Анемометр

Анемометр, прибор для измерения скорости ветра, служит также для измерения скорости движения газов в трубопроводах. Скорость ветра м. б. рассматриваема как вектор в пространстве. Обычно вместо географически ориентированных координат (х, у, z) вектора принято определять горизонтальные составляющие (направление) скорости или давления (силы) ветра и вертикальные составляющие их, или наклонение (смотрите Анемоклинограф) ветра к горизонтали. Для большинства целей практики достаточно определить скорость и силу ветра.

1. Определение скорости посредством измерения проходимого ветром пути производят: а) По числу оборотов или окружной скорости ветряного колеса, в роде ветряной мельницы или пропеллера; приборы такого устройства дают верные результаты только для воздушных потоков, направленных параллельно оси ветряного колеса, б) По числу оборотов или окружной скорости в шаровых А. Робинсона (фигура 1 и 2): 4 легких полу-шара укреплены на концах горизонтального креста, средина которого вращается около вертикальной оси, вследствие того, что давление ветра на вогнутую сторону полушара больше, чем давление на выпуклую. В приборах названных двух типов определяют пройденный путь в м или скорость в м/ск независимо от плотности воздуха, в) По горизонтальной составляющей пути, проходимого шаром-пилотом во

Фигура 1. Действие ветра на шаровой анемометр Робинсопа.

Фигура 2. Шаровой анемометр Робинсона. время свободного полета (на аэродромах повсеместно принят этот способ измерения скорости ветра на разных высотах).

Скорость подъема аэростата—величина постоянная и заранее известна для шаров-пилотов различных объёмов и определенных степеней наполнения. Для определения азимутов и высот полета шара вполне достаточно визировать его при помощи теодолита через каждую минуту. Вычисление направления и скорости ветра но результатам наблюдений производят при помощи таблиц ctg, часто графически, при помощи упрощающего вычисления специального прибора Лудольфа. Этот способ определения скорости ветра, дает также данные для грубого определения величины наклонения ветра к горизонтали, которая на земле, где имеют место только горизонтальные воздушные течения, равна 0, а по мере поднятия на высоту значительно растет по величине, часто меняя знак. г) По изменению сопротивления короткой тонкой проволоки, нагретой электрич. током и подверженной действию ветра (прибор Сименса и Гальске). Быстрые колебания темп-ры, которые свойственны такому проводнику, делают этот способ особенно пригодным для измерения порывистого ветра с быстро меняющимися значениями величин.

Вращательное движение главного валика в приборах с ветряным колесом передается при помощи зубчатой передачи счетчику. Вычитая показания счетчика анемометра в начале наблюдения из показания в конце наблюдения, получают пройденный ветром путь за определенный промежуток времени, а деля путь на время, получают среднюю скорость ветра. Газовые и тому подобное. счетчики построены по такому же принципу измерения пройденного пути.

2. Определение давления (силы) ветра (в кг/м² или в б по шкале ветров Бофорта) производят приборами, в которых: а) ветряному колесу или кресту Робинсона не дает вращаться прикрепленная к их главному валику пружина; растяжения ее пропорциональны давлению ветра, к-рое указывается стрелкой, соединенной с валиком непосредственно или через зубчатки;

Фигура 3. Анемометр Вильда.

б) подверженные действию ветра шар или пластина качаются в некоторой вертикальной плоскости, которая должна совпадать с направлением ветра (фигура 3, прибор Вильда); или установленная перпендикулярно к направлению ветра пластинка определенных размеров воспринимает давление ветра и сжимает имеющуюся позади нее спиральную пружину (фигура 4, прибор Ослера); в) ветер, действуя на обращенный к нему открытый конец изогнут, под прямым углом трубки, повышает в ней давление [прибор Линда (фигура 5), трубки Pitot и др.]; в трубке, направление которой перпендикулярно к направлению ветра, им вызывается уменьшение давления (разрежение) [Вентурневы трубки; фигура 6, мультипликатор Бурдона и др.]. Во всех приборах для определения силы ветра измеряется давление ветра в килограммах /м²; оно равно zM^FV², где V—

скорость ветра, F— поперечное сечение тела, подверженного действию ветра, М — плотность воздуха и г—коэфф. пропорциональности, зависящий от формы тела. Произведение zM_XF есть не что иное как MJ2 в выражении живой силы MV²/2. Т. о. давление ветра пропорционально плотности воздуха, то есть, массе единицы объёма его, что для высоких и низких местностей дает заметные отклонения но сравнению с давлениями ветра при так называемым нормальных условиях атмосферы (760 миллиметров, 0°). Многие приборы, построенные по принципу измерения давления ветра, тарированы на скорость ветра, причем в большинстве из лих отсутствуют поправки на плотность воздуха, что для грубых измерений вполне допустимо.

Для эмпирического определения значений коэфф. пропорциональности, т. н. постоянных величин приборов, пользуются весьма разнообразными способами, например: наблюдением над истечениями определенного объёма газа (воздуха), сравнением в условиях равномерного движения известной скорости (моторная лодка или автомобиль при отсутствии ветра), сравнением на достаточной высоте при равномерном ветре при помощи привязных аэростатов, сравнением с приборами-эталонами на ветру, и тому подобное. Самый распространенный, простой и надежный способ—сравнение в условиях аэродинамической трубы (смотрите).

Фигура 5. Прибор Линда.

Фигура 0. Мультипликатор Бурдона.

3. Определение направления ветра производят при помощи флюгера (фигура 7). Флюгер применяют также и для правильной установки А. по ветру. К числу недостатков флюгеров устаревшей системы следует отнести образование порывистых вихрей, влияющих на точность измерений; этот недостаток устранен в флюгерах новейшей конструкции.

Приспособления для отсчета наблюдена й: в приборах с пропеллером и шаровых А. устроены счетчики в виде часового механизма с десятичной шкалой, показывающие пройден, путь. Для наблюдения скорости ветра: в м/ск—в метеорологии, в км/ч—в авиации или, для большего удобства, в общеизвестных б по шкале Beaufort’а (в Германии— в «donis» =2 м/ск)—использована центробежная сила вращения в механизме, подобном центробежному регулятору в паровых машинах, к-рый автоматически отмечает изменения скорости во вращательном движении соответствующими перемещениями стрелки вдоль шкалы линейных скоростей. Масса грузиков центробежного прибора усиливает и без того значительную нечувствительность таких приборов к быстрым колебаниям скорости ветра. Вместо простой стрелки часто применяют зубчатую передачу с циферблатом. Из приборов для определения давления ветра первые два типа снабжены простыми стрелками, а в третьем типе таких приборов берут отсчет по высоте столба жидкости в сообщающихся сосудах;

Фигура 7. Схематич. изображение флюгера устаревшей (слева) и современной (справа) конструкции. в приборе для определения направления ветра роль стрелки исполняет сам флюгер, положение которого определяется относительно располож. иод ним ориентированного по странам света неподвиж. креста.

Самопишущие приборы (анемографы) в большинстве приборов с пропеллером и шаровых А. состоят из зубчатки на главном валике в зацеплении с червячным колесом, один оборот которого равен определенной длине (в м) проходимого ветром пути. На валике червячного колеса закреплен центробежный механизм, к поступательно движущемуся звену которого прикреплено пишущее перо; часовой механизм тянет бумажную ленту мимо пишущего пера и дает абсциссы времени, а перо чертит непрерывную кривую скоростей ветра. В приборах со сверхдавлением или разрежением воздуха для анемографа использованы либо деформации объёма тонкостенного пустотелого сосуда, как в анероиде, либо вертикальные перемещения поплавка на поверхности столба жидкости в сообщающихся сосудах. Направление ветра регистрируют обычно повторными через равные промежутки времени наколами на протягиваемой часовым механизмом бумажной ленте острием стрелки, закрепленной на флюгере, причем в момент накола специальная система рычагов от часового механизма прижимает ленту к острию. Иногда направление ветра регистрируют при помощи червячной передачи с пишущим прибором. Существуют также приборы, регистрирующие на расстоянии электрич. током.

Недостатки приборов. Приборы с пропеллером и шаровые обладают заметной ’инерцией масс вращающихся частей, то есть не могут достаточно гибко следовать за быстрыми изменениями скорости ветра, их счетчики не отмечают быстрых колебаний проходимого ветром пути; масса вращающихся частей этих приборов поэтому должен быть как молено меньше. Слабые воздушные течения не в состоянии преодолеть силы трения в зубчатых передачах этих приборов. Фирма Р. Фюс сконструировала для измерения ветра весьма незначительной скорости ветряное колесо (фигура 8 и 9), приводимое в движение тонкой струей воздуха, действующей

Фигура 8. Анемометр фирмы Р. Фюс. в направлении, противоположном направлению ветра. Вращающееся ветряное колесо реагирует на вызываемый ветром вращающий момент противоположи, знака тем, что теряет часть скорости вращения; т. о. этот прибор дает возможность производить измерения, совершенно избегая влияния сил трения в зубчатых передачах. Метод определения скорости ветра шаром - пилотом дает значения определяемых вели-„. чин только для тех

ФИГ. ^ Анемометр фир- _{высот е были им}

мы р. «юс. достигнуты через про межутки в 1 минуту. Приборы, основанные на изменении сопротивлений проводника электрич. тока, для удовлетворительной работы требуют ток постоянной силы. В приборах для определения давления ветра собственные колебания системы (вибрации) могут дать ошибочные результаты. Флюгера прежних конструкций страдают неудовлетворительной обтекаемостью форм.

Существует множество разнообразных конструкций А., изготовленных и представленных в научных обсерваториях лишь в одном экземпляре. Литература об А. (обычно об этих единственных экземплярах не упоминающая) весьма обширна. Об измерениях скорости движения газов в трубопроводах см. также Газометр.

Лит.: Немчинов В. Г., Авиацион. приборы, М., 1926; Виткевич В. И., Курс аэронавигации,

ч. 1, М., 1924; Сабинин Г. X., Вращающиеся анемометры и измерение ими действительной скорости ветра, М., 1922; RosenmiillerM., Anemometer f. geschloss. Kanale, «Gesundheits-Ingenieur», 25, Miinchen, 1911; Schmidt W., Beschreib. d. Pressure-Tube-Anemometers, «Meteor. Ztschr.», B. 29, p. 201, Braunschweig, 1912; Robitzsch M., Beobachtungs-methoden d. modernen Meteorologen, B., 1925; Ben-new i t z K., Flugzeuginstrumente, B., 1922; Eaton H. N. and others, Aircraft Instruments, N. Y., 1926; Pannell I. R., The measurement of Fluid Velocity and Pressure, L., 1924; Luegers Lexikon der gesam-ten Technik, в 1, В., 1926.