Spis treści:
Anemometr kojarzy się wielu osobom tylko z meteorologicznym przyrządem do pomiaru prędkości wiatru. Jak działa to urządzenie i gdzie jeszcze jest stosowane? Sprawdź!
Po co mierzyć prędkość wiatru?
Jednym z najważniejszych obszarów aplikacyjnych anemometrów jest rzecz jasna meteorologia, dla której miernik wiatru jest niezbędnym narzędziem do monitorowania warunków pogodowych i prognozowania burz, tornad czy huraganów. Dane, pozyskane za pomocą przyrządów rozlokowanych na wszystkich kontynentach świata, umożliwiają naukowcom zrozumienie dynamiki atmosferycznej i wpływają na decyzje związane z publicznym bezpieczeństwem. Mało tego – w nawigacji lotniczej i morskiej, prędkość i kierunek wiatru są parametrami przekładającymi się nie tylko na poziom bezpieczeństwa, ale nawet… zużycie paliwa.
W sektorze energetycznym, zwłaszcza w przypadku energii wiatrowej, anemometry są używane do oceny potencjału energetycznego różnych lokalizacji, pomagają też w optymalizacji pozycji i wydajności turbin wiatrowych. Niektóre dziedziny sportowe – zwłaszcza żeglarstwo i paralotniarstwo – wymagają znajomości prędkości i kierunku wiatru dla osiągnięcia optymalnych wyników, choć i tutaj aspekt bezpieczeństwa jest nie do pominięcia.
W sektorze energetycznym, zwłaszcza w przypadku energii wiatrowej, anemometry są używane do oceny potencjału energetycznego różnych lokalizacji, pomagają też w optymalizacji pozycji i wydajności turbin wiatrowych. Niektóre dziedziny sportowe – zwłaszcza żeglarstwo i paralotniarstwo – wymagają znajomości prędkości i kierunku wiatru dla osiągnięcia optymalnych wyników, choć i tutaj aspekt bezpieczeństwa jest nie do pominięcia.
Warto także dodać, że anemometry znalazły zastosowanie również w bardziej „przyziemnych”, choć również niezwykle istotnych dziedzinach. Dość powiedzieć chociażby o serwisie instalacji HVAC – monterzy i serwisanci systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, a także kominiarze i specjaliści zajmujący się projektowaniem oraz optymalizacją kanałów wentylacyjnych, intensywnie korzystają z anemometrów jako jednego z podstawowych narzędzi, umożliwiających wyznaczanie prędkości przepływu powietrza oraz przybliżonej wartości przepływu objętościowego.
Anemometry mechaniczne
Na rynku istnieje szereg rozmaitych odmian anemometrów, różniących się zarówno konstrukcją, jak i zasadą działania oraz wynikającymi z niej parametrami użytkowymi. Zdecydowanie najpopularniejsze i zarazem najprostsze są wiatromierze wirnikowe (mechaniczne). Korzystają one z obrotowego wiatraczka (lekkiego wirnika z kilkoma łopatkami), który pod wpływem wiatru obraca się z częstotliwością zależną od prędkości strumienia powietrza. Wystarczy zatem zmierzyć ilość obrotów w danej jednostce czasu (np. na sekundę lub na minutę), a następnie przeliczyć na użyteczną jednostkę prędkości wiatru (najprościej można to zrobić, kalibrując dany wiatraczek z użyciem dokładnego anemometru). Do wyznaczania kierunku wiatru jest natomiast używany osobny przyrząd, mający postać wahliwie zamontowanej łopatki, która samoczynnie ustawia się zgodnie z kierunkiem przemieszczania mas powietrza. W tym przypadku odczyt jest dokonywany za pomocą dowolnej metody pomiaru kąta (np. z użyciem enkodera optycznego lub magnetycznego).
Inne konstrukcje anemometrów
Anemometry termiczne z gorącym drutem wykorzystują fakt, że prędkość wiatru wpływa na szybkość odbioru ciepła z powierzchni nagrzanych obiektów. Aby zrealizować pomiar, cienki drucik – rozpięty pomiędzy niewielkimi ramionami na kształt przypominający dziecięcą procę – zasila się stabilnym źródłem napięcia w celu jego podgrzania do określonej temperatury. Im szybciej wieje wiatr, tym łatwiej drucik wytraca ciepło – wystarczy zatem zmierzyć rezystancję drutu i – podobnie, jak poprzednio – przeliczyć ją na podstawie współczynników kalibracyjnych na wartość prędkości wiatru.
Dość często stosowane są także anemometry ultradźwiękowe. Te korzystają zwykle z dwóch par przetworników ultradźwiękowych – w ramach każdej pary jeden pełni rolę nadajnika, a drugi – odbiornika fal dźwiękowych. Prędkość przemieszczania się ultradźwięków zmienia się nieznacznie w zależności od prędkości i kierunku wiatru – mając zatem do dyspozycji dwie pary przetworników (ustawione tak, by dokonywały pomiaru w dwóch prostopadłych względem siebie osiach), możemy jednocześnie wyznaczyć i kierunek wiatru, i jego prędkość – wystarczy skorzystać z odpowiednich zależności trygonometrycznych.
Budowa własnej stacji pogodowej – od czego zacząć?
Doskonałym punktem wyjścia do budowy własnej stacji pogodowej z prawdziwego zdarzenia będzie wykorzystanie zestawu SparkFun SEN-15901. Na metalowym maszcie producent umieścił zestaw trzech czujników: anemometr mechaniczny, wskaźnik kierunku wiatru oraz zbiornik do pomiaru ilości opadów.
Całość można podłączyć za pomocą przewodów ze złączami RJ11 do samodzielnie zaprojektowanej płytki drukowanej lub dedykowanego modułu SEN-16794 (MicroMod Weather Carrier Board).
Ten ostatni, oprócz gniazd modularnych, posiada także inne, niezbędne do budowy stacji pogodowej, czujniki: barometr MEMS typu BMP280 (oferujący także funkcje pomiaru wilgotności oraz temperatury powietrza), a także sensor UV VEML6075 i detektor wyładowań atmosferycznych AS3935.
Tak rozbudowany zestaw umożliwia stworzenie własnej stacji pogodowej, monitorującej wszystkie najważniejsze zjawiska, zachodzące w atmosferze ziemskiej – wystarczy zatem połączyć całość z dowolnym zestawem Arduino i oprogramować z użyciem udostępnionej przez producenta biblioteki.
Gotowe anemometry przenośne
Jeżeli nie zależy Ci na określaniu kierunku wiatru, ale potrzebujesz narzędzia, które pozwoli Ci zweryfikować prędkość przepływu powietrza – zwłaszcza w zastosowaniach technicznych – z pomocą przyjdą komercyjne modele anemometrów wiatraczkowych. Rozbudowaną ofertę tego typu urządzeń opracowała firma Benetech – niektóre modele mają wirnik zintegrowany z obudową urządzenia, podczas gdy pozostałe są wyposażone w sondę z wiatraczkiem, podłączoną do miernika za pomocą przewodu spiralnego (np. model GM8901). Anemometry przenośne produkują także inne firmy, m.in. UNI-T (znana z szerokiej gamy mierników uniwersalnych) czy Wintact (produkująca także rozbudowane mierniki stężenia gazów) – wszystkie te urządzenia znajdziesz, jak zawsze, w ofercie naszego sklepu.
