Что такое анемометр и как измеряет

Одним из самых простых, с доступным для понимания принципом действия, является механический, со встроенной электроникой для преобразования силы ветра в цифровое значение, анемометр крыльчатый, нашедший широкое применение на метеостанциях всего мира, чтобы не только сообщать о скорости воздушных потоков в конкретном населенном пункте, но и косвенно информируя о скором наступлении дождя от приближающего циклона, снежной буре или даже надвигающемся урагане.

Думаете, что анемометры это инструменты преимущественно для метеорологов ? Да, в домашних условиях, в отличие от градусников или термогигрометров, измерители ветры вряд ли найдут применения. Но вот за пределами дома, они очень даже востребованы. От их показаний зависит много. Вот лишь 7 примеров:

1. Рыбаки (на клев влияет ветер).
2. Охотники (от направления и силы ветра зависит - обнаружит ли зверь запах охотника).
3. Снайперы (чем сильнее ветер и дальше цель, тем больше вероятность попасть в "молоко").
4. Строители (чтобы не сорвались с крыши верхолазы и не повредить груз и стены строения, если поднимаются краном объекты с высокой парусностью, которые опасно раскачиваются).
5. Спортстмены-бегуны и автогонщики (при превышении сил ветра сверх допустимого предела, рекорд могут не засчитать).
6. Проверка тяги в отводящих продукты горения трубах, от газовых котлов и колонок. Это напрямую вопрос безопасности.
7. Измерение скорости потока воздуха в воздуховодах (потребуется купить анемометр – расходомер), что позволяет подобрать вентилятор с заданными техническими параметрами в вытяжных лабораторных шкафах.

Что такое и для чего нужен анемометр

Откуда берется ветер

На нашей планете присутствует атмосфера, состоящая преимущественно из азота, кислорода и примесей инертных газов. И поскольку в разных частях Земли, меняется температура и давление, появляются ветры. На нашем спутнике – Луне, ветров нет по той же причине – нет атмосферы. А вот на других планетах, например на Юпитере, ветры дуют, причем с колоссальной силой, только перемещается не воздух, а водород и гелий, а на других небесных телах это может быть метан.

Но если спуститься на землю, в прямом и переносном смысле, то мы имеем дело только с воздухом.

Солнце, являющееся основным, самым крупным по размерам и самым тяжелым объектом солнечной системы, нагревает воздух, который перемещается за счет такого физического явления, как конвекция – горячие потоки поднимается вверх. Испаряется вода с поверхности мирового океана, с почвы. Таким образом, создается непрерывный воздухообмен – глобальный между континентами и локальный – в пределах одного региона, на что оказывают влияние особенности местного рельефа: равнины, пустыни, горы.

К основным характеристикам ветра относятся:

• направление;
• скорость;
• температура;
• высота над уровнем земли.

Как измерить ветер

Воздух имеет массу, а значит обладает запасом энергией, что легко подтвердить, если отпустить надутый воздушный шарик. Он начнет быстро перемещаться за счет энергии воздушной реактивной струи.
Чтобы рассчитать кинетическую энергию ветра - KЭ (а это важно, при разработке анемометров, чтобы рассчитать площадь, геометрические особенности лопастей – диаметр, их количество, вес), необходимо воспользоваться формулой

Если расшифровать массу, то она равна плотности (ρ), помноженной на объем. Кроме того, в теории анемометров учитывается еще один параметр - количество воздуха, проходящего через поперечное сечение за единицу времени (A).
Таким образом, уравнение силы ветра трансформируется в: Pw​=1/2ρAv³
Это значит, что сила ветра увеличивается пропорционально кубу скорости ветра.

В каких единицах анемометр измеряет скорость ветра

Единиц измерения много, но все они взаимосвязаны друг с другом и те или иные применяются в разных странах.
В Украине используют как правило км/ч и м/с (согласно системе СИ).
Также могут быть например мили в час, для которых переводной коэффициент рассчитывается по пропорции: (1 миль/час) = (миль/1609 м) (3600 с/ч) = 0,447 м/с.
В большинстве анемометров, кроме самых дешевых по цене, обычно присутствует специальная кнопка для перевода в другие единицы измерения.

Как работают анемометры

Если не рассматривать лазерные, ультразвуковые, доплеровские и остальные очень редкие приборы для измерения скорости ветра, для узкоспециализированных производственных задач, то наиболее часто в продаже в интернет магазинах измерительных приборов можно встретить крыльчатые анемометры, у которых датчиком выступает шести- или восьмилопастная пластмассовая крыльчатка, изогнутые лопасти которой воспринимают давление набегающего воздуха. Образуется крутящий момент.

Скорость вращения пропорциональна силе ветра.

Отметим основные показатели, по которым производится выбор анемометров:

Термоанемометры

Исходя из названия, в принципе действия или в конструкции присутствует что-то, связанное с теплом. Так и есть.

Датчиком измерителя скорости воздушного потока выступает металлическая проволока (стойкая к окислению и воздействию высокой температуры).
Через провод поступает стабилизированный электрический ток от калиброванного источника постоянного напряжения.
Поскольку сопротивление проводника зависит от температуры, то при обдувании нити накаливания ветром, сопротивление меняется (чем сильнее дует ветер, тем сильнее он охлаждает проволоку), соответственно, поскольку напряжение не меняется, то ток будет становиться больше или меньше. Измерив эту разницу, цифровая схема сравнения переводит это отклонение в значение скорости ветра.
Здесь крыльчатки нет, а накальная нить обычно располагается в конце телескопического удлинителя, что позволяет эффективно искать места утечек воздуха, газов, сквозняки, в труднодоступных местах, хотя и в уличных условиях прибор покажет себя отличным образом.