Меню

Все приборы для определения характеристик ветра

Приборы для измерения скорости и направления ветра.

Приборы, измеряющие скорость ветра, называются анемометрами; измеряющие скорость и направление – анеморумбометрами; регистрирующие скорость и направление – самописцами.

Рисунок 7.1 – Основные румбы

Флюгер станционный (флюгер Вильда) по устройству прост и достаточно широко используется для измерения направления, скорости и порывистости ветра (рис. 7.2). Чувствительным эле­ментом направления ветра в этом приборе является флюгарка 1 с противовесом 2. Она укреплена на трубке 7, которая надевается на заостренный конец неподвижной оси 3 и свободно вращается вокруг нее. Для определения направления ветра на неподвижной оси расположена муфта 4 с восемью штифтами, указывающими на­правление сторон света. На одном из них укрепляется буква С, на­правленная на север.

Приемником скорости ветра служит прямоугольная доска (пла­стина) 5, свободно качающаяся около горизонтальной оси 6. На оси закреплена дуга 8 с восемью штифтами, по которым от­считывают положение доски, отклоняющейся под действием ветра. На оси 6 есть противовес 10 для уравновешивания дуги 8. Штифты дуги нумеруются от 0 до 7.

Рисунок 7.2 – Флюгер Вильда (по М.Д. Павловой, 1974)

Анемометр ручной чашечный МС-13 (рис. 7.3). Его чувствительным элементом является небольшая вертушка 2 с четырьмя полусферическими чашками, обращенными выпуклостями в одну сторону. Вертушка насажена на ось 1, в нижней части которой имеется червячная (винтовая) нарезка, сопри­касающуюся с зубчатым колесом, передающим вращение вертушки счетному механизму. Счетный механизм помещен вну­три корпуса и представляет собой систему зубчатых колес, связан­ных с тремя стрелками, которые при вращении вертушки переме­щаются по трем шкалам.

шкала 6 имеет 100 делений. По этой шкале от­считывают десятки и единицы оборотов. Малые шкалы имеют 10 делений и служат для отсчета сотен и тысяч оборотов.

Счетный механизм включается и выключается арретиром, вы­ступающий конец которого расположен сбоку корпуса и имеет вид подвижного кольца. Движением арретира вверх (против ча­совой стрелки) счетчик анемометра включают, а движением вниз (по часовой стрелке) – выключают. В корпусе прибора по обе стороны арретира ввинчены два ушка, через которые протяги­ваются концы шнура, прикрепленного к кольцу для включения и выключения прибора, когда его нельзя достать рукой. Снизу под корпусом прибора имеется стержень с винтовой нарезкой 4 для установки анемометра на деревянном шесте в вертикальном по­ложении.

Рисунок 7.3 – Анемометр ручной чашечный МС-13 (по А.П. Лосеву, 1994)

От механических повреждений вертушка защищена металличе­скими дужками 7. Анемометр хранится в футляре с выключенным механизмом.

Анеморумбометр М-63– дистанционный прибор (рис. 7.4). Им измеряется скорость ветра, осредненная за 10-минут­ный интервал, максимальная мгновенная скорость ветра между сроками наблюдений и направление ветра.

Рисунок 7.4 – Анеморумбометр М-63 ( по М.д. Павловой, 1974)

Принцип действия основан на преобразова­нии направления и скорости ветра в электрические величины. В комплект прибора входит датчик 1, измерительный пульт 2и блок питания 3. Датчик состоит из обтекаемого корпуса, вращаю­щегося вокруг вертикальной неподвижной стойки. В конце корпуса находится флюгарка 5, а в начале – четырехлопастный винт 4с горизонтальной плоскостью вращения, которая с помощью флю­гарки устанавливается всегда перпендикулярно направлению воз­душного потока. Внизу вертикальной стойки находится ориентир для установки датчика относительно сторон света и штепсельный разъем для подключения соединительного кабеля.

Измерительный пульт – настольный прибор, на лицевой сто­роне которого размещены указатель мгновенной скорости 6, ука­затель средней скорости 7 и указатель направления ветра 8.

Блок питания состоит из двух батарей аккумуляторов, вольт­метра для измерения напряжения аккумуляторов и тумблера. Блок питания подключается к сети переменного тока.

Для характеристики ветрового режима местности по повто­ряемости направле­ний ветра строится график, назы­ваемый «розой ветров». Он может быть месячным, сезонным, годовым.

Повторяемость ветра для каждого из восьми румбов вычисляется по количеству раз, которое наблюдалось за тот или иной период. Полученные значения выражаются в процентах от общего числа наблюдений (число штилей в 100 % не входит).

При построении розы ветров чертят восемь румбов на­правлений ветра и на них в определенном масштабе отклады­вается повторяемость ветра. По­следовательно соединенные точки и будут характеризовать розу ветров.

1. Построить розы ветров по направлению ветра в мае и июне

Месяц С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ Штиль
Май
июнь

1. Ветер и его характеристики.

2. Значение ветра для сельскохозяйственного производства.

3. Приборы, характеризующие ветер.

4. Ручной анемометр и принцип его действия.

Источник

Приборы для измерения скорости и направления ветра

На метеорологических станциях, для определения направления и скорости ветра у поверхности земли служит флюгер. Он устанавливается на высоте 10-12 мнад земной поверхностью. Для определения скорости ветра в поле служит ручной анемометр. На метеостанциях широко используются также электрические анемометры и анеморумбометры, а также самопишущие приборы для непрерывной регистрации направления и скорости ветра — анеморумбографы.

Флюгер Вильда (станционный) (рис. 2.11 в конце) прибор служит для измерения скорости и направления ветра.

Ветромер Третьякова(рис. 2.12 в конце) служит для измерения направления и скорости ветра в полевых условиях. Необходимость таких измерений вызвана тем, что направление и особенно скорость ветра на полях могут значительно отличаться от данных метеоплощадки. Ветромер Третьякова по своему действию напоминает флюгер.

Читайте также:  Самодельный прибор по скрытой проводке

В настоящее время для измерения направления и скорости ветра применяют дистанционные приборы — анеморумбометры, основанные на преобразовании величин элементов ветра в электрические величины.

Анеморумбометр М-63(рис. 2.13 в конце) служит для измерения направления ветра, мгновенной скорости, средней скорости за десятиминутный интервал и максимальной скорости ветра между измерениями.

Анемометр ручной чашечныйМС-13 (рис 2.14 в конце) служит для измерения средней скорости ветра в пределах от 1 до 20 м/с.

Рисунок 2.1 — Схема вертикального строения атмосферного фронта с системой облаков (высокослоистых (As); слоисто-дождевых (Ns); перисто-слоистых (Cs), перистых (Ci)) (по СП. Хромову).

Рисунок 2.2 — Схема строения циклона (Бьеркнеса и Сульберга):

а) — вертикальный разрез фронтов севернее циклона с системой облаков (высокослоистых (As); слоисто-дождевых (Ns); перисто-слоистых (Cs), перистых (Ci)) и осадков;

б) — план «молодого» циклона с холодными и теплыми фронтами, с зоной облаков и осадков (заштрихованная часть);

в) — вертикальный разрез циклона через его теплый сектор с холодными и теплыми фронтами, с зоной облаков и системой воздушных течений.

Рисунок 2.5 — Изобары на уровне моря, гПа

Н — центр низкого давления; В — центр высокого давления; Г — горизонтальный барический градиент.

Рисунок 2.6 — Распределение атмосферного давления и ветров у земной поверхности: справа — меридиональный разрез направления ветра (по А. П. Шубаеву): 1 — направление ветра; 2 — направление горизонтального барического градиента.

Источник

«Ветры и их виды. Приборы для измерение направления скорости ветра»

Для чего используется прибор

На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:

  • На станциях метеорологии, которые работают с целью наблюдения за погодой.
  • В аэропортах. Ими пользуется служба безопасности полетов.
  • Для определения тяги в системах вентиляции в отраслях добычи горных пород и угля.
  • В строительстве анемометры используются для обеспечения безопасности: прибор закрепляют на верхней части стрелы крана. При достижении скорости ветра выше заданного параметра работы проводить запрещается.
  • В сельском хозяйстве данный прибор используется при проведении обработки посевов средствами химической защиты и удобрениями.

Это список основных направлений, где используется прибор для измерения скорости. Отдельные виды могут измерять дополнительно направление ветра в различных плоскостях, температуру воздуха. Единицы измерения скорости ветра – метры в секунду – используются в приборах всех видов.

Назначение инструмента

Анемометр — это прибор для измерения скорости ветра, в переводе с древнегреческого, — «ветромер»

. Но греки здесь ни при чём, поскольку прибор был изобретён ирландским астрономом Джоном Робинсоном в середине XIX столетия. Цель изобретения состояла в определении силы, или выражаясь по-научному — скорости ветра. Сегодня он применяется в различных отраслях хозяйства:

  • На метеорологических станциях, ведущих наблюдение за погодой, результаты которых выливаются иногда в штормовые предупреждения.
  • В аэродромных службах обеспечения безопасности полётов.
  • При эксплуатации вентиляционных систем и станций кондиционирования промышленных объектов, тоннелей метро.
  • Для контроля вентиляции проходческих штреков, используемых в горных и угледобывающих отраслях.
  • В строительной сфере. Вертушка, установленная на башенном кране, в случае превышения допустимой ветровой нагрузки предупреждает машиниста об опасности с помощью светозвукового сигнала.
  • Работники аграрной отрасли применяют анемометр во время проведения опыления посевов удобрениями и средствами химической защиты растений.
  • Используется в некоторых видах спорта, связанных с использованием силы ветра: парапланеризм, парусные регаты, гонки на буерах и так далее.

Устройство и принцип работы

Анемометр позволяет провести измерение скорости и направление ветра. Он улавливает скорость воздушного потока, после чего обрабатывает полученную информацию и передает на регистрирующее устройство.

Основными узлами конструкции являются всего три блока:

  • Блок, непосредственно измеряющий скорость воздушного покоя. Если говорить точнее, то прибор улавливает возмущение воздушных масс, которое образуется в результате движения потока воздуха.
  • Преобразователь, который служит для преобразования воздушных возмещений в физический параметр.
  • Регистрирующее устройство, которое принимает сигнал от преобразователя.

Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.

Как образуется ветер?

Основная причина образования ветра – неравномерное распределение атмосферного давления. Солнечные лучи, достигая поверхности Земли, нагревают океан и сушу. При этом температура в разных уголках нашей планеты возрастает неравномерно.


Образование ветра

Например, сильнее всего нагревается зона экватора и соответствующие пояса. Температура океанических вод повышается менее интенсивно, чем температура суши, однако водные массивы дольше удерживают тепло.

Таким образом, воздушные массы тоже нагреваются неравномерно. Образуются зоны с разным давлением, вследствие чего происходит воздушная циркуляция. Так, нагретые потоки (восходящие) из зоны низкого давления устремляются вверх. Тем временем, остывший воздух (нисходящие потоки) опускается вниз и устремляется в область низкого давления.

Атмосфера Земли не останавливается ни на секунду. Процесс воздушной циркуляции носит глобальный характер. Когда массивные потоки теплого и холодного воздуха сталкиваются, возникают различные по интенсивности ветры.

Читайте также:  Устройство электронной панели приборов

Разнообразие моделей

В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:

  • Механический. За счет движения воздуха в них происходит вращение отдельных элементов. В данную категорию относится анемометр чашечный и крыльчатый (или лопастной). Они отличаются между собой конструкцией элемента, который воспринимает потоки воздуха.
  • Нагревательные (или тепловые). В их конструкцию входит нагревательный элемент (обычно это простая накаливаемая проволока). Под воздействием движущихся воздушных масс данный элемент остывает. Прибор определяет степень снижения температуры.
  • Ультразвуковые, которые измеряют скорость движения звука. Звук, проходя сквозь движущийся газ, обладает различной скоростью. Если он движется навстречу ветру, то его скорость будет ниже. И наоборот, при движении в одну сторону с ветром, его скорость будет выше, чем в неподвижном воздухе.

Значение в природе

Ветер является важнейшим природным фактором, который воздействует на составляющие природы: климатические условия, геологические процессы, растения, животные и др.


Ветровая эрозия почвы

Основные последствия влияния ветров:

  1. Возникновение сильных океанических течений, которые определяют климат прилегающих зон.
  2. Эрозия почвы из-за выдувания мелких частиц.
  3. Образование новых форм рельефа. Например, перенос и откладывание песка ветром приводит к появлению песчаных дюн.
  4. Перенос пыли из пустынь и загрязнение воздуха. Например, летом дуют пассаты в Северном полушарии. При этом они постепенно приближаются к областям субтропических пустынь. В результате пыль из Сахары на протяжении сезона достигает южно-восточной части Северной Америки.
  5. Распространение пожаров. Ветер – один из основных факторов, который влияет на быстрое распространение пожаров, в особенности лесных.
  6. Влияние на растения. Воздушные потоки распространяют семена некоторых растений, ограничивают рост деревьев, а также могут наносить механические повреждения переносимыми твердыми частицами.
  7. Влияние на животных. Ветер усиливает холод в совокупности с низкими температурами – это основной аспект его влияния на животный мир. К влиянию ветра вынуждены приспосабливаться, например, пингвины, птицы, насекомые. Некоторым видам движение воздушных масс приносит пользу – олени распознают издали хищников за счет острого обоняния.

Уголь и нефть: откуда берутся, как образовываются — коротко, фото и видео


Перекати-поле

Интересный факт: наиболее известные растения, которые распространяются благодаря ветру – одуванчики, клен, перекати-поле. Опыление многих растений происходит за счет переноса пыльцы.

Классификация

Прибор для измерения скорости ветра в своей структуре имеет датчик, который контактирует непосредственно с воздушным потоком. В зависимости от вида данного датчика выделяют следующие типы анемометров:

  • Вращающиеся, в которых отдельные элементы конструкции начинают вращаться под воздействием скорости ветра.
  • Ультразвуковые, которые по-другому называют акустическими.
  • Нагревательные, их еще называют термическими.
  • Оптические, которые в свою очередь делятся на лазерные и допплеровские.
  • Динамические, чей принцип работы основан на базе трубки Пито-Прандтля.
  • Поплавковые.
  • Вихревые.

Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.

Таблица для определения скорости ветра по внешним признакам

характер ветра скорость ветра м/сек признаки
очень легкий 0-1 движение воздуха незаметно
1-3 движение воздуха едва заметно, шелестят листья
легкий 4-5 ветки слегка качаются, дым плывет в воздухе сохраняя очертания клубов
умеренный 6-7 ветки гнуться, ветер «слизывает» дым с трубы и перемешивает его в однородную массу, поднимается пыль
свежий 8-9 верхушки деревьев шумят и качаются
очень свежий 10-11 тонкие стволы деревьев гнутся, завывание ветра в трубах
сильный 12-14 листь срываются, на стоячей воде образуются волны с опрокидыванием гребней
резкий 15-16 тонкие ветки ломаются, затруднено движение против ветра
буря 17-19 толстые ветви ломаются, срывает кровельные покрытия
сильная буря 20-23 тонкие веревья ломаются

К метеорологическим устройствам относится прибор для измерения скорости ветра, который называется анемометр. В переводе с древнегреческого определение буквально означает «ветромер». Несмотря на название, прибор был изобретен лишь в 19 веке. Его изобрел астроном из Ирландии Джон Робинсон для определения скорости ветра.

Анемометр крыльчатый

Данный прибор способен определить скорость движения воздуха, которая находится в интервале от 0,5 до 45 м/с. Кроме того, данное устройство позволяет измерять температуру, которая находится в пределах от минус 50 до плюс 100 градусов.

Конструкция анемометра такова, что ветер воспринимается лопастной крыльчаткой. Это небольшое легкое колесико, которое от механических воздействий защищается металлическим кольцом. Принцип его работы напоминает вентилятор или мельницу. Под действием ветра крыльчатка начинает вращаться. По системе зубчатых колес ее вращение передается на стрелки счетного механизма.

Анемометр ручной устроен так, что счетный механизм расположен рядом с крыльчаткой. 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.

Анемометр крыльчатый цифровой устроен таким образом, что датчик встроен внутрь прибора или является выносным. Благодаря такой конструкции никакой преграды для ветра нет. Поэтому прибор измеряет поток, скорость которого может достигать 45 м/с.

Читайте также:  Щиток приборов шкода рапид 2021

Лопастные

В этом приборе воздействие ветра воспринимается лопастной крыльчаткой. Принцип действия его аналогичен чашечному устройству. В связи с тем, что ось вращения крыльчатки параллельна воздушному потоку, механический счётчик ручного инструмента расположен в непосредственной близости от лопастей (сзади). Поэтому он является некоторой преградой на пути ветра, что ограничивает рабочий диапазон. Ручным лопастным анемометром можно измерять среднюю скорость ветра, не превышающую 5 м/с.

Цифровой лопастной анемометр не имеет механического счётчика оборотов, препятствующего движению воздуха, поэтому скорость потока, измеряемого девайсом, достигает 45 м/с. При этом лопастной датчик может быть встроенного или выносного исполнения. Допускается измерять среднюю, максимальную и минимальную скорость.

Приборы чашечного типа

Анемометр чашечный способен производить измерения только в плоскости, которая расположена перпендикулярно оси вращения. Конструкция прибора представляет собой 4 чашки в форме полусфер, которые одеты на симметричные крестообразные спицы ротора.

Появились первые варианты данного устройства еще в 1846 году. Их создателем является Джон Робинсон. Название он получил благодаря внешнему сходству лопастей с чашкой. Доктор предполагал, что на вращение чашек не оказывают влияние их размер. 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.

В 1926 году Джон Паттерсон предложил ротор с тремя чашками. Им было замечено, что максимальный вращающий момент чашек достигается при их повороте на угол 45 градусов в отношении движения ветра.

В начале девяностых прошлого века Дерек Вестон усовершенствовал чашечный прибор для измерения скорости ветра. Его доработки позволили измерить дополнительно направление движения ветра. Достиг он этого простым способом – на одну из чашек установил флажок. При вращении флажок пол оборота движется по ветру, а вторую – против.

Чашечные ручные приборы подсчитывают количество оборотов, совершенных за отведенный промежуток времени. В улучшенных анемометрах ротор связывается с тахометрами различных видов. Данные приборы способны показать мгновенно скорость ветра и его изменение в реальном времени. Интервал измерения – от 0,2 до 30 м/с.

Таблица для определения скорости ветра с помощью флюгера Вильда.

значение указателя скорость ветра м/сек
пластина 200гр пластина 800гр
1
1-2 1 2
2 2 4
2-3 3 6
3 4 8
3-4 5 10
4 6 12
4-5 7 14
5 8 16
5-6 9 18
6 10 20
6-7 12 24
7 14 28
7-8 17 34
8 20 40

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.

Флюгер

Длинный гвоздь — деревянный шест — деревянные бусинки — фанера — молоток — линейка — сапожный нож — клей для дерева — компас

1. Вырежи из фанеры детали, изображенные на чертеже внизу. Ширина прорезей должна быть равна толщине фанеры.

2. Собери флюгер, как показано на рисунке. Детали скрепи между собой клеем.

3. Уравновесь флюгер на шляпке гвоздя, чтобы найти его центр. Вбей в этом месте гвоздь, нанизав на него по бусине по обе стороны от флюгера, как показано на рисунке. Флюгер нужно укрепить на шесте так, чтобы он мог свободно вращаться.

4. С помощью флюгера определи направление ветра. Его нос указывает направление, откуда дует ветер. Ветер с юга называется южным ветром.

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.

Почему днем ветер дует с моря на сушу, а ночью – наоборот?

Основополагающим фактором является температура и соответствующее ей атмосферное давление, как и в случае с зимними/летними муссонами. Но ветер, который образовывается на границе суши и морского водоема, имеет собственное название – бриз.


Бриз

Днем суша быстрее нагревается, чем вода, поэтому ветер дует в зону низкого давления. Ночью земная поверхность быстрее остывает, а вода остается теплой, поэтому бриз меняет направление и дует в сторону моря.

Источник

Adblock
detector