Анемометр своими руками схема: Анемометр своими руками: самая простая схема

Содержание

принцип действия, изготовление и подключение устройства

Дата публикации: 23 мая 2019

Содержание

Основные виды и варианты использования анемометра
Чашечный анемометр своими руками: схема устройства
Схема подключения и настройки анемометра

Определить на глаз точную скорость ветра не представляется возможным. Но в этом есть насущная необходимость, тем более что сегодня сила ветра успешно применяется в качестве альтернативного источника электрической энергии. Поэтому для получения точных данных о скорости ветра разработан и сконструирован специальный прибор – анемометр. В зависимости от используемых материалов и выполняемых функций различают несколько моделей анемометров, находящих широкое применение в быту, в лабораториях и на промышленных предприятиях.

Основные виды и варианты использования анемометра

Наиболее распространенные модели анемометра – это:

Ручная модель с крыльчаткой, или так называемый лопастной анемометр. Его принцип действия напоминает работу вентилятора, что дало устройству еще одно название – вентиляционный анемометр. Попадая на широкую площадь поверхности лопастей, воздушная масса меняет интенсивность их вращения и позволяет легко рассчитать скорость ветра. От крыльчатки с помощью зубчатого колесного устройства запускается счетный механизм, отмечающий количество оборотов лопастей за единицу времени. Остается только вычислить скорость, которая будет равна произведению длины окружности траектории лопастей и количества оборотов. В числе главного преимущества данной модели – возможность определить не только скорость, но и направление ветра. Область применения лопастного анемометра – измерение параметров воздушных потоков в системах вентиляции и трубопроводах.

Чашечный анемометр. Первая модель, сконструированная человеком для измерения скорости ветра. Лопасти устройства напоминают небольшие чашки, последовательно размещенные на концах металлической конструкции и направленные в одну сторону.
Принцип работы чашечного анемометра аналогичен действию лопастной модели. Счетчик, «зашитый» в пластиковый корпус, точно определяет количество полных оборотов лопастей за единицу времени. Такой анемометр можно легко сделать своими руками.

Термоанемометр – выполняет сразу две функции: определяет скорость и температуру воздушных масс. Принцип работы базируется на законах акустики: прибор улавливает звук, определяет его скорость и рассчитывает скорость ветра, одновременно отмечая его температуру. Электронная «начинка» гарантирует точность измерений и оперативную корректировку данных по мере изменения интенсивности перемещения воздушных масс. Термоанемометр находит широкое применение в ходе лабораторных исследований и контрольных замеров микроклиматических условий на рабочем месте в крупных промышленных цехах.

Принцип действия анемометров всех перечисленных моделей практически одинаков. Закрепленное на высоком шесте устройство поднимают как можно выше и устанавливают в направлении, позволяющем точно уловить движение воздушных масс.

Механические анемометры контролируют по поверочному устройству, входящему в комплект поставки. На индукционных моделях показания, выраженные в метрах в секунду, отображаются на встроенном циферблате.

Чашечный анемометр своими руками: схема устройства

Для изготовления самодельного анемометра в домашних условиях понадобится старая модель видеомагнитофона. Его блок вращения головок станет основой будущей конструкции. Для этого с узла снимают лишние детали, чтобы получить в остатке только каркас с осью, блок подшипников и шайбу для крепления двигателя. Всего перечисленного вполне достаточно для замеров и расчета энергии ветра. Для дальнейшей работы потребуются домашние электроинструменты и немного терпения:

Во вращающейся части высверливаются отверстия диаметром 4мм, на которых будут устанавливаться чашки лопастей. Три отверстия на одной из них уже есть – это места креплений внутренних узлов в разобранном магнитофоне. По ним стоит ориентироваться, выбирая места для оставшихся девяти отверстий.
В отверстия вставляют болты типа М4 длиной 10мм. Надежно закрепить чашки и исключить их вращение на оси лопасти помогут резиновые шайбы, вырезанные из старой велосипедной камеры.
Теперь нужно взять 4 пластмассовые кружки для воды одного размера и просверлить в дне отверстие 4мм. Ручки чашек срезают «под корень».
Чашки крепят на оси, разворачивая их в одном направлении и фиксируя с помощью болтов и резиновых шайб. Полностью собранная конструкция должна легко вращаться под воздействием даже легкого ветра.

Теперь можно собрать конструкцию полностью. Для этого:

На вращающуюся часть узла устанавливается и крепится магнит, еще один элемент старого велосипеда. Затем проводится балансировка узла вращения, чтобы исключить одновременное вращение шеста вместе с движущимися лопастями.

В качестве счетного датчика можно использовать снятый с велосипеда мини-компьютер. Его приклеивают к неподвижной части узла, закрыв магнит листом картона. Обязательно стоит проверить датчик тестером на быстроту срабатывания.
Остается подключить кабель и закрепить на неподвижной части устройства кусок металлического уголка для последующего монтажа конструкции.

Схема подключения и настройки анемометра

Для точной настройки самодельного анемометра потребуется стандартная модель устройства, изготовленная в заводских условиях. В ходе одновременно выполняемых замеров показания обоих приборов должны полностью совпадать. В случае если достать готовую модель устройства не представляется возможным, самодельный анемометр можно проверить в ходе движения автомобиля в условиях полного отсутствия ветра. Количество вращений лопастей должно соответствовать показаниям спидометра. Остается только рассчитать радиус колеса в мм и сделать соответствующий перерасчет по геометрическим размерам анемометра.

После проверки точности измерения можно приступать к установке конструкции на крышу дома. Для этого понадобится достаточно высокий прочный шест, чтобы измеряемый поток воздушных масс не ограничивали расположенные рядом деревья и постройки. И для полного завершения работ остается только подключить электронную часть прибора. Теперь анемометр полностью готов выполнять свою основную функцию – фиксировать точную скорость ветра за окном.

Анемометр своими руками: самая простая схема. “раннее развитие детей”

Появилась задача собрать для одного проекта анемометр, чтобы снимать данные можно было на компьютере по интерфейсу USB. В статье речь пойдет больше о самом анемометре, чем о системе обработки данных с него:

1. Компоненты

Итак, для изготовления изделия понадобились следующие компоненты:

Шариковая мышь Mitsumi – 1 шт.
Мячик для пинг-понга – 2 шт.
Кусок оргстекла подходящего размера
Медная проволока сечением 2,5 мм2 – 3 см
Стержень от шариковой ручки – 1 шт.
Палочка от конфеты чупа-чупс – 1 шт.
Клипса для кабеля – 1 шт.
Полый латунный бочонок 1 шт.

2. Изготовление крыльчатки

К латунному бочонку были припаяны 3 куска медной проволоки длиной 1 см каждый под углом 120 градусов. В отверстие бочонка я припаял стойку из китайского плеера с резьбой на конце.

Трубочку от конфеты разрезал на 3 части длиной около 2 см.

Разрезал пополам 2 шарика и с помощью мелких шурупов из того же плеера и полистирольного клея (клеевым пистолетом) прикрепил половинки шарика к трубочкам от чупа-чупса.

Трубочки с половинками шарика надел на припаянные куски проволоки, сверху все закрепил клеем.

3. Изготовление основной части

Несущим элементом анемометра является металлический стержень от шариковой ручки. В нижнюю часть стержня (куда вставлялась пробка) я вставил диск от мышки (энкодер). В конструкции самой мышки нижняя часть энкодера упиралась в корпус мышки образуя точечный подшипник, там была смазка, поэтому энкодер легко крутился. Но нужно было зафиксировать верхнюю часть стержня, для этого я подобрал подходящий кусок пластика с отверстием точно по диаметру стержня (такой кусок был вырезан из системы выдвигания каретки CD-ROMa). Оставалось решить проблему с тем, чтобы стержень с энкодером не выпадал из точечного подшипника, поэтому на стержне непосредственно перед удерживающим элементом я напаял несколько капель припоя. Таким образом, стержень свободно крутился в удерживающей конструкции, но не выпадал из подшипника.

Причина, по которой была выбрана схема с энкодером, следующая: все статьи о самодельных анемометрах в Интернете описывали их изготовление на базе двигателя постоянного тока от плеера, CD-ROMa или еще какого изделия. Проблема с такими устройствами во первых в их калибровке и малой точности при малой скорости ветра, а во вторых – в нелинейной характеристике скорости ветра по отношению к выходному напряжению, т.е. для передачи информации на компьютер есть определенные проблемы, нужно просчитывать закон изменения напряжения или тока от скорости ветра. При использовании энкодера такой проблемы нет, так как зависимость получается линейной. Точность высочайшая, так как энкодер дает около 50 импульсов на один оборот оси анемометра, но несколько усложняется схема преобразователя, в котором стоит микроконтроллер, считающий количество импульсов в секунду на одном из портов и выдающий это значение в порт USB.

4. Испытания и калибровка

Для калибровки был использован лабораторный анемометр

Весь процесс наглядно виден на роликах:

Спасибо за внимание

Задумал мой хороший друг поставить себе на участок ветроэлектростанцию. И для принятия решения понадобилось оценить, на какие скоростя ветра можно расчитывать. Попросил меня помочь с изготовлением анемометра из подручных (ну или почти подручных) материалов.

Немного погуглив и помыслив, от идеи флюгера с пропеллером было решено отказаться, а сделать ультразвуковой измеритель. Основная идея – измерение фазового сдвига сингала между приемником и передатчиком. Собственно, теорию желающие могут без проблем нагуглить.

Так, чтобы не сильно раздувать бюджет, было принято решение использовать 3 пьезокерамических приемопередатчика, расположенные в углах равностороннего треугольника. Дальше был поставлен эксперимент, и оказалось, что на дистанции порядка 100мм получаются вполне приемлемые уровни сигнала на приемнике при раскачке передатчика от двух ножек проца, работающих в противофазе с частотой, близкой к резонансной частоте датчиков (40кГц). Это позволило отказаться от какой-либо электроники снаружи проца (под рукой оказалась ATMega8) и выполнить все программным способом. Попутно еще прикручен термометр (для коррекции скорости звука по температуре).

Хотя на данный момент проект до ума не доведен (не сделана запись данных на флешку, а вместо этого данные отдаются по Modbus/RS485 в скада-систему), но кое-что он уже показывает (правда, пока не удалось поднять его на крышу, в результате – болтается на балконе, вынесенный при помощи самой длинной деревянной палки, которая нашлась в хозяйстве).

Ну и фотки….

Настольные работы по отладке софта. Кусок белого ПВХ под датчиками с нарисованными равнобедренными треугольниками – полигон для первого испытания – “а можно ли вообще будет что-то получить”

Отладка продолжается при помощи вентилятора (сам датчик можно поворачивать на куске ПВХ)

Вынос на балкон. Девайс замотан в полиэтиленовый пакет (кстати, из-за этого термометр, который находится в том же пакете, здорово завышает показания, но это уже вопрос конструкции)

Ну и скриншоты со скады, на которых хорошо видно, что погода почти безветренная (средние значения – черная линия, красные – максимальные, синие – минимальные).

Хотя был период длинной примерно час, в котором ветер держался с заметной постоянностью – примерно 10м/с.(Добавленно позже – а вот и фигня. Очень заинтересовал меня этот почти плоский участок. Хорошо, сделал сбор данных не только результрующих, но и промежуточных. Оказалось – отпал один датчик. Датчики были соеденины с платой отрезками пар из UTP, кусок которой валялся без дела. Оказалось, этот кусок валялся без дела не просто так – пары были поломанны и соединение было на честном слове)

Вот такие пироги:) Ах да, измеряемые скорости до 25м/с.

Если вдруг кому-то нужен такой девайс, могу довести до ума.

Анемометром называют прибор, показывающий скорость, с которой движутся воздушные потоки. На сегодняшний день этот прибор в состоянии определять еще и их температуру. Приборы выпускаются промышленностью, но простейшие можно изготовить и самому. Существующие основные виды: анемометр крыльчатый, чашечный и термоанемометр.

Встречаются и другие разновидности данного прибора, но они используются мало и в довольно специфических отраслях.

Вид прибора, называемый крыльчатым

Рассматриваемый ручной анемометр с крыльчаткой порой называют лопастным или вентиляционным, по основной детали, которая похожа на вентилятор. Воздушные массы, попадая на крыльчатку, меняют скорость вращения лопастей. Этим устройством измеряют скорость движения воздуха в трубопроводах и в системах вентиляции. На рисунках показана схема анемометра разных видов. Ветер, попадая на крыльчатку (рисунок «а» №1), приводит в движение зубчатые, которые в свою очередь заставляют работать счетный механизм (рисунок «а» №2).

Виды анемометров

Иногда устройство сравнивают с флюгером, по принципу его работы. Прибор показывает не только скорость ветра, с которой вращается крыльчатка, но и само направление воздушного потока. Это качество, несомненно, является плюсом данного вида анемометра.

Чашечное устройство

Прибор, называемый чашечным ручным анемометром, появился раньше других видов этих приборов. Отличается простотой устройства. Название он получил по виду лопастей крыльчатки, которые напоминают чайные чашки. По скорости их вращения определяется скорость воздушных потоков.

Крыльчатка (рисунок «б» № 1) состоит из четырех лопастей, смотрящих в одну сторону. Счетчик (рисунок «б» №2) спрятан в корпус из пластмассы.

Крыльчатку держит ось из металла, связанная нижним концом со счетчиком. Дужки из крепкой проволоки (рисунок «б» № 3) защищают крыльчатку от механической деформации.

Термоанемометр

Термоанемометр сочетает в себе функции двух устройств

Принцип работы термоанемометра такой же, как и у всех акустических приборов – он измеряет скорость звука, а затем на основании этих данных передает информацию о скорости ветра. Данным прибор является электронным и используется чаще двух первых, к тому же он, работая по принципу акустического термодатчика, показывает температуру воздуха. Это ультразвуковой анемометр и его конструкция достаточно сложна. Поэтому его применяют для контроля микроклимата на рабочих местах в различных промышленных отраслях. В продаже существует много разновидностей портативных цифровых термоанемометров – анемометр тесто и проч.

Кроме трех вышеописанных, выпускается так называемый анемометр ручной индукционный «АРИ-49». В него вмонтирован электрический счетчик (рисунок «в»).

Правила пользования прибором

Пользуются устройством подобным образом: закрепленный на шест прибор поднимают вверх, ориентируя его по ветру. По истечении десяти минут снимают показания. Анемометры с механикой сверяют с поверкой, которая прилагается к устройствам, а индукционные показывает скорость воздушного потока (в метрах на секунду) на циферблате.

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:

Настройка

Настраивать анемометр лучше по показаниям стандартного. Но за неимением такового можно применить следующий способ. Укрепив прибор к деревянной ручке при движении автомобиля в штиль сверить показания устройства со спидометром машины. Подобрав значение радиуса колеса в миллиметрах, настраиваем прибор.

Подключив установленный вертикально анемометр к велокомпьютеру получаем результаты измерений

Монтаж

Устанавливаем устройство на высокий шест на крышу дома. Рассчитываем, что и в какой последовательности мы будем делать, готовим материалы и инструменты. Модно сделать наметку без устройства, а после его установить. Проводим кабель в дом и включаем прибор. Как он работает можно посмотреть в видео материале.

Таким образом, мы знаем, как сделать анемометр своими руками и что для этого нужно. Неважно, для чего прибор служит – для вентиляции, измерения скорости или температуры. Неважно, каким он является – стационарным, миниатюрным или индукционным. Одно можно сказать точно – он приносит людям пользу.

Анемометр – это измерительный прибор для определения скорости ветра. Сегодня мы с вами сделаем этот прибор для измерения скорости ветра самостоятельно. Наш самодельный анемометр очень прост в изготовлении, но вместе с тем, скорость ветра он измеряет не хуже, чем настоящий анемометр. Вот как ты можешь сделать самодельный анемометр.

Для того чтобы сделать самодельный анемометр нам понадобится:

Транспортир

Спичка

Трубочка для коктейля, шампур или что-либо подобное

Клейкая лента

Хлопчатобумажная швейная нитка или нейлоновая рыболовная леска

Мяч для большого тенниса стандартного веса

Игла

Что нужно делать, чтобы получился самодельный анемометр

1. Иголкой проделай в теннисном мяче два крошечных отверстия одно напротив другого. Проще всего это сделать, нагрев кончик иглы на огне.

2. Продень швейную нитку или рыболовную леску сквозь мячик, оставив с одной стороны, примерно сорок пять сантиметров. Крепко привяжи ее и отрежь излишнюю длину.

3. Привяжи второй конец лески к палочке и обмотай ее ниткой, пока расстояние между палочкой и верхом мяча не достигнет тридцать сантиметров.

4. С помощью клейкой ленты прикрепи палочку к транспортиру. Нитка должна свисать с его наружной стороны из центральной точки.

5. Чтобы измерить скорость ветра, расположи транспортир в направлении ветра. Держи его за углы как можно дальше от себя. Нитка не должна касаться транспортира. При нулевой скорости ветра нитка будет висеть прямо вниз вдоль отметки девяносто градусов. Когда подует ветер, сними показания градусов и затем проверь по таблице скорость ветра.

Мы с вами провели очередной опыт и на этот раз измерили скорость ветра, которая постоянна в регионе, где вы проживаете. Проводить различные опыты и эксперименты очень интересно, увлекательно и познавательно. Особенно для таких любознательных мальчиков и девочек, как вы. Вы можете провести и другие опыты по различным направлениям и предметам. Например, очень интересно будет узнать, как же в своей колонии, что делают

Анемометр – прибор, предназначенный для измерения скорости воздушного (газового) потока. Ниже приводится авторизованный сокращенный пересказ статьи о том, как можно сделать самодельный анемометр из электрического моторчика. Оригинал статьи размещен на этом сайте. .

Если вы собираетесь в своем хозяйстве использовать ветровой генератор, вам потребуются для первоначальной оценки узнать ветровую обстановку на месте, где предполагается установка ветряка. Это даст вам исходную, базовую оценку, какой мощности ветряк и генератор вы можете построить. Коммерческие анемометры достаточно дороги, поэтому можно сделать анемометр самостоятельно. В качестве лопастей анемометра прекрасно подходят половинки пластиковых пасхальных яиц.

Еще нам потребуется небольшой бесщеточный электродвигатель на постоянных магнитах. Основной критерий выбора — минимальное сопротивление подшипников на валу двигателя. Так как ветер может быть весьма слабый и из-за трения он не сможет провернуть вал двигателя. В данном случае я использовал двигатель от неисправного старого жесткого диска. (Такие диски можно очень дешево купить на интернет аукционах, развалах местного радиорынка или магазинах и мастерских, занимающихся ремонтом и продажей компьютеров. сайт ). Впрочем, конструкция анемометра понятна из фотографий.

Такой двигатель представляет собой 12 катушек, расположенных на статоре и ротор, на котором находится постоянный магнит. Для управления таким двигателем используются специальные контроллеры и драйверы. Но если начать вращать ротор, то на катушках начнут наводиться электрический ток. Причем частота этого тока будет, естественно, напрямую связана с частотой вращения ротора. А она, в свою очередь, зависит от скорости ветра. Именно эти факты мы и будем использовать при построении самодельного анемометра.

Основная трудность при строительстве — это сделать исключительно сбалансированный ротор анемометра. Сам двигатель установлен на массивном основании, а на его ротор насажен диск из толстого пластика. Из пластиковых яиц мы вырезаем 3 совершенно одинаковых полусферы. С помощью стальных стержней или шпилек мы закрепляем полусферы на диске, тщательно разметив его на сектора по 120 градусов. Тщательная балансировка выполняется в помещении, где нет никакого движения ветра при горизонтальном положении оси анемометра. Подгонка веса производится при помощи надфилей. Ротор должен останавливаться в любом положении, а не в одном и том же.

Поскольку мы используем совершенно случайный электродвигатель и самодельный ветряк, мы совершенно не знаем, как он будет взаимодействовать с ветром. Нам придется калибровать наш анемометр самостоятельно. И для этого нам потребуется сделать простейший частотомер. Он будет преобразовывать частоту на его входе в напряжение или ток. Схемы таких частотомеров можно найти в журналах для радиолюбителей. Самый простейший такой преобразователь — это обычный интегратор (НЧ-фильтр), состоящий из диода и конденсатора. На выходе мы используем стрелочный миллиамперметр. (Примерные схемы простого частотомера см на оригинале статьи) .

Если вы используете какой либо усилитель в схеме частотомера, и питаете его от батарейки, вы должны понимать, что снижение ее напряжение могут оказывать влияние на показания прибора.

Калибровать самодельный анемометр лучше всего с помощью автомобиля. Правда потребуется какая то мачта, что бы анемометр не попадал в зону возмущенного воздуха, создаваемую автомобилем. Иначе его показания будут сильно искажены. Да и сам спидометр автомобиля проверяют с помощью GPS-навигатора, показывающего истинную скорость автомобиля.

Для калибровки выбирают безветренный день. Тогда калибровку можно произвести быстро. Если же дует какой либо ветер, то придется довольно долго ездить туда и обратно по дороге, что бы скорость ветра сначала прибавлялась в скорости движения, а затем вычиталась. И придется вычислять какие то средние значения. Да еще и ветер при этом не должен меняться. Это сложно и муторно. Поэтому лучше дождаться штиля и при движении по прямой дороге быстро откалибровать анемометр. Учтите, что спидометр нам будет показывать км/час, а скорость ветра нас интересует в м/сек. И соотношение между ними — 3,6. Т.е. показания спидометра надо делить на 3,6. Если автомобиль едет со скоростью 40 км/час, то значит скорость ветра, обдувающего анемометр равна 11,12 м/сек. При калибровке удобно использовать диктофон. Вы просто надиктовываете показания спидометра и прибора, а дома, в спокойной обстановке сможете сделать новую шкалу для своего анемометра.

Теперь, располагая анемометром, мы сможем собрать весьма достоверную информацию о ветровой обстановке в зоне будущей работы ветряка. И это позволит нам сделать правильный выбор и в плане конструкции и типа ветряка, а также мощности генератора.

(пересказ Константина Тимошенко).

Королевское метеорологическое общество Изготовление анемометра –

Изготовление собственного анемометра

Для измерения скорости ветра

Оборудование

◊ 30 см прочной НИТИ или лески

◊ Небольшой пластиковый мячик

◊ СЕЛЛОНТ

◊ ТРАКТОР

◊ Кусок прочного КАРТОНА

15 см x 10 см

Метод

1. Приклейте транспортир к картону с помощью скотча, прямым краем к верхней части карты.

градус угла строки	90	80	70	60	50	40	30	20
скорость ветра м/с	0	3,6	5,3	6,7	8.1	9,4	11,4	14,4

2. Напишите приведенную выше таблицу преобразования ветра на картоне.

3. С помощью скотча прикрепите нить к шарику для пинг-понга. Привяжите или приклейте другой конец нити к центру верхнего края транспортира.

4. Держите картон в направлении ветра, чтобы мяч подхватывался ветром. Вы увидите, что нить образует угол, который можно измерить транспортиром.
Преобразуйте угол, который образует нить, в скорость ветра, используя таблицу преобразования.
Если он у вас есть, сравните свои показания с показаниями «настоящего» анемометра — как они соотносятся? В противном случае сравните свои показания со шкалой Бофорта.

Шкала Бофорта

Сила ветра	Описание	Скорость (м/с)	Скорость (узлы)	Технические характеристики
0	спокойный	0–0,2	0	Дым поднимается вертикально
1	легкий воздух	0,3–1,5	1-3	Направление, указанное сносом дыма, но не флюгерами
2	легкий ветерок	1,6-3,3	4-6	Чувство ветра на лице; листья шелестят; флюгер, движимый ветром
3	легкий ветерок	3,4-5,4	7-10	Листья и веточки в постоянном движении; световые флажки выдвинуты
4	умеренный ветер	5,5-7,9	11-16	Поднимает пыль и рыхлую бумагу; маленькие ветки двигались.
5	свежий ветерок	8,0-10,7	17-21	Маленькие деревья в листве начинают качаться; Во внутренних водах образуются гребневидные волны.
6	сильный ветер	10,8-13,8	22-27	Большие ветки в движении; свист в телеграфных проводах; зонтики используются с трудом.
7	близкий шторм	13,9-17,1	28-33	Целые деревья в движении; неудобство ощущается при ходьбе против ветра.
8	шторм	17,2-20,7	34-40	Ветки ломаются с деревьев; вообще мешает прогрессу.
9	сильный шторм	20,8-24,4	41-47	Небольшое структурное повреждение (сняты дымоходы и сланцы).
10	шторм	24,5-28,4	48-55	В континентальной части встречается редко; деревья вырваны с корнем; значительные структурные повреждения
11	сильный шторм	28,5-32,6	56-63	Очень редко; сопровождаются обширными повреждениями.
12	ураган	32,7+	64+	Разрушение

Для более продвинутых учащихся

Можете ли вы самостоятельно рассчитать зависимость скорости ветра от угла наклона струны?
Подумайте о силах, действующих на шарик для пинг-понга:

Взять прибор напрокат

Знаете ли вы, что Королевское метеорологическое общество предоставляет школам инструменты бесплатно?

Щелкните здесь

Пасхальное яйцо Анемометр | Otherpower

У нас нет в наличии излишков бесщеточного двигателя постоянного тока, который мы использовали для создания этого проекта, и, поскольку его излишки, мы не можем получить больше. Значения резисторов и конденсаторов, указанные на схеме и на плане печатной платы, зависят от использования точно такого же двигателя. Вы можете использовать другой двигатель (например, что-то, извлеченное из мертвого жесткого диска), но значения многих компонентов изменятся, и вам придется поэкспериментировать. Другой вариант состоит в том, чтобы вместо этого построить наш велосипедный спидометр-анемометр, потому что эта конструкция зависит от двигателя только для его подшипника – внутренние катушки не влияют на выходную частоту. И сотрудники Otherpower.com, и разработчик печатных плат в настоящее время экспериментируют с новыми конструкциями, используя излишки моторов жестких дисков — следите за обновлениями и не стесняйтесь задавать вопросы на нашей доске обсуждений.

ОБНОВЛЕНИЕ 20/06/2005 — Один из энтузиастов ветроэнергетики, обладающий гораздо большими знаниями в области электроники, чем мы, составил несколько CAD-схем электроники в этом проекте и схемы печатных плат. Они доступны бесплатно ниже на этой веб-странице. http://www.sentex.ca/~mec1995/wse/anemometer.html
ОБНОВЛЕНИЕ — Я живу в горах на высоте 8200 футов в Колорадо, США. Ультрафиолетовые лучи здесь интенсивны, здесь можно получить солнечный ожог менее чем за 30 минут. Пасхальные яйца сделаны из стиролового (?) пластика, и здесь они разлагаются под действием ультрафиолета. Получил от своей конструкции 3 года, после этого пластик стал очень ломким и развалился. Мое решение состояло в том, чтобы найти различные наборы чашек анемометра в Интернете – они довольно распространены. ОБНОВЛЕНИЕ — Недавно мы строили и запускали велосипедные спидометры-анемометры. Проект дороже, чем этот, но проще и легче построить. Для экономии времени мы использовали коммерческий анемометр в сборе со ступицей, а для расчета скорости и сбора данных — недорогой цифровой велосипедный спидометр. Еще один крутой проект, зацените! И вы также можете использовать предварительно собранную чашку в этом проекте анемометра для пасхальных яиц, чтобы сэкономить время. При установке любого ветрогенератора очень важно иметь возможность измерять скорость ветра. Это дает вам основу для измерения производительности вашей машины, а анемометры гораздо быстрее реагируют на изменения скорости ветра, чем ветряные генераторы. Коммерческие анемометры очень дороги, а принцип работы довольно прост, поэтому мы решили, что будет дешевле (и НАМНОГО веселее) построить собственный! Из пластиковых половинок пасхальных яиц получились идеальные (и очень красочные) чашки.

Наш самодельный анемометр… забавный проект!

В качестве основы для нашего самодельного анемометра мы выбрали очень аккуратный маленький бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами. Причина этого выбора была проста: эти двигатели содержат превосходный маленький шарикоподшипник, который стоил бы гораздо больше, чем весь излишек стоимости двигателя! Кроме того, внутренние обмотки двигателя обеспечивают достаточную схему для калибровки анемометра как по частоте, так и по выходному напряжению.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока — обратите внимание на действительно хороший шарикоподшипник!

В прошлом мы создавали анемометры на основе небольших двигателей постоянного тока для хобби. Хотя эти подразделения действительно работали, нужно было решить проблемы. В большинстве моторов для хобби вместо подшипников используются дешевые втулки. Втулки, как правило, довольно быстро выходят из строя, поскольку они не рассчитаны на то, чтобы выдерживать силы, действующие на них в анемометре. Их выходное напряжение не линейно со скоростью ветра, а сужается по мере увеличения скорости. И в двигателях довольно много физического сопротивления, что приводит к высокой скорости запуска. Внутренняя схема нашего бесщеточного двигателя постоянного тока состоит из 12 катушек и кольца с постоянными магнитами, которое вращается вокруг них. Эти двигатели НЕ похожи на обычные двигатели постоянного тока… для их вращения требуется специальная схема драйвера. Если вы подадите на двигатель простой постоянный ток, он просто найдет точку, совмещенную с катушками, остановится и сгорит. Моторы имеют 3 вывода… общий в центре и 2 выхода (ну, собственно, входа!). Для подключения к измерительному оборудованию необходимо подключить только к центральному общему проводу и одному из боковых. Выходную мощность двигателя, когда он вращается как анемометр, можно измерить с помощью мультиметра, настроенного на переменное напряжение, или путем подсчета импульсов с помощью частотомера или штампа BASIC. Мы получили наилучшие результаты, используя набор мультиметров Fluke 87 для измерения Гц (циклов в секунду). В двигателе 12 внутренних катушек, но мы измерили мощность только половины катушек (поскольку мы подключались только к одному проводу питания). Таким образом, показания счетчика с частотой 6 Гц равны одному обороту в секунду (60 об/мин). Показания частоты и напряжения двигателя довольно линейны, что упрощает калибровку. Другое преимущество подсчета частоты по сравнению с измерением напряжения заключается в том, что длина кабеля для передачи данных будет влиять на показания напряжения; при подсчете частоты она может быть любой длины, а калибровка останется прежней.

Внутренняя схема катушки бесщеточного двигателя постоянного тока с постоянными магнитами

Необходимые материалы и инструменты:

Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами (проверьте нашу страницу продуктов, у нас есть эти излишки время от времени)
4 пластиковых пасхальных яйца диаметром 2,2 дюйма (используйте полусферическую половинку)
3 коротких куска стального стержня (мы вырезаем их из старой решетки для духовки)
3 гайки для стального стержня
3 маленьких самореза для крепления двигателя
1 кусок твердого пластика для втулки толщиной 1/4 дюйма и диаметром около 3 дюймов. (у нас был Lexan®)
1 Переходник из ПВХ с 1 1/2 дюйма на 2 дюйма
1 отрезок ПВХ 1 1/2 дюйма для мачты (2 фута или больше)
2-жильный провод для кабеля передачи данных… телефонный провод прекрасно работает
эпоксидная смола

Строительство Чтобы построить крепление, сначала припаяйте и изолируйте провода кабеля передачи данных к центру и одному из внешних выводов двигателя. Используя ножовку, отрежьте широкий 2-дюймовый конец переходника из ПВХ, чтобы оставить плоскую пластину (примерно на 0,4 дюйма шире, чем 1 1/2-дюймовая сторона переходника). Проденьте провода через переходник и прикрутите двигатель постоянного тока. монтажные выступы на эту плоскую пластину, вдавливая двигатель в отверстие 1 1/2 дюйма. Это плотное прилегание … мы также использовали эпоксидную смолу в дополнение к винтам при креплении двигателя, и нам пришлось согнуть провода прямо, чтобы вставить их. Чтобы построить ступицу, сначала разрежьте пластиковый лист толщиной 1/4 дюйма на лист диаметром 3 дюйма. круг. Мы использовали токарный станок. Следующим лучшим выбором будет кольцевая пила. Если у вас нет токарного станка или кольцевой пилы, помните, что пластик довольно легко резать! Вы можете грубо вырезать его ручной пилой, закрепить на оправке и прокрутить ручной дрелью против куска наждачной бумаги, чтобы сделать его круглым. Эта часть должна быть идеально круглой, чтобы анемометр был сбалансирован, но точный диаметр не имеет решающего значения. Центральное отверстие во втулке должно плотно прилегать к двигателю — необходимый диаметр составляет около 0,83 дюйма. Поскольку у нас не было кольцевой пилы или сверла такого размера, мы снова использовали токарный станок. Проще всего просверлить центрированное отверстие немного меньше этого диаметра и рассверлить его до плотного прилегания с помощью напильника или небольшого шлифовального барабана на ручной электрической дрели.Опять же, отверстие должно быть идеально отцентровано, чтобы машина была сбалансирована.И наконец, разметьте 3 отверстия для чашечных спиц точно под углом 120 градусов. Просверлите внешний диаметр втулки сверлом размером с выбранный вами стальной стержень-он снова должен быть очень плотным.Обязательно просверлите все 3 отверстия одинаковой глубины для сохранения баланса втулки. Чтобы сделать чашки и паука, сначала аккуратно просверлите 2 отверстия в ободе каждой половинки пасхального яйца, на расстоянии от 1/4 до 3/8 дюйма от края. Убедитесь, что отверстия совмещены, чтобы яйцо висело прямо на стержне. Отрежьте 3 стержня одинаковой длины, чтобы вес был одинаковым. Приварите или припаяйте гайку к концу каждого стержня. Наденьте половинки яйца на каждый стержень, тщательно выровняйте их по вертикали и приклейте эпоксидной смолой с обеих сторон. После отверждения эпоксидной смолы взвесьте стержни на чувствительных весах и спилите припой или сварочный материал до точного совпадения весов. Зачистите концы стержней наждачной бумагой, покройте эпоксидной смолой и вставьте узлы стержня/чашки в ступицу. Убедитесь, что все они вставлены на одинаковую глубину для сохранения баланса втулки. Я также приклеил края чашек непосредственно к ступице эпоксидной смолой для большей прочности; с более длинными лапами паука это было бы невозможно. Закройте внутреннее отверстие втулки эпоксидной смолой и плотно прижмите ее к двигателю. Нанесите 4-ю половинку яйца на верхнюю часть втулки, чтобы покрыть подшипник в качестве защиты от непогоды. Мы сделали канавку в ступице, чтобы принять яйцо, но оно должно держаться только с эпоксидной смолой. Пропустите кабель данных через кусок трубы, который вы вырезали для монтажной мачты. Вот именно для строительства! Существует множество вариаций этой конструкции, которые могут работать одинаково хорошо, если не лучше… в частности, ступица может быть сконструирована по-разному в зависимости от имеющихся у вас материалов и станков. Я выбрал диаметр анемометра 7,4 дюйма совершенно произвольно. Как есть, он начинает вращаться со скоростью около 8 миль в час, что немного ниже, чем начинают вращаться наши ветряные генераторы. Было бы неплохо, чтобы он реагировал при более низких скоростях ветра; для следующего Чтобы решить эту проблему, я, вероятно, удлиню крестовины на дюйм или около того. Более легкие чашки и втулка также помогут, но я хотел, чтобы это устройство было очень прочным … у нас здесь ветры превышают 100 миль в час.

Калибровка Это самое интересное! Вы можете соорудить автомобильное крепление для анемометра, хотя он может быть легко откалиброван кем-то другим, кроме водителя, который держит его из окна автомобиля, вдали от встречного потока автомобиля. Если вы решите откалибровать его без крепления, держатель должен носить толстые сварочные перчатки и защитные очки на случай, если он развалится. Калибровочная установка DanF для анемометра показана ниже… устройство поднимается на добрых 6 футов над кабиной грузовика, избегая встречного пара и турбулентности грузовика. ЗАМЕЧАНИЕ ПО БЕЗОПАСНОСТИ: ЗДЕСЬ, ГДЕ ПРОВОДИЛАСЬ КАЛИБРОВКА, НЕТ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ!!!! ЕСЛИ В ВАШЕЙ РАЙОНЕ ЕСТЬ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ДЕЛАЙТЕ КАЛИБРОВКУ В ДРУГОМ МЕСТЕ или используйте более низкую мачту!!!

Для калибровки анемометра необходимо выбрать абсолютно безветренный день. Любой ветер значительно испортит ваши показания. Сначала мы проверили спидометр моего грузовика с помощью GPS-приемника. Он оказался точным, так что дальше пользоваться GPS не пришлось. Мы подключили кабель передачи данных к мультиметру Fluke 87, предназначенному для измерения герц. Radio Shack и Harbour Freight также продают несколько недорогих мультиметров, которые считают частоту, вам не нужно тратить на них слишком много денег. Тогда это просто вопрос водителя, пытающегося поддерживать постоянную скорость и сообщающего скорость автомобиля пассажиру, который записывает показания скорости и частоты. Позже мы повторили процедуру при измерении переменного напряжения и сделали для них диаграмму. Поскольку во время нашей калибровки время от времени дул ветер, мы снимали показания, путешествуя вверх и вниз по дороге, и усредняли их.

Прямое чтение скорости ветра Простым решением для считывания скорости ветра непосредственно в милях в час был быстрый бумажный шаблон, наложенный на «гистограмму» дисплея измерителя. В то время как цифры на измерителе должны быть переведены, чтобы получить фактическую скорость ветра, гистограмму можно прочитать непосредственно на калиброванном бумажном шаблоне. Тем не менее, DanF имеет довольно глупое пристрастие к большим старым аналоговым измерителям — он хотел наблюдать за скоростью ветра на превосходном старом аналоговом микроамперметре 8 x 10 дюймов (спасенном от рН-метра). Измеритель показывает 0-500 микроампер по шкале pH 0-14. LM2917 чип преобразователя частоты в напряжение оказался идеальным выбором для этого приложения… он может без проблем управлять гораздо более мощными аналоговыми счетчиками и с минимальными внешними схемами. Чип стоит менее 3 долларов в большинстве магазинов электроники, и для его работы требуется всего 3 конденсатора и 3 резистора. LM2917 обеспечивает выходное напряжение, пропорциональное входной частоте. Он отличается от LM2907 тем, что имеет внутренний источник опорного напряжения на стабилитроне — напряжение питания может изменяться, не влияя на выходной сигнал. Его можно использовать во многих приложениях и конфигурациях… в этом случае он обеспечивает ток 0-500 микроампер, пропорциональный частоте около 0-90 Гц. С приведенной выше конструкцией анемометра это означает, что полная шкала (500 микроампер) соответствует примерно 60 милям в час. ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: DanF НЕ является экспертом в области электроники. Он по-прежнему верит в «волшебный дым» внутри компонентов электроники… если вы напортачите и выпустите дым, очень трудно вернуть его в нужные места. Он использовал обширный метод проб и ошибок (плюс некоторую помощь от члена форума Otherpower.com), чтобы получить правильные значения резисторов и конденсаторов… так что нет никакой гарантии, что мы сможем помочь вам, если вы захотите использовать эту схему в другая комплектация! КОНЕЦ ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ. Спецификации производителя для построения схем с этой микросхемой находятся ЗДЕСЬ и содержат много полезных схем, расчетов и схем для возможных схем. Схема была взята прямо со страниц «примечаний по применению». Существует также 8-контактная версия LM29.17 доступных; они очень похожи, и таблица данных расскажет вам, как конвертировать между ними. Все детали были куплены в магазине Radio Shack, за исключением микросхемы LM2917 — за ней пришлось идти в магазин электроники. Резистор 470 Ом от контакта 9 просто немного снижает напряжение питания. Схема будет работать как есть и от источника питания 12-14В. Измеритель может быть любым 0-500 мкА. Резистор от контактов 10 и 5 устанавливает полную шкалу силы тока для измерителя… 12 кОм дает вам приблизительно полную шкалу в 500 микроампер; сюда можно добавить триммер, если вам нужна высокая точность. Конденсатор емкостью 0,1 микрофарад на входных клеммах частоты предназначен просто для фильтрации ложных сигналов … микросхема очень чувствительна и будет считывать частоты, по-видимому, из ничего, если их не фильтровать. Остальные 2 конденсатора и резистор 100 кОм были рассчитаны прямо из таблицы данных чипа … там есть таблица и формула для их выбора. Все резисторы 1/4 ватта. Тони Ван Рун из Канады сделал для нас CAD. Вот несколько более красивых вариантов схемы!

А вот макеты печатной платы (PCB) для схемы. Не стесняйтесь использовать их, если у вас есть оборудование для травления вашей собственной печатной платы (доступно в магазинах электроники или Radio Shack). Вы можете купить уже выгравированные печатные платы прямо у Тони по ДЕШЕВОЙ цене. Я прикинул свою часовую стоимость травления и пришел к выводу, что НАМНОГО дешевле заказать их у него:
http://www.sentex.ca/~mec1995/wse/anemometer.html

Сначала я собрал схему на макетной плате без пайки. Я настоятельно рекомендую это… если вы не построите точно такую же схему, как показано здесь, и не используете точно такой же двигатель для анемометра, вам нужно будет настроить некоторые или все значения компонентов. С макетной платой это легко сделать. Как только все откалибровано и работает правильно, переключите схему на паяную версию; Платы для ПК доступны в Radio Shack, которые соответствуют соединениям внутри макетной платы без пайки. Купите разъем IC за 50 центов для чипа и припаяйте его к плате вместо самого чипа! Это может избавить вас от многих горя… Из вашей процедуры калибровки с анемометром вы должны получить список того, какая частота соответствует количеству миль в час. Если ваша калибровка проводилась в безветренный день, будет легко вычислить, сколько Гц соответствует количеству миль в час. В моем случае оказалось, что увеличение частоты на 6 Гц равняется увеличению скорости ветра на 4 мили в час. Я сделал окончательную проверку калибровки, вращая анемометр с постоянной скоростью, отмечая, сколько Гц было произведено, и отмечая, где на измерителе падала эта скорость. В моем случае 34 Гц = 25 миль в час = 4,6 pH (для начала это был pH-метр). Я нарисовал новую шкалу на белой бумаге, соответствующую шкале счетчика, но с новыми отметками для каждых 5 миль в час. Я аккуратно приклеил эту новую шкалу на лицевую сторону измерителя (стараясь не повредить стрелку), выровняв отметку 34 Гц/25 миль в час/4,6 pH в качестве эталона калибровки.