Sensoraufbau und Prinzip des Anemometers
Anemometer können die originalgetreuesten aufgezeichneten Daten zur Windgeschwindigkeit und -richtung in hydrografischen Stationen, im Umweltschutz, in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft, in Kraftwerken, auf Inseln, im Transportwesen, im Bergbau und in anderen Branchen liefern.
Der Anemometersensor verfügt über eine herkömmliche Struktur mit zwei rotierenden Schalen. Er wandelt die Windgeschwindigkeit in die Rotationsgeschwindigkeit des rotierenden Rahmens um.
Um die Startwindgeschwindigkeit zu reduzieren, werden eine leichte Windschale aus Spezialmaterialien und eine Edelsteinlagerhalterung verwendet. Nachdem das am rotierenden Rahmen befestigte Gerät das Signal vom Sensor erkannt hat, überträgt es das Signal zur Messung an den Host.
Der Mikrocontroller im Anemometer tastet das Ausgangssignal des Windsensors ab, korrigiert und berechnet es.
Schließlich gibt das Instrument fünf Parameter aus: momentane Windgeschwindigkeit/durchschnittliche Windgeschwindigkeit innerhalb einer Minute/momentane Windstärke/durchschnittliche Windstärke innerhalb einer Minute/Wellenhöhe entsprechend der durchschnittlichen Windstärke.
Die gemessenen Parameter werden direkt digital auf dem LCD-Display des Geräts angezeigt.
Um den Stromverbrauch des Instruments zu senken, wurden bei den Sensoren und Mikrocontrollern im Instrument eine Reihe spezieller Maßnahmen zur Reduzierung des Stromverbrauchs ergriffen.
Um die Zuverlässigkeit der Daten zu gewährleisten, zeigt die Batteriemarkierung unten auf dem Display bei zu niedriger Versorgungsspannung einen Stromausfall an. Dadurch wird der Benutzer darauf hingewiesen, dass die Versorgungsspannung zu niedrig ist und die Daten nicht mehr zuverlässig sind und die Batterie rechtzeitig ausgetauscht werden muss.
So funktioniert ein Anemometer
Das Grundprinzip eines Anemometers besteht darin, einen dünnen Metalldraht in eine Flüssigkeit zu legen und einen elektrischen Strom durch den Draht zu leiten, um ihn so zu erhitzen, dass seine Temperatur höher ist als die Temperatur der Flüssigkeit. Daher wird das Drahtanemometer auch als „heißer Draht“ bezeichnet. Wenn die Flüssigkeit in vertikaler Richtung durch den Draht fließt, entzieht sie dem Draht einen Teil der Wärme, wodurch die Temperatur des Drahtes sinkt. Aus der Theorie des erzwungenen Konvektionswärmeaustauschs lässt sich ableiten, dass zwischen der durch den heißen Draht verlorenen Wärme Q und der Geschwindigkeit v der Flüssigkeit eine Beziehung besteht. Eine Standard-Hitzdrahtsonde besteht aus zwei Klammern, die einen kurzen, dünnen Metalldraht spannen, wie in Abbildung 2.1 dargestellt. Metalldrähte werden normalerweise aus Metallen mit hohem Schmelzpunkt und guter Duktilität wie Platin, Rhodium und Wolfram hergestellt. Üblicherweise verwendete Drähte haben einen Durchmesser von 5 μm und eine Länge von 2 mm; die kleinste Sonde hat einen Durchmesser von nur 1 μm und eine Länge von 0,2 mm. Je nach Verwendungszweck werden Hitzdrahtsonden auch als Doppeldrähte, Dreifachdrähte, Schrägdrähte, V-Formen, X-Formen usw. hergestellt. Um die Festigkeit zu erhöhen, wird manchmal anstelle eines Metalldrahts ein Metallfilm verwendet. Ein dünner Metallfilm wird normalerweise auf ein wärmeisolierendes Substrat gesprüht, das als Heißfilmsonde bezeichnet wird (siehe Abbildung 2.2). Hitzdrahtsonden müssen vor der Verwendung kalibriert werden. Die statische Kalibrierung wird in einem speziellen Standard-Windkanal durchgeführt, und die Beziehung zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Ausgangsspannung wird gemessen und in eine Standardkurve gezeichnet; die dynamische Kalibrierung wird in einem bekannten pulsierenden Strömungsfeld oder durch Hinzufügen eines Heizkreises zum Anemometer durchgeführt. Das letzte pulsierende elektrische Signal wird verwendet, um die Frequenzantwort des Hitzdraht-Anemometers zu überprüfen. Wenn die Frequenzantwort nicht gut ist, kann die entsprechende Kompensationsschaltung verwendet werden, um sie zu verbessern.
Der Messbereich der Strömungsgeschwindigkeit von {{0}} bis 100m/s kann in drei Abschnitte unterteilt werden: niedrige Geschwindigkeit: 0 bis 5m/s; mittlere Geschwindigkeit: 5 bis 40m/s; hohe Geschwindigkeit: 40 bis 100m/s. Die Thermosonde des Anemometers wird für genaue Messungen von 0 bis 5m/s verwendet; die Radsonde des Anemometers ist ideal für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von 5 bis 40m/s; und das Staurohr wird verwendet, um die besten Ergebnisse im Hochgeschwindigkeitsbereich zu erzielen. Ein weiteres Kriterium für die richtige Auswahl der Strömungsgeschwindigkeitssonde eines Anemometers ist die Temperatur. Normalerweise liegt die Betriebstemperatur des Thermosensors eines Anemometers bei etwa +-70C. Die Radsonde des Spezialanemometers kann 350C erreichen. Über +350C wird ein Staurohr verwendet.
