Einführung in das Prinzip des Anemometers
Ein Anemometer ist ein Instrument zur Messung der Windgeschwindigkeit. Es gibt viele Arten. Das Schalenanemometer wird häufig in Wetterstationen verwendet.
Es besteht aus drei parabolisch kegelförmigen leeren Bechern, die im Winkel von 120 Grad zueinander auf einem Ständer befestigt sind.
Der gesamte Sensorteil ist auf einer vertikalen Drehachse montiert. Unter dem Einfluss von Wind dreht sich der Windbecher mit einer Geschwindigkeit, die der Windgeschwindigkeit proportional ist, um seine Achse.
Das Grundprinzip eines Anemometers besteht darin, einen dünnen Metalldraht in eine Flüssigkeit zu legen und ihn mithilfe eines elektrischen Stroms über die Temperatur der Flüssigkeit hinaus zu erhitzen. Daher werden Anemometer auch „heiße Drähte“ genannt.
Wenn die Flüssigkeit in vertikaler Richtung durch den Draht fließt, entzieht sie dem Draht einen Teil der Wärme und senkt so die Temperatur des Drahtes.
Aus der Theorie der Wärmeübertragung durch erzwungene Konvektion lässt sich schließen, dass eine Beziehung zwischen dem Wärmeverlust Q des Hitzdrahtes und der Geschwindigkeit v der Flüssigkeit besteht.
Eine Standard-Hitzdrahtsonde besteht aus zwei Klammern, die durch kurze dünne Drähte zusammengehalten werden. Metalldrähte bestehen normalerweise aus Platin, Rhodium, Wolfram und anderen Metallen mit hohen Schmelzpunkten und guter Duktilität.
Der üblicherweise verwendete Drahtdurchmesser beträgt 5 μm und die Länge 2 mm; der Durchmesser der kleinen Sonde beträgt nur 1 μm und die Länge 0,2 mm. Je nach Verwendungszweck kann die Heißdrahtsonde auch als Doppeldraht, Dreifachdraht, diagonal, V-förmig, X-förmig usw. ausgeführt werden.
Um die Festigkeit zu verbessern, werden manchmal Metallfilme anstelle von Metalldrähten verwendet, und ein Metallfilm wird üblicherweise auf das isolierende Substrat gesprüht, was als Heißfilmsonde bezeichnet wird.
Die Hitzdrahtsonde muss vor dem Einsatz kalibriert werden. Die statische Kalibrierung erfolgt in einem speziellen Standard-Windkanal.
Die Beziehung zwischen Durchflussrate und Ausgangsspannung wurde gemessen und als Standardkurve aufgezeichnet.
Die dynamische Kalibrierung wird in einem bekannten pulsierenden Strömungsfeld durchgeführt oder der Heizschleife des Anemometers hinzugefügt.
Das pulsierende elektrische Signal dient zur Überprüfung des Frequenzgangs des Hitzdrahtanemometers. Ist der Frequenzgang nicht gut, kann er durch den Einsatz einer entsprechenden Kompensationsschaltung verbessert werden.
