Funktionsprinzip von Staurohr-Windgeschwindigkeitssensoren
Das Pitotrohr, auch bekannt als „Luftgeschwindigkeitsrohr“ oder „Windgeschwindigkeitsrohr“, ist ein röhrenförmiges Gerät zur Messung des Gesamtdrucks und des statischen Drucks eines Luftstroms zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Luftstroms, das vom Franzosen H. Pitot erfunden und benannt wurde.
Es ist schwierig, die Geschwindigkeit des Luftstroms direkt mit experimentellen Methoden zu messen, aber der Druck des Luftstroms kann leicht mit einem Manometer gemessen werden. Es wird hauptsächlich verwendet, um die Geschwindigkeit des Flugzeugs zu messen, hat aber auch eine Reihe anderer Funktionen. Daher kann der Druck mit einem Pitotrohr gemessen und dann die Geschwindigkeit des Luftstroms durch Anwendung des Bernoulli-Theorems berechnet werden. Ein Staurohr besteht aus einem runden, doppelt verkleideten Gehäuse (siehe Abbildung). Der Außendurchmesser des Gehäuses beträgt D. In der Mitte des runden Gehäuses befindet sich eine Öffnung für den Gesamtdruck O, die mit dem Innengehäuse verbunden ist. An einem Ende ist ein Manometer angebracht. Der Durchmesser der Öffnung beträgt {{0}}.3 ~ 0,6 D. In der Seitenfläche des Außengehäuses O öffnen sich an der Umfangswand von etwa 3 ~ 8 DC gleichmäßig eine Reihe von Öffnungen für den statischen Druck, die senkrecht zur Wand des Außengehäuses verlaufen und mit dem Manometer verbunden sind. Auf der anderen Seite ist das Staurohr so angebracht, dass die Geschwindigkeit des konstanten Luftstroms gemessen werden kann. Mit dem Rohr lässt sich die Luftgeschwindigkeit nach dem Bernoulli-Theorem berechnen. Das Staurohr wird so in den konstanten Luftstrom angebracht, dass die Rohrachse und die Richtung des Luftstroms übereinstimmen und die Vorderkante des Rohrs zum einströmenden Strom zeigt. Wenn sich der Luftstrom dem Punkt O nähert, wird die Durchflussrate allmählich reduziert und der Durchfluss zum Punkt O wird bei Null gestoppt. Der gemessene Punkt O ist also der Gesamtdruck P. Zweitens ist der Punkt C aufgrund der sehr dünnen Röhre weit genug vom Punkt O entfernt, sodass die Geschwindigkeit und der Druck am Punkt C im Wesentlichen wiederhergestellt wurden, wobei die Eingangsgeschwindigkeit V und der Druck P dem Druckwert entsprechen. Daher wird am Punkt C der statische Druck gemessen. Bei Strömungen mit niedriger Geschwindigkeit ergibt sich die Gleichung zur Bestimmung der Strömungsrate aus dem Satz von Bernoulli:
Anhand des am Manometer gemessenen Gesamtdrucks und der statischen Druckdifferenz PP sowie der Fluiddichte ρ lässt sich gemäß der Formel die Geschwindigkeit der Luftströmung berechnen.
Funktionsprinzip des Ultraschall-Windgeschwindigkeitssensors
Das Funktionsprinzip eines Ultraschall-Windgeschwindigkeitssensors besteht darin, die Windgeschwindigkeit mithilfe der Ultraschall-Zeitdifferenzmethode zu messen. Denn die Schallausbreitungsgeschwindigkeit in der Luft und die Windrichtung überlagern die Luftgeschwindigkeit. Wenn die Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwelle mit der Windrichtung übereinstimmt, erhöht sich ihre Geschwindigkeit. Wenn die Ausbreitungsrichtung der Ultraschallwelle hingegen der Windrichtung entgegengesetzt ist, verringert sich ihre Geschwindigkeit. Daher kann unter festen Erfassungsbedingungen die Geschwindigkeit der Ultraschallausbreitung in der Luft der Windgeschwindigkeitsfunktion entsprechen. Die genaue Windgeschwindigkeit und -richtung können durch Berechnung ermittelt werden. Da die Geschwindigkeit der sich in der Luft ausbreitenden Schallwelle stark von der Temperatur beeinflusst wird, erkennt der Windgeschwindigkeitssensor auf zwei Kanälen zwei entgegengesetzte Richtungen. Deshalb ist der Einfluss der Temperatur auf die Geschwindigkeit der Schallwelle vernachlässigbar.
Der Ultraschall-Windsensor ist leicht, hat keine beweglichen Teile, ist robust und erfordert keine Wartung oder Kalibrierung vor Ort. Er kann sowohl Windgeschwindigkeit als auch Windrichtung ausgeben. Kunden können die Windgeschwindigkeitseinheit, die Ausgabefrequenz und das Ausgabeformat entsprechend ihren Anforderungen auswählen. Heizung (empfohlen für kalte Umgebungen) oder analoge Ausgänge sind auf Anfrage ebenfalls erhältlich. Er kann an einen Computer, Datensammler oder ein anderes Erfassungsgerät mit kompatiblem RS485- oder Analogausgang angeschlossen werden. Bei Bedarf kann er auch in einem Netzwerk mehrerer Einheiten verwendet werden.
Der Ultraschall-Windgeschwindigkeits- und -richtungsmesser ist ein fortschrittlicheres Instrument zur Messung von Windgeschwindigkeit und -richtung. Da er die inhärenten Mängel mechanischer Anemometer gut überwindet, kann er bei jedem Wetter lange Zeit normal funktionieren und wird immer häufiger eingesetzt. Er wird eine starke Alternative zu mechanischen Anemometern sein.
