Анемометр это прибор для измерения…?

От итальянцев до Роберта Гука

Название прибора анемометр происходит от двух греческих слов «анэмос» (ветер) и «метрео» (измерять). Не случайно анемометр по-другому называют «ветрометр». Принято считать, что прибор был придуман математиком из Италии Леоном Баттистом Альберти приблизительно в 1540 году. Однако с тех пор немалому числу учёных ошибочно приписывали славу изобретателя – например, Роберту Гуку, который действительно не единожды пытался разработать собственные версии анемометра. Впрочем, долгое время прибор практически не менялся. Разве что позже, в 18 веке, ирландец Джон Робинсон слегка усовершенствовал конструкцию ветрометра, а в конце 20 века он приобрёл ряд новых функциональных возможностей – например, способность анализировать направление ветра, измерять показатели атмосферного давления, увлажнённость воздуха, его температуру и расход. Таким образом, сегодня анемометр можно назвать своего рода мобильной метеорологической станцией, и в современном приборостроении существует целый спектр моделей, которые даже включают в себя функции гигрометра, манометра и др.

Изготовление анемометра своими руками

Приложив немного старания и желания, можно смастерить самодельный анемометр в домашних условиях. Для изготовления устройства понадобится старый видеомагнитофон, вернее, его часть называемая блоком вращения головок. Из него надо удалить все лишнее, оставив каркас из металла вращающейся головки с осью, часть с блоком подшипников и шайбу крепящую двигатель. Устройство будет измерять среднюю и сильную скорость ветра.

Проделываем следующее:

Сверлим сверлом по металлу в боку вращающейся части три дыры Ø 4 мм для крепежа чашек, ориентируясь на 3 дыры головки, крепящей внутренние узлы;
Вставляем в дыры болты М4 размером 10 мм. Чтобы обеспечить хороший контакт с лопастями из подручного материала (камера велосипеда) вырезаем шайбы, чтобы чашки не вращались; Берем части видеоголовки, просверливаем в них отверстия и подготавливаем резиновые шайбы
Лопастями послужат кружки из пластмассы со срезанными ручками, на месте которых просверлена дыра Ø 4 мм; В качестве лопастей вполне подойдут самые обычные пластиковые кружки
Крепим чашки к узлу вращения, с помощью шайбы и гайки. Делаем это аккуратно, чтобы не повредить чашки. Проверяем, чтобы наша конструкция легко вращалась. Итак, узел мы собрали. А в роль датчика будет выполнять велокомпьютер; Собираем узел зафиксировав кружки с помощью болтов
Клеим магнит на вращающуюся часть узла. В период крепежа проводим балансировку узла вращения. Она нужна для того, чтобы анемометр не вращал при работе шест, на который он будет позже установлен. Магнит берем из комплектации велокомпьютера;
Сверлим в неподвижной части узла дыру Ø 7 мм, приклеиваем датчик от велокомпьютера, при этом кладем на магнит тонкую картонку и смазываем клеем. С помощью тестера проверяем датчик на срабатывание;
Узлом крепления послужит небольшой кусок уголка, который мы закрепим к неподвижной части с помощью двух длинных болтов;
Подключаем кабель. Удлиняем кабель датчика с помощью компьютерного кабеля. На снимке показан настольный вариант велокомпьютера, он медной проволокой прикручен к системе двигателя видеоголовки. Сверлим отверстия для уголка, дорабатываем его и крепим к конструкции

Анемометры. применение различных видов анемометров

Измерение скорости ветра и воздушных потоков – задача прибора, который называется анемометр. Это название происходит от двух греческих слов: «анемос» – ветер и «метрео» – измерение. Первый анемометр был изобретен в 1667 году английским естествоиспытателем и ученым-энциклопедистом Робертом Гуком.

В зависимости от конструкции, анемометры разделяют на несколько типов.

Самым простым принципом действия обладают чашечные анемометры. Чувствительным элементом в этом типе приборов является вертушка с четырьмя или двумя полыми полушариями (чашечками).

При возникновении ветра давление на внутреннюю поверхность чашечек оказывается больше чем на внешнюю и вследствие этого возникает вращение лопасти. Ось лопасти соединена с измерительным механизмом.

Для определения средней скорости ветра подсчитывается количество оборотов лопасти за произвольный промежуток времени. Мгновенную скорость ветра вычисляет электрический индукционный тахометр, связанный с осью прибора.

Чашечные анемометры применяются в основном для измерения скорости воздушных потоков на открытых местностях (штормовые порывы ветра на море, метеорологические измерения и т. п.) и служат для измерения достаточно больших скоростей ветра (от 1 м/с).

Другой тип анемометра – крыльчатый анемометр – применяется для определения скорости воздуха в трубах, вентиляционных каналах и системах кондиционирования. В крыльчатых анемометрах лопасть заключена в кольцо, которое защищает ее от повреждений.

Лопасть может быть жестко соединена с измерительной частью (в более дешевых вариантах), или иметь контакт с прибором посредством гибкого провода. Это позволяет измерять скорость воздуха в труднодоступных местах. Крыльчатые анемометры более чувствительны, чем чашечные.

Они способны измерять скорость ветра, начиная от 0,1 м/с.

К менее распространенным типам анемометров относятся ультразвуковой анемометр (принцип работы основан на измерении скорости звука между передатчиком и приемником, которая зависит от скорости ветра), тепловой или термоанемометр (измерение перепада температур на измерительной и «вспомогательной» стенках термопары), дифференциальный манометр (преобразование давления воздуха в скорость воздушного потока).

Современные цифровые анемометры оснащены жидкокристаллическим экраном, на который выводится результат.

Скорость ветра для удобства может отображаться в различных единицах измерения (мили/ч, км/ч, футы/мин, м/с, узлы), или по шкале Бофорта – двенадцатибальной шкале, использующейся для приближенной оценки скорости ветра (0 соответствует безветрию, а 12 – урагану).

Некоторые анемометры имеют такую дополнительную функцию как измерение температуры воздушного потока. Более дорогие приборы можно подключать к компьютеру для отображения графиков скорости ветра в режиме реального времени.

При таком разнообразии анемометров иногда бывает сложно определиться с выбором конкретного прибора.

К примеру, для измерения скорости потока непосредственно на вентиляционной решетке лучше всего подойдет крыльчатый анемометр с большим диаметром лопасти (6-10 см). В таком случае размеры лопасти будут сопоставимы с диаметром вентиляционного канала, и потребуется минимальное количество измерений для определения точного результата.

Измерение скорости воздушных потоков в самом воздуховоде можно провести крыльчатым анемометров с малым диаметром крыльчатки (1,6-2,5 см) или тепловым анемометром. Такие приборы используют для измерения небольших скоростей ветра (< 2 м/с).

В этом случае точность измерения будет ниже и потребуется провести больше замеров. Если температура воздушных потоков превышает 80 °С, необходимо использовать крыльчатый анемометр с термостойкими крыльчатками.

С помощью крыльчатых анемометров можно проводить измерения и в засоренных вентиляционных каналах.

Крыльчатые анемометры оказываются очень полезными при измерениях воздушных потоков в офисных помещениях. Большая скорость ветра (> 1 м/с) приводит к появлению сквозняков, что может негативно отразиться на здоровье работников.

Для шахт и рудников применяются специальные рудничные анемометры, которые способны работать во взрывоопасной воздушной среде при высокой запыленности. Они могут переносить повышенную влажность (вплоть до 100%) и значительные перепады температур.

В зависимости от Ваших потребностей Вы всегда можете подобрать для себя наиболее подходящий анемометр, который позволит с легкостью проводить измерения скорости ветра в необходимых для Вас местах.

Вместо эпилога

Проведенным исследованием рынка установлено, что нижний сегмент полностью завоеван товарами азиатского производства, которые при малой цене обладают такой же малой точностью. Достаточно отрадно, что средний ценовой сегмент представлен российскими продуктами, которые по своей результативности не уступают западным зарубежным образцам, при этом имея достаточно адекватную стоимость. В то же время, азиатский производитель отметился в премиум-классе среди сверхточных приборов, а его цена установилась на уровне европейской. Все же, для проведения научных исследований подходят больше модели от западных брендов с качественной электронной начинкой и вариативными тепловыми датчиками.

приложений

Анемометр имеет широкий спектр применения в различных аспектах. Посмотрим, какие из них основные:

Сельское хозяйство: Проверьте условия опрыскивания посевов или сжигания соломы.
Авиация: воздушный шар, планер, дельтаплан, сверхлегкий самолет, парашют, параплан.
Гражданское строительство: безопасность строительства, условия труда, безопасная эксплуатация крана, измерение ветра.
обучение: измерение и экспериментирование воздушного потока, оценка условий на открытом воздухе для занятий спортом в школе, исследования окружающей среды.
Вымирание: Указывает на опасность распространения огня.
Отопление и вентиляция: измерение расхода воздуха, проверка состояния фильтра.
Хобби: модель самолета, модель корабля, запуск воздушного змея.
Промышленность: Измерение расхода воздуха, контроль загрязнения.
Занятия на улице: стрельба из лука, велоспорт, стрельба, рыбалка, гольф, парусный спорт, легкая атлетика, кемпинг, туризм, альпинизм.
Работать за границей: оценка состояния.

Ручные анемометры

По устройству и принципу работы выделяется несколько типов измерителей скорости ветра. Самым первым и известным является ручной анемометр, с помощью которого вычисляется средняя скорость потока воздуха. Данная разновидность состоит из горизонтальной крестовины, на которой закреплены 4 полые чашки. Благодаря этой особенности такой прибор также называют «чашечный анемометр». В таких анемометрах на шкале стрелками указывается скорость ветра, вращающего чашки. Недостаток чашечной модели заключается в достаточно большой погрешности. Интенсивность вращения емкостей в разных модификациях будет сильно отличаться.

В настоящее время все большую популярность начинает обретать цифровой анемометр. В его основе лежит съемный зонд-крыльчатка. Чувствительный элемент реагирует на большинство изменений в движении ветра и позволяет получить средние показатели скорости за разные периоды времени от нескольких секунд до часа. Благодаря хорошей точности данных, такой анемометр часто применяется в области метеорологических исследований в морских и сухопутных условиях. Кроме того, цифровые виды, как правило, имеют небольшие габариты. Портативный анемометр весит не много и его удобно брать с собой. Таким образом, возможности использования прибора значительно расширяются.

Где используется анемометр

Этот прибор используют, прежде всего, на метеостанциях. Они также устанавливаются на предприятиях с системами кондиционирования производственных помещений, в горнодобывающей отрасли, и других видах деятельности, где необходимо замерять скорость воздушного потока.

Во многих представленных моделях анемометров присутствуют такие нужные для современного специалиста функции как автоматический расчет объемного расхода воздуха, усреднение измеренных данных по времени и по точкам измерений, запись в память результатов замеров и их распечатка на месте, а также подключение к персональному компьютеру. Дополнительным измеряемым параметром в некоторых моделях анемометров является температура окружающего воздуха.

Конструкция анемометров

Конструкция аненометров создана таким образом, чтобы пользователь мог удобно получать сведения о скорости воздушных потоков. Для этого приспособление оснащено тремя структурными блоками:

1. Первичным (измеряющим) блоком, посредством которого формируется возмущающее воздействие на ряд физических параметров.

2. Преобразователем. Меняющиеся физические параметры модулируют конкретный вид энергии (механическая, пневматическая, электрическая, электромагнитная и т.д.).

3. Регистрирующим устройством. Сведения могут быть отображены на механическом счетчике оборотов, цифровом индикаторе, дисплее, стрелкой на шкале и т.д.

По принципу действия датчиков для измерения аненометры могут быть представлены:

вращающимися (чашечными, лопастными и спиральными);
нагревательными (термическими);
ультразвуковыми (акустическими);
оптическими (лазерными и допплеровскими);
динамическими или напорными (основанными на трубке Пито);
вихревыми;
поплавковыми приборами.

Принцип работы аненометров

Принцип функционирования аненометров строится на свойстве зависимости скорости звука от направления ветра, при этом, от направления показатель может меняется. Различают несколько типов приспособлений, возможности которых позволяют получать определенный набор сведений:

Двумерные анемометры: рассчитаны на получение показателей скорости и направления, при этом позволяют анализировать только горизонтальные воздушные потоки.
Трехмерные анемометры. В отличие от предыдущего варианта, позволяют получать замеры на первичные физические параметры. После этого они производят перерасчет по трем компонентам для каждого направления ветра.
Термоанемометры – функциональные приспособления, которые могут не только измерить воздушные потоки по 3-м направлениям, но и получения сведения о температуре воздуха посредством ультразвука.

Механические анемометры

В Викитеке есть полный текст «Математических забав» Леона Баттисты Альберти

Описание первого механического анемометра составил около 1450 года Леон Баттиста Альберти в своём труде «Математические забавы» (лат. Ludi rerum mathematicarum), приложив его чертёж. Его действие основывалось на отклонении ветром висящей доски. Похожий анемометр начертил в «Атлантическом кодексе» (лист 675) Леонардо да Винчи тремя десятилетиями позднее Альберти.

Чашечный анемометр

Наиболее распространённый тип анемометра — это чашечный анемометр. Изобретён доктором Джоном Томасом Ромни Робинсоном, работавшим в Арманской обсерватории, в 1846 году. Состоит из четырёх полусферических чашек, симметрично насаженных на крестообразные спицы ротора, вращающегося на вертикальной оси.

Чашечный анемометр с вертикальной осью, расположенный на Скаджит Бэй, штат Вашингтон. Июль—август 2009.

Ветер любого направления вращает ротор со скоростью, пропорциональной скорости ветра.

Робинсон предполагал, что для такого анемометра линейная скорость кругового вращения чашек составляет одну треть от скорости ветра, и не зависит от размера чашек и длины спиц. Проделанные в то время эксперименты это подтверждали. Более поздние измерения показали, что это неверно, т. н. «коэффициент анемометра» (величина обратная отношению линейной скорости к скорости ветра) для простейшей конструкции Робинсона зависит от размеров чашек и длины спиц и лежит в пределах от двух до чуть более трёх.

Трёхчашечный ротор, предложенный канадцем Джоном Паттерсоном в 1926 году, и последующие усовершенствования формы чашек Бревортом и Джойнером в -м году сделали чашечный анемометр линейным в диапазоне до 100 км/ч (27 м/с) с погрешностью около 3 %. Паттерсон обнаружил, что каждая чашка даёт максимальный вращающий момент, будучи повёрнутой на 45° к направлению ветра. Трёхчашечный анемометр отличается бóльшим вращающим моментом и быстрее отрабатывает порывы, чем четырёхчашечный.

Оригинальное усовершенствование чашечной конструкции, предложенное австралийцем Дереком Вестоном (в г.), позволяет с помощью того же ротора определять не только скорость, но и направление ветра. Оно заключается в установке на одну из чашек флажка, из-за которого скорость ротора неравномерна в течение одного оборота (половину оборота флажок движется по ветру, половину оборота — против). Определив круговой сектор относительно метеостанции, в котором скорость увеличивается или уменьшается, определяется направление ветра.

Вращение ротора в простейших анемометрах передаётся на механический счётчик числа оборотов. Скорость подсчитывается по числу оборотов за заданное время, например, минуту, таковы ручные анемометры.

В более совершенных анемометрах ротор связан с тахогенератором, выходной сигнал которого (напряжение) подаётся на вторичный измерительный прибор (вольтметр), или используются тахометры, основанные на иных принципах. Такие анемометры сразу показывают мгновенную скорость ветра, без дополнительных вычислений, и позволяют следить за изменениями скорости ветра в реальном времени.

Самые распространённые модели современности среди чашечных анемометров это МС 13, М 95ЦМ, анемометр АРЭ

Помимо метеорологических измерений, чашечные анемометры применяются и на башенных подъёмных кранах, для сигнализации об опасном превышении скорости ветра.

Крыльчатые анемометры

В таких анемометрах поток воздуха вращает миниатюрное лёгкое ветровое колесо (крыльчатку), ограждённую металлическим кольцом для защиты от механических повреждений. Вращение крыльчатки через систему зубчатых колёс передаётся на стрелки счётного механизма.

Ручные крыльчатые анемометры применяются для измерения скорости направленного воздушного потока в трубопроводах и коробах вентиляционных устройств для вычисления расхода вентиляционного воздуха в вентиляционных отверстиях, воздуховодах жилых и производственных зданий.

Наиболее распространённые анемометры с крыльчаткой-зондом — это Testo 416, анемометр ИСП-МГ4, анемометр АПР-2 и другие.

Советы по использованию прибора

Начинать работу с прибором следует после изучения элементов его управления. Если принцип работы может быть общим, то обозначения в дисплее и особенности предоставления конечной информации могут иметь индивидуальный характер. Пользоваться прибором следует только в условиях, которые допустимы для конкретной модели. Многие изготовители, к примеру, предостерегают от использования аппаратов под прямыми солнечными лучами. Дело в том, что анемометр – это в первую очередь средство измерения, поэтому любое агрессивное воздействие даже на корпус может отразиться на его точности. Это же касается и повышенного содержания пыли в воздушных потоках. После такого использования следует выполнить тщательную чистку лопастей или чаш анемометра.

Смотреть галерею

Точность прибора может понижаться не только из-за грубого нарушения правил эксплуатации, но и в течение продолжительного времени работы. Поэтому для поддержания оптимального уровня достоверности предоставляемых данных производится поверка анемометра, которая состоит из нескольких операций. В домашних условиях, например, ее можно выполнить путем анализа целостности внешних поверхностей, корректности установки рабочих элементов и тестирования функции средства вывода информации.

Основные характеристики

Смотреть галерею

Как и в использовании любого измерительного прибора, оператор анемометра рассчитывает на получение точных данных. Качественные модели из профессиональных линеек характеризуются скромной погрешностью порядка 5%. Что касается измерения температурного режима, то отклонения могут составлять 1-2 °C. По сравнению со специализированными термометрами это достаточно много, но для многоцелевого аппарата – допустимо

Другой важной характеристикой является возможный диапазон величин, которые способен в принципе зафиксировать данный прибор. Вновь следует учитывать, что анемометр – это и аппарат для определения скорости, и в некотором роде термометр, поэтому и шкал будет как минимум две. Спектр измерения скорости обычно составляет коридор от 1 до 30 м/с

Температура же нередко охватывается и с отрицательными значениями – к примеру, от -10 до 60 °С

Спектр измерения скорости обычно составляет коридор от 1 до 30 м/с. Температура же нередко охватывается и с отрицательными значениями – к примеру, от -10 до 60 °С.

Лучшие крыльчатые анемометры

Это самый распространенный тип анемометров, построенный на вращении крыльчатки и расшифровке ее показаний. Кулер начинает движение от малейшего ветерка. Расчет производится по количеству совершенных оборотов оси за заданное временное значение. Зонд и сам прибор могут быть в едином корпусе или в раздельных. Устройство способно замерять температуру в отрицательных значениях и скорость ветра от 0.4 до 45 м/с. Эти аппараты лучшие по соотношению цены и качества.

Testo 410-2

Рейтинг: 4.9

На первом месте анемометр в едином корпусе с крыльчаткой из 6 лопастей. Для управления представлено всего 3 клавиши: включение, старт и выбор режима. Прибор способен измерять скорость движения воздуха в диапазоне 0.4-20 м/с. Погрешность при этом составляет 2%. Еще анемометр вычисляет температуру потока от -10 до +50 градусов. Весит аппарат 110 г, а габариты корпуса составляют 133х46х25 мм, поэтому его не трудно носить с собой в кармане. Владельцам в отзывах нравится время автономности анемометра, составляющее 60 часов, если не пользоваться подсветкой дисплея.

Преимуществом этого анемометра является возможность измерять еще и влажность воздуха. Для этого применяется емкостный сенсор. Диапазон вычисления 0…100% ОВ помогает идентифицировать любые значения. Погрешность при этом составляет 2.5%. Разрешение замера осуществляется с показателем 0.1% ОВ. Благодаря такому функционалу анемометр покажет полную картину движения воздушных масс в здании (скорость, температуру и влажность), что актуально для помещений с высокими требованиями (больницы, гостиницы, бассейны и т. д.). Модель внесена в Госреестр, поэтому сертифицирована для официальной деятельности, экспертиз и заключений.

Достоинства

батареек хватает на 60 ч;
есть подсветка экрана;
измеряет отрицательные температуры до -10º С;
погрешность 2%.

высокая стоимость;
корпус не защищен от воды и пыли (IP10).

МЕГЕОН 11005

Рейтинг: 4.8

На втором месте анемометр, способный фиксировать температуру, скорость и величину воздушного потока. На одном заряде прибор работает около 20 часов. Если в течение 15 минут не происходит никаких действий, то питание автоматически отключается для экономии. Диапазон измерения скорости составляет 0…45 м/с с погрешностью 3%. Температура воздуха измеряется лишь в положительных значениях от +1 до +45 градусов с погрешностью 1º С. На корпусе содержится 13 прорезиненных клавиш для управления, позволяющих настраивать режимы и менять единицы измерений. Пользователям в отзывах нравится, что в анемометре есть возможность подключения USB кабеля, позволяющего соединить аппарат с компьютером и выводить данные на большой экран для дальнейших расчетов.

По нашему мнению анемометр лучший для проверки скорости движения воздушных масс приточно-вытяжной вентиляции, решетки которой расположены на высоте 3 м. Блок с крыльчаткой является выносным и может крепиться на штативе, чтобы подавать к решетке лишь зонд. Это делает процесс быстрым и легким.