Что измеряет ветер. Как измеряют скорость и направление ветра? Приборы чашечного типа

Направление и скорость ветра - одно из лучших показателей изменений погоды. Различают 16 направлений ветра (румбов), обозначенных по сторонам света. Названия этих шестнадцати румбов, или направлений, откуда дует ветер, даны в следующей таблице:

Ветер называют по той части горизнота, откуда он дует. Моряки говорят, что ветер "дует в компас". Это выражение облегчит запоминание приведённой выше таблицы.

Помимо этих названий, есть ещё и местные. Так, например, на побережье Белого моря и в районе Мурманска местные рыбаки называют северо-восточный ветер "полуночником", южный - "летником", юго-восточный - "обеденником", юго-западный - "шеловником", северо-западный - "побережником". Есть свои названия ветров также на Чёрном, Каспийском морях и на Волге. Большое значение для определения погоды имеют местные ветры, которые необходимо знать и учитывать.

Чтобы определить направление ветра, надо смочить указательный палец и поднять его вертикально вверх. На стороне его, обращённой к ветру, почувствуется холод.

Направление ветра можно определить и по вымпелу, дыму и компасу. Став лицом к ветру и держа перед собой компас, нулевое деление которого подведено под северный конец стрелки, кладут на его центр спичку или тонкую прямую палочку, направив её в ту сторону, в которую стоит лицом наблюдатель, то есть навстречу ветру.

Прижав в таком положении спичку или палочку к стеклу компаса, надо посмотреть, над каким делением шкалы она приходится. Это и будет та часть горизонта, откуда дует ветер.

Указанием направления ветра служит приземление птиц. Они приземляются всегда против ветра.

Скорость ветра измеряется расстоянием (в метрах или километрах), на которое перемещается масса воздуха в 1 сек. (час.), а также в баллах по двенадцатибалльной системе Бофорта. Скорость ветра непрерывно меняется, и поэтому чаще принимают во внимание среднее её значение за 10 мин. Скорость ветра определяется специальными приборами, но её можно достаточно точно определить и на глаз, пользуясь приведённой ниже таблицей.

Определение скорости ветра (по К.В.Покровскому):

Сила волнения моря (озера) определяется по следующей таблице (по А.Г.Комовскому):

Анемометр это метеорологический прибор при помощи котрого измеряют скорость воздушных потоков и ветра. Был изобретён в 1667 году. Современные анемометры, помимо скоростных характеристик воздушных масс, измеряют температуру воздуха.

Классификация анемометров и принцип их работы

Существует множество разновидностей анемометров, однако чаще всего для измерений используют:

• чашечный;
• крыльчатый;
• ультразвуковой.

Чашечный анемометр

Чашечный анемометр имеет самую простую конструкцию: подвижный элемент с четырьмя лопастями. Как только ветер на них воздействует, ось начинает вращаться и передавать данные измерительному прибору. Он фиксирует число вращений лопастей за конкретный период времени. Анемометр этого типа идеально подходит для использования на открытой местности, поэтому ценится метеорологами.

Крыльчатый анемометр

Крыльчатый анемометр наиболее распространен среди приборов, измеряющих скорость воздушных масс. Он состоит из крыльчатки, защищенной кольцом, и соединенной напрямую либо гибким проводом с измерительным прибором. Такая конструкция позволяет использовать его для регистрации скорости воздуха в труднодоступных местах.

Ультразвуковой анемометр

Ультразвуковой анемометр реже других используют для измерения скорости ветра. Как уже понятно из названия, он измеряет скорость звука в помещении, которая меняется в зависимости от направления перемещения воздушных масс.

Двухкомпонентные устройства помимо скорости ветра могут определять, куда он движется в зависимости от частей света. Скорость звука в такой аппаратуре зависит от времени преодоления ультразвуковыми импульсами расстояния от излучателя до ультразвукового микрофона. Практически все анемометры работают от заряжаемых аккумуляторов или батареек.

Сфера применения анемометров

Современная цифровая аппаратура укомплектовывается жидкокристаллическим дисплеем. На него и выводится результат измерений. Можно выбрать в каких единицах отображать скорость ветра, а иногда подключить девайс к компьютеру, собирать данные, синхронизировав анемометр с временем ПК, или выгрузить собранную информацию в отдельный файл.

Крыльчатый анемометр применяют в строительстве для определения скорости перемещения воздушных масс в вентиляции, трубах и шахтах. Также этот прибор используют в сельском хозяйстве для проверки систем кондиционирования помещений. Своевременная диагностика скорости перемещения воздушных масс поможет предотвратить различные заболевания у животных и остановить либо предупредить распространение инфекции. Большинство современных моделей анемометров вычисляют скорость ветра, объём воздушных масс и даже влажность воздуха.

Прибор для измерения скорости ветра, его силы, а также определения направления его движения в метеорологии называется анемометром. Немногие на сегодняшний день знают, что это такое, ведь прибор так и не получил широкого распространения в отличие, например, от барометра, однако, он все же используется при измерении параметров ветра как на метеорологических станциях, так и в некоторых видах спорта, к примеру, в парусном спорте.

Также он используется в других научных областях для измерения скорости движения газов или воздуха, но наиболее популярным вариантом его использования по-прежнему является эксплуатация в качестве измерителя скорости ветра.

Принцип работы прибора

Принцип работы большинства таких приборов заключается в следующем: какой-либо вращательный элемент прикреплен к измерителю. При дуновении ветра подвижная часть прибора приходит в действие и параметры воздействия на вращательный элемент передаются на измерительный прибор. Так работают механические анемометры, включающие в себя две разновидности: чашечный и крыльчатый анемометры.

Существуют также тепловой анемометр, основанный на измерении сдвигов температуры нагревательного элемента относительно начального значения под воздействием ветра (чем выше скорость воздушных масс, тем меньше температура нагревательного элемента) и ультразвуковой, основанный на измерении сдвигов в показателях скорости звука относительно направления воздушных масс (если скорость звука падает относительно его скорости в неподвижном воздухе, значит, он движется против ветра, если растет - по ветру).

Виды приборов

• Чашечный анемометр

Принцип работы заключается в измерении характера воздействия воздушных масс на специальные чашки, закрепленные на вертикальной оси. Когда происходит дуновение ветра, чашки вращаются вокруг оси. Измеритель фиксирует количество оборотов вокруг оси по времени и определяет скорость ветра. Данные передаются на шкалу скорости ветра, иногда используется электронный измеритель.

• Анемометр крыльчатый

Принцип его работы заключается в измерении характера воздействия ветра на миниатюрное колесо (крыльчатку), закрепленное на вертикальной оси и огражденное металлическим кольцом для защиты от механических повреждений. При движении ветра происходит вращение крыльчатки, которое через систему зубчатых колес передается на измеритель. Данный прибор также имеет две разновидности измерителя: ручной и электронный.

• Тепловой

Основан на изменении числа Нуссельта, то есть увеличения теплопотерь нагретого тела пропорционально увеличению скорости движения воздушных масс. Данное явление можно наблюдать в жизни - при равной температуре воздуха в ветреную погоду становится холоднее, чем в спокойную. Данный прибор представляет собой нагретую до температуры, превышающей температуру среды, металлическую проволоку.

В зависимости от текущей скорости, его плотности и влажности ветра проволока выделяет определенное количество энергии, позволяющее поддерживать ту или иную температуру проволоки. Измеритель фиксирует теплопотери и выводит параметры движения ветра на экран. Впрочем, у прибора существует 2 недостатка:

1. Низкая прочность теплового элемента, так как он представлен очень тонкой проволокой.
2. Погрешность показаний со временем увеличивается из-за загрязнения и окисления проволоки.

Ввиду вышеописанного их применяют, как правило, применяют в аэродинамике для того, чтобы измерять параметры движения воздушных масс, потому как тепловые анемометры, в отличие от механических, обладают безынерционностью, что является необходимым условием для проведения аэродинамических экспериментов.

• Ультразвуковой анемометр

Принцип действия заключается в характере изменения скорости звука при движении относительно ветра. Так можно измерять не только текущую силу движения ветра, но и направление его движения. Так как скорость звука зависит еще и от температуры воздуха, то данный анемометр снабжен еще и термометром, по показаниям которого вносятся правки в конечные результаты параметров движения воздушных масс, выдаваемые анемометром.

На сегодняшний день ультразвуковой анемометр является самым высокоточным и современным прибором данной категории. Помимо всего прочего, некоторые электронные анемометры могут измерять также температуру воздуха в момент движения воздушных масс, а также его влажность.

Заключение

В России также производятся многоцелевые приборы этой категории, объединяющие в себе функции различных видов анемометров, такие как измерение температуры воздуха (термоанемометр), его влажность (гирометр), а также вычисление объемного расхода воздуха. Таким анемометром является, к примеру, метеометр МЭС200, дифнамометр ДМЦ01М. Данные приборы применяются при обследовании, ремонте и поверке вентиляции в зданиях.

Все производимые на территории России закрепляются в государственном реестре средств измерения и подлежат обязательной поверке. Потому в России нет анемометров без поверки.

Ветра и определения направления его дуновения известен как обсерватор, или анемометр. Применяют такие устройство при необходимости контроля над параметрами перемещения воздушных масс.

Принцип функционирования

Несмотря на разнообразие анемометров, которые отличаются конструктивно, большинство из них работают по принципу определения характера действия воздушного потока на подвижные вращающиеся элементы.

Приборы данной категории способны определять максимальную текущую при дуновении потока в определенном направлении. Отдельные модели выдают показатели объемного расхода воздуха, температуры потока, влажности. Таким образом, функциональный прибор для измерения скорости ветра превращается в портативную метеостанцию.

Типы

Выделяют несколько отдельных разновидностей устройств, способных производить расчет скорости ветра. В настоящее время выделяют следующие типы приборов данного назначения:

• вращательные;
• вихревые;
• тепловые;
• динамометрические;
• оптические;
• ультразвуковые.

Давайте подробно рассмотрим устройства каждого типа, определим их возможности, способы эксплуатации.

Вращательные анемометры

Метеорологический прибор может быть оснащен чашками либо лопастями, которые играют роль чувствительного элемента. Последние подвижно закрепляются на вертикальном стержне и соединяются с измерителем. Перемещение воздушных потоков заставляет такие вертушки вращаться вокруг оси. По мере движения измерительный механизм фиксирует количество оборотов в течение определенного временного отрезка. Визуальную информацию выдает шкала скорости ветра либо цифровой дисплей.

Конструкции данного типа изобретены достаточно давно. Однако, несмотря на появление более совершенных приборов, вращательные анемометры до сих пор продолжают успешно эксплуатироваться метеорологами по всему миру.

Вихревые анемометры

В таких приборах измерение скорости и происходит за счет воздействия воздушных потоков на легкое лопастное колесо, расположенное в вертикальной плоскости. Как и в предыдущем случае, вращение крыльчатки посредством воздействия на систему передает данные к счетному механизму.

В настоящее время наиболее распространены ручные вихревые анемометры. Последние используются для измерения скорости воздушных потоков в вентиляционных системах и трубопроводах, устанавливаются в воздуховодах промышленных и жилых объектов.

Тепловые анемометры

Не слишком востребованы тепловые приборы. Чаще всего необходимость в их применении возникает при измерении показателей медленных воздушных потоков.

Функционирует тепловой ветра по принципу измерения температуры нити накаливания либо специальной пластины, на которую оказывается давление воздуха. При различных показателях потока выделяется определенное количество энергии, которое позволяет поддерживать ту или иную температуру теплового элемента. Таким нехитрым способом и определяется скорость ветра.

Динамометрические анемометры

Прибор для измерения скорости ветра может также функционировать благодаря определению показателей давления ветрового потока в средине запаянной с одной стороны Г-образной трубки. Данные получают на основе сравнения избыточного воздушного давления снаружи и внутри элемента.

Динамометрический прибор для измерения скорости ветра применяется не только в метеорологии. Устанавливаются подобные устройства вентиляционных системах и газоходах, где вычисляют объемный расход потоков и их скорость.

Ультразвуковые анемометры

Принцип функционирования устройств данной категории основывается на определении на приемнике в зависимости от показателей потока воздушных масс. Здесь представлены наиболее высокоточные, современные устройства, которые также позволяют фиксировать направление ветровых потоков.

Выделяют трехмерные и двухмерные ультразвуковые приборы. Первые дают возможность получать показатели направления перемещения потоков в трех компонентах. В свою очередь, двухмерный метеорологический прибор позволяет измерять направление и скорость ветра лишь в горизонтальной плоскости. Некоторые ультразвуковые системы производят вычисления температуры воздушных потоков.

Оптические анемометры

Ученые-физики, инженеры, задействованные в космических программах, часто прибегают к применению лазерных оптических приспособлений для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков. Работают подобные устройства согласно определению зависимости рассеянного либо отраженного подвижным объектом света от его скорости. Данный способ не предполагает непосредственного воздействия газообразных, твердых либо жидких веществ на элементы измерительного устройства.

Сфера применения оптических анемометров крайне широка, начиная с определения направлений перемещения веществ в живых клетках и капиллярах и заканчивая вычислением скорости движения газов в атмосфере.

Эксплуатация лазерных устройств помогает с высокой точностью рассчитывать скорость воздушных потоков вокруг подвижных объектов, в частности, автотранспорта, летательных аппаратов, космических тел. Полученные расчеты дают возможность исследователям, инженерам и механикам разрабатывать наиболее аэродинамические формы при конструировании техники.

На что следует обращать внимание при выборе прибора для измерения скорости и направления перемещения воздушных потоков? Определяющее значение здесь имеет перечень задач, что поставлены перед пользователем. В зависимости от этого, значение имеют такие технические характеристики прибора:

• максимальный измерительный диапазон;
• величина погрешностей;
• возможность применения в тех или иных температурных условиях;
• уровень безопасности для пользователя при воздействии на устройство агрессивных факторов окружающей среды;
• тип: стационарный либо переносной прибор;
• степень защищенности механизма от воздействий атмосферных осадков;
• характер питания устройства и способ формирования данных;
• габариты прибора;
• возможность вычисления показателей в ночное время суток (наличие подсветки).

В настоящее время для работы в условиях крайне пониженных температур возможно использование метеорологических приборов с подогревателями. Для рудников и шахт применяют специализированные анемометры, что способны исправно функционировать при высокой запыленности окружающего пространства и во взрывоопасной среде. Такие функциональные приборы переносят воздействие повышенной влажности и остаются работоспособными при значительных перепадах температур.

В итоге

Как видно, в зависимости от личных потребностей, имеется возможность выбрать наиболее подходящее устройство для фиксации показателей воздушных потоков. Однако здесь имеются свои сложности. Поскольку все анемометры являются измерительными приборами, они подлежат сертификации и аттестации в соответствующих государственных учреждениях.

Ветер как явление природы известен каждому еще с раннего детства. Он радует свежим дуновением в знойный день, гоняет корабли по морю, а может и гнуть деревья, и ломать крыши на домах. Основным характеристиками, которые определяют ветер, являются его скорость и направление.

С научной точки зрения, ветром называется передвижение воздушных масс в горизонтальной плоскости. Такое движение возникает потому, что имеет место разность атмосферного давления и тепла между двумя точками. Воздух передвигается из областей высокого давления в те области, где уровень давления ниже. В результате и возникает ветер.

Характеристики ветра

Для того чтобы охарактеризовать ветер, используют два основных параметра: направление и скорость (силу). Направление определяется стороной горизонта, с которой он дует. Оно может указываться в румбах, в соответствии с 16-румбовой шкалой. Согласно ей, ветер может быть северным, юго-восточным, северо-северо-западным и так далее. может также измеряться в градусах, относительно линии меридиана. По этой шкале север определяется как 0 или 360 градусов, восток - 90 градусов, запад - 270 градусов, а юг - 180 градусов. В свою очередь, измеряют в метрах в секунду или в узлах. Узел равен приблизительно 0,5 километра в час. Сила ветра измеряется также в баллах, в соответствии со шкалой Бофорта.

В соответствии с которой определяется сила ветра

Эта шкала была введена в обращение в 1805 году. А в 1963 году Всемирная метеорологическая ассоциация приняла градацию, которая действует по сей день. В ее рамках 0 баллов соответствует штилю, при котором дым будет подниматься вертикально вверх, а листья на деревьях остаются неподвижными. Сила ветра в 4 балла соответствует умеренному ветру, при котором на поверхности воды образуются небольшие волны, могут колыхаться тонкие ветви и листья на деревьях. 9 баллов соответствуют штормовому ветру, при котором могут гнуться даже большие деревья, срываться черепица с крыш, подниматься высокие волны на море. И максимальная сила ветра в соответствии с этой шкалой, а именно - 12 баллов, приходится на ураган. Это - явление природы, при котором ветер причиняет серьезные разрешения, могут быть обрушены даже капитальные здания.

Использование силы ветра

Сила ветра достаточно широко используется в энергетике как один из восполнимых природных источников. С незапамятных времен человечество использовало этот ресурс. Достаточно вспомнить или парусные суда. Ветряки, с помощью которых ветра преобразуется для дальнейшего использования, широко применяются в тех местах, для которых характерны постоянные сильные ветры. Из различных областей применения такого явления как сила ветра, стоит упомянуть также аэродинамическую трубу.

Ветер - природное явление, которое может приносить удовольствие или разрушения, а также быть полезным для человечества. А конкретное действие его зависит от того, насколько большой окажется сила (или скорость) ветра.