Как работает анемометр: принцип измерения скорости ветра
Анемометр — прибор для измерения скорости движения воздуха или газового потока. Результат выражается в метрах в секунду, километрах в час или узлах. Без анемометров невозможно управлять вентиляцией в производственных цехах, обеспечивать безопасность высотных работ и правильно проектировать системы отопления и кондиционирования.
Чашечный анемометр: механика вращения
Классический чашечный анемометр изобрёл Джон Томас Ромни Робинсон в 1846 году, и этот принцип до сих пор широко применяется. Прибор состоит из трёх или четырёх полусферических чашек, закреплённых на горизонтальных спицах, которые вращаются вокруг вертикальной оси. Ветер давит на вогнутую сторону чашки сильнее, чем на выпуклую, создавая момент вращения. Скорость вращения пропорциональна скорости ветра. Механический счётчик или магнитный датчик Холла фиксирует число оборотов за единицу времени и пересчитывает их в скорость потока. Чашечный анемометр точен и надёжен в диапазоне 1-60 м/с, хорошо переносит низкие температуры, однако инертен: он медленно реагирует на порывистый ветер и не определяет направление потока.
Крыльчатый и термоанемометр: для точных измерений
Крыльчатый анемометр устроен как миниатюрная турбина: воздух вращает лопастное колесо, ось которого направлена вдоль потока. Такие приборы используют при измерении скорости воздуха в вентиляционных каналах и воздуховодах, где ветер движется строго в одном направлении. Диапазон измерений обычно составляет 0,3-20 м/с при погрешности 2-3%.
Термоанемометр работает по совершенно иному принципу. Тонкая нагретая нить или плёнка помещается в поток, и охлаждающий эффект движущегося воздуха снижает её температуру. Схема поддерживает нагрев постоянным и замеряет необходимую мощность, либо измеряет падение температуры при постоянном токе. Термоанемометры позволяют регистрировать турбулентность и пульсации потока с частотой до нескольких килогерц. Они незаменимы в аэродинамических трубах, научных лабораториях и при тонкой настройке систем климат-контроля в чистых помещениях.
Ультразвуковой анемометр: без движущихся частей
Ультразвуковой анемометр измеряет скорость ветра, сравнивая время прохождения звуковых импульсов между несколькими парами преобразователей. Если воздух неподвижен, импульсы в обоих направлениях идут одинаково. При наличии ветра сигнал по потоку приходит быстрее, против потока медленнее. Разница во времени пробега однозначно определяет скорость и направление ветра в двух или трёх измерениях. Такие приборы не имеют движущихся деталей, не требуют смазки и могут непрерывно работать годами. Погрешность лучших моделей не превышает 0,1 м/с. Ультразвуковые анемометры установлены на большинстве современных метеостанций Росгидромета, морских буях, ветроэнергетических установках и взлётно-посадочных полосах аэропортов.
Практическое применение в России
Строительные нормы СП 20.13330 обязывают учитывать ветровую нагрузку при проектировании зданий, поэтому анемометры входят в стандартный набор измерительного оборудования на стройплощадках. При скорости ветра выше 15 м/с башенные краны обязаны прекратить работу: анемометр на стреле крана автоматически сигнализирует оператору о превышении лимита. В нефтегазовой отрасли переносные анемометры используются при проведении огневых работ на открытом воздухе: инструкции требуют замерять скорость ветра перед каждым сварочным заданием. Для бытовых нужд, туристов и любителей метеонаблюдений выпускаются компактные приборы весом 50-100 граммов ценой от 500 рублей, дающие точность 5% в диапазоне 0,5-30 м/с.
