Анемометр это научное устройство, которое используется не только для измерения скорости текущего ветра, но и для определения направления движущегося ветра.
Короче говоря, анемометр измеряет скорость ветра. Кроме того, он имеет приложение для измерения давления ветра или любого потока (тока) газа.
Это устройство занимает важное место в области метеорологии, поскольку оно полезно для изучения закономерностей погоды, что в конечном итоге помогает отслеживать и оценивать погодные условия.
Анемометр также является важным инструментом для проведения экспериментов для физиков.
Что такое анемометр
Первый механический «Анемометр» был разработан итальянским математиком и художником Леоном Баттиста Альберти в 1450 году.
С тех пор анемометр был изменен и разработан в различных формах и конструкциях. Слово «Анемометр» имеет греческое происхождение. Слово «анемос» — это греческое слово, которое в основном означает ветер или воздух.
Как сделать анемометр
Простой анемометр можно сделать дома, используя предметы, которые легко найти дома.
Сначала возьмите пять пластиковых или бумажных стаканчиков. Сделайте отверстия во всех четырех чашках посередине сбоку на равном расстоянии от обода. В пятой чашке создайте четыре отверстия по краю обода чашки, и отверстия должны быть перпендикулярны друг другу.
Одна пара отверстий должна находиться на небольшом расстоянии от края, иначе соломинки будут мешать друг другу, если они пройдут. Также необходимо одно отверстие в середине чашки на дне.
Размер отверстия должен быть достаточно большим, чтобы в отверстия можно было вставлять соломинки. Положите соломинку в пятую чашку через нижнее отверстие и в каждые четыре отверстия, которые были сделаны перпендикулярно друг другу у края.
Затем вставьте остальные четыре чашки по отдельности в каждую соломинку, выходящую из обода пятой чашки.
Таким образом, весь набор состоит из пятой чашки посередине с соломинкой, торчащей снизу, и четырех чашек, наклеенных на соломинки, проходящие через отверстия на ободках пятой чашки. Отверстие каждой из четырех чашек должно быть обращено к задней стенке другой чашки.
Теперь анемометр готов. По мере того как будет дуть ветер, четыре чашки начнут вращаться. Чашки вращались бы с большей скоростью, если бы дул сильный ветер.
Следовательно, можно откалибровать вращение чашки в минуту со скоростью ветра. Ветровое стекло может быть прикреплено вертикальной соломинкой, которая будет обозначать направление потока ветра.
Это самый простой вид анемометра, который относится к категории чашечных анемометров.
Типы анемометров
На основе единиц измерения (скорости или давления), на которых они основаны, анемометры в целом можно разделить на два вида, как указано ниже:
- Анемометры Скорости
- Анемометры давления
Кроме того, в зависимости от функции и конструкции, каждая категория, как упоминалось выше, включает в себя различные виды анемометров, которые подробно обсуждаются. Многочисленные виды анемометров скорости следующие:
Чашечный Анемометр (Или Вращательный Анемометр)
Чашечный анемометр это механический анемометр, который является не только одним из самых популярных, но и самым старым и простым анемометром.
Этот анемометр может состоять из двух, трех или четырех полых полусферических чашек, установленных отдельно на разных горизонтальных стержнях (или рычагах), которые в целом установлены на вертикальном стержне.
Два, три и четыре чашечных анемометра были открыты Джоном Паттерсоном и Джоном Томасом Робинсоном соответственно.
Как работает чашечный анемометр
Чтобы понять работу чашечного анемометра, рассмотрим два чашечных анемометра. В этом случае две чашки расположены таким образом, что полые стороны каждой полусферы обращены друг против друга.
То есть полая сторона одной чашки и задняя сторона другой чашки будут обращены к ветру. Функция анемометра чашки зависит от различного коэффициента сопротивления полости и задней стороны полусферы чашек.
Из-за разницы в коэффициенте лобового сопротивления ветер оказывает различную величину сил на полость и заднюю сторону двух чашек, и, следовательно, создается крутящий момент, который приводит к вращению анемометра.
Когда начинает дуть ветер, в зависимости от направления потока чашки начинают вращаться либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. Скорость вращения прямо пропорциональна скорости ветра. Устройство подключено к считываемому цифровому датчику.
Этот цифровой считыватель вычисляет количество оборотов чашек в минуту и впоследствии определяет скорость текущего ветра. Поскольку этот инструмент зависит от вращения чашек из-за ветра, следовательно, он также известен как вращательный анемометр.
Полые полусферические стаканчики изготовлены из хорошего качества и способны выдерживать суровую погоду.
Поэтому чашечный анемометр отлично работает в течение длительного времени в плохую погоду. С другой стороны, единственным недостатком этого устройства является то, что оно подвержено воздействию обледенения.
Лопастной анемометр (Или Ветряной или пропеллерный анемометр)
Лопастной анемометр также относится к группе механических анемометров, и принцип работы очень похож на чашечный анемометр.
Однако, в отличие от чашечного анемометра, ось вращения стержня в лопастном анемометре горизонтальна, что параллельно потоку ветра. Следовательно, стержень вращается горизонтально.
Горизонтальный стержень состоит из пропеллера и хвоста, прикрепленных на обоих концах. Поэтому при движении ветра стержень вращается горизонтально и изменяется соответственно изменению направления потока ветра или воздуха.
Это также широко известно как ветряная мельница или анемометр пропеллера. Чем выше скорость поток ветра, тем выше будет скорость вращения пропеллера, прикрепленного на конце горизонтального стержня анемометра. Этот анемометр выдерживает сильный поток ветра.
Анемометр с горячей проволокой
Анемометр с горячей проволокой работает по уникальному принципу. Он определяет скорость ветра, измеряя разницу в температуре провода при ветре и в отсутствие воздуха.
Это устройство состоит из чрезвычайно тонкой проволоки длиной в несколько порядков микрометров. Этот провод должен нагреваться электрическим способом. Провод должен быть достаточно горячим, чтобы температура провода была выше температуры окружающей среды.
Провод теряет тепловую энергию и остывает, когда ветер проходит по горячему проводу. Следовательно, температура проволоки падает при постоянном потоке воздуха или ветра.
Кроме того, известно, что сопротивление электрического провода изменяется с изменением температуры. Следовательно, ток должен протекать для поддержания определенного сопротивления в проводе.
Можно установить связь между потоком ветра и требуемым током (который в основном представляет собой изменение сопротивления). В конечном счете, эта зависимость в основном определяет скорость ветра с потерей тепловой энергии.
Следуя закону Ома, для поддержания постоянной переменной, такой как напряжение, ток или температура, этот прибор создает результирующее выходное напряжение за счет формирования внутренней цепи.
Анемометр с горячей проволокой можно далее разделить на подгруппы:
- Анемометр Постоянного тока
- Анемометр Постоянного Напряжения
- Анемометр постоянной Температуры
Анемометры с горячей проволокой имеют ряд преимуществ по сравнению с другими анемометрами.
Анемометры с горячей проволокой обладают чрезвычайно высокой чувствительностью.
Отсутствие вращающейся части в устройстве делает его долговечным устройством.
Лазерный доплеровский анемометр
В этом устройстве один из лучей лазерного света, направленный на лазерный доплеровский анемометр, пропускается через лазерный доплеровский анемометр.
На выходе лазерного луча вместе с воздухом текут молекулы воздуха. Следовательно, луч отражается от частиц обратно к детектору. Отраженный луч измеряется относительно исходного луча.
Доплеровский сдвиг наблюдается, когда лазерный луч взаимодействует с быстро движущимися частицами. Этот сдвиг используется для измерения скорости частиц и в дальнейшем для расчета скорости ветра.
Ультразвуковой (или звуковой) анемометр
Ультразвуковые волны впервые были использованы для определения скорости ветра в 1950 году. В этом анемометре измеряется время прохождения ультразвуковых волн от преобразователей назад и вперед.
Сигналы от различных пар преобразователей объединяются для формирования одномерной, двумерной или трехмерной картины потока скорости ветра.
Кроме того, ультразвуковой анемометр имеет пространственное и временное разрешение 10-20 см и 20 Гц соответственно, что делает устройство пригодным для измерения турбулентности.
Ультразвуковой анемометр отличается высокой стабильностью и устойчивостью к плохим погодным условиям, в отличие от чашечных анемометров, производительность которых ухудшается из-за того, что ветер состоит из песка или соли.
А также это не зависит от эффекта обледенения. Однако в потоке ветра возникают препятствия из-за конструкций, удерживающих преобразователи, и, следовательно, требуются дополнительные усилия для обработки сигнала. Еще одним недостатком является то, что это очень дорого и, следовательно, редко используется.
Акустический анемометр
Это один из видов ультразвукового анемометра. В этом инструменте имеется полость, состоящая из многочисленных ультразвуковых преобразователей.
Эти преобразователи помогают создавать определенную стоячую волну в полости. Когда ветер проходит через него, в стоячей волне происходит фазовый сдвиг.
Данные о сдвиге фазы собираются с помощью датчиков, а затем обрабатываются математически для определения скорости и направления ветра.
Анемометр для пинг-понга
Это устройство состоит из шарика для пинг-понга, который прикреплен к тонкой струне. По мере того как ветер дует, струна шарика, будучи облегченной, смещается горизонтально от исходного положения.
Скорость ветра рассчитывается путем нахождения угла между смещенным шаром и вертикалью.
Анемометры давления
Анемометры давления измеряют давление проходящего ветра. Ниже приведены типы анемометров давления:
Пластинчатый анемометр
Как следует из названия, эти анемометры состоят из плоских пластин круглой или квадратной формы. Эти пластины подвешены сверху, которая удерживается по отношению к ветру ветровым стеклом.
Пластина отклоняется из-за потока ветра и, следовательно, оказывает давление на поверхность пластины. Оказываемое давление уравновешивается пружиной.
Сжатие пружины из — за силы, приложенной ветром к пластине, считывается датчиком, который в конечном итоге определяет давление ветра. Этот инструмент не подходит для легкого ветра.
Трубчатый анемометр
Это устройство состоит из U-образной трубки с жидкостным манометром. Один конец U-образной трубки изогнут горизонтально и обращен к потоку ветра, в то время как другой конец направлен прямо в вертикальном направлении и параллелен потоку ветра.
Когда ветер дует с одного конца, он увеличивает давление в монометре на другом конце.
Следовательно, поток ветра приводит к градиенту давления на двух концах монометра, что в конечном итоге приводит к изменению высоты жидкости. Поэтому разница калибруется для расчета давления ветра.
Статический анемометр пилотной трубки
В этом устройстве используются две различные трубки, известные как Пилотная, и статические трубки. Пилотная трубка измеряет динамическое давление ветра, в то время как статическое давление измеряется статической трубкой.
Позже уравнение Бернулли используется для определения скорости ветра. Статический анемометр с контрольной трубкой отлично работает даже при сильном ветре.
Более того, это устройство демонстрирует быструю реакцию. Хотя это неэффективно в случае колебаний ветра.
Использование анемометра
Анемометры используются для определения погодных условий, скорости ветра и давления ветра.
Профессионалы, изучающие окружающую среду и погоду для исследований, могут использовать анемометр.
Анемометры могут быть использованы в следующих случаях:
На метеостанции: Сообщать о погодных условиях для широкой публики.
В аэропортах: Важно знать погоду до того, как рейс взлетит или приземлится.
На кораблях или Парусниках: Анемометр играет важную роль в паруснике для отслеживания направлений и погоды.
Анемометр может использоваться для определения расхода воздуха в аэродинамических трубах или газовых камерах.
Люди, живущие в неосвоенных районах, могут сделать свои собственные анемометры и использовать их для определения погоды.
Виндсерферы также используют анемометры, чтобы узнать погоду, которая в конечном итоге влияет на волны в океане.
Что мы узнали о Анемометре?
Что такое анемометры?
Устройство получило название от греческих слов «анемос матрео», дословный перевод которых обозначает «измерение ветра» Прибор изобретен известным ученым Робертом Гуком в 1667 году.
Анемометры применяют метеорологи для определения скорости порывов ветра, такое оборудование устанавливается в аэропортах и на аэродромах.
Что такое интегрированные анемометры?
Интегрированные анемометры устанавливаются в приборную панель башенных кранов, чтобы предупреждать машиниста о порывах ветра, что опасно для нагруженной подъемной стрелы.
Таким оборудованием пользуются аграрии во время опрыскивания полей. Вращающиеся. Термические. Акустические. Лазерные.
Какие бывают ультразвуковые анемометры?
Различают двухмерные и трехмерные ультразвуковые анемометры, а также термоанемометры. Двумерный анемометр может измерять скорость и направление только горизонтальных потоков воздуха.
Как применяют анемометры для определения скорости ветра?
Анемометры применяют метеорологи для определения скорости порывов ветра, такое оборудование устанавливается в аэропортах и на аэродромах.
Им проверяют эффективность работы вентиляционного оборудования и различных промышленных установок.
Где можно купить анемометр?
Анемометры можно купить в специализированных магазинах, а также в интернет магазинах на которых продаються приборы для измерения.