приборы и средства измерения параметров ветра
Приборы для измерения скорости и направления ветра.
Приборы, измеряющие скорость ветра, называются анемометрами; измеряющие скорость и направление – анеморумбометрами; регистрирующие скорость и направление – самописцами.
Рисунок 7.1 – Основные румбы
Флюгер станционный (флюгер Вильда) по устройству прост и достаточно широко используется для измерения направления, скорости и порывистости ветра (рис. 7.2). Чувствительным элементом направления ветра в этом приборе является флюгарка 1 с противовесом 2. Она укреплена на трубке 7, которая надевается на заостренный конец неподвижной оси 3 и свободно вращается вокруг нее. Для определения направления ветра на неподвижной оси расположена муфта 4 с восемью штифтами, указывающими направление сторон света. На одном из них укрепляется буква С, направленная на север.
Приемником скорости ветра служит прямоугольная доска (пластина) 5, свободно качающаяся около горизонтальной оси 6. На оси закреплена дуга 8 с восемью штифтами, по которым отсчитывают положение доски, отклоняющейся под действием ветра. На оси 6 есть противовес 10 для уравновешивания дуги 8. Штифты дуги нумеруются от 0 до 7.
Рисунок 7.2 – Флюгер Вильда (по М.Д. Павловой, 1974)
Анемометр ручной чашечный МС-13 (рис. 7.3). Его чувствительным элементом является небольшая вертушка 2 с четырьмя полусферическими чашками, обращенными выпуклостями в одну сторону. Вертушка насажена на ось 1, в нижней части которой имеется червячная (винтовая) нарезка, соприкасающуюся с зубчатым колесом, передающим вращение вертушки счетному механизму. Счетный механизм помещен внутри корпуса и представляет собой систему зубчатых колес, связанных с тремя стрелками, которые при вращении вертушки перемещаются по трем шкалам.
шкала 6 имеет 100 делений. По этой шкале отсчитывают десятки и единицы оборотов. Малые шкалы имеют 10 делений и служат для отсчета сотен и тысяч оборотов.
Счетный механизм включается и выключается арретиром, выступающий конец которого расположен сбоку корпуса и имеет вид подвижного кольца. Движением арретира вверх (против часовой стрелки) счетчик анемометра включают, а движением вниз (по часовой стрелке) – выключают. В корпусе прибора по обе стороны арретира ввинчены два ушка, через которые протягиваются концы шнура, прикрепленного к кольцу для включения и выключения прибора, когда его нельзя достать рукой. Снизу под корпусом прибора имеется стержень с винтовой нарезкой 4 для установки анемометра на деревянном шесте в вертикальном положении.
Рисунок 7.3 – Анемометр ручной чашечный МС-13 (по А.П. Лосеву, 1994)
От механических повреждений вертушка защищена металлическими дужками 7. Анемометр хранится в футляре с выключенным механизмом.
Анеморумбометр М-63– дистанционный прибор (рис. 7.4). Им измеряется скорость ветра, осредненная за 10-минутный интервал, максимальная мгновенная скорость ветра между сроками наблюдений и направление ветра.
Рисунок 7.4 – Анеморумбометр М-63 ( по М.д. Павловой, 1974)
Принцип действия основан на преобразовании направления и скорости ветра в электрические величины. В комплект прибора входит датчик 1, измерительный пульт 2и блок питания 3. Датчик состоит из обтекаемого корпуса, вращающегося вокруг вертикальной неподвижной стойки. В конце корпуса находится флюгарка 5, а в начале – четырехлопастный винт 4с горизонтальной плоскостью вращения, которая с помощью флюгарки устанавливается всегда перпендикулярно направлению воздушного потока. Внизу вертикальной стойки находится ориентир для установки датчика относительно сторон света и штепсельный разъем для подключения соединительного кабеля.
Измерительный пульт – настольный прибор, на лицевой стороне которого размещены указатель мгновенной скорости 6, указатель средней скорости 7 и указатель направления ветра 8.
Блок питания состоит из двух батарей аккумуляторов, вольтметра для измерения напряжения аккумуляторов и тумблера. Блок питания подключается к сети переменного тока.
Для характеристики ветрового режима местности по повторяемости направлений ветра строится график, называемый «розой ветров». Он может быть месячным, сезонным, годовым.
Повторяемость ветра для каждого из восьми румбов вычисляется по количеству раз, которое наблюдалось за тот или иной период. Полученные значения выражаются в процентах от общего числа наблюдений (число штилей в 100 % не входит).
При построении розы ветров чертят восемь румбов направлений ветра и на них в определенном масштабе откладывается повторяемость ветра. Последовательно соединенные точки и будут характеризовать розу ветров.
Примерная роза ветров
1. Построить розы ветров по направлению ветра в мае и июне
| Месяц | С | СВ | В | ЮВ | Ю | ЮЗ | З | СЗ | Штиль |
| Май | |||||||||
| июнь |
1. Ветер и его характеристики.
2. Значение ветра для сельскохозяйственного производства.
3. Приборы, характеризующие ветер.
4. Ручной анемометр и принцип его действия.
Приборы для измерения скорости и направления ветра
На метеорологических станциях, для определения направления и скорости ветра у поверхности земли служит флюгер. Он устанавливается на высоте 10-12 мнад земной поверхностью. Для определения скорости ветра в поле служит ручной анемометр. На метеостанциях широко используются также электрические анемометры и анеморумбометры, а также самопишущие приборы для непрерывной регистрации направления и скорости ветра — анеморумбографы.
Флюгер Вильда (станционный) (рис. 2.11 в конце) прибор служит для измерения скорости и направления ветра.
Ветромер Третьякова(рис. 2.12 в конце) служит для измерения направления и скорости ветра в полевых условиях. Необходимость таких измерений вызвана тем, что направление и особенно скорость ветра на полях могут значительно отличаться от данных метеоплощадки. Ветромер Третьякова по своему действию напоминает флюгер.
В настоящее время для измерения направления и скорости ветра применяют дистанционные приборы — анеморумбометры, основанные на преобразовании величин элементов ветра в электрические величины.
Анеморумбометр М-63(рис. 2.13 в конце) служит для измерения направления ветра, мгновенной скорости, средней скорости за десятиминутный интервал и максимальной скорости ветра между измерениями.
Анемометр ручной чашечныйМС-13 (рис 2.14 в конце) служит для измерения средней скорости ветра в пределах от 1 до 20 м/с.
Приборы для измерения скорости и направления ветра.
Для чего используется прибор
На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:
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.
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:
Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.
Приборы для измерения скорости и направления ветра
Принцип действия изделия основан на преобразовании значений метеорологических параметров в электрические величины, отсчитываемые визуально по показаниям соответствующих приборов. Измеритель ветра устанавливается на надводных кораблях, а также может применяться на наземных пунктах метеослужбы. В состав изделия входят: датчик ветра, центральный прибор, репитер, построитель. Для измерения скорости и направления ветра используется зависимость между скоростью ветра и числом оборотов вертушки, между направлением ветра и положением свободно ориентирующейся флюгарки датчика ветра. Скорость и направление ветра при помощи сельсинной передачи дистанционно передаются в пульт – центральный прибор. В центральном приборе происходит осреднение величины скорости ветра при помощи программно-наборного механизма и сглаживания величины направления ветра при помощи демпфирующего механизма. Режим работы – непрерывный с дискретной выдачей данных средней скорости наблюдаемого ветра через каждые 120 с работы прибора.
Технические характеристики
Разнообразие моделей
В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:
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:
Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.
Классификация анемометров и принцип их работы
Существует множество разновидностей анемометров, однако чаще всего для измерений используют:
Чашечный анемометр
Чашечный анемометр имеет самую простую конструкцию: подвижный элемент с четырьмя лопастями. Как только ветер на них воздействует, ось начинает вращаться и передавать данные измерительному прибору. Он фиксирует число вращений лопастей за конкретный период времени. Анемометр этого типа идеально подходит для использования на открытой местности, поэтому ценится метеорологами.
Крыльчатый анемометр
Крыльчатый анемометр наиболее распространен среди приборов, измеряющих скорость воздушных масс. Он состоит из крыльчатки, защищенной кольцом, и соединенной напрямую либо гибким проводом с измерительным прибором. Такая конструкция позволяет использовать его для регистрации скорости воздуха в труднодоступных местах.
Ультразвуковой анемометр
Ультразвуковой анемометр реже других используют для измерения скорости ветра. Как уже понятно из названия, он измеряет скорость звука в помещении, которая меняется в зависимости от направления перемещения воздушных масс.
Двухкомпонентные устройства помимо скорости ветра могут определять, куда он движется в зависимости от частей света. Скорость звука в такой аппаратуре зависит от времени преодоления ультразвуковыми импульсами расстояния от излучателя до ультразвукового микрофона. Практически все анемометры работают от заряжаемых аккумуляторов или батареек.
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.
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.
Определение скорости ветра
| Сила ветра в баллах по Бофорту | Название | Признаки для оценки | Скорость ветра в м/сек | Скорость ветра в км/час | Скорость ветра в миль/час |
| 0 | штиль | Листья на деревьях не колеблются, дым сигареты поднимается вертикально, огонь от спички не отклоняется | 0 | 0 | меньше 1 |
| 1 | тихий | Дым сигареты несколько отклоняется, но ветер не ощущается лицом | 1 | 3,6 | 1-3 |
| 2 | легкий | Ветер чувствуется лицом, листья на деревьях колышутся (шелестят) | 2-3 | 5-12 | 4-7 |
| 3 | слабый | Ветер качает мелкие ветки и колеблет флаг | 4-5 | 13-19 | 8-12 |
| 4 | умеренный | Качаются ветки средней величины, поднимается пыль | 6-8 | 20-30 | 13-18 |
| 5 | свежий | Качаются тонкие стволы деревьев и толстые ветви, образуется рябь на воде | 9-10 | 31-37 | 19-24 |
| 6 | сильный | Качаются толстые стволы деревьев, ветер «гудит» в проводах | 11-13 | 38-48 | 25-31 |
| 7 | крепкий | Качаются большие деревья, против ветра трудно идти | 14-17 | 49-63 | 32-38 |
| 8 | очень крепкий | Ветер ломает толстые стволы | 18-20 | 64-73 | 39-46 |
| 9 | шторм | Ветер сносит легкие постройки, валит заборы | 21-26 | 74-94 | 47-54 |
| 10 | сильный шторм | Деревья вырываются с корнем, сносятся более прочные постройки | 27-31 | 95-112 | 55-63 |
| 11 | жестокий шторм | Ветер производит большие разрушения, валит телеграфные столбы, вагоны и т. д. | 32-36 | 115-130 | 64-72 |
| 12 | ураган | Ураган разрушает дома, опрокидывает каменные стены | Более 36 | Более 130 | 73-82 |
Оружие > Баллистика нарезного оружия
Автор не несет никакой ответственности за любой вид ущерба, понесенного в результате использования присутствующей здесь информации. Автор оставляет на усмотрение читателя, применять полученные здесь сведения, или подвергнуть тщательной проверке в специализированных источниках.
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.
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:
Ультразвуковые приборы измеряют скорость ветра до 60 м/с.
Современные анемометры
С течением времени конструкция приборов, предназначенных для определение скорости и направления ветра, видоизменялась и улучшалась. В 1846 году ирландец Джон Робинсон создал один из типов приборов, которые до сих пор используются современными учеными, — чашечный анемометр. Он представлял собой конструкцию, имеющую четыре чаши, располагающиеся на вертикальной оси. Дующий ветер вызывал вращение чаш, а скорость этого вращения позволяла замерить скорость движения воздушного потока. Впоследствии четырехчашечная конструкция была заменена на трехчашечную, поскольку она позволяла уменьшить погрешность показаний прибора.
Еще один вид анемометра, применяющийся современными учеными — тепловой анемометр, принцип действия которого основан на изменении температуры нагретой металлической нити под воздействием воздушного потока. Степень ее охлаждения в результате такого воздействия служит основанием для осуществления измерений скорости и направления ветра.
Наконец, третий наиболее распространенный сегодня тип прибора — ультразвуковой анемометр, который в 1904 году разработал геолог Андреас Флич. Он измеряет основные параметры воздушного потока в зависимости от изменения скорости звука в текущих условиях окружающей среды. При этом ультразвуковые анемометры имеют самый большой спектр возможностей, по сравнению с другими типами приборов: они позволяют производить замеры не только скорости и направления ветра, но и его температуру, влажность и другие параметры.
Тема: Измерение параметров ветра
Важной характеристикой ветра является его изменчивость во времени и пространстве. Изменчивость во времени обусловливает необходимость определения нескольких параметров, относящихся к ветру: средняя, минимальная и максимальная величины.
Измерение параметров ветра осуществляется с помощью анемометров. Наиболее распространенными из анемометров с крыльчатками являются чашечные анемометры или анемометры с мельничкой, скорость вращения которых синхронна со скоростью ветра.
Кроме того, существуют также статические пленочные термоанемометры и ультразвуковые датчики. В них отсутствуют движущиеся механические части и они являются технически более сложными и могут избавляться от льда лучше, чем большинство вращающихся датчиков. Ультразвуковые датчики также имеют короткую константу времени и способны производить большое число замеров в секунду. Однако при этом важно интегрировать данные этих измерений за 3-секундный период для пиковых значений скорости и направления.
Основным прибором, измеряющим характеристики, ветра является
АНЕМОРУМБОМЕТР М63М-1
Технические характеристики.
мгновенной скорости ветра 1,5 до 60 м/с; максимальной скорости от 3 до 60 м/с; средней скорости от 1,2 до 40 м/с; направления ветра от 0 до 360 0 ;
Основная погрешность при измерении скорости ветра не более +(0,5+0,05V) м/с, где V – измеряемая скорость ветра;
Основная погрешность при измерении направления+10 0 ;
Порог чувствительности датчика ветра не более: По скорости ветра 0,8 м/с. по направлению ветра 1,2м/с;
Принцип действия прибора основан на зависимости
1) частоты (следования) импульсов, вырабатываемых датчиком, от скорости ветра.
2) сдвига фазы между двумя группами импульсов, вырабатываемых датчиком от направления ветра.
Под воздействием ветра генераторами датчика вырабатываются 3 группы импульсов напряжения равной частоты, зависящей только от скорости ветра. Эти группы названы опорной ОП, основной ОС и сдвинутой СД.
Первичный преобразователь скорости – воздушный винт. Значение текущей (мгновенной)скорости вырабатывается путем преобразования генераторами датчика импульсов группы ОС. Напряжение на его выходе пропорционально частоте выходных импульсов, измеряется двухшкальным миллиамперметром. Значение средней скорости вырабатывается в результате подсчета импульсов группы ОП, поступающих от датчика за 10 или 2 мин. /Масштабный делитель служит для согласования коэффициента преобразования датчика (скорости в частоту импульсов) с принятым масштабом выходной величины (средней скорости ветра)/. Временной интервал задается часовым механизмом. Максимальная скорость ветра запоминается с помощью пассивной стрелки.
Первичный преобразователь направления – флюгарка. Значение направления ветра вырабатывается генераторами датчика, при использовании всех трех групп: ОС, СД, ОП. Импульсы группы ОП поступают на установочный вход триггера и возвращают его в исходное положение. /Триггер- спусковой крючок. Схема в которой под действием внешнего электрического толчка быстро меняются токи и напряжения на ее элементах. Применяются для запуска генераторов/. Необходимость использования трех групп определяется скачкообразным изменением сдвига фаз групп ОС, ОП при переходе флюгарки через 0 (360°), а группы СД, ОП при переходе через 180°. в результате подсчета числа импульсов группы ОП, поступающих от датчика за интервал осреднения скорости через масштабный делитель частоты на вход электромеханического счетчика импульсов. Масштабный делитель служит для согласования коэффициента преобразования датчика с принятым масштабом выходной величины.
КОРАБЕЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕТРА КИВ предназначен для дистанционного определения скорости и направления ветра, измеряемых на высоте установки датчика
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.