1.2.3 Российский акустический анемометр ацат-3м и АнглийскийWindMaster

Рис. 1.3 Внешний вид и расположение приборов в момент сверочных из­мерений: слева — АЦАТ-ЗМ, справа — Wind Master.

Акустический датчик прибора (рис. 1.3) состоит из шести обратимых акустических преобразователей, которые установлены попарно друг про­тив друга, образуя три измерительные базы длиной 125 мм. Эти базы рас­положены под углом 45° к вертикальной оси таким образом, что их проек­ции на горизонтальную плоскость повернуты друг относительно друга на 120°. Такая конструкция обеспечивает хорошие аэродинамические качест­ва датчика. Встроенный в прибор микропроцессор позволяет подключать к нему другие датчики, выход которых представлен в виде напряжения или сопротивления. Вывод информации в линию связи с компьютером осуще­ствляется посредством цифрового канала, построенного по интерфейсуRS-232.

Особенностью акустических анемометров является то, что их калиб­ровка может быть выполнена расчетным путем. Для сопоставления резуль­татов измерений турбулентных потоков и других характеристик турбулент­ности, полученных в разных местах, необходимо идентифицировать приборы, разработанные и используемые для этих целей исследователями в других странах.

Кроме параметров ветра АЦАТ измеряет также температуру воздуха и ее пульсации, что существенно увеличивает возможности прибора и расши­ряет область его применения. Назовем некоторые направления, где АЦАТ может быть широко использован:

1. для оснащения разного рода комплексов метеорологических измере­ний (например, метеостанций, малых и больших мачтовых сооружений, гидрографических и других судов, морских платформ и т. д.);

2. в области экологии и для мониторинга условий переноса и рассеива­ния вредных примесей в атмосфере, в том числе в условиях, близких к штилевым;

3. для измерения характеристик турбулентности, потоков тепла, влаги и трения в задачах физики атмосферы и агрометеорологии;

4. для измерения порывов и сдвигов ветра при взлете и посадке само­летов, запуске ракет и других летательных аппаратов в авиации и космо­навтике;

5. для измерения больших скоростей ветра в области турбулентного участка спектра для оценок ветровых динамических нагрузок на высотные сооружения (мачты, дымовые и вентиляционные трубы, антенные соору­жения, длиннопролетные мосты и др.);

6. для измерения малых потоков и скоростей ветра в шахтах, открытых карьерах, складских помещениях, птицефабриках и животноводческих комплексах [1, c. 112].

Глава 2. Оценки возможностей приборов измерения

2.1. Роторные

Измерение скорости ветра роторного анемометра МС-13. Анемометр с выключен­ным счетчиком устанавливают на столбе на нужной высоте, ввинчивая винт 11 в верхушку столба или деревянную пробку мачты (иногда измерения производят, держа прибор в вытяну­той руке).

Анемометр следует устанавливать вертикально, плоской по­верхностью корпуса параллельно направлению ветра (в таком положении анемометр поверяется), шкальной стороной к на­блюдателю. Записывают показания всех трех стрелок. Через 20—30 с (вращения чашек без включенного счетчика) одновре­менно включают счетчик и секундомер и через заданное время (обычно 10 мин) выключают и записывают новые показания анемометра. Разность показаний счетчика делят на число се­кунд, определяя среднее число делений в секунду. Среднюю скорость в метрах в секунду находят по градуировочной кривой или таблице, имеющейся в поверочном свидетельстве данного анемометра.

При правильном обращении с прибором и строгом выполнении методики измерений ручной анемометр обеспечивает надежные результаты измерений скорости ветра. Погрешность анемометра (0,3+0,05 V) м/с, где V — значение измеренной скорости. Через каждые 100 ч эксплуатации анемометр следует подвергать повторной поверке.

Измерение скорости ветра АРИ. Анемометр устанавлива­ется на мачте высотой около 2 м, его можно также держать в руке, подняв над головой так, чтобы он свободно обдувался ветром. Анемометр должен быть повернут шкалой к наблюда­телю. Отсчет следует делать не ранее чем через 10 с, когда скорость вертушки установится. Анемометр благодаря инерцион­ности его подвижной системы несколько осредняет результаты измерений (интервал осреднения 5—6 с). При измерении ско­рости ветра малой порывистости достаточно произвести 2—3 от­счета с интервалом 5—10 с, при порывистом ветре— 10—12 от­счетов. Скорость вычисляется, как среднее из полученных от­счетов.

Если в поверочном свидетельстве имеются поправки, их вно­сят в показания анемометра.. Погрешность измерений составляет ±(0,5 + 0,051) м/с. Анемометр следует подвергать поверке не реже одного раза в год.

Анемометры. Чашечные анемометры (рис. 1.2) применяются главным образом для измерения средней скорости движения воздуха от 1 до 20 м/с. Приемной частью анемометра является четырех чашечная метеорологическая вертушка для измерения скорости ветра независимо от его направленности. Для измерения скорости анемометр вносят в воздушный поток так, чтобы ось вертушки чашечного анемометра располагалась перпендикулярно воздушному потоку. Для малых значений скоростей в каждой точке необходимо провести измерение 2 раза, при несоответствии результатов в пределах + 5% выполняют дополнительные измерения. При измерении скорости движения воздуха в проемах наружных ограждений зданий, в проемах между помещениями и тому подобное анемометры закрепляют на стойках или штангах, чтобы не заслонять площадь живого сечения проема, в котором производят измерение. В отверстиях площадь 1-2 м 2 средняя скорость движения определяется при медленном перемещении анемометра по всему сечению. При больших размерах сечение разбивается на несколько равновеликих площадей, и измерение проводят в каждой из них.

Взаимодействие электромагнитного поля (индуцируемого тока) и магнитного поля постоянного магнита создает прило­женный к стаканчику момент

(1.1)

где n— скорость враще­ния магнита (об/с),k₁— коэффициент пропорциональности, за­висящий от конструктивных особенностей тахометра (линейных размеров магнита, магнитопровода, стаканчика, зазора, формы, размеров и числа полюсов магнита, степени его намагниченно­сти и т. д.); для данного тахометраk₁является постоянной ве­личиной.

Под воздействием момента М₁стаканчик 11 начнет повора­чиваться вместе с осью 13, закручивая пружину 14, при этом пружина создает противодействующий закручиванию момент

(1.2)

где φ—угол поворота стаканчика 11 и его оси 13 (угол закручивания пружины), определяется по положению стрелки 12 относительно шкалы 10, — коэффициент, зависящий от конструкции пружины (линейных размеров, числа и диа­метра витков) и материала, из которого она изготовлена. Ста­канчик 11 поворачивается до положения, при котором устано­вится равенство моментовM₁=M₂; подставляя их значения, получаем

(1.3)

Учитывая, что в анемометре скорость вращения оси (на ко­торую насаживается вертушка) пропорциональна скорости ветра, т. е.

(1.4)

где с — коэффициент пропорциональности, скорость ветра может быть выражена в виде

(1.5)

Так как с,к₁ик₂— величины постоянные для данного прибора, то шкала прибора равномерная и может иметь деления в единицах скорости ветра (в м/с), т. е.

(1.6)

Коэффициенты k₂иk₁ зависят от температуры (с ростом температурыk₂убывает,ak₁растет). Для исключения влияния температуры на показания прибора в тахометре имеется термокомпенсатор 6.