Anemometr: princip činnosti a hlavní typy | Superice vypráví

Anemometry – Jedná se o přístroje určené k určení rychlosti pohybu vzduchu. Jsou nepostradatelnou součástí klimatologického a meteorologického vybavení a našly uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích. Historie jejich vývoje trvá stovky let a sahá až do pravěku. Pojďme se na ně blíže podívat, počínaje okamžikem vynálezu, a zjistit, co je anemometr, jaké jsou jeho oblasti použití, typy a funkčnost .

Doba čtení: 13 minut

Expert – Sergey Pustovoy

Technický poradce, specialista na elektroinstalační, opravárenské a seřizovací práce, kandidát věd

• Kdo vynalezl anemometr?
• K čemu slouží anemometr?
• Jak anemometry fungují a jejich typy?
• Další funkce
• Jak vybrat anemometr?

historie

Od raného stádia svého vývoje lidé potřebovali měřit rychlost a sílu větru. Cíle byly různé: vojenské záležitosti, lodní doprava, meteorologické předpovědi. První pokusy odhadnout vítr však měly k moderním technologiím daleko. Nejprve byly jako senzory síly a směru větru použity přírodní prvky (stromy, tráva), poté primitivní stavby: mlýny, vřetena a vlajky.

V roce 1450 navrhl italský vědec Leonardo da Vinci svou vlastní verzi anemometru, který byl založen na rotaci vodorovného kruhu se stuhami nebo peřím připojeným k němu. Tento design sloužil jako základ pro mnoho následujících vynálezů.

S příchodem vědeckých metrologických metod a technologického pokroku v 1846. století se začaly vyvíjet spolehlivější a přesnější návrhy. Jeden z prvních známých anemometrů vytvořil v roce XNUMX anglický inženýr John Thomas Robinson. K měření rychlosti větru používal systém rotujících pohárků. Postupem času se zařízení pro měření rychlosti a směru větru stala sofistikovanější a účinnější, což pomohlo získat z nich přesnější data měření.

Jmenování

Anemometr je zařízení pro měření rychlosti větru. , stejně jako další charakteristiky proudění vzduchu. Jejich další jméno je – anemometrya rozšířily se v mnoha oblastech, včetně následujících průmyslových odvětví:

1. V meteorologii se používají ke sběru dat o počasí, což pomáhá při předpovědi počasí a sledování klimatických změn.
2. Jsou instalovány na letištích pro sledování bezpečnosti letu a letecké navigace.
3. Na lodích a námořních stanicích slouží k monitorování povětrnostních podmínek, díky čemuž je navigace a ovládání lodí bezpečnější.
4. Ve stavebnictví se používají k hodnocení zatížení větrem na stavebních konstrukcích, jako jsou mrakodrapy, mosty a anténní komplexy a věže.
5. V energetickém sektoru jsou ve větrných elektrárnách nutné určit, jak efektivně je vítr využíván k výrobě elektřiny.
6. V zemědělství pomáhají zemědělcům optimalizovat podmínky zavlažování, kontrolovat postřik hnojiv a chránit plodiny před škůdci.

Druhy a princip činnosti

Existuje několik typů anemometrů, z nichž každý se liší designem, principem registrace a oblastí použití. Existují mechanické, tepelné, laserové, ultrazvukové a akusticko-rezonanční verze.

mechanický

Jsou jedny z nejběžnějších, mají vysokou spolehlivost a také jednoduchý design. Mezi mechanické anemometry patří: miskovitého tvarua okřídlený typy zařízení.

Pohár

Jedná se o klasická zařízení skládající se ze tří nebo čtyř polokoulí, neboli kuželových „hrnků“, upevněných na rotační ose. Je připojen k záznamovému zařízení, které převádí točivý moment hřídele na vnímatelný signál vyjádřený v určitých jednotkách.

Princip činnosti anemometru je založen na posouzení úhlové rychlosti otáčení hřídele, která vzniká prouděním vzduchu vstupujícím do misek přístroje. Intenzita větru a rotace jsou proporcionální, což umožňuje provádět měření s přesností až 3 %.

Mezi nevýhody této konstrukce patří vysoký rozběhový moment, velká setrvačnost a masivnost celé konstrukce. To je však kompenzováno nejvyšší spolehlivostí, životností a schopností měřit vysoké zatížení větrem.

Okřídlený

Neméně oblíbené jsou provedení lopatek nebo oběžného kola. Pracovní část v nich se skládá z několika lopatek, stejně jako ventilátor.

Princip činnosti lopatkového anemometru je podobný jako u hrnkového anemometru. Lopatky jsou vystaveny pohybujícímu se vzduchu – díky svému nakloněnému tvaru nejen vytvářejí určitý odpor, ale při otáčení procházejí vzduchem. Výsledná rotace je přenášena do mechanického nebo elektrického měniče, rozpoznána a indikována na zařízení.

Úpravou tvaru čepele, jejího sklonu a plochy mohou konstruktéři změnit citlivost zařízení.

Tyto modely kombinují kompaktnost, nízký rozběhový moment a vysokou citlivost, což umožňuje měření nerovnoměrného průtoku. Zásadní nevýhodou je nutnost přesně nasměrovat zařízení ve směru proudění vzduchu.

Metody převodu rotace na informaci

Mechanické měniče se používaly poměrně dlouho. Jedním z nejjednodušších řešení bylo použití mechanická počítadlaa ukazatele ukazatelů. S jejich pomocí se zohledňovala rychlost otáček a výstup informací zajišťoval mechanický měnič.

V současné době se pro vizuální znázornění měřeného parametru používají následující: tekuté krystaly nebo elektronické obrazovky. K převodu intenzity rotace lopatek na elektrický signál používají elektrické stroje (generátory)a také – optické nebo magnetické senzory. To umožnilo nejen mnohem zpřesnit měření, ale také provádět výpočty, analýzy a registraci přijatých informací.

Ultrazvukové

Tento typ zařízení používá ultrazvuk (UZ) jako prostředek posuzování směru a rychlosti šíření větru. Fungují na rozdílu rychlosti ultrazvuku v pohybujícím se médiu. Zařízení má sudý počet ultrazvukových senzorů, které nepřetržitě vysílají signály v dopředném a zpětném směru. V závislosti na požadované přesnosti se používají dva nebo tři páry snímačů. Ovladač automaticky zaznamenává všechny rozdíly v intenzitě přenosu ultrazvuku z detektorového komplexu, analyzuje je a vypočítává směr větru.

Ultrazvukové anemometry se vyznačují vysokou přesností měření, spolehlivostí a dlouhou životností. Jediným nedostatkem, který stojí za zmínku, jsou velké rozměry, které neumožňují konstrukci kompaktních autonomních zařízení.

Tepelný

Konstrukce termoanemometrů zahrnuje topné těleso v kombinaci s teplotním čidlem. Ohřev se provádí závity vyrobenými z kovů s kladným teplotním koeficientem odporu – stříbra nebo nichromu, ale častěji jsou vyrobeny z wolframu.

Tento typ tepelného anemometru pracuje tak, že vyhodnocuje tepelné konvekční ztráty topného tělesa chlazeného proudem vzduchu. Rychlost ochlazování přímo závisí na intenzitě větru, jeho hustotě a vlhkosti.

Termoanemometry – jedná se o zařízení s nízkou setrvačností, což umožňuje jejich použití pro hodnocení turbulentního proudění. Vyznačují se však nízkou mechanickou pevností vyhřívané nitě, citlivostí na oxidy na ní vznikající, ale i další nečistoty. Také takové modely nejsou schopny určit směr větru.

Laser

Jedná se o specializovaná zařízení, která používají Dopplerův efekt. Vzhledem k tomu, že vzduchové hmoty jsou pro laserové záření transparentní, je pro efektivní měření nutné přidat další jemně rozptýlené látky s vysokou odrazivostí.

Mezi výhody takových modelů patří schopnost provádět vysoce přesná měření na dálku a také schopnost provádět podrobnou analýzu hustoty proudění a rozložení částic v něm. Mezi nevýhody patří objemnost, vysoká spotřeba energie a nutnost přidání reflexních materiálů.

Další funkce

Anemometry mají kromě základní funkce měření rychlosti větru další funkcionalitu, která rozšiřuje jejich použitelnost a činí je pohodlnějšími pro provádění konkrétních úkolů. Zde jsou některé z dostupných funkcí:

Měření směru větru

Některá zařízení (nazývaná větroměry) měří nejen rychlost, ale i směr proudění vzduchu. To je užitečné, protože pomáhá při kompletní analýze atmosférických podmínek.

Měření dalších parametrů

To zahrnuje měření dalších atmosférických charakteristik: teplota a vlhkost. Posuzování takových parametrů je užitečné v mnoha průmyslových odvětvích, od stavebnictví po zemědělství.

Ukládání dat

Mnoho moderních anemometrů je vybaveno vestavěná paměť pro archivaci výsledků. Mohou ukládat měření provedená v určitých časových intervalech nebo když nastanou určité události, jako je náhlé zvýšení rychlosti. To je vhodné pro následnou analýzu.

Přenos dat do PC

Pokročilé modely mohou přenášet měření provedená po drátech nebo bezdrátově do počítačů nebo chytrých telefonů. To umožňuje operátorům sledovat a analyzovat data v reálném čase i na dálku.

Analýza dat

Některé měřiče větru mohou analyzovat data přímo na místě a poskytovat další parametry o měřeném průtoku: například maximální a minimální rychlost větru, převod mezi různými jednotkami měření, určení směru proudění a další.

Odolnost vůči extrémním podmínkám

V určitých aplikacích, jako jsou větrné turbíny a meteorologické stanice ve vysokých nadmořských výškách, jsou větroměry konstruovány se zvýšenou odolností vůči extrémním povětrnostním podmínkám, jako je mrznoucí déšť nebo silný vítr.

Kompaktnost

Pro autonomní a terénní výzkum se používají kompaktní anemometry, které se snadno přenášejí a používají na těžko dostupných místech.

Uživatelské rozhraní

Přístroje mají často uživatelsky přívětivé rozhraní s displejem z tekutých krystalů, který zobrazuje aktuální data a také umožňuje přizpůsobit parametry zobrazovaných měření a v případě potřeby je převést. Pro obyvatele různých zemí se rychlost vzduchu měří v různých hodnotách. V Rusku a zemích SNS jsou tedy běžné metrické jednotky: km/h, m/s. Amerika, stejně jako řada západoevropských zemí, přitom používá imperiální jednotky: ft/s (stopy za sekundu), MPH (míle za hodinu).

Ochrana proti prachu a vodě

V podmínkách s proměnlivými povětrnostními podmínkami jsou anemometry navrženy se stupněm ochrany proti vlhkosti a prachu v souladu s mezinárodními standardy, jako je IP65.

Volba doplňkových funkcí závisí na konkrétních potřebách a úkolech, které se plánují řešit pomocí anemometru.

Jak vybrat anemometr

Anemometry — jsou důležitými nástroji pro hodnocení parametrů vzduchu a jejich volba může výrazně ovlivnit kvalitu a přesnost měření. Zde jsou klíčové faktory, které je třeba vzít v úvahu při výběru anemometru:

• Účel použití. Prvním krokem je určit, k čemu bude zařízení sloužit. Různá průmyslová odvětví a úkoly vyžadují různé vlastnosti a specifikace. Například pro meteorologické účely je důležitá vysoká přesnost a také schopnost pracovat při nízké rychlosti větru. Průmyslové aplikace, jako je monitorování větrných turbín nebo turbín, vyžadují dlouhodobou spolehlivost.
• Typ anemometrů. Existuje několik různých typů anemometrů a jejich výběr závisí na aktuálních cílech a záměrech. Hrníčkové anemometry se snadno používají a jsou spolehlivé, vhodné pro obecná meteorologická pozorování. Ultrazvukové modely jsou přesné a mohou pracovat v různých větrných podmínkách. Lasery pracují na velké vzdálenosti, což je ideální pro vzdálená měření. Termoanemometry jsou určeny pro vysoce přesná měření a také pro použití ve vědeckém a technickém výzkumu.
• Rozsah měření. Vzhledem k tomu, že různé modely mají různá omezení rozsahu rychlosti, je nutné okamžitě určit očekávaný rozsah pohybu vzdušných hmot, který bude nutné měřit. Ujistěte se, že zvolený anemometr je schopen měřit zatížení větrem a přesně splňuje vaše požadavky.
• Přesnost. Hraje klíčovou roli v mnoha úkolech. Ujistěte se, že je anemometr dostatečně přesný, aby vyhovoval vašim účelům. Je také nutné věnovat pozornost chybovým indikátorům uvedeným ve specifikacích a porovnat je s nezbytnými požadavky.
• Odolnost vůči prostředí. Provozní podmínky se mohou značně lišit v závislosti na oblasti provozu. Pokud potřebujete měřit vítr v drsném prostředí (například na námořní lodi nebo v arktických podmínkách), ujistěte se, že je přístroj schopen těmto podmínkám odolat.
• Spolehlivost a trvanlivost. Dlouhodobá spolehlivost je důležitá zejména při řešení průmyslových a vědeckých problémů. Zhodnoťte pověst výrobce, přečtěte si uživatelské recenze, abyste zjistili spolehlivost modelu.
• Rozpočet. Anemometry se dodávají v širokém rozmezí cen a musíte najít rovnováhu mezi cenou a kvalitou. Pamatujte, že investice do dražšího a spolehlivějšího zařízení vám může v budoucnu ušetřit peníze a vyhnout se nutnosti výměny.

Při výběru anemometru se bere v úvahu účel jeho použití, typ, rozsah měření, přesnost, odolnost vůči okolnímu prostředí, spolehlivost a rozpočet. Správný anemometr vám pomůže získat přesné a spolehlivé měření rychlosti větru, což je důležité pro mnoho úkolů.