Anemometru

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 22 februarie 2021; verificările necesită 2 modificări .

Anemometru , windmetru [1] [2] (din altă greacă ἄνεμος  - vânt și μετρέω  - măsoară) - un dispozitiv pentru măsurarea vitezei de mișcare a gazelor, a aerului în sisteme, de exemplu, ventilație. În meteorologie , este folosit pentru a măsura viteza vântului .

Conform principiului de funcționare, se disting anemometrele mecanice, în care mișcarea gazului rotește roata cupei sau rotorul (similar cu o elice ), anemometrele termice, al căror principiu se bazează pe măsurarea scăderii temperaturii unui corp încălzit. , de obicei un fir incandescent, de la mișcarea gazului, anemometrele cu ultrasunete se bazează pe măsurarea vitezei sunetului într-un gaz în funcție de mișcarea acestuia, deci, spre vânt, viteza sunetului este mai mică decât în ​​aerul nemișcat, de-a lungul vântului , dimpotrivă, este mai mare.

Anemometre mecanice

Descrierea primului anemometru mecanic a fost făcută în jurul anului 1450 de Leon Battista Alberti în lucrarea sa „Mathematical Fun” ( lat.  Ludi rerum mathematicarum ), anexând desenul său [3] . Acțiunea sa s-a bazat pe devierea unei scânduri suspendate de către vânt. Un anemometru similar a fost desenat în Codexul Atlantic (foaia 675) de Leonardo da Vinci trei decenii mai târziu Alberti [4] [5] :53 .

Anemometru cupa

Cel mai comun tip de anemometru este anemometrul cupa. Inventat de Dr. John Thomas Romney Robinson , care a lucrat la Observatorul Arman , în 1846. Este format din patru cupe semisferice , montate simetric pe spițele cruciforme ale unui rotor care se rotește pe o axă verticală.

Vântul din orice direcție rotește rotorul cu o viteză proporțională cu viteza vântului.

Robinson a presupus că pentru un astfel de anemometru viteza liniară a rotației circulare a cupelor este o treime din viteza vântului și nu depinde de dimensiunea cupelor și de lungimea spițelor. Experimentele efectuate la acea vreme au confirmat acest lucru. Măsurătorile ulterioare au arătat că acest lucru nu este adevărat, așa-numitul. „Factorul anemometrului” (reversul raportului dintre viteza liniară și viteza vântului) pentru cel mai simplu design Robinson depinde de dimensiunile cupei și lungimile spițelor și variază de la două la puțin peste trei.

Rotorul cu trei cupe, propus de canadianul John Patterson în 1926 și îmbunătățirile ulterioare ale formei cupei de către Breworth și Joyner în 1935 , au făcut anemometrul cupei liniar pe o gamă de până la 100 km/h (27 m/s) cu o eroare. de aproximativ 3%. Patterson a descoperit că fiecare cupă oferă un cuplu maxim atunci când este rotită cu 45° față de direcția vântului. Anemometrul cu 3 cani are un cuplu mai mare și absoarbe rafale mai repede decât anemometrul cu 4 cești.

Îmbunătățirea originală a designului cupei, propusă de australianul Derek Weston (în 1991 ), permite utilizarea aceluiași rotor pentru a determina nu numai viteza, ci și direcția vântului. Constă în instalarea unui steag pe una dintre cupe, din cauza căruia viteza rotorului este neuniformă în timpul unei rotații (drapelul se mișcă o jumătate de tură în vânt, o jumătate de tură împotrivă). Prin determinarea sectorului circular în raport cu stația meteo, în care viteza crește sau scade, se determină direcția vântului.

Rotația rotorului în cele mai simple anemometre este transmisă unui contor mecanic de viteză. Viteza este calculată prin numărul de rotații pentru un timp dat, de exemplu, un minut, cum sunt anemometrele portabile [5] .

În anemometrele mai avansate, rotorul este conectat la un tahogenerator , al cărui semnal de ieșire (tensiune) este alimentat la un dispozitiv de măsurare secundar ( voltmetru ) sau sunt utilizate tahometre bazate pe alte principii. Astfel de anemometre arată imediat viteza vântului instantanee, fără calcule suplimentare, și vă permit să monitorizați modificările vitezei vântului în timp real.

Pe lângă măsurătorile meteorologice, anemometrele cu cupă sunt folosite și pe macaralele turn pentru a semnala un exces periculos de viteză a vântului.

Anemometre cu palete

În astfel de anemometre, fluxul de aer rotește o roată miniaturală de vânt ușor (rotor), protejată de un inel metalic pentru a proteja împotriva deteriorării mecanice. Rotirea rotorului printr-un sistem de angrenaje este transmisă săgeților mecanismului de numărare.

Anemometrele portabile cu palete sunt utilizate pentru a măsura viteza fluxului de aer direcționat în conductele și conductele dispozitivelor de ventilație pentru a calcula fluxul de aer de ventilație în deschiderile de ventilație, conductele de aer ale clădirilor rezidențiale și industriale.

Cele mai comune anemometre cu rotor-sondă sunt Testo 416, anemometrul ISP-MG4, anemometrul APR-2 și altele.

Anemometru termic

Principiul de funcționare a unor astfel de anemometre, numite adesea anemometre cu fir fierbinte, se bazează pe o creștere a pierderii de căldură a unui corp încălzit cu o creștere a vitezei de suflare a unui gaz mai rece - o schimbare a numărului Nusselt .

Acest fenomen este familiar tuturor, se știe că la o temperatură constantă pe vreme cu vânt, senzația de frig este mai puternică la viteze mai mari ale vântului.

Din punct de vedere structural, este un fir metalic subțire deschis ( filament ), încălzit peste temperatura ambiantă prin curent electric. Sârma este realizată din metal cu un coeficient de temperatură pozitiv de rezistență  - din wolfram , nicrom , platină , argint etc.)

Rezistența unui filament se modifică odată cu schimbările de temperatură, astfel încât temperatura poate fi măsurată din rezistență. Temperatura depinde într-un anumit fel de viteza vântului, densitatea aerului și umiditatea acestuia.

Cablul senzorului de temperatură este inclus în circuitul electronic. În funcție de metoda de pornire a senzorului, se disting dispozitivele cu stabilizarea curentului firului, stabilizarea tensiunii și controlul temperaturii firului. În primele două metode, caracteristica de viteză este temperatura firului, în cea din urmă, puterea necesară pentru stabilizarea termică.

Anemometrele cu fir fierbinte sunt utilizate pe scară largă în aproape toate mașinile moderne ca senzor de flux de aer în masă (MAF).

Deficiențele anemometrelor cu fir fierbinte sunt rezistența mecanică scăzută, deoarece firul folosit este foarte subțire, un alt dezavantaj este eșecul de calibrare din cauza contaminării și oxidării firului fierbinte, dar, deoarece sunt practic fără inerție, sunt utilizate pe scară largă în experimentele aerodinamice. pentru a măsura turbulența locală și pulsațiile debitului.

Anemometru cu ultrasunete

Principiul de funcționare al anemometrelor cu ultrasunete se bazează pe măsurarea vitezei sunetului, care variază în funcție de orientarea vectorului de mișcare a aerului (direcția vântului) în raport cu calea de propagare a sunetului.

Există anemometre cu ultrasunete cu două componente - măsoară pe lângă viteza și direcția vântului în anumite părți ale lumii - direcția vântului orizontal și anemometre cu ultrasunete cu trei componente - contoare ale tuturor celor trei componente ale vectorului viteza aerului.

Viteza sunetului în astfel de anemometre este măsurată prin timpul de trecere a impulsurilor ultrasonice între o distanță fixă ​​de la emițător la microfonul ultrasonic, apoi timpii măsurați sunt recalculați în două sau trei componente ale vitezei aerului.

Deoarece viteza sunetului în aer depinde și de temperatură (crește proporțional cu rădăcina pătrată a temperaturii absolute), anemometrele cu ultrasunete trebuie să aibă un termometru, conform căruia se fac corecții la calculul vitezei vântului.

Multe modele moderne de anemometre electronice vă permit să măsurați nu numai viteza vântului (acesta este scopul principal al dispozitivului), ci sunt echipate și cu funcții suplimentare convenabile de service - calcularea debitului volumetric de aer, măsurarea temperaturii aerului (anemometru termic), aer umiditate (anemometru termic cu functie de masurare a umiditatii).

Întreprinderile rusești produc, de asemenea, dispozitive multifuncționale care conțin atât funcțiile unui anemometru termic, cât și ale unui higrometru (măsurarea umidității) și al unui manometru (măsurarea presiunii diferențiale într-o conductă de aer). De exemplu, meteometrul MES200, manometrul de presiune diferențială DMTs01M. Astfel de dispozitive sunt utilizate la crearea, inspecția, repararea, verificarea puțurilor de ventilație în clădiri de orice tip.

De regulă, toate anemometrele produse pe teritoriul Federației Ruse sunt supuse certificării obligatorii și verificării de stat, deoarece sunt instrumente de măsurare.

Unii meșteri fac anemometre de casă pentru propriile nevoi casnice, de exemplu, pentru o grădină.

Vezi și

Note

  1. ↑ Vetrometru // Dicționar explicativ al limbii ruse: În 4 tone / Ed. D. N. Ushakova. - M .: Stat. in-t „Bufnițe. enciclopedie"; OGIZ, 1935. - T. 1.
  2. ↑ Samoilov, K.I. Vetromer // Dicţionar marin. - M. - L .: Gosvoenmorzdat, 1941.
  3. ↑ Leon Battista Alberti. Opera volgari . — Bari: Gius. Laterza & Figli, 1973. Vol. 3. - P. 171.
  4. ↑ Allison Lee Palmer. Leonardo da Vinci - Un ghid de referință pentru viața și operele sale . — Rowman & Littlefield, 2019. — P. 76.
  5. ↑ 1 2 Valentin Vlasov. Povestea anemometrului realizată de doi ingineri sovietici  // Știință și viață . - 2019. - Nr. 1 . - S. 50-59 .

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice