Прибор для измерения скорости ветра (анемометр): виды, инструкции. Анемометр крыльчатый

Для чего используется прибор

На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:

• На станциях метеорологии, которые работают с целью наблюдения за погодой.

• В аэропортах. Ими пользуется служба безопасности полетов.

• Для определения тяги в системах вентиляции в отраслях добычи горных пород и угля.

• В строительстве анемометры используются для обеспечения безопасности: прибор закрепляют на верхней части стрелы крана. При достижении скорости ветра выше заданного параметра работы проводить запрещается.

• В сельском хозяйстве данный прибор используется при проведении обработки посевов средствами химической защиты и удобрениями.

Это список основных направлений, где используется прибор для измерения скорости. Отдельные виды могут измерять дополнительно направление ветра в различных плоскостях, температуру воздуха. Единицы измерения скорости ветра – метры в секунду – используются в приборах всех видов.

Назначение инструмента

Анемометр — это прибор для измерения скорости ветра, в переводе с древнегреческого, — «ветромер»

. Но греки здесь ни при чём, поскольку прибор был изобретён ирландским астрономом Джоном Робинсоном в середине XIX столетия. Цель изобретения состояла в определении силы, или выражаясь по-научному — скорости ветра. Сегодня он применяется в различных отраслях хозяйства:

• На метеорологических станциях, ведущих наблюдение за погодой, результаты которых выливаются иногда в штормовые предупреждения.
• В аэродромных службах обеспечения безопасности полётов.
• При эксплуатации вентиляционных систем и станций кондиционирования промышленных объектов, тоннелей метро.
• Для контроля вентиляции проходческих штреков, используемых в горных и угледобывающих отраслях.
• В строительной сфере. Вертушка, установленная на башенном кране, в случае превышения допустимой ветровой нагрузки предупреждает машиниста об опасности с помощью светозвукового сигнала.
• Работники аграрной отрасли применяют анемометр во время проведения опыления посевов удобрениями и средствами химической защиты растений.
• Используется в некоторых видах спорта, связанных с использованием силы ветра: парапланеризм, парусные регаты, гонки на буерах и так далее.

Устройство и принцип работы

Анемометр позволяет провести измерение скорости и направление ветра. Он улавливает скорость воздушного потока, после чего обрабатывает полученную информацию и передает на регистрирующее устройство.

Основными узлами конструкции являются всего три блока:

• Блок, непосредственно измеряющий скорость воздушного покоя. Если говорить точнее, то прибор улавливает возмущение воздушных масс, которое образуется в результате движения потока воздуха.

• Преобразователь, который служит для преобразования воздушных возмещений в физический параметр.

• Регистрирующее устройство, которое принимает сигнал от преобразователя.

Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.

Как образуется ветер?

Основная причина образования ветра – неравномерное распределение атмосферного давления. Солнечные лучи, достигая поверхности Земли, нагревают океан и сушу. При этом температура в разных уголках нашей планеты возрастает неравномерно.

Образование ветра

Например, сильнее всего нагревается зона экватора и соответствующие пояса. Температура океанических вод повышается менее интенсивно, чем температура суши, однако водные массивы дольше удерживают тепло.

Таким образом, воздушные массы тоже нагреваются неравномерно. Образуются зоны с разным давлением, вследствие чего происходит воздушная циркуляция. Так, нагретые потоки (восходящие) из зоны низкого давления устремляются вверх. Тем временем, остывший воздух (нисходящие потоки) опускается вниз и устремляется в область низкого давления.

Атмосфера Земли не останавливается ни на секунду. Процесс воздушной циркуляции носит глобальный характер. Когда массивные потоки теплого и холодного воздуха сталкиваются, возникают различные по интенсивности ветры.

Разнообразие моделей

В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:

• Механический. За счет движения воздуха в них происходит вращение отдельных элементов. В данную категорию относится анемометр чашечный и крыльчатый (или лопастной). Они отличаются между собой конструкцией элемента, который воспринимает потоки воздуха.

• Нагревательные (или тепловые). В их конструкцию входит нагревательный элемент (обычно это простая накаливаемая проволока). Под воздействием движущихся воздушных масс данный элемент остывает. Прибор определяет степень снижения температуры.

• Ультразвуковые, которые измеряют скорость движения звука. Звук, проходя сквозь движущийся газ, обладает различной скоростью. Если он движется навстречу ветру, то его скорость будет ниже. И наоборот, при движении в одну сторону с ветром, его скорость будет выше, чем в неподвижном воздухе.

Значение в природе

Ветер является важнейшим природным фактором, который воздействует на составляющие природы: климатические условия, геологические процессы, растения, животные и др.

Ветровая эрозия почвы

Основные последствия влияния ветров:

1. Возникновение сильных океанических течений, которые определяют климат прилегающих зон.
2. Эрозия почвы из-за выдувания мелких частиц.
3. Образование новых форм рельефа. Например, перенос и откладывание песка ветром приводит к появлению песчаных дюн.
4. Перенос пыли из пустынь и загрязнение воздуха. Например, летом дуют пассаты в Северном полушарии. При этом они постепенно приближаются к областям субтропических пустынь. В результате пыль из Сахары на протяжении сезона достигает южно-восточной части Северной Америки.
5. Распространение пожаров. Ветер – один из основных факторов, который влияет на быстрое распространение пожаров, в особенности лесных.
6. Влияние на растения. Воздушные потоки распространяют семена некоторых растений, ограничивают рост деревьев, а также могут наносить механические повреждения переносимыми твердыми частицами.
7. Влияние на животных. Ветер усиливает холод в совокупности с низкими температурами – это основной аспект его влияния на животный мир. К влиянию ветра вынуждены приспосабливаться, например, пингвины, птицы, насекомые. Некоторым видам движение воздушных масс приносит пользу – олени распознают издали хищников за счет острого обоняния.

Классификация

Прибор для измерения скорости ветра в своей структуре имеет датчик, который контактирует непосредственно с воздушным потоком. В зависимости от вида данного датчика выделяют следующие типы анемометров:

• Вращающиеся, в которых отдельные элементы конструкции начинают вращаться под воздействием скорости ветра.

• Ультразвуковые, которые по-другому называют акустическими.

• Нагревательные, их еще называют термическими.

• Оптические, которые в свою очередь делятся на лазерные и допплеровские.

• Динамические, чей принцип работы основан на базе трубки Пито-Прандтля.

• Поплавковые.

• Вихревые.

Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.

Флюгер

Длинный гвоздь — деревянный шест — деревянные бусинки — фанера — молоток — линейка — сапожный нож — клей для дерева — компас

1. Вырежи из фанеры детали, изображенные на чертеже внизу. Ширина прорезей должна быть равна толщине фанеры.

2. Собери флюгер, как показано на рисунке. Детали скрепи между собой клеем.

3. Уравновесь флюгер на шляпке гвоздя, чтобы найти его центр. Вбей в этом месте гвоздь, нанизав на него по бусине по обе стороны от флюгера, как показано на рисунке. Флюгер нужно укрепить на шесте так, чтобы он мог свободно вращаться.

4. С помощью флюгера определи направление ветра. Его нос указывает направление, откуда дует ветер. Ветер с юга называется южным ветром.

Анемометр крыльчатый

Данный прибор способен определить скорость движения воздуха, которая находится в интервале от 0,5 до 45 м/с. Кроме того, данное устройство позволяет измерять температуру, которая находится в пределах от минус 50 до плюс 100 градусов.

Конструкция анемометра такова, что ветер воспринимается лопастной крыльчаткой. Это небольшое легкое колесико, которое от механических воздействий защищается металлическим кольцом. Принцип его работы напоминает вентилятор или мельницу. Под действием ветра крыльчатка начинает вращаться. По системе зубчатых колес ее вращение передается на стрелки счетного механизма.

Анемометр ручной устроен так, что счетный механизм расположен рядом с крыльчаткой. За счет этого создается преграда для ветра, тем самым рабочий диапазон ограничивается. Подобные приборы могут измерять скорость ветра, которая не превышает 5 м/с. Данные устройства подходят для измерения потока воздуха в вентиляционных шахтах, трубопроводах, воздуховодах и так далее.

Анемометр крыльчатый цифровой устроен таким образом, что датчик встроен внутрь прибора или является выносным. Благодаря такой конструкции никакой преграды для ветра нет. Поэтому прибор измеряет поток, скорость которого может достигать 45 м/с.

Лопастные

В этом приборе воздействие ветра воспринимается лопастной крыльчаткой. Принцип действия его аналогичен чашечному устройству. В связи с тем, что ось вращения крыльчатки параллельна воздушному потоку, механический счётчик ручного инструмента расположен в непосредственной близости от лопастей (сзади). Поэтому он является некоторой преградой на пути ветра, что ограничивает рабочий диапазон. Ручным лопастным анемометром можно измерять среднюю скорость ветра, не превышающую 5 м/с.

Цифровой лопастной анемометр не имеет механического счётчика оборотов, препятствующего движению воздуха, поэтому скорость потока, измеряемого девайсом, достигает 45 м/с. При этом лопастной датчик может быть встроенного или выносного исполнения. Допускается измерять среднюю, максимальную и минимальную скорость.

Приборы чашечного типа

Анемометр чашечный способен производить измерения только в плоскости, которая расположена перпендикулярно оси вращения. Конструкция прибора представляет собой 4 чашки в форме полусфер, которые одеты на симметричные крестообразные спицы ротора.

Появились первые варианты данного устройства еще в 1846 году. Их создателем является Джон Робинсон. Название он получил благодаря внешнему сходству лопастей с чашкой. Доктор предполагал, что на вращение чашек не оказывают влияние их размер. По его мнению, скорость вращения чашек в три раза меньше, нежели скорость движения ветра. Позднее эту теорию опровергли. Было доказано, что прибор обладает коэффициентом, который находится в пределах от 2 до 3,5.

В 1926 году Джон Паттерсон предложил ротор с тремя чашками. Им было замечено, что максимальный вращающий момент чашек достигается при их повороте на угол 45 градусов в отношении движения ветра.

В начале девяностых прошлого века Дерек Вестон усовершенствовал чашечный прибор для измерения скорости ветра. Его доработки позволили измерить дополнительно направление движения ветра. Достиг он этого простым способом – на одну из чашек установил флажок. При вращении флажок пол оборота движется по ветру, а вторую – против.

Чашечные ручные приборы подсчитывают количество оборотов, совершенных за отведенный промежуток времени. В улучшенных анемометрах ротор связывается с тахометрами различных видов. Данные приборы способны показать мгновенно скорость ветра и его изменение в реальном времени. Интервал измерения – от 0,2 до 30 м/с.

Таблица для определения скорости ветра по внешним признакам

К метеорологическим устройствам относится прибор для измерения скорости ветра, который называется анемометр. В переводе с древнегреческого определение буквально означает «ветромер». Несмотря на название, прибор был изобретен лишь в 19 веке. Его изобрел астроном из Ирландии Джон Робинсон для определения скорости ветра.

Тепловые приборы

Принцип работы подобных анемометров заключается в определении электрического сопротивления проволоки. Данное значение изменяется в зависимости от температуры, которая снижается за счет движущегося потока воздуха. Это подобно тому, как в солнечный жаркий день ветерок холодит кожу.

Конструкция анемометра представляет собой металлическую нить накаливания (из платины, нихрома, серебра, вольфрама и других металлов), которая разогревается электрическим током до температуры, превышающей температуру окружающей среды.

У приборов данного типа имеется один существенный недостаток – низкая прочность при механических воздействиях.

Выбор метеостанции

У природы нет плохой погоды, как известно. Есть не соответствующая погоде одежда. И каждое утро перед выходом из дома мы определяем, как одеться на сегодня.

Кто-то для этого напряженно вглядывается в окно, пытаясь разглядеть надвигающиеся тучи и одновременно температуру оконного термометра, кто-то заглядывает в интернет на любимый метеосайт, кто-то по старинке слушает по радио или телевизору прогнозы синоптиков. И часто эти действия не спасают от того, что глобальное похолодание внезапно сменяется глобальным потеплением, вопреки прогнозам (мы-то знаем, что синоптики ошибаются только один раз, зато каждый день). Или обещанное на ближайшую неделю отсутствие осадков заливается рекордным по силе дождем, в очередной раз подмочив репутацию метеослужб. А страдаем от этого мы – опять оказавшись под дождем без зонта, или под снегом в легких туфлях…

Прогнозирование погоды – на день, неделю, год – занимало умы людей с древности. Но только в 16-17 веках, с изобретением барометра и термометра, начали фиксироваться инструментальные наблюдения. Ученые установили явную связь между колебаниями «высоты» барометра и изменениями погоды, и это положило начало синоптическим прогнозам.

Было замечено, что ветер всегда дует из области повышенного в область пониженного давления, образуя воздушный вихрь с ветрами, движущимися к центру, против часовой стрелки – это явление назвали циклоном. В центральной части циклона воздух поднимается вверх, расширяется, охлаждается и конденсируется в пар – так образуются облака. Поэтому в районе прохождения циклона преобладает облачная, ненастная погода: летом прохладная с дождями, зимой теплая со снегом.

Но все не так уж просто — по одним только колебаниям давления можно лишь судить, что погода изменится. Чтобы спрогнозировать погоду, приходится учитывать несколько параметров: изменение атмосферного давления и температуры воздуха, время года, ветер и облачность. И как раз в этом вам поможет метеостанция.

Метеостанции бывают двух видов — аналоговые и цифровые. Этот обзор посвящен второму типу — умным маленьким гаджетам, которые пришли на смену обширному арсеналу приборов контроля: термометру, барометру, гигрометру, анемометру. Теперь все эти функции выполняет одно устройство. К тому же, кроме отображения текущих показаний, они запоминают показания за заданный период, и на основании дополнительных измерений строят прогноз на погодные изменения. А благодаря компактным размерам, с легкостью разместятся в удобном для вас месте: на прикроватном столике, рабочем столе или на стене.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ МЕТЕОСТАНЦИЙ

Производители предлагают множество моделей метеостанций, различных по функционалу. Одни устройства лишь измеряют температуру и влажность в помещении (термодатчики), другие не только зафиксируют микроклимат квартиры или офиса, но и покажут полную информацию о том, какая погода ожидает на улице. Анализируя полученные измерения, метеостанция формирует прогноз возможного изменения погоды, поэтому важно, чтобы как можно больше величин фиксировалось.

Результаты измерений климатических величин метеостанция получает от датчиков, число которых доходит до 5. Датчики бывают как встроенными в корпус метеостанции, так и выносными. Выносные датчики разделяются на:

• беспроводные – выполнены в виде отдельного устройства в корпусе, работают на батарейках либо аккумуляторах. Радиус работы несколько десятков метров;

• проводные – выполнены в виде термозонда, соединенного проводом с корпусом метеостанции. Длина провода около метра.

Беспроводные датчики удобнее в использовании, так как работают на большее расстояние, чем проводные. Разместить беспроводной датчик в нужном месте не составит труда (оборудуется специальными пазами для крепления), а корпус защитит его от внешних воздействий.

Работающие с 3-5 беспроводными датчиками метеостанции подойдут тем, кому важен контроль микроклимата нескольких мест, кроме дома и улицы – к примеру, теплицы, погреба или гаража. С таким устройством неожиданные понижения температуры не пройдут незамеченными. При покупке девайса обратите внимание — чаще всего, в комплектацию метеостанции входит 1-2 датчика, остальные, по мере надобности, приобретаются отдельно.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ОПЦИИ

Помимо измерений климатических показателей, метеостанции часто оснащаются органайзером, отображающим дополнительную информацию: индикацию погоды, фазы луны, календарь, часы, будильник. Благодаря этим опциям получается многофункциональное устройство, которое разбудит, напомнит, какой день недели и число сегодня и сообщит погоду. А если учесть, что есть экземпляры со встроенным радио, то можно смело сказать, что метеостанция с лихвой заменяет половину привычных настольных приборов.

Вывод информации на экран бывает в нескольких вариантах: в виде цифр и символов (режим погоды показывается картинкой: солнце, тучка, капли дождя, снежинка). Наиболее удобный вариант – если устройство поддерживает ручную настройку, и можно выбрать нужный вид.

Некоторые модели оснащены световой или звуковой индикацией. Это функция поможет не пропустить момент изменения важного параметра. Стоит ее запрограммировать, и вы будете оповещены о скачках давления, перемене влажности, изменении температуры.

Подсветка поможет разглядеть знаки на экране.

При выборе устройства, обратите внимание на тип питания:

• Батарейки либо аккумуляторы. Такой тип питания освободит от лишних проводов и сделает устройство независимым от капризов электриков (отключение света не оставит его без питания);
• От электросети. При этом типе питания не требуется помнить о замене батареек, но устройство придется разместить вблизи от розетки (что влияет на мобильность).

Интересной функцией оборудованы некоторые модели метеостанций – проектором изображения. Включив проектор, вы спроецируете информацию на любую поверхность, куда направите луч. При желании, можно вечером перед сном направить луч проектора в стену или в потолок. Тогда если вы проснетесь ночью, не понадобится вглядываться в экран прибора, рассматривая, сколько времени еще осталось поспать – достаточно бросить взгляд в нужном направлении.

Не менее интересны модели, обходящиеся фактически без экрана – информация о погоде отображается на самом корпусе:

У наиболее современных метеостанций есть интерфейс USB (для подключения к компьютеру и анализа измерений) и возможность подключения к интернету – для передачи информации на смартфон или электронную почту.

ЦЕНА ВОПРОСА

Условно по стоимости метеостанции делятся на:

• модели недорогого ценового сегмента, до 2500 рублей. Такие приборы в основном ориентированы на использование для контроля за температурой и влажностью, функциональные особенности не очень широки: органайзер почти всех моделей включает только часы, будильник, календарь. Максимальное количество подсоединяемых датчиков – до 3.
• модели среднего ценового сегмента, от 2500 до 10000 рублей. Почти все устройства этой категории можно назвать персональными метеоцентрами, которые помимо фиксации температуры и влажности измеряют давление, и помогают спрогнозировать погоду. Функционал различен, но о большинстве устройств можно сказать, что: органайзер включает все возможные функции, вывод информации программируется, максимально подсоединяемое количество датчиков – до 5. Данные об измерениях запоминаются и могут выводиться как в цифровом, так и в графическом виде. Некоторые модели могут фиксировать силу и скорость ветра. Есть модели с интересными дизайнерскими решениями и встроенным проектором.
• модели дорогого ценового сегмента, от 10000 рублей. Устройства этого сегмента отличаются не столько количеством функций, сколько качеством измерений, главная особенность – высокая точность.

Технологии давно и прочно вошли в наш мир, так почему бы не попробовать воспользоваться еще одним умным гаджетом? Тем более он и вправду полезен и найдет применение в повседневной жизни.

Ультразвуковые анемометры

Принцип работы данных приборов основан на определении скорости прохождения звука в движущемся воздушном потоке. Именно поэтому данный анемометр еще называют акустическим. При движении звука в одном направлении с воздухом его скорость увеличивается. При движении навстречу ветру скорость звука уменьшается. Благодаря этому измеряется время получения ультразвукового импульса. Устройство подключается к компьютеру для обработки полученных данных.

Датчик может выполнять несколько функций. В зависимости от их количества, можно выделить несколько видов датчиков:

• Двухмерные, которые способны определить скорость и направление ветра.

• Трехмерные, которые определяют все три компонента вектора скорости ветра.

• Четырехмерные, которые в дополнение к показателям предыдущего вида могут измерять температуру воздуха.

Ультразвуковые приборы измеряют скорость ветра до 60 м/с.

Таблица для определения скорости ветра с помощью флюгера Вильда.