulseTime1 + impulseTime3 + impulseTime2 + impulseTime4)) / X - T_ABS);

dacă ((Tcalc > 70) | (Tcalc — PRINT_LOOP) ( Serial.println(String(c, 5) + char(9) + String(Tcalc) + char(9) + String(v1) + char(9) + String(v2) + char(9) + String (wd) + char(9) + String(v3)); count = 0; while (Serial.available() > 0) ( char inCh = Serial.read(); // setați temperatura. formatul comenzii: t21. 5 if (inCh == "t") ( String a = Serial.readString(); Tcalc = a.toFloat(); GetC(Tcalc); ) // u - ajustare (setat la 0 format de comandă: u if). ((inCh == "t") | (inCh == "u")) ( defDist1 = impulseTime1 * c ; defDist2 = impulseTime2 * c ; defDist3 = impulseTime3 * c ; defDist4 = impulseTime4 * c ; StoreDefDist(); ) ) numără++; ) //////////////////////////////////////////////////////////////////// /////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////

• ceaşcă;
• Anemometru
• este un instrument conceput pentru a determina viteza vântului în timp real sau prin calcule. Există trei tipuri de anemometre:

Anemometru cupa

cu ultrasunete;

Anemometru cu ultrasunete

termic. Acest dispozitiv este unul dintre cele mai vechi (cunoscut din secolul al XIX-lea) și cel mai primitiv. Este o axă pe care cupele sunt atașate lejer, astfel încât planul lor să fie întotdeauna în poziție verticală. Curenții de aer împing cupele, viteza de rotație a acestora este viteza vântului. Principiul de funcționare al dispozitivului se bazează pe modificări ale intensității sunetului în funcție de viteza vântului. Astfel, prin măsurarea primei, se determină a doua. În plus, cu ajutorul instrumentelor moderne, puteți afla direcția vântului în două (anemometru bidimensional) sau trei planuri (tridimensionale). anemometru). Unele modele au

functie suplimentara

determinarea temperaturii sau umidității aerului. Dispozitivele sunt compacte și ușor de utilizat. Prin proiectare, acestea pot fi digitale, cu rotor la distanță sau încorporat. Anemometru termic. Când apare vântul, rezistența firului se modifică, iar puterea curentului se modifică în consecință. Această valoare este înregistrată și convertită într-o valoare a vitezei. Dispozitivele termice sunt destul de fragile și predispuse să se uzeze rapid. Astăzi sunt folosite pentru a controla fluxul de aer în motoarele mașinilor.

Cum să faci alegerea corectă

Înainte de a cumpăra un anemometru , Este logic să evaluăm condițiile în care va fi utilizat, scopul achiziției și, pe baza acestuia, faceți alegerea corectă.

1. Nevoia de măsurare cantitate mare cantități Unele dispozitive pot înregistra 4 sau mai mulți parametri.

1. Precizia măsurătorilor. La determinarea vitezei vântului la ieșirea grilelor de ventilație și a orificiilor de ventilație, precizia trebuie să fie maximă. Pentru a utiliza dispozitivul în scopuri casnice, acest lucru nu este de obicei necesar. Cel mai precis și mai scump este un anemometru digital. Pentru a măsura viteza vântului în scopul controlului vremii, este potrivit orice proiect care determină valoarea cu o precizie de până la un metru.

1. Necesitatea de a măsura viteze foarte mici. Acest lucru necesită instrumente foarte sensibile. Astfel de dispozitive nu sunt potrivite pentru utilizare constantă, este inacceptabil ca granulele de nisip sau particulele de praf să pătrundă în interiorul structurii.

Selecție largă instrumente de măsurare pe

Anemometru cu ultrasunete

Acest tip de aparat profită de faptul că ultrasunetele se deplasează mai repede în direcția vântului. Desigur, un anemometru cu ultrasunete măsoară trei componente ale vectorului vântului în spațiul tridimensional (Fig. 4.5). De-a lungul fiecărei axe sunt două perechi emițător-receptor la o distanță de 0,1-0,5 m Emițătorul trimite unde ultrasonice continue sau pulsate.

În funcție de direcțiile de propagare a vântului cu o undă ultrasonică atunci când valul parcurge o distanță dîntre emițător și receptor este definit după cum urmează:

Unde υ obligațiuni - viteza de propagare a undelor ultrasonice, m/s; υ 1 - viteza de propagare a proiectiei vectorului vant pe axa i, Domnișoară.

Diferența de timp de călătorie dîntre emițător și receptor două unde ultrasonice este:

Orientarea traductoarelor în raport cu direcția de propagare a vântului este prezentată în Fig. 4.6.

Orez. 4.5. Anemometru cu ultrasunete

Orez. 4.6. ( U - viteza de propagare a undei ultrasonice; V-

viteza vântului N - nord S - sud, V - vest; E - est)

Metode de măsurare la distanță a parametrilor vântului

Radiosondă Radiosondă - aparat folosit pentru a măsura vântul și transmiterea informațiilor de către receptor. În plus, conține senzori pentru temperatură, umiditate și presiunea atmosferică. Evaluări poziție orizontală radiosonda raportată la punctul din care a fost lansată se realizează folosind radar sau radar(din limba engleză RAdio Detection And Ranging - detecție și distanță radio) - instalații pentru detectarea și determinarea locației obiectelor prin metoda radar. Acest tip de tehnologie teledetecție prevede utilizarea unde electromagneticeîn intervalul de la 0,1 cm la 2 m (care corespunde frecvenţelor de la 100 MHz la 50000 MHz). Obiectul de studiu (radiosonda) este iradiat, iar radiația reflectată are un informații operaționale raportat la coordonatele radiosondei și parametrii vântului. Înălțimea pe care o atinge radiosonda este de 20 km, iar durata zborului este de 90-120 de minute.

Sodar

Se numește un anemometru cu ultrasunete conceput pentru măsurarea de la distanță a parametrilor vântului (din engleză AŞAși Detectare și Ranging). Funcționarea acestui dispozitiv se bazează pe așa-numitul efect Doppler: la iradierea unui obiect care se deplasează cu viteză υ, undă ultrasonică de o anumită lungime de undă Λ Unda este împrăștiată, iar frecvența (lungimea de undă) undei ultrasonice împrăștiate depinde de viteza obiectului. Schimbarea frecvenței Doppler a unei unde ultrasonice împrăștiate într-un unghi Θ deplasându-se cu viteză υ , este descris prin expresia:

(4.13)

Unde φ - unghiul dintre direcția vitezei υ și direcția de propagare a undei ultrasonice.

Un sodar situat pe suprafața pământului trimite impulsuri ultrasonice în sus (Fig. 4.7).

Frecvența semnalelor reflectate din atmosferă capătă o deplasare Doppler, a cărei magnitudine este proporțională cu viteza de propagare a vântului. Utilizarea sodarului face posibilă măsurarea parametrilor vântului la fiecare kilometru de altitudine până la 17 km deasupra nivelului mării.

Viteza vântului, măsurată cu anemometre cu ultrasunete, atinge 30 m/s.

Dezavantajul anemometrelor cu ultrasunete este dependența vitezei de propagare a ultrasunetelor de temperatură, umiditate și presiune atmosferică, ceea ce necesită o calibrare adecvată a instrumentelor.

În plus, echipamentele electronice cresc costul dispozitivelor de acest tip.

Lidar

Lidar(din engleza Light Detection And Ranging), spre deosebire de sodar, generează și înregistrează impulsuri laser. Principiul de funcționare a unui lidar pentru determinarea de la distanță a parametrilor vântului este de a împrăștia radiația laser pe aerosolii de aer (praf, picături de apă, particule de praf sau poluare, praf sau cristale de sare) care se deplasează la viteza vântului și, ulterior, înregistrează deplasarea Doppler ( vezi 26.7.3). Astfel de sisteme laser vă permit să măsurați și să evaluați viteza și direcția mișcării vântului și turbulența aerului la altitudini mari.

Proiectat în ultimii ani Sistemele laser cu fibră se caracterizează printr-o sensibilitate extrem de mare (10-12).

Sateliți și rachete

Radiosondele moderne determină viteza și direcția vântului folosind o globală Poziționare GPS(ing. Global Positioning System) - un set de echipamente radio-electronice,

Orez. 4.7. Sodar

determina poziția și viteza de mișcare a unui obiect pe suprafața Pământului sau în atmosferă.

Parametrii fluxurilor de aer la altitudini mari sunt evaluați cu ajutorul rachetelor. Astfel, în 2012, Agenția Spațială Americană (NASA) a lansat cinci rachete la intervale de 80 de secunde pentru a studia fluxurile de aer de mare viteză din atmosfera superioară. Proiectul s-a numit ATREX (Anomalous Transport Rocket Experiment). Lansarea a avut loc la centrul de testare de pe insula Wallops din Virginia.

La o altitudine de aproximativ 80 km, rachetele au eliberat un reactiv special (trimetilaluminiu), care reacționează cu oxigenul, însoțit de o strălucire (produsele unei astfel de reacții - oxid de aluminiu, dioxid de carbon și vapori de apă - sunt inofensive). Observarea strălucirii va permite oamenilor de știință să studieze curenții de aer. De cel mai mare interes pentru oamenii de știință sunt fluxurile de mare viteză (sute de kilometri pe oră) la altitudini de 100-110 km, adică aproape la granița cu spațiul. Metode tradiționale Este dificil de studiat aceste fluxuri, deoarece densitatea aerului la astfel de altitudini este destul de scăzută.

Teledetecția vântului cu ajutorul sateliților face posibilă construirea unei hărți a vântului de pe suprafața pământului, precum și studierea fluxurilor de aer din atmosferă.

Determinarea direcției vântului

Pentru a determina direcția de utilizare a vântului girouetaîn formă de placă de metal care se rotește în jurul axa verticală. Pentru a măsura simultan viteza și direcția mișcării aerului, utilizați anemorbometru.

Numărul de rotații ale elicei acestui dispozitiv este convertit într-o secvență de impulsuri electrice, a căror frecvență este proporțională cu viteza vântului, iar defazarea depinde de direcție. Transmiterea informațiilor despre direcția vântului în instrumentele moderne se realizează cu ajutorul unui potențiometru (Fig. 4.8). Schimbarea poziției reocordului în ea provoacă o schimbare corespunzătoare curent electric, trecând prin statorul sistemului de recepție, provocând rotirea rotorului acestui sistem și a acului indicator.

Precizia determinării direcției vântului prin sistemul potențiometric este de ±3

Orez. 4.8.

Puteți crește precizia utilizând sistem selsyn(Fig. 4.9). Rotirea rotorului senzorului selsyn determină apariția unui EMF proporțional cu sinusul unghiului de rotație, ceea ce duce la apariția unui curent electric în statorul receptorului selsyn corespunzător câmp magnetic, ceea ce face ca rotorul receptorului conectat la indicator să se rotească.

Orez. 4.9.

(indicator de direcție a vântului) este conceput pentru a determina vizual direcția vântului. Este alcătuit dintr-un ciorap din țesătură, care are forma unui trunchi de con, un cadru de construcție a formei și elemente de prindere (Fig. 4.10). Montat pe un catarg. Ciosetele de vânt sunt folosite în aeroporturi și fabrici chimice unde există riscul de scurgeri de substanțe gazoase.

Pentru a determina direcția dominantă a vântului, se folosește trandafirul vânturilor- o diagramă vectorială care caracterizează viteza și direcția vântului într-o anumită zonă conform observațiilor pe termen lung.

Orez. 4.10.

Orez. 4.11.

Arată ca un poligon în care sunt lungimile razelor divergente de la centrul diagramei directii diferite(rumbach), proporțional

reapariţia vântului în aceste direcţii (Fig. 4.11).

Organizația Meteorologică Internațională solicită instrumente concepute pentru a măsura direcția vântului pentru a determina direcția vântului pe un interval de viteză a vântului de 0,5 până la 50 m/s cu o rezoluție de ±20 până la ±5°.

Acesta este un instrument meteorologic conceput pentru a măsura viteza fluxului de aer și, în special, a vântului. Există multe diverse tipuri Anemometrele, însă, cele mai obișnuite constau dintr-o roată de cupă (sau paletă), care este montată pe o axă conectată la mecanismul de măsurare. Când are loc un flux de aer, vântul împinge cupele și le pune în mișcare, datorită căruia acestea încep să se rotească în jurul axei lor. În acest moment, mecanismul de măsurare citește informațiile, analizează și afișează valoarea vitezei vântului.

Anemometrul este utilizat în principal la stațiile meteo. În plus, astfel de dispozitive sunt instalate în întreprinderile echipate cu sisteme de aer condiționat spațiile de producție. Un anemometru este utilizat oriunde este nevoie să se măsoare viteza fluxului de aer.

Pe în acest moment, anemometrele sunt în principal instrumente digitale sau electronice. Pe lângă măsurarea vitezei medii a vântului pe o perioadă, acestea sunt capabile, în funcție de model, să măsoare direcția vântului, debitul volumetric de aer, umiditatea, temperatura (anemometrul fierbinte) și presiunea. Astfel, anemometrul devine o statie meteo portabila.

În funcție de caracteristici de proiectareși principiul de funcționare, există mai multe tipuri de anemometre:

anemometru cupa;

Anemometru cu palete (lamă);

Anemometru termic (anemometru cu ultrasunete).

Există și alte tipuri, mai exotice (pneumoanemometre sau termoanemometre), cu toate acestea, aproape niciodată nu sunt folosite sau sunt folosite în zone înguste în condiții de laborator. De exemplu, există un anemometru, al cărui principiu se bazează pe măsurarea temperaturii unei plăci sau a unui filament subțire expus. Pe această placă sau fir bate vântul, a cărui viteză trebuie măsurată. Cand bate vantul pe farfurie, se raceste. În același timp, cu cât debitul de aer este mai puternic, cu atât placa se răcește mai mult. Aceste. Din temperatura plăcii se poate calcula viteza vântului. Un astfel de anemometru se numește anemometru termic și, deși acest dispozitiv nu este inerțial și foarte precis, are multe dezavantaje sub forma fiabilității și a necesității unei calibrări constante. Anemometrul termic este extrem de rar; este un dispozitiv destul de exotic.

Anemometru cupa

Anemometrul cu ceașcă a fost inventat de John Robinson în 1846. Acesta a fost primul dispozitiv pentru măsurarea vitezei vântului, cu design simplu. Acest anemometru și-a primit numele datorită formei lamelor sale sub formă de emisfere, asemănătoare cupelor.

Anemmetrele cupe pot măsura viteza vântului într-un singur plan, perpendicular pe axa de rotație. Fluxul de aer rotește cupele, iar viteza de rotație a acestora este folosită pentru a calcula viteza vântului.

Anemometru cu palete

Anemometrul cu palete, numit și „anemometru cu lamă”, și dacă numele său (anemometrul cu moara de vânt) este tradus literal în rusă - „anemometrul morii”, a apărut ca urmare a evoluției și dezvoltării anemometrului cupa.

Principala diferență dintre un anemometru cu palete și un anemometru cu cupă este că partea care captează viteza vântului este realizată sub formă de ventilator, și nu sub formă de cupe. Fluxul de aer care lovește ventilatorul rotește paletele, iar viteza vântului este măsurată prin viteza de rotație a acestora.

Un anemometru cu palete poate arăta ca o paletă. Ea, ca o giruetă, își schimbă direcția în funcție de direcția vântului, aliniindu-se de-a lungul ei. Lamele atașate la capătul anemometrului se rotesc cu viteza vântului. În consecință, pe lângă viteza fluxului de aer, un anemometru cu palete poate determina direcția vântului, iar acesta este avantajul său față de un anemometru cu cupă.

Anemometru termic (anemometru cu ultrasunete)

Un anemometru cu fir fierbinte sau un anemometru cu ultrasunete este în esență un dispozitiv acustic. Principiul de funcționare al anemometrelor cu ultrasunete este măsurarea vitezei sunetului, care se modifică în funcție de direcția vântului. Informațiile despre caracteristicile măsurate ale sunetului sunt convertite într-un semnal, datorită căruia se calculează viteza sunetului.

Un anemometru cu ultrasunete, în comparație cu primele două tipuri de anemometre, este mult mai modern și, prin urmare, un astfel de anemometru este cel mai adesea folosit pentru integrarea în sistemele de automatizare. Anemometrul termic este un dispozitiv complet de control și măsurare.

Principiul de funcționare a unui astfel de anemometru este că viteza sunetului se modifică în funcție de direcția în care este măsurat, adică. Se folosește proprietatea dependenței vitezei sunetului de direcția vântului. Un anemometru cu ultrasunete, în primul rând, măsoară viteza sunetului și abia apoi, folosind o unitate digitală electronică, viteza vântului este calculată prin transformări. Totuși, de ce se numește anemometrul cu fir fierbinte „termo”? La fel ca un senzor de temperatură acustic convențional, acest anemometru detectează temperatura vântului.

Cu toate acestea, în ciuda faptului că am combinat într-un singur grup dispozitive care funcționează pe principiul măsurării vitezei sunetului, există încă diferențe în cadrul acestui grup. Există anemometre cu ultrasunete bidimensionale și tridimensionale, precum și anemometre cu fir fierbinte. Un anemometru 2D poate măsura numai viteza și direcția fluxurilor de aer orizontale. Anemometrul tridimensional este capabil să măsoare primar parametrii fizici, cum ar fi timpul de trecere a impulsului, apoi recalculați-le în trei componente ale direcției vântului. Anemometrul cu fir fierbinte, pe lângă trei componente ale direcției vântului, are și capacitatea de a măsura temperatura aerului folosind metoda ultrasonică.