В результате, стремясь решить эту проблему, в 1450 году итальянец Леон Баттиста Альберти сконструировал первый прообраз современного анемометра, который представлял собой диск, который необходимо было закреплять на оси, расположенной перпендикулярно ветру. Такое положение диска при наличии ветра вызывало его вращение, по которому, в свою очередь, определялась скорость движения воздушных потоков.
Впоследствии исследователи неоднократно предпринимали попытки усовершенствовать эту конструкцию. Так, в 1667 году английский ученый Роберт Гук, занимавшийся естественными науками, создал похожий по принципу работы анемометр, поэтому его иногда неверно называют изобретателем этого прибора.
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.
В последние годы всё большим спросом пользуются специальные измерительные приборы, обеспечивающие строгий контроль скорости движения воздушных потоков в границах замкнутых производственных пространств. Спрос на приборы подобного класса вызван тем, что в отдельных промышленных зонах отклонение этой величины от заданного значения строго нормируется.
Этим же обстоятельством можно объяснить жёсткость требований, предъявляемых к монтируемым в помещениях вентиляционным системам. В соответствии с действующими техническими нормативами скорость перемещения воздуха в вентиляционных каналах не может быть более 40 сантиметров в секунду; при этом погрешность измерения данной величины не должна превышать 5 см/сек.
Среди приборов для измерения скорости перемещения воздуха особое распространение получили модели, в основе функционирования которых лежит механический принцип измерения. Наглядным примером приборов этого класса является так называемый «чашечный» анемометр , в котором регистрация скорости потока воздушных слоёв осуществляется с помощью четырёх чашечек полусферической формы, закрепляемых на кронштейне вместе с датчиком.
Анемометры с крыльчаткой
Большим спросом пользуются в наши дни и анемометры с крыльчаткой, называемые ещё «мельничными» или «лопастными». Подобные приборы нередко оснащаются встроенным в них (или выносным) зондом, используемым в качестве датчика.
На оси зонда закреплена небольшая крыльчатка, реагирующая на малейшие изменения интенсивности воздушного потока. В процессе измерения датчик прибора помещается непосредственно в канал воздуховода системы кондиционирования, что значительно повышает точность снятия показаний. Особо стоит отметить ударную прочность большинства подобных приборов, корпуса которых изготавливаются из специального высокопрочного пластика.
Анемометры чашечного типа
овременные модели анемометров могут отличаться как по конструкции, так и по способу проведения измерений. При работе с приборами так называемого «чашечного» типа их ось должна располагаться перпендикулярно измеряемому воздушному потоку, а ось измерителей с крыльчаткой ориентируется по направлению его движения. В целом же эти модели не имеют каких-либо существенных различий, что позволяет использовать их в качестве дублирующих друг друга измерителей.
Анемометры для различного рода деятельности
В заключение следует отметить, что обе рассмотренные нами модели анемометров пользуются повышенным спросом как у работников коммунальных служб, так и у специалистов по монтажу современных систем кондиционирования и обогрева.
Принцип работы анемометров
Чтобы измерить скорость воздушного потока и представить её в удобном для пользователя виде, измерительный инструмент содержит три структурных блока:
- Первичный (измеряющий) блок. С помощью воздушного потока создаётся возмущающее воздействие на тот или иной физический параметр (вращение, охлаждение нагретого тела, отражение ультразвука, лазерного излучения и некоторые другие).
- Преобразователь. Изменяющийся физический параметр модулирует один из видов энергии: механическую, пневматическую, электрическую, электромагнитную и так далее.
- Регистрирующее устройство. Результат отображается с помощью механического счётчика оборотов, шкалы со стрелкой, цифрового индикатора, дисплея.
Принцип действия измерительных датчиков определяет следующую классификацию анемометров:
- вращающиеся (чашечные, лопастные, спиральные);
- нагревательные (термические);
- ультразвуковые (акустические);
- оптические (лазерные, допплеровские);
- динамические или напорные (на основе трубки Пито);
- вихревые;
- поплавковые.
Анемометр - это прибор для измерения скорости воздушного потока в помещениях, или ветра на открытом пространстве. Анемометры используются метеорологами, санитарными и другими службами в различных процессах в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и других отраслях. Цена на оборудование зависит от его функционала, класса точности и удобства работы.
Применение анемометров
Анемометр позволяет:
- контролировать производительность вентиляционных систем в помещении. С помощью анемометра измеряют скорость движения воздушных масс внутри систем вентиляции, размещая прибор в приточных или вытяжных воздуховодах. Необходимость купить анемометр возникает в лабораториях, производственных единицах, общественных помещениях с высокой степенью потенциальной загазованности.
- регистрировать и визуализировать показания приборов за определенный период времени. Анемометры можно купить у нас совместно со специально разработанным программным обеспечением.
Виды анемометров и принцип работы
Принцип действия заключается в фиксировании давления воздуха на чувствительную плоскость, и величина этого воздействия преобразуется в показания на индикаторе анемометра.
Анемометры по принципу устройства делятся на:
- Анемометр цифровой.
Анемометр цифровой - прибор, в котором результаты измерения скорости ветра преобразуются в дискретные величины, отображаемые на цифровом индикаторе.
- Чашечные анемометры.
Чувствительная плоскость - лопасти в форме полусфер. Позволяют определять среднюю (за определенный промежуток времени) скорость ветра. Чашечный анемометр имеет высокую чувствительность, поэтому применяется для метеорологических измерений. - Крыльчатые анемометры.
Чувствительная плоскость - лопасти вентилятора. Предназначены для измерения скорости направленного потока воздуха в трубах и каналах вентиляционных систем.
Различие между чашечным и крыльчатым анемометром состоит не только в конструкции приемного устройства. Крыльчатый анемометр обладает большей чувствительностью, он используется в закрытых помещениях.
Для уменьшения влияния пространственных неоднородностей на показания анемометра часто используется обтекатель. Измеренная скорость вращения пропорциональна скорости воздушного потока.
Среди недостатков данного типа анемометров можно выделить сравнительно большую погрешность, причиной которой является появление пульсаций давления и расхода из-за неравномерного перемешивания газа в пределах одного оборота. Это не позволяет использовать их в качестве образцового средства измерения. - Тепловые анемометры.
Метод определения скорости основан на измерении температурного сопротивления нагреваемого терморезистора, охлаждаемого воздушным потоком.
ЗАО «ЭКСИС» предлагает анемометры от отечественного производителя. Наши специалисты помогут подобрать модель прибора, который подходит именно вам. Купить анемометр можно, сделав заказ одним из способов: через каталог сайта, по электронной почте, по телефону. Мы доставим ваш прибор в Москву, города Свердловской области и другие регионы РФ.
Анемометр это метеорологический прибор при помощи котрого измеряют скорость воздушных потоков и ветра. Был изобретён в 1667 году. Современные анемометры, помимо скоростных характеристик воздушных масс, измеряют температуру воздуха.
Классификация анемометров и принцип их работы
Существует множество разновидностей анемометров, однако чаще всего для измерений используют:
- чашечный;
- крыльчатый;
- ультразвуковой.
Чашечный анемометр
Чашечный анемометр имеет самую простую конструкцию: подвижный элемент с четырьмя лопастями. Как только ветер на них воздействует, ось начинает вращаться и передавать данные измерительному прибору. Он фиксирует число вращений лопастей за конкретный период времени. Анемометр этого типа идеально подходит для использования на открытой местности, поэтому ценится метеорологами.
Крыльчатый анемометр
Крыльчатый анемометр наиболее распространен среди приборов, измеряющих скорость воздушных масс. Он состоит из крыльчатки, защищенной кольцом, и соединенной напрямую либо гибким проводом с измерительным прибором. Такая конструкция позволяет использовать его для регистрации скорости воздуха в труднодоступных местах.
Ультразвуковой анемометр
Ультразвуковой анемометр реже других используют для измерения скорости ветра. Как уже понятно из названия, он измеряет скорость звука в помещении, которая меняется в зависимости от направления перемещения воздушных масс.
Двухкомпонентные устройства помимо скорости ветра могут определять, куда он движется в зависимости от частей света. Скорость звука в такой аппаратуре зависит от времени преодоления ультразвуковыми импульсами расстояния от излучателя до ультразвукового микрофона. Практически все анемометры работают от заряжаемых аккумуляторов или батареек.
Сфера применения анемометров
Современная цифровая аппаратура укомплектовывается жидкокристаллическим дисплеем. На него и выводится результат измерений. Можно выбрать в каких единицах отображать скорость ветра, а иногда подключить девайс к компьютеру, собирать данные, синхронизировав анемометр с временем ПК, или выгрузить собранную информацию в отдельный файл.
Крыльчатый анемометр применяют в строительстве для определения скорости перемещения воздушных масс в вентиляции, трубах и шахтах. Также этот прибор используют в сельском хозяйстве для проверки систем кондиционирования помещений. Своевременная диагностика скорости перемещения воздушных масс поможет предотвратить различные заболевания у животных и остановить либо предупредить распространение инфекции. Большинство современных моделей анемометров вычисляют скорость ветра, объём воздушных масс и даже влажность воздуха.
Флюгер Вильде (рисунок 19). Данный прибор предназначен для использования на метеорологических станциях с целью многолетних постоянных наблюдений в различных регионах за направлениями и скорости ветров. Следует учитывать, что фиксируемые данные на метеорологических станциях, расположенных в различных местностях, должны быть сравнимыми. Это условие предполагает использование только серийно выпускаемых флюгеров, имеющих строго однотипное устройство.
Устройство серийного флюгера представлено на рисунке. Как видно из рисунка, направление движения воздушных потоков определяется с помощью флюгарки – пластинки клиновидной формы с противовесом. Направление ветра фиксируется с помощью муфты с жестко закрепленными прутиками (штифтиками) – указателями румбов. При вращении флюгарки доска для определения скорости ветра всегда принимает положение, перпендикулярное направлению ветра, и под давлением последнего отклоняется от отвесного положения на тот или иной угол. По положению отклонения доски, пользуясь отградуированными штифтиками-указателями, определяют скорость ветра. В приборе имеются две доски: легкая (200 г) для измерения скоростей, не превышающих 20 м/с и тяжелая (800 г) для скоростей до 40 м/с. Приближенную скорость ветра можно определить, помножив размер штифтика на 2 (при пользовании легкой доской) или на 4 (при пользовании тяжелой доской). Флюгер для наблюдений устанавливают в открытом месте на столбе высотой 8 – 10 м. штифтик с буквой С (N) должен быть установлен на север по компасу или полуденной линии, то есть по меридиану данного места. На основании многолетних наблюдений выводятся закономерности направлений и скоростей воздушных потоков, составляющие особенности климато-погодных условий в той или иной местности. Эти справочные данные широко используются для различных, частью указанных выше целей, в том числе и в гигиенической практике, в частности, когда имеет место необходимость гигиенического контроля за планировкой и застройкой населенных мест.Анемометры. В санитарно-гигиенической практике наиболее широко используются портативные анемометры – чашечный анемометр и крыльчатый анемометр (рисунок 20). Воспринимающая часть чашечного анемометра представляет собой вертушку из 4 полых полушарий (чашечек), закрепленную на металлической оси, нижний конец которой связан со счетным механизмом (тахометром). Стрелки на циферблате прибора показывают число оборотов полушарий вокруг оси: большая – число единиц и десятков, а две маленькие – число сотен и тысяч. Для включения и выключения счетчика оборотов на коробке прибора имеются рычаг и два кольца. В случае, если имеет место необходимость измерение движения воздуха на какой-либо высоте, прибор можно закрепить на шесте с помощью винта в нижней части. При этом для дистанционного включения и выключения счетчика на рычаге включения жестко закрепляется шнур и пропускается через кольца. Пометив концы шнура, можно включать и выключать счетчик.
Порядок измерения скорости движения воздуха (ветра). Записывают показания всех стрелок (на малых циферблатах учитывают только целые деления). Устанавливают прибор на шесте или держат в вытянутых руках в зависимости от конкретных задач. При этом прибор должен находиться в строго вертикальном положении. Далее, выжидают 1 – 2 минуты, пока не наступит полное вращение вертушки, после чего шнуром или непосредственно ручками включают одновременно счетчик прибора и секундомер. Наблюдение ведется в течение 10 минут. После данной экспозиции включают счетчик и секундомер и вновь записывают показания стрелок счетчика. Затем вычисляют разность между двумя показаниями счетчика, делят эту величину на время наблюдения, выраженное в секундах, и получают число оборотов в 1 секунду.Эта величина приблизительно соответствует искомой скорости движения воздушного потока. Для получения более точной величины пользуются таблицей или графиком перевода числа оборотов в скорость. Таблица или график прилагаются к прибору.
Чашечный анемометр служит для определения средних скоростей ветра в пределах 1,0 – 2,0 м/с. с помощью данного прибора можно производить не только метеорологические наблюдения в открытой атмосфере, но и определять скорость движения воздушных потоков в вентиляционных системах, в частности, с целью гигиенической оценки эффективности вентиляции в помещениях и устройствах различного назначения.
Крыльчатый анемометр по принципу работы идентичен предыдущему прибору. Однако в данном приборе имеются некоторые конструктивные особенности, повышающие его чувствительность и нижние пределы определения скорости движения воздушных потоков. Воспринимающей частью в крыльчатом анемометре служит мельничка (крыльчатка) из легких металлических лопастей, посаженных на соединенную со счетчиком оборотов горизонтальную ось.
При работе прибор ориентируется по потоку так, чтобы счетный механизм был позади потока относительно крыльчатки. Для преодоления инерции сопротивления прибора крыльчатке достаточно вращаться в холостую всего 0,5 минуты. Продолжительность наблюдения ограничивается 2 минутами. Порядок расчета скорости потока воздуха такой же, как у чашечного анемометра. С помощью крыльчатого анемометра представляется возможность измерять скорость воздушных потоков от 0,3 до 5,0 м/с.
Пример определения скорости движения воздуха чашечного анемометра. На открытой рабочей площадке с целью изучения условий труда рабочих-строителей проведено одно из исследований скорости ветра в ряду намеченных программой многочисленных регулярных наблюдений. Снимаем исходные показания счетчика прибора. При этом стрелка, указывающая тысячи, находилась между цифрами 3 и 4 соответствующего циферблата. То есть, в данном случае записываем число целых тысяч – 3. Стрелка, показывающая сотни, находилась между цифрами соответствующего циферблата 5 и 6. Записываем за цифрой 3 следующую цифру, обозначающую число целых сотен, - 5. Большая стрелка показывала 76 делений. Записываем вслед за предыдущими двумя цифрами цифру 76, показывающую число отдельных оборотов оси прибора. Таким образом, исходная величина на счетчике составила 3576.
Далее в течение 10 минут производилось определение скорости ветра с одновременным включением счетчика прибора и секундомера. Через указанное время счетчик и секундомер были выключены. С помощью указанной выше методики снимаем новые показания прибора, которые составили 6123. время наблюдения в секундах – 10´60 = 600 с. таким образом, за 600 секунд ось прибора сделала 6123 оборота. Для определения количества оборотов за 1 с делим разность показаний счетчика на 600: (6123 – 3576) : 600 = 2547: 600 = 4,245 об./с. Если в исследованиях нет необходимости в чрезвычайной точности исследования, что имеет место в большинстве случаев, то найденную величину принимают за скорость движения воздуха в м/с. То есть, скорость движения воздуха в данном примере была равной 4,245 м/с. Если же, появилась необходимость в очень точном исследовании, то переводят по графику или таблице, прилагаемых к прибору, об./с. м/с.
Кататермометр. Данный прибор представляет собой особый спиртовый термометр со шкалой 35-38°С или 33-40°С. Поначалу кататермометр был сконструирован для измерения охлаждающего влияния температуры воздуха на тело человека. В дальнейшем было показано, что кататермометр не производит потери тепла с поверхности кожи человека, не учитывает влияния теплового излучения, которое оказывает значительное действие на тепловой обмен организма. В настоящее время применяется практически исключительно для измерения малых скоростей движения воздуха, хотя, пользуясь кататермометром, можно ориентировочно определить, с какими его показаниями при различных условиях производственной деятельности совпадает оптимальное самочувствие людей, и оценить охлаждающую способность метеорологических факторов (температуры и скорости движения воздуха).
В зависимости от конструкции кататермометры бывают цилиндрические (кататермометр Хилла) или шаровые (рисунок 21), представляют собой термометр, в котором верхний конец капиллярной трубки имеет расширение, которое частично заполняется спиртом при нагревании. Принцип того и другого кататермометров заключается в том, что скорость снижения температуры приборов зависит кроме температуры воздуха от скорости его движения. При работе с цилиндрическим кататермометром измеряют время снижения температуры с 38 до 35°С, с шаровым – с 38 до 35°С, 39 до 34°С, 40 до 38°С. причем нетрудно заметить, что средне значение указанных температурных перепадов всегда равно 36,5°С, то есть средней температуре человека. Это позволяло при первоначальном назначении приборов в какой-то степени имитировать охлаждающее воздействие воздуха на организм человека («охлаждающая способность воздуха»). В процессе охлаждения с 1 см 2 поверхности резервуара кататермометров теряется постоянное количество тепла. Эта величина (катафактор) является константой (постоянной величиной) прибора и обозначается на каждом кататермометре в виде его постоянного фактора, выраженного в мкал/см 2 . Порядок работы с кататермометрами. Перед измерением кататермометр опускают в воду при температуре 65–80°С и держат, пока спирт заполнит не менее половины расширения капилляра. После этого кататермометр тщательно вытирают, вешают на штатив в точке измерения и по секундомеру устанавливают время охлаждения в указанных выше интервалах температур. Очень важно, чтобы кататермометр в период наблюдения находился в неподвижном состоянии, в противном случае будет имитироваться дополнительное движение воздуха. Измерения в одной точке повторяют несколько раз, отбрасывают первый результат, а из последующих выводят среднее значение величины охлаждения (Н ). Вычисление величины охлаждения по цилиндрическому кататермометру производит по формуле:Н – искомая величина охлаждения, мкал;
F – катафактор, мкал/см 2 ;
а – число секунд, в течение которых столбик спирта опустился с 38 до 35°С.
При работе с шаровым кататермометром, если наблюдения проводятся в температурном интервале 38-35°С, вычисление величины Н производят по той же формуле, что и для цилиндрического кататермометра. При наблюдениях в других интервалах для вычисления Н пользуются формулой:
Н – величина охлаждения сухого кататермометра, мкал;
Q – разность между средней температурой тела (36,5°С) и температурой окружающего воздуха, °С;
0,20 и 0,40; 0,13 и 0,47 – эмпирические коэффициенты.
Пример определения скорости движения воздуха с помощью шарового кататермометра. Исследователем проводилось определение скорости движения воздуха в учебной аудитории №2 кафедры гигиены ГОУ ВПО «ВГМУ Росздрава» с помощью шарового кататермометра при температуре воздуха в период наблюдения 20°С. катафактор (F ) прибора – 573 мкал/см 2 . Первый результат измерения времени падения температуры прибора с 40 до 33°С, как указывалось выше, был отброшен. Последующие три измерения показали соответственно время 210, 221 и 205 секунд. При расчете среднего времени получается результат: (210 + 221 + 205) : 3 = 636: 3 = 212 с.
мкал.
Находим величину , которая будет равна:
Скорость движения воздуха в учебной аудитории < 1 м/с, так как H/Q < 0,6. Подставляем найденные величины в соответствующую, указанную выше формулу, и рассчитываем скорость движения воздуха:
Для ускоренных и приближенных расчетов скорости движения воздуха можно пользоваться специальными таблицами (таблицы 10 и 11). Если исследования проводились в условиях, представленных в предыдущем примере, где величина H/Q была равной 0,38, то на пересечении горизонтальной прямой, соответствующей указанной величине, с колонкой, соответствующей 20°С, находим результат по таблице – 0,239 м/с.
