Датчики расхода воздуха или анемометры
Под датчиком скорости и расхода воздуха или анемометром понимается измерительное устройство, которое применяется для определения скорости ветра, а также скорости газовых или воздушных потоков.
В зависимости от принципа работы анемометра, все датчики расхода воздуха можно разделить на:
- чашечные
- лопастные
- тепловые
- ультразвуковые.
Наиболее простым по конструкции является чашечный анемометр, который был изобретен полтора века назад. Чашечный анемометр включает в себя четыре расположенные симметрично чашечки, которые вращаются под действием скорости ветра. При этом скорость вращения чашечек прямо пропорциональна скорости воздуха. Особенностью чашечного анемометра является то, что он не чувствителен к изменению направления ветра.
Принцип работы лопастного датчика скорости воздуха
Ультразвуковой датчик скорости воздуха работает на основе того факта, что скорость звука изменяется в зависимости от направления потока воздуха. При этом есть двухмерные и трехмерные ультразвуковые датчики скорости воздуха. Особенностью первых является то, что они позволяют измерять скорость воздуха только в двухмерной системе координат.
Что касается сферы применения анемометров, то они активно используются в метеорологических службах, а также в различных воздуховодах, системах вентиляции, кондиционирования в тоннелях, шахтах и в производственных помещениях. Кроме этого очень часто датчики скорости воздуха применяются специалистами в области охраны труда для того, чтобы определить условия труда на рабочем месте.
Сегодня, наверное, нет ни одной сферы деятельности человека, в которой бы не использовались анемометры.
В случае, если вам необходимо приобрести и установить датчик скорости воздуха, то вы можете обратиться в компанию «Полтраф», которая занимается поставкой датчиков скорости воздуха производства известной австрийской компании E+E ELEKTRONIK, зарекомендовавшей себя с положительной стороны качеством продукции и вполне доступной стоимостью.
Если же вы ни разу не сталкивались с проблемой выбора датчика скорости воздуха, то специалисты компании «Полтраф» ответят на все возникшие вопросы и предложат наиболее оптимальный вариант анемометра в конкретном случае.
Смотрите так же список устройств, замеряющих скорость воздуха в каталоге >>
56245-14: Ventus-UMB Анемометры ультразвуковые – Производители и поставщики
Назначение
Анемометры ультразвуковые Ventus-UMB (далее – Ventus-UMB) предназначены для измерений скорости и направлений воздушного потока (ветра) в приземном слое атмосферы и передачи результатов измерений по цифровым или аналоговым каналам связи на внешние устройства отображения информации или системы сбора метеорологических данных.
Описание
Принцип измерений основан на вычислении времени распространения ультразвуковых импульсов в воздухе.
Анемометры ультразвуковые Ventus-UMB состоят из двух пар ультразвуковых приемопередатчиков, ортогонально ориентированных в плоскости относительно друг друга.
За один измерительный цикл происходит вычисление времени прохождения ультразвуковыми импульсами расстояния между передатчиком, генерирующем импульсы, и приёмником, принимающем импульсы. Определение времени прохождения ультразвукового импульса между двумя головками одной пары происходит в обоих направлениях.
При отсутствии ветра значения временных интервалов будут одинаковыми. Если скорость ветра отлична от нуля, то в каждой паре головок одно из измеренных значений времени прохождения будет отличаться от другого вследствие влияния ветра на распространение ультразвуковых импульсов в воздухе. При попутном ветре время прохождения будет меньше, чем при обратном. Сравнение значений временных интервалов позволяет определить скорость и направление ветра.
После измерения метеорологические параметры (скорость и направление воздушного потока (ветра) преобразовываются в цифровой код процессором и передаются по линии связи в систему сбора и обработки информации. В системе сбора и обработки информации метеорологические параметры обрабатываются, регистрируются, архивируются и формируются метеорологические сообщения для передачи их в линию связи.
Цифровые коды с информацией о скорости и направлении воздушного потока ветра обрабатываются и преобразуются при помощи модуля преобразователей измерительных, состоящего из процессоров, имеющих интерфейсные выходы цифровой и аналоговый для подсоединения к компьютеру.
Внешний вид Ventus-UMB показан на рисунке 1.
Программное обеспечение
Ventus-UMB имеют встроенное программное обеспечение (далее – ПО), которое обеспечивает расчет скорости и направления воздушного потока (ветра), обработку и передачу данных на индикаторные устройства или системы сбора метеорологических данных.
Встроенное программное обеспечение Ventus-UMB обеспечивает расчет скорости и направлений воздушного потока (ветра), обработку и передачу данных на индикаторные устройства или системы сбора метеорологических данных.
Идентификационные данные ПО Ventus-UMB приведены в таблице 1.
Таблица 1
|
Наименование программного обеспечения |
Идентификационный номер программного обеспечения |
Номер версии (идентификационный номер) программного обеспечения |
Цифровой идентификатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода) |
Алгоритм вычисления цифрового идентификатора программного обеспечения |
|
VENTUS_Vxx |
VENTUS_ Vxx. |
Vxx |
36BDDC03735D42 06C6158A87700F1 EC9 * |
MD5 |
|
UMB Config Tool Vxx |
UMB Config Tool Vxx.exe |
Vxx |
|
MD5 |
motПримечание: xx – диапазон значений от 0 до 99. Данные цифры в номере версии означают изменения в ПО, не затрагивающие метрологически значимой части ПО Ventus-UMB;
* – для версии ПО V20; **- для версии ПО V1.9.
Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений по МИ 3286-2010 – А.
Технические характеристики
Основные метрологические и технические характеристики анемометров ультразвуковых Ventus-UMB представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
Наименование параметра |
Значение параметра |
|
Диапазон измерений скорости воздушного потока (ветра), м/с |
0,1 – 75 |
|
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений скорости воздушного потока (ветра) в диапазоне (от 0,1 до 10,0) м/с, м/с |
± 0,2 |
|
Пределы допускаемой относительной погрешности измерений скорости воздушного потока (ветра) в диапазоне (свыше 10,0 до 75) м/с, % |
± 2 |
|
Диапазон измерений направлений воздушного потока (ветра), градус |
0 – 359,9 |
|
Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений направлений воздушного потока (ветра), градус |
± 2 |
|
Напряжение питания постоянного тока (внешний источник), В |
24 ± 10 % |
|
Потребляемая мощность, Вт, не более: с подогревом без подогрева |
1,2 240 |
|
Габаритные размеры, мм, не более: диаметр высота |
150 170 |
|
Масса, кг, не более |
1,62 |
|
Рабочий диапазон температур окружающего воздуха, оС |
от минус 40 до 60 |
|
Относительная влажность окружающего воздуха, % |
от 0 до 95 (без конденсата) |
|
Диапазон температур окружающего воздуха при транспортировании и о/~’ хранении, С |
от минус 55 до 80 |
|
Средний срок службы, лет |
10 |
|
Средняя наработка до отказа, ч |
35000 |
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносят на корпус анемометра ультразвукового Ventus-UMB в виде наклейки и на титульный лист Руководства по эксплуатации.
Комплектность
В комплект поставки анемометров ультразвуковых Ventus-UMB входят:
Таблица 3
|
1 Анемометр ультразвуковой Ventus-UMB |
1 шт. |
|
2 Руководство по эксплуатации |
1 шт. |
|
3 Методика поверки МП 2550-0224-2013 |
1 шт. |
Поверка
осуществляется по МП 2550-0224-2013 «Анемометры ультразвуковые Ventus-UMB. Методика поверки», утвержденной ГЦИ СИ ФГУП “ВНИИМ им. Д.И. Менделеева” 25.09.2013 г.
Основные средства поверки:
– ГСЭ единицы скорости воздушного потока ГЭТ 150-2012, диапазон воспроизводимых скоростей от 0,1 до 100 м/с, СКО=0,1 %, НСП=0,12 %;
– поворотное устройство (круговой лимб) с погрешностью не более ± 1°.
Сведения о методах измерений
Методика измерений изложена в Руководстве по эксплуатации на «Анемометры ультразвуковые Ventus-UMB».
Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к анемометрам ультразвуковым Ventus-UMB
1 ГОСТ 8.
542-86 «ГСИ. Государственный специальный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений скорости воздушного потока»;
2 Приказ Минприроды № 424 от 07.12.2012 «Об утверждении перечня измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений и выполняемых при осуществлении деятельности в области гидрометеорологии и смежных с ней областях, и обязательных метрологических требований к ним, в том числе показателей точности измерений»;
3 Приказ Минприроды России N 425 от 07.12.2012 “Об утверждении перечня измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений и выполняемых при осуществлении деятельности в области охраны окружающей среды, и обязательных метрологических требований к ним, в том числе показателей точности измерений”;
4 Техническая документация фирмы «Lufft Mess- und Regeltechnik GmbH», Германия.
Лист № 4 Всего листов 4
Рекомендации к применению
– осуществление деятельности в области гидрометеорологии;
– осуществление деятельности в области охраны окружающей среды;
– осуществление деятельности по обеспечению безопасности при чрезвычайных ситуациях.
Анемометры | ИТЕРА
Что такое анемометр?
Анемометр (ветромер) – это прибор, предназначенный для измерения скорости ветра, газов, а также воздуха. Данное устройство активно применяется в производственных помещениях, на метеостанциях и жилых комплексах с установленными системами вентилирования воздуха.
Виды анемометров
Анемометры классифицируются на несколько групп, исходя из принципа действия:
Лопастные (крыльчатые) анемометры
На английском название такого устройства – «windmill anemometer», что дословно переводится как – «мельничный анемометр». Измерение происходит при вращении оси в том же направлении, что и направление ветра.
Термоанемометры
Принцип действия теплового анемометра основывается измерении перепада температур на «вспомогательной стенке». Измерение происходит с помощью ленточной термопары, которая располагается внутри пластинки зонда.
Ультразвуковые анемометры
Такие устройства действуют по принципу измерения скорости звука, которая изменяется в зависимости от ориентации вектора движения воздуха.
Чашечные анемометры.
Все они отличаются между собой технологией, по которой происходит измерение скорости газовых потоков.
Как выбрать измеритель скорости воздуха
Перед тем, как выбрать измеритель скорости воздуха, необходимо четко понимать, для каких целей он будет предназначаться и где будут установлен. Поэтому следует определиться со следующими характеристиками:
- Диапазон производимых измерений;
- Разрешающая способность;
- Предельная погрешность измерений.
Также следует определиться в производственными возможностями прибора, поскольку анемометру предстоит выполнять определенные измерения в конкретных условиях. Помочь в этом вам могут следующие вопросы: в какой среде прибор будет использоваться? Какой температурный диапазон необходим? Требуется ли надежная защита от влаги и электромагнитных излучений?
Ответив на эти вопросы, вы без труда сможете подобрать необходимый измеритель скорости воздуха в нашем каталоге.
Купить анемометры и термоанемометры для измерения скорости ветра и газовых потоков
Компания «Итера» осуществляет продажи анемометров оптом и в розницу с доставкой по всей России. Если вы хотите купить анемометр, обратитесь к нашим менеджерам по телефону 8 (812) 703 67 01, либо напишите на наш электронный адрес mail [ae] itera.spb.ru. Наши специалисты проконсультируют Вас по любому возникшему вопросу, подберут необходимый для решения именно ваших задач анемометр, а также подробно расскажут о всех заинтересовавших позициях каталога.
Анемометр – Вики
Чашечный анемометр Карманный анемометрАнемо́метр, ветроме́р[1][2] (от др.-греч. ἄνεμος — ветер и μετρέω — измеряю) — метеорологический прибор для измерения скорости ветра. Состоит из чашечной (или лопастной) вертушки, укреплённой на оси, которая соединена с измерительным механизмом. При возникновении воздушного потока ветер толкает чашечки, которые начинают крутиться вокруг оси.
Анемометр замеряет число оборотов чашечек вокруг оси за заданное время, что равно определённому расстоянию, после чего рассчитывается средняя скорость ветра, расстояние делится на время (анемометр ручной). Либо чашечки соединены с электрическим индукционным тахометром, что позволяет прибору сразу показывать скорость ветра на данный момент, без дополнительных вычислений, и следить за изменениями скорости ветра в реальном времени.
Ручной крыльчатый анемометр предназначен для измерения скорости направленного воздушного потока в трубопроводах и каналах вентиляционных устройств. Приёмная часть прибора — лёгкое ветровое колесо (крыльчатка), ограждённое металлическим кольцом для защиты от механических повреждений. Движение оси крыльчатки передаётся на систему зубчатых колёс, приводящих в движение стрелки счётного механизма. Такого типа анемометры применяются чаще всего при измерении скорости и объёмного расхода воздушного потока в вентиляционных отверстиях, воздуховодах жилых и производственных зданий.
Наиболее распространённые анемометры с крыльчаткой-зондом — это testo 416, Анемометр ИСП-МГ4, Анемометр АПР-2 и другие.
Чашечный анемометр
Самый простой тип анемометров — это чашечный анемометр. Он был изобретён доктором Джоном Томасом Ромни Робинсоном в обсерватории Армы, в 1846 году. Он состоял из четырёх чашек полусферической формы, насаженных на спицы ротора, вращавшегося на вертикальной оси.
Горизонтальный поток воздуха с любого направления вращал ротор со скоростью, соответствующей скорости ветра.
Робинсон считал, что для его анемометра линейная скорость движения чашек составляет одну треть скорости ветра независимо от размера чашек и длины спиц; отдельные эксперименты того времени это подтверждали. На самом деле это неверно, т. н. «коэффициент анемометра» (обратная величина) для простейшей конструкции Робинсона зависит от размеров чашек и спиц и лежит в пределах от двух до чуть более трёх.
Трёхчашечный ротор, предложенный канадцем Джоном Паттерсоном в 1926 году, и последующие усовершенствования формы чашек Бревортом и Джойнером в 1935-м сделали чашечный анемометр линейным в диапазоне до 100км/ч (27м/с) с погрешностью около 3 %.
Паттерсон обнаружил, что каждая чашка даёт максимальный вращающий момент, будучи повёрнутой на 45° к направлению ветра (?). Трёхчашечный анемометр отличается бóльшим вращающим моментом и быстрее отрабатывает порывы, чем четырёхчашечный.
Оригинальное усовершенствование чашечной конструкции, предложенное австралийцем Дереком Вестоном (1991), позволяет с помощью того же ротора определять не только скорость, но и направление ветра. Оно заключается в установке на одну из чашек флажка, из-за которого скорость колеса меняется в течение одного оборота (пол-оборота флажок движется по ветру, пол-оборота — против). Зная угол этой неравномерности относительно «статора» метеостанции, можно определить и направление ветра. Самые распространенные модели современности среди чашечных анемометров это МС 13, М 95ЦМ, анемометр АРЭ Чашечные анемометры применяются в основном на башенных кранах, для сигнализации повышения скорости ветра.Секс
Тепловой анемометр
Датчик лабораторного теплового анемометраПредставляет собой открытую тонкую нить накаливания (вольфрам, нихром и т.
п.), нагретую выше температуры среды и охлаждаемую воздушным потоком. Сопротивление нити изменяется с температурой и определённым образом зависит от скорости ветра и плотности воздуха. В зависимости от схемы включения датчика различают приборы с фиксированным током через нить, фиксированным напряжением на нити и с фиксированной её температурой.
Данный принцип используется в большинстве современных ДМРВ автомобилей.
Конструкция имеет недостатки как очевидные (хрупкость), так и менее очевидные (нарушение градуировки из-за быстрого старения горячей проволоки).
Ультразвуковой анемометр
Трёхмерный ультразвуковой анемометр GILL WindMasterПринцип действия анемометров ультразвукового типа — в измерении скорости звука, которая изменяется в зависимости от направления ветра. Различают двумерные ультразвуковые анемометры, трехмерные ультразвуковые анемометры и термоанемометры. Двумерный анемометр способен измерять скорость и направление горизонтального ветра. Трехмерный анемометр проводит измерение первичных физических параметров — времен проходов импульсов, а затем пересчитывает их в три компоненты направления ветра.
Термоанемометр, помимо трех компонент направления ветра, способен измерять еще и температуру воздуха ультразвуковым методом.
Многие современные модели электронных анемометров позволяют измерять не только скорость ветра (это основное предназначение прибора), но и объемный расход воздуха, температуру воздуха (термоанемометр), влажность воздушного потока (термоанемометр с функцией измерения влажности). Российскими предприятиями также выпускаются многофункциональные приборы, которые содержат в себе функции как термоанемометра, так и гигрометра (измерение влажности) и манометра (измерение дифференциального давления в воздуховоде). Например, метеометр МЭС200, дифманометр ДМЦ01М. Такие приборы используются при создании, обследовании, ремонте, поверке вентиляционных шахт в зданиях любого типа.
Как правило, все выпускаемые на территории РФ анемометры подлежат обязательной сертификации и государственной поверке, так как являются средствами измерения.
Некоторые народные умельцы делают самодельные анемометры для собственных бытовых нужд, например, для сада-огорода.
См. также
Примечания
- ↑ Ветромер // Толковый словарь русского языка: В 4 т. / Под ред. Д. Н. Ушакова. — М.: Гос. ин-т «Сов. энциклопедия»; ОГИЗ, 1935. — Т. 1.
- ↑ Самойлов, К. И. Ветромер // Морской словарь. — М.—Л.: Госвоенморздат, 1941.
Литература
| Корабельный измеритель ветра КИВ предназначен для дистанционного определения скорости и направления ветра, измеряемых на уровне установки датчика 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. Технические характеристики
|
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.
И наоборот, при движении в одну сторону с ветром, его скорость будет выше, чем в неподвижном воздухе.
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.
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.
Интервал измерения – от 0,2 до 30 м/с.| 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:
- Двухмерные, которые способны определить скорость и направление ветра.
- Трехмерные, которые определяют все три компонента вектора скорости ветра.
- Четырехмерные, которые в дополнение к показателям предыдущего вида могут измерять температуру воздуха.
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.
Звуковые анемометры – обзор
Звуковые анемометры
Ультразвуковые анемометры, обычно называемые «звуковыми» анемометрами, основаны на способности ветра передавать звуки. Они обеспечивают очень быстрый отбор проб при очень низком пороге и очень полезны при микрофизических исследованиях планетарного пограничного слоя, например для измерения теплообмена или количества движения, а также в области культурного наследия, поскольку они могут обнаруживать воздушные потоки в непосредственной близости от поверхности памятника, а также оценивать сквозняки и тепловой комфорт в холодных условиях (Camuffo et al., 2010).
Скорость звуковой волны в среде известна и зависит от упругих свойств среды. Когда звуковая волна накладывается на воздушный поток, скорость ее передачи равна сумме скорости звука относительно среды плюс скорость среды. Звуковые импульсы передаются в противоположных направлениях по одному и тому же пути для каждой оси измерения. Обмен импульсами происходит между двумя миниатюрными пьезоэлектрическими преобразователями, которые используются для передачи, а затем для приема.Звуковой анемометр измеряет среднее значение скорости распространения этих импульсов. Измерение представляет средний воздушный поток, который пересекает цилиндр, то есть звуковой луч, имеющий поперечное сечение, определяемое размером датчика, и длину пути L , равную расстоянию между датчиками. Пространственное разрешение определяется размером преобразователя (обычно порядка 1 см в диаметре) и значением L , которое зависит от модели, например 15 см, 40 см.Однако чем выше пространственное разрешение, тем больше возмущение, вызываемое датчиками движения воздуха.
Звуковые анемометры можно разделить на два класса. Акустический анемометр с непрерывной фазой передает через исследуемый путь непрерывный луч звуковой энергии; фаза принятого сигнала сравнивается с фиксированной или опорной фазой. Импульсный звуковой анемометр передает звуковую энергию импульсами по интересующему маршруту. Звуковые импульсы передаются в противоположных направлениях по одному и тому же пути на каждой оси измерения.Импульсы, движущиеся по ветру, появляются раньше, чем импульсы, движущиеся против ветра. Основными преимуществами этого инструмента являются: он линейный, имеет очень быстрый отклик (т.е. несколько миллисекунд, чтобы он мог реагировать на высокочастотные колебания ветра) и имеет очень низкий порог.
Принцип действия (Beaubien and Bisberg, 1968; Tropea et al., 2007) заключается в том, что звуковая волна, передаваемая в неподвижном или движущемся воздухе, вводит временную задержку, которая зависит от скорости и направления полета. Первое уравнение, определяющее принцип действия, касается скорости звука C в неподвижном воздухе, т.е.е.
(20,11) C = γRTM
, где γ – отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении и объеме, R – универсальная газовая постоянная, а M – молекулярная масса газа, т.е. 28,97 г моль – 1 для сухого воздуха. При Т = 273,15 К скорость в воздухе 33145 см с – 1 .
Следовательно, звуковой анемометр всегда связан с точным термометром, измерения которого необходимы для ввода формул и вычисления скорости звука.Однако повышенное содержание влаги также может вызывать отклонения от результатов измерений, увеличивая скорость звука. Поскольку водяной пар имеет массу ( M W = 18,015 г моль – 1 ), заметно отличающуюся от массы других газов, составляющих атмосферу, следующее эмпирическое уравнение справедливо для влажного воздуха
(20,12) C = 2006,7T1 + 0.3192epcms − 1
, где e – давление водяного пара, а p – атмосферное давление.Переменное давление пара является источником ошибок, и самые большие ошибки возникают летом, например при T = 303 K и относительной влажности = 70%, e = 30 гПа, и это эквивалентно сдвигу температуры воздуха на 0,3 ° C. Погрешность меньше в холодное время года.
Когда воздушный поток движется со скоростью 9 и углом θ относительно юстировки датчика, звуковой анемометр измеряет составляющую скорости cos θ с помощью времени распространения звука Δ t , что равно
(20.13) Δt = 2LucosθC21 − u2C2s
, что является основным уравнением для акустической анемометрии.
Главный интерес к звуковому анемометру заключается в том, что он имеет очень низкий порог (например, 1 см / с –1 ) и является полностью пассивным инструментом, который не мешает движению жидкости, за исключением наличия датчиков, которые может вызвать турбулентность.
Измерения потока точны при хорошем косинусном отклике датчиков (Gash and Dolman, 2003; van der Molen et al., 2004).Экспериментальная матрица может состоять из одной, двух или трех осей, каждая из которых имеет пару совмещенных преобразователей, в зависимости от количества измерений, которые следует учитывать (рис. 20.18). По этим упомянутым причинам измерения не такие точные, как с горячей проволокой, и не могут приближаться к поверхности, такой как горячая проволока, но эти цели намного лучше достигаются с помощью лазерного доплеровского анемометра.
Рис. 20.18. (A) Использование на открытом воздухе двумерного звукового анемометра для измерения вентиляции вблизи поверхности памятника.(B) Звуковой анемометр, расположенный над скамейками, для контроля сквозняков при включенном обогреве скамей. (C) Запись двух ортогональных компонентов (синего и пурпурного) движения воздуха. Изначально воздух неподвижен, но при включении обогрева (время = 1000) интенсивность движения воздуха увеличивается с колебаниями от -20 до +20 см с – 1 .
Звуковые анемометры полезны для измерения быстрых или медленных движений воздуха на открытом воздухе или вблизи объектов.Это помогает оценить скорость осаждения и загрязнения или другие переменные, полезные для превентивной консервации.
Полное руководство по ультразвуковым анемометрам – ZATA
В последние годы, с развитием ветроэнергетики, датчики энергии ветра постоянно совершенствуются. Как своего рода оборудование для измерения погоды, механический датчик скорости и направления ветра, используемый для измерения направления ветра, медленно выявляет многие проблемы при использовании, влияя на эффективность использования энергии ветра.Механический анемометр зависит от вращения подшипников для завершения измерения, поэтому его точность и срок службы в основном зависят от подшипников.
Например, в случае сильного песка, пыли и коррозионных береговых воздействий подшипник будет преждевременно заклинивать из-за инородных тел и коррозии, и его срок службы не будет превышать полутора лет.
Когда окружающая среда относительно хорошая, влажность подшипника изменится после использования анемометра в течение определенного времени в любое время.Погрешность измеренных данных будет увеличиваться с течением времени. Обычно срок его службы составляет около 3 лет. Ошибка данных слишком велика, не только эффективность выработки электроэнергии низкая, но также повлияет на срок службы другого оборудования.
Например, если ошибка скорости ветра велика, генератор может не запускаться или останавливаться при сильном ветре. Первое влияет только на эффективность производства электроэнергии, а второе может вызвать производственные аварии. Например, ошибка направления ветра велика: она может вызвать частое рыскание ветряной мельницы и неточный ветер, увеличить неисправность системы рыскания и сократить срок службы лопастей, в то время как неточный ветер может напрямую вызвать повреждение лопастей при сильном ветре.Когда направление ветра ошибочное, эффективность выработки электроэнергии в целом неизбежно снижается.
Ультразвуковой анемометр измеряется ультразвуковым датчиком, поэтому его точность и срок службы в основном зависят от модуля ультразвукового датчика. Поверхность каждого датчика покрыта резиной. Весь датчик установлен в гнездо датчика из нержавеющей стали. Сиденье и кронштейн датчика бесшовно сварены лазером. Это предотвращает прямое воздействие на датчик, снижает влияние песка и пыли и увеличивает его способность противостоять ветру и песку, коррозии и дождевой воде.Сигналы, собранные датчиком ультразвукового анемометра, идентифицируются и обрабатываются системой CUP, которая может более достоверно и надежно отражать скорость, направление ветра и температуру окружающей среды. Обычно срок службы ультразвукового указателя скорости и направления ветра составляет не менее 5 лет.
Ультразвуковые датчики ветра или чашечные анемометры?
Механические анемометры хорошо зарекомендовали себя в течение многих лет, но строгие требования к ветровым турбинам могут потребовать более надежного датчика.
Ультразвуковой датчик скорости и направления ветра Lufft Ventus, пример устройств, которые могут заменить чашечные анемометры, хорошо работают даже в морозную погоду.
Точные измерения скорости и направления ветра с помощью надежного оборудования как никогда важны в современной конкурентоспособной ветроэнергетике Северной Америки. Спрос на надежные датчики ветра высок, и производители предлагают больше вариантов оборудования, чем когда-либо прежде. Новые технологии в высокотехнологичных датчиках, использующих ультразвуковые сигналы для измерения условий ветра, находят все более широкое применение, поскольку традиционные механические датчики, использовавшиеся исключительно в прошлом, в некоторых случаях оказываются ненадежными.Следуя по стопам Национальной метеорологической службы (NWS), новое поколение прогнозистов и инженеров ветроэнергетики начинает рассматривать ультразвуковые технологии как реальный вариант, а не просто дорогостоящую альтернативу. По мере развития отрасли, превратят ли надежность и не требующие обслуживания операции дешевые и быстро устанавливаемые вышки и механические датчики в пережитки прошлого? Или дешевый механический датчик никуда не денется?
Сравнение
Ультразвуковые и механические датчики измеряют ветер по-разному.В механических датчиках используются движущиеся части, которые подключаются к регистратору данных или другому устройству записи данных. «Чашки» для измерения скорости и «лопасть» для измерения векторных изменений физически перемещаются с изменениями ветра и дают точные показания скорости и направления. Ультразвуковые датчики или «звуки» работают без движущихся частей. В обычном звуковом анемометре датчик посылает импульс ультразвукового звука с «северной» стороны датчика. Микропроцессор измеряет t время, необходимое для перехода к датчику «Юг».Скорость ветра рассчитывается исходя из времени, которое требуется ультразвуку, чтобы добраться до противоположного датчика. Время измерения зависит от скорости и направления ветра вдоль линии между преобразователями. Без движущихся частей измерение происходит мгновенно и точно.
При усреднении по времени точность ультразвуковых и механических измерений сопоставима. Оба сообщают уровень точности в соответствии с опубликованными техническими характеристиками датчика. Хотя при усреднении данные точны, механические датчики не всегда отражают турбулентность (быстрые изменения скорости и направления ветра) и порывы из-за простых физических ограничений движущихся частей.На механический датчик влияет пусковой момент движущейся чашки и лопасти. Наблюдаемые различия возникают в измеренной скорости ветра из-за времени, которое требуется механическому датчику для физического запуска или регистрации изменения направления ветра. Например, если в какой-то местности дует шторм, и ветер внезапно меняет направление, датчик должен замедлить, остановиться и перезапустить с изменением направления ветра. Чтобы зарегистрироваться и сообщить об изменении, потребуется несколько секунд.
В отличие от ультразвукового датчика его инерция не влияет.Он будет измерять изменение направления ветра или сильный порыв ветра немедленно и в режиме реального времени. Именно эта неспособность измерить внезапные изменения побудила Национальную метеорологическую службу инициировать широкомасштабное изменение всех своих автоматизированных систем приземных наблюдений (ASOS) с механических датчиков на ультразвуковые. Системы ASOS служат в качестве основной сети приземных наблюдений за погодой в США. NWS инициировала программу модернизации датчиков погоды в 2000 году после нового требования Федерального управления гражданской авиации (FAA), согласно которому все датчики должны быть способны измерять переменные порывы ветра с трехсекундными интервалами.Механические датчики не рассчитаны на такую возможность. Большинство из них может измерить только быстрые изменения скорости ветра до пятисекундных порывов.
Надежность была еще одной заявленной причиной, по которой NWS решила сделать переход. «В старых датчиках были механические дефекты. Замораживание всегда было проблемой. Когда датчики зависли, они стали неработоспособными или неточными. Это огромная проблема при управлении авиацией », – говорит Аль Виссман, исполняющий обязанности директора операционного отдела NWS1. Хотя ультразвуковые датчики часто нагреваются, ультразвукового импульса, звуковой волны достаточно, чтобы время от времени предотвращать образование льда на головках датчика-преобразователя, даже если датчик не нагревается.Модернизация системы с механического оборудования для измерения ветра на ультразвуковое завершена в 2005 году.
Сеть из 883 метеорологических систем ASOS установлена по всей территории США. Большинство из них используются для авиационных служб, управляемых Федеральным управлением гражданской авиации, но данные являются общедоступными и доступны для использования кем угодно для справки. Разработчики ветряных электростанций часто используют ASOS вместе с другими данными NWS в качестве справочной информации при определении осуществимости сайта проекта. Измерения новых площадок с вышек для метрополитена коррелируются с существующими данными о ветре из географической области и используются для проверки данных.Данные NWS используются в качестве общей справочной информации, поскольку многие разработчики ветроэнергетики в настоящее время используют механические датчики для сбора данных о ветре на месте. Следовательно, существует возрастающая проблема несогласованности при обращении к данным ультразвукового ветра ASOS для региона. При отправке ветроэнергетического проекта на финансовую экспертизу согласованность данных является первоочередной задачей.
Ультразвуковой датчик ветра Lufft Ventus в полимерном корпусе будет приемлем для метростанций, но металлический корпус с нагревателем будет лучшим выбором для работы на гондолах турбин.
До недавнего времени ультразвуковые датчики были вторым выбором для профилометров ветра. Частично это связано с воспринимаемой высокой стоимостью и низкой заботой о долгом жизненном цикле на рынке профилирования и оценки. Поскольку ультразвуковые датчики не имеют движущихся частей, они дешевле в обслуживании и имеют более длительный срок службы, чем традиционные датчики с чашечным и пластинчатым наконечниками. Звуковые датчики также устойчивы к обледенению. В ходе недавних испытаний было доказано, что некоторые из них могут продолжать работу в условиях сильного ледяного дождя и сильного ветра в соответствии со стандартом MIL 810F, военным стандартом США по ледостойкости.Ультразвуковые анемометры будущего с интеллектуальными интерфейсами обеспечат дополнительные преимущества, такие как электронные компасы и датчики атмосферного давления.
В прошлом широкое использование механических датчиков в отрасли было связано не только с ценой, но и с историческим приоритетом принятых в отрасли стандартов измерения. Только механические датчики сертифицированы как класс A. Класс A или класс 1 – это термин, обозначающий датчик, соответствующий стандартам MEASNET или IEC, или обоим стандартам. Эти стандарты квалифицируют устройства класса A для контрактных приложений, проверки по стандартам и разрешения споров между коммунальным предприятием и конечными потребителями.Финансовое сообщество следует этому примеру, так что некоторые финансисты не будут принимать измерения данных ветроэнергетического проекта, если они не измеряются датчиками класса А. Они стали общепринятым названием в бизнесе оценки ветра с момента его первоначального выпуска. Только несколько механических датчиков соответствуют этому нормативному стандарту для измерения ветра, все они являются механическими.
Несмотря на то, что механические датчики имеют квалифицированный международный стандарт производительности, они не всегда соответствуют этому стандарту и не соответствуют всем квалификационным требованиям.Проблемы обледенения, стартовой скорости, вибрации и плохой устойчивости к сильным порывам ветра – это всего лишь несколько ошибок при техническом обслуживании, к которым эти пользователи датчиков привыкли. Одно исследование Центра возобновляемых источников энергии (CRES) показало, что механические датчики необходимо откалибровать после 12 месяцев использования в полевых условиях2. Это необходимо, поскольку они с трудом выдерживают воздействие устойчивого ветра с течением времени и подвержены другим опасностям окружающей среды.
Многие производители больших турбин перешли на ультразвуковые анемометры в качестве средства с меньшими затратами на техническое обслуживание для управления углом наклона и рыскания турбины.Анемометр управления турбиной действует как глаза и уши турбины. Системы управления турбиной и проектные системы SCADA полагаются на этот относительно небольшой компонент, который направляет турбину против преобладающего ветра для достижения максимальной эффективности. Если движущиеся части анемометра замерзают или ломаются, вся передача данных на органы управления турбиной прекращается. Эта «встреченная неисправность» останавливает работу турбины. Очень важно, чтобы турбина перестала работать, когда связь с анемометром прервана. Если турбина продолжит работу, когда она не направлена против ветра, сдвиг по ее лопастям может вызвать сильную и разрушительную нагрузку на машину.
Низкая надежность датчика означает снижение надежности ветряной электростанции и значительную потерю прибыли для владельцев и коммунальных предприятий. «События отказа [турбинного анемометра] – это не просто плохо, это кошмар для коммунального предприятия», – сказал один представитель коммунального предприятия в Колорадо. «Сейчас, когда в сеть подается больше ветра, чем когда-либо, это актуально сейчас более, чем когда-либо». В ветроэнергетике надежность датчиков рассматривается как связующее звено с надежностью проекта.
Другие работы для УЗИ
Ультразвуковые датчики могут использоваться для профилирования ветра и управления турбиной так же, как и механические датчики.Анемометры Sodar, а также анемометры 2D и 3D на мачте относятся к категории ультразвуковых датчиков. Двухмерные датчики измеряют скорость и направление ветра в горизонтальной плоскости. Трехмерные датчики используются там, где требуется более точное измерение активности ветра. Трехмерные датчики широко используются в метеорологических исследованиях и для небольших измерений расхода в лаборатории.
ПриборыSodar (звуковое обнаружение и дальность) измеряют вертикальную турбулентность и профили ветра в нижних слоях атмосферы. Системы Sodar похожи на радары, за исключением того, что оборудование использует для обнаружения звуковые волны, а не радиоволны.Большинство содарных систем работают, издавая акустический импульс, а затем прослушивают ответный сигнал в течение короткого периода времени. Как правило, интенсивность и доплеровский сдвиг (частота) отраженного сигнала анализируются для определения скорости ветра, направления ветра и турбулентного характера атмосферы3. Лидар аналогичен. Он использует лазерный свет для обнаружения изменений скорости и направления ветра.
Производители турбин, а также специалисты по профилированию и прогнозированию ветра по-прежнему регулярно используют механические датчики.Эти профессионалы отрасли говорят, что датчики для чашек обеспечивают более точные и надежные данные. Механический датчик ветра может быть правильным выбором при выборе:
• Недорогая альтернатива
• Ситуация предпочитает движущиеся части
• Замена на старую механическую систему, где не требуется высокотехнологичная модернизация
• Данные не нужно регистрировать или архивировать
• Более короткий срок службы сенсора не является проблемой
• Системе требуется низкое энергопотребление (<4 ВА)
Ультразвук – это новейшая технология.Изменения – это всегда вызов, особенно в отрасли, привыкшей делать все быстро и определенным образом. Один ведущий разработчик, знакомый с обоими методами метеорологических измерений, сказал: «Последовательность и цена – основная причина, по которой промышленность неохотно переходила на ультразвуковое оборудование… последовательность, которая меняется сейчас, когда Национальная метеорологическая служба заменила свои механические датчики на ультразвуковые более пяти лет назад». 5 Хотя ультразвуковое оборудование и дороже, оно является лучшим выбором, когда требуется:
• 3D скорость и направление ветра
• Высокая точность
• Отсутствие технического обслуживания является приоритетом, особенно
для агрегатов, установленных на турбине
• Длительный жизненный цикл с небольшим риском замены
• Холодная и ледяная среда
WPE
Ann Pattison, Lufft USA, Санта-Барбара, Калифорния., lufftusa.com
Создание ультразвукового анемометра | Встроенная лаборатория
Анемометр – это обычный прибор на метеостанции. Он используется для измерения скорости и направления ветра. Наиболее распространенный тип анемометра использует механические датчики, состоящие из трех или четырех полусферических чашек, установленных на горизонтальных кронштейнах на вертикальном стержне. Когда дует ветер, чашки толкаются, заставляя рычаги вращаться со скоростью, пропорциональной скорости ветра. Кроме того, флюгер, подключенный к анемометру, может определять направление.Хотя чашечные и лопастные анемометры очень популярны из-за их очень простой конструкции, они могут быть восприимчивыми в холодных и влажных условиях из-за их механических вращающихся частей, что может привести к остановке работы турбины в экстремальных условиях. Разработанные без каких-либо движущихся частей, ультразвуковые анемометры более надежны, не требуют обслуживания, долговечны и могут работать в сложных погодных условиях. В этой статье мы рассмотрим основной принцип работы ультразвукового анемометра и обсудим некоторые DIY-версии ультразвуковых анемометров, о которых производители сообщают в Интернете.
Принцип работы ультразвукового датчика ветра
Типичный ультразвуковой анемометр состоит из 2 пар ультразвуковых преобразователей, установленных под прямым углом друг к другу, как показано на рисунке ниже. Каждый датчик способен передавать и принимать ультразвуковые импульсы. Физическое расстояние между датчиками, расположенными напротив друг друга, фиксировано и известно. Во время работы время, необходимое для прохождения ультразвукового импульса звука от датчика севера (N) к датчику юга (S), сравнивается со временем прохождения импульса от датчика S к датчику N.Если бы не дул ветер, два раза должны точно совпадать. В противном случае звуковая волна, распространяющаяся вместе с ветром, должна прибыть раньше, чем звук, идущий навстречу ветру. Например, если дует ветер в направлении N, время в пути с севера на юг будет больше по сравнению с временем в пути с юга в северный. Разница во времени полета может дать относительную скорость ветра вдоль оси NS. Аналогичным образом, время полета также сравнивается в направлениях восток-запад и запад-восток, чтобы вычислить скорость ветра вдоль оси восточно-западного направления.Затем две прямоугольные составляющие скорости ветра объединяются для вычисления вектора ветра с полученной суммой и углом скорости ветра. Схема расположения датчиков, показанная ниже, дает только горизонтальную скорость ветра. Для измерения скорости ветра в трехмерном пространстве требуются датчики, расположенные также в вертикальном направлении.
Базовая схема ультразвукового анемометра (Источник: http://gillinstruments.com/products/anemometer/principleofoperation2.html)
Ультразвуковые датчики ветра для дома
Среди любителей и сообщества DIY механический датчик на основе чашки является наиболее популярным выбором для самодельных анемометров.В Интернете также есть несколько ресурсов по изготовлению ультразвуковых анемометров. Самый старый отчет, который мне удалось найти в Интернете, – от Hardy Lau (Германия). Он сделал два разных прототипа ультразвуковых анемометров. Его первая конструкция состоит из четырех ультразвуковых преобразователей, предназначенных для выполнения измерений в двух ортогональных направлениях, как мы обсуждали выше. Расстояние между противоположными преобразователями составляет примерно 21 см. Он способен измерять горизонтальные составляющие скорости ветра (до 45 м / сек с разрешением 0.05 м / сек) и направление ветра с разрешением 1 °. В конструкции реализован механизм нагрева, использующий четыре силовых транзистора BD743 и фиктивные резистивные нагрузки для нагрева датчиков и закрывающего металлического корпуса в экстремальных зимних условиях, чтобы гарантировать, что на работу датчика не повлияет снегопад и возможное образование льда. Процессор Microchip dsPIC 30F4012 используется для выполнения всех функций управления и вычислительных задач, связанных с обработкой выходных сигналов преобразователя. Данные о скорости и направлении ветра доступны для регистрации через последовательный интерфейс.
Самодельные ультразвуковые анемометры Харди Лау
Его второй прототип представляет собой более совершенную и аэродинамически более благоприятную конструкцию с минимальным влиянием ветра, что приводит к меньшей турбулентности. Противоположные преобразователи поочередно посылают и принимают друг другу ультразвуковые импульсы через верхнюю звукоотражающую пластину и обрабатываются процессором dsPIC33FJ128MC802. Чтобы получить полную информацию о проекте, посетите анемометр Hardy Lau, страница .
Плата управления Харди Лу
Еще одна удачная самодельная разработка ультразвукового анемометра от Carl47.Его конструкция датчика аналогична первой версии Харди Лу. Carl47 реализовал метод фазового сдвига для точного измерения времени полета и использует Atmega328 для обработки данных датчиков. Вы можете скачать полный отчет по проекту по следующей ссылке.
https://mysudoku.googlecode.com/files/UltrasonicAnemometer.zip
Самая последняя разработка ультразвукового анемометра «сделай сам», опубликованная в Интернете, принадлежит Лукасу Фасслеру из soldernerd . У него есть серия сообщений о своем проекте анемометра, которые можно найти здесь:
https: // soldernerd.com / arduino-ультразвуковой-анемометр
Чувствительная часть во многом похожа на две предыдущие конструкции, которые мы обсуждали. Но Лукас разработал несколько различных вариантов платы управления для своей установки. У него есть одна в виде щита Arduino, а другая в виде отдельной платы с процессором PIC32. Он даже построил крошечную аэродинамическую трубу, используя вентилятор с бесщеточным двигателем для тестирования своего датчика. Стоит прочитать его серию руководств по созданию ультразвукового анемометра.
Ультразвуковой анемометр Лукаса Фасслера
Автономный контроллер ультразвукового анемометра на базе PIC32 Лукаса
Если вам известны другие ресурсы, посвященные ультразвуковым анемометрам, изготовленным своими руками, сообщите нам об этом.Вы можете написать нам по адресу admin (at) embedded-lab.com.
Похожие сообщения
Принцип работы и особенности ультразвукового датчика скорости ветра
Сбор метеорологических данных обычно ценится людьми, поэтому используются некоторые высокоточные измерительные инструменты. Конечно, набор скорости ветра тоже такой же. Большая часть текущих работ по сбору скорости ветра фактически выполняется ультразвуковыми датчиками скорости ветра. Так действительно ли ультразвуковой датчик скорости ветра так хорош?
Ультразвуковой датчик скорости ветра имеет очевидные преимущества:
По сравнению с аналогичным оборудованием, ультразвуковые датчики, используемые в метеорологической сфере, могут измерять более точную информацию об изменении скорости ветра в различных погодных условиях, а также время отклика ультразвуковых датчиков. также выше, чем у аналогичного оборудования в то же время.Предполагается, что когда необходимо измерить изменение температуры окружающей среды, но нет устройства для измерения температуры, ультразвуковой датчик скорости ветра также может измерять изменение температуры окружающей среды в это время. В этом преимущество ультразвукового датчика скорости ветра.
Принцип работы ультразвукового датчика скорости ветра:
Ультразвуковой датчик скорости ветра использует ультразвуковой метод разницы во времени для измерения скорости ветра.Скорость звука в воздухе будет накладываться на скорость ветра в воздухе. Если ультразвуковая волна распространяется в том же направлении, что и ветер, ее скорость увеличится; И наоборот, если ультразвуковая волна распространяется в направлении, противоположном ветру, ее скорость замедляется. Следовательно, при фиксированном условии обнаружения скорость распространения ультразвуковой волны в воздухе может соответствовать функции скорости ветра. Вы можете получить точную скорость и направление ветра с помощью расчетов. Поскольку звуковая волна распространяется по воздуху, на ее скорость сильно влияет температура; анемометр определяет два противоположных направления на двух каналах, поэтому влияние температуры на скорость звуковой волны можно не учитывать.
Ультразвуковой датчик скорости ветра отличается легкостью, отсутствием движущихся частей, прочностью и долговечностью, не требует обслуживания и калибровки на месте и может одновременно определять скорость и направление ветра. Клиенты могут выбрать единицу измерения скорости ветра, выходную частоту и выходной формат в соответствии со своими потребностями. Вы также можете выбрать нагревательное устройство (рекомендуется для использования в холодных условиях) или аналоговый выход в соответствии с вашими потребностями. Его можно использовать с компьютером, сборщиком данных или другим оборудованием для сбора данных с RS485 или аналоговым выходом.
Ультразвуковой прибор для измерения скорости и направления ветра – относительно продвинутый прибор для измерения скорости и направления ветра. Поскольку он преодолевает недостатки, присущие механическому указателю скорости и направления ветра, он может нормально работать весь день и в течение длительного времени, и он все более и более широко используется. Это будет мощная альтернатива механическим анемометрам.
Характеристики ультразвукового датчика скорости ветра:
1.Использование технологии компенсации акустической фазы, более высокая точность;
2. Принятие технологии распознавания случайных ошибок, измерение также может гарантировать низкие дискретные ошибки на ветру, делая вывод более стабильным;
3. Технология компенсации измерений для мороси и густого тумана имеет более высокую адаптивность к окружающей среде;
4. Технология цифровой фильтрации, более сильная способность противостоять электромагнитным помехам;
5.Нет ограничения начальной скорости ветра, работа с нулевой скоростью ветра, подходит для измерения ветра в помещении, без ограничения угла (360 ° по всему периметру) и получения данных о скорости и направлении ветра;
6. Высокая точность измерения; стабильная работа; низкое энергопотребление без калибровки;
7. Конструкция прочная, а прибор обладает высокой устойчивостью к коррозии, поэтому нет необходимости беспокоиться о повреждении во время установки и использования;
8, гибкий дизайн, легкий, портативный, простой в установке и разборке;
9.Удобный доступ к сигналу, предоставляющий как цифровые, так и аналоговые сигналы;
10. Не требует обслуживания и калибровки на месте, точная работа 0 ～ 360 ° (без мертвого угла)
Звуковые анемометры (Центр атмосферных исследований
Звуковой анемометр Gill R3, развернутый во время эксперимента RHaMBLe Roscoff в 2006 году.
Акустические анемометрыобеспечивают быстрые и точные измерения скорости ветра в трехмерном пространстве и широко используются Центром атмосферных исследований для выполнения как стандартных измерений ветра, так и подробных измерений турбулентности.Эти инструменты могут измерять скорость ветра в диапазоне 0–60 м / с с разрешением 1 см / с при скорости до 100 Гц. Эта скорость и разрешение позволяют разрешить турбулентную структуру размером в несколько сантиметров.
Звуковые анемометры работают, измеряя время, необходимое звуковому импульсу для прохождения между парой преобразователей. Это время зависит от расстояния между преобразователями, скорости звука и скорости воздуха вдоль оси преобразователей следующим образом:
Т = L / (c + v)
Где T – время, L – расстояние между преобразователями, c – скорость звука, а v – скорость воздуха вдоль оси преобразователя.
Скорость звука в воздухе зависит от температуры, давления и взвешенных загрязняющих веществ, таких как пыль и туман. Чтобы получить скорость воздуха между преобразователями, каждый преобразователь чередуется как передатчик и приемник, так что импульсы между ними проходят в обоих направлениях. Скорость воздуха рассчитывается по времени импульсов в каждом направлении следующим образом:
v = 0,5 л (1 / t1-1 / t2)
Скорость звука, на основании которой может быть получена оценка температуры воздуха, может быть вычислена на основе продолжительности импульса следующим образом:
с = 0.5л (1 / т1 + 1 / т2)
Путем размещения трех пар преобразователей на трех разных осях можно получить трехмерную скорость ветра и, следовательно, направление и угол ветра.
Из-за высокой чувствительности измерений акустическим анемометром на измерения будут влиять небольшие искажения потока, вызванные потоком воздуха, проходящим мимо датчиков и их опорных стоек. Существуют различные конструкции головки анемометра, которые пытаются минимизировать такие искажения потока. Кроме того, большинство производителей проводят тщательную калибровку в аэродинамической трубе и автоматически вносят коррекцию в зависимости от направления для любых возникающих искажений.
Звуковые анемометрымогут работать в большинстве атмосферных условий, однако сильный дождь влияет на качество данных некоторых моделей, поскольку капли воды на преобразователях существенно влияют на время импульса. Эта проблема обычно сводится к минимуму, проверяя качество сигнала принятых звуковых импульсов и отклоняя импульсы с плохим качеством сигнала. Кроме того, если на датчиках нарастает лед, это также влияет на измерения. Чтобы решить эту проблему, некоторые модели оснащены системой антиобледенения.
Центр атмосферных исследований в настоящее время владеет шестнадцатью звуковыми анемометрами, произведенными Gill, RMYoung и Metek. К ним относятся один, способный работать на частоте 100 Гц, два, способный работать на частоте 50 Гц, а большая часть остальных – работать на частоте 20 Гц, что достаточно быстро для большинства приложений с турбулентным потоком. Кроме того, две акустические системы оснащены системой антиобледенения для работы в условиях обледенения. Большинство из них также оснащены дополнительными аналоговыми входами, позволяющими подключать дополнительные датчики, такие как температура, влажность, давление и следовые газы.
Множественная акустика использовалась в таких проектах, как NAMBLEX [ссылка] для измерения скорости ветра на разной высоте над землей, и Cityflux, где измерения проводились в различных местах по всему городу.
Создание ультразвукового анемометра
URL статьи: http://embedded-lab.com/blog/making-an-ultrasonic-anemometer/ URL комментариев: https://news.ycombinator.com/item?id=23526940 Очки: 2 # Комментарии: 0
Анемометр – обычный прибор на метеостанции.Он используется для измерения скорости и направления ветра. Наиболее распространенный тип анемометра использует механические датчики, состоящие из трех или четырех полусферических чашек, установленных на горизонтальных кронштейнах на вертикальном стержне. Когда дует ветер, чашки толкаются, заставляя рычаги вращаться со скоростью, пропорциональной скорости ветра. Кроме того, флюгер, подключенный к анемометру, может определять направление. Хотя чашечные и лопастные анемометры очень популярны из-за их очень простой конструкции, они могут быть восприимчивыми в холодных и влажных условиях из-за их механических вращающихся частей, что может привести к остановке работы турбины в экстремальных условиях.Разработанные без каких-либо движущихся частей, ультразвуковые анемометры более надежны, не требуют обслуживания, долговечны и могут работать в сложных погодных условиях.
