Какой прибор измеряет скорость и направление ветра?

Значения параметров в различных видах воздушных каналов

В современных вентиляционных системах применяются установки, включающие в себя весь комплекс для подачи и обработки воздуха: очистка, нагревание, охлаждение, увлажнение, шумопоглощение. Эти установки называют центральными кондиционерами. Скорость потока внутри нее регламентируется заводом-производителем. Дело в том, что все элементы для обработки воздушных масс должны действовать в оптимальном режиме, чтобы обеспечить требуемые параметры воздуха. Поэтому производители изготавливают корпуса установок определенных размеров под заданный диапазон расходов воздуха, при которых все оборудование будет работать эффективно. Обычно значение скорости движения потока внутри центрального кондиционера лежит в пределах 1,5-3 м/с.

Анемометры. применение различных видов анемометров

Измерение скорости ветра и воздушных потоков – задача прибора, который называется анемометр. Это название происходит от двух греческих слов: «анемос» – ветер и «метрео» – измерение. Первый анемометр был изобретен в 1667 году английским естествоиспытателем и ученым-энциклопедистом Робертом Гуком.

В зависимости от конструкции, анемометры разделяют на несколько типов.

Самым простым принципом действия обладают чашечные анемометры. Чувствительным элементом в этом типе приборов является вертушка с четырьмя или двумя полыми полушариями (чашечками).

При возникновении ветра давление на внутреннюю поверхность чашечек оказывается больше чем на внешнюю и вследствие этого возникает вращение лопасти. Ось лопасти соединена с измерительным механизмом.

Для определения средней скорости ветра подсчитывается количество оборотов лопасти за произвольный промежуток времени. Мгновенную скорость ветра вычисляет электрический индукционный тахометр, связанный с осью прибора.

Чашечные анемометры применяются в основном для измерения скорости воздушных потоков на открытых местностях (штормовые порывы ветра на море, метеорологические измерения и т. п.) и служат для измерения достаточно больших скоростей ветра (от 1 м/с).

Другой тип анемометра – крыльчатый анемометр – применяется для определения скорости воздуха в трубах, вентиляционных каналах и системах кондиционирования. В крыльчатых анемометрах лопасть заключена в кольцо, которое защищает ее от повреждений.

Лопасть может быть жестко соединена с измерительной частью (в более дешевых вариантах), или иметь контакт с прибором посредством гибкого провода. Это позволяет измерять скорость воздуха в труднодоступных местах. Крыльчатые анемометры более чувствительны, чем чашечные.

Они способны измерять скорость ветра, начиная от 0,1 м/с.

К менее распространенным типам анемометров относятся ультразвуковой анемометр (принцип работы основан на измерении скорости звука между передатчиком и приемником, которая зависит от скорости ветра), тепловой или термоанемометр (измерение перепада температур на измерительной и «вспомогательной» стенках термопары), дифференциальный манометр (преобразование давления воздуха в скорость воздушного потока).

Современные цифровые анемометры оснащены жидкокристаллическим экраном, на который выводится результат.

Скорость ветра для удобства может отображаться в различных единицах измерения (мили/ч, км/ч, футы/мин, м/с, узлы), или по шкале Бофорта – двенадцатибальной шкале, использующейся для приближенной оценки скорости ветра (0 соответствует безветрию, а 12 – урагану).

Некоторые анемометры имеют такую дополнительную функцию как измерение температуры воздушного потока. Более дорогие приборы можно подключать к компьютеру для отображения графиков скорости ветра в режиме реального времени.

При таком разнообразии анемометров иногда бывает сложно определиться с выбором конкретного прибора.

К примеру, для измерения скорости потока непосредственно на вентиляционной решетке лучше всего подойдет крыльчатый анемометр с большим диаметром лопасти (6-10 см). В таком случае размеры лопасти будут сопоставимы с диаметром вентиляционного канала, и потребуется минимальное количество измерений для определения точного результата.

Измерение скорости воздушных потоков в самом воздуховоде можно провести крыльчатым анемометров с малым диаметром крыльчатки (1,6-2,5 см) или тепловым анемометром. Такие приборы используют для измерения небольших скоростей ветра (< 2 м/с).

В этом случае точность измерения будет ниже и потребуется провести больше замеров. Если температура воздушных потоков превышает 80 °С, необходимо использовать крыльчатый анемометр с термостойкими крыльчатками.

С помощью крыльчатых анемометров можно проводить измерения и в засоренных вентиляционных каналах.

Крыльчатые анемометры оказываются очень полезными при измерениях воздушных потоков в офисных помещениях. Большая скорость ветра (> 1 м/с) приводит к появлению сквозняков, что может негативно отразиться на здоровье работников.

Для шахт и рудников применяются специальные рудничные анемометры, которые способны работать во взрывоопасной воздушной среде при высокой запыленности. Они могут переносить повышенную влажность (вплоть до 100%) и значительные перепады температур.

В зависимости от Ваших потребностей Вы всегда можете подобрать для себя наиболее подходящий анемометр, который позволит с легкостью проводить измерения скорости ветра в необходимых для Вас местах.

Лучшие тепловые анемометры

Принцип работы теплового анемометра заключается в нагреве электрода током и замере электрического сопротивления, которое меняется благодаря охлаждению от воздушного потока. Такие аппараты не содержат механически вращающихся частей и более долговечны в эксплуатации. Стоят они дороже, но обладают повышенной чувствительностью и меньшей погрешностью.

Testo 425

Рейтинг: 4.9

На первом месте в категории термоанемометров находится модель от немецкого бренда Testo. Аппарат засекает движение воздуха от 0 до 20 м/с. Корпус наделен экраном с приятной синей подсветкой. Зонд закреплен на телескопической штанге и соединен кабелем с вычислительным модулем, что облегчает доступ в сложные места. Судя по отзывам, владельцам нравится точность срабатывания и неприхотливость устройства. Разобраться в его работе не сложно благодаря простому интерфейсу. Еще его элемент питания на 9 V можно перезаряжать, что даст небольшую экономию при регулярном использовании. От одной зарядки анемометр способен функционировать непрерывно в течение 20 часов.

Эксперты отметили анемометр за безупречное качество. Модель собирается непосредственно в Германии и сопровождается международным сертификатом. Она стабильно работает в сложных условиях и показания не портятся от воздействия высоких температур до +70 градусов (применение рядом с мощными промышленными котлами, контурами отопления и т. д.).

Достоинства

• понятный и простой интерфейс с 4-мя клавишами;
• синяя подсветка экрана;
• телескопическая рукоятка зонда;
• отображает расчет объемного значения;
• батарею можно перезаряжать.

• высокая стоимость;
• водопроницаемый корпус.

CEM DT-8880

Рейтинг: 4.8

Среди тепловых анемометров более доступным, по сравнению с немецкими товарами, является CEM DT-8880, производимый в Китае. Модель оснащается датчиком диаметром 10 мм, обеспечивающим повышенную чувствительность. Он закрепляется на телескопической штанге, улучшающей удобство эксплуатации в труднодоступных местах. Анемометр записывает температуру и скорость ветра. Габариты корпуса составляют 210х75х50 мм, а весит модель 280 г. Питание осуществляется от батареи 9 В перезаряжаемого типа. Поставляется аппарат в кейсе и имеет адаптер для подзарядки. Использовать его можно при температуре окружающего воздуха 0…+50 градусов.

Анемометр с тепловым принципом работы примечателен измерением скорости движения воздуха с самого минимального уровня 0.1 м/с. Максимальное значение чувствительности достигает 25 м/с. Еще фишка прибора в том, что у него есть возможность подключения к компьютеру посредством USB кабеля для вывода данных на большой экран. Это позволяет сразу строить таблицы и графики, чтоб отслеживать в динамике меняющиеся показания.

Достоинства

• телескопическая штанга на проводе;
• поставляется в переносном кейсе;
• можно фиксировать минимальные, средние и максимальные значения;
• индикация состояния батареи.

• высокая стоимость;
• фиксирует температуру воздуха только в положительном диапазоне.

Testo 405

Рейтинг: 4.7

В заключение категории интересная тепловая модель 405 от Testo. Анемометр не имеет экрана и состоит лишь из рукоятки с кнопкой и выдвижной штанги. Включение прибора сопровождается зажиганием зеленого диода. Все данные отображаются на экране мобильного телефона по Bluetooth, на котором установлено приложение Smart Probes. Анемометр способен фиксировать скорость потока от 0 до 30 м/с, расход воздуха и температуру в пределах -20…+50º С. В рукоятке встроены 3 батареи по 1.5 В, которых хватает на 15 часов непрерывной работы. Пользователям в отзывах нравится чувствительность датчика и простота настроек.

Тепловой анемометр попал в список лучших благодаря возможности использования одной рукой. Жесткое соединение телескопической штанги и рукоятки обеспечивает эргономику при работе на высоте (пробы у потолка, под купольными вытяжками и т. д.), где второй рукой пользователь может держаться, что повышает безопасность. Удочка с зондом может изменять положение относительно корпуса на 180º благодаря шарниру, а это значительно улучшает удобство использования.

Достоинства

• удобный в эксплуатации;
• можно мерять данные под углом и внутри шахт;
• из приложения можно отправить себе таблицу с результатами в формате Exel на почту;
• качественная сборка.

На службе науки: от далекой планеты до клетки крови

Чуть позже теория Доплера была распространена и на свет, и на электромагнитное излучение в целом. Универсальность эффекта позволила найти ему применение в самых различных сферах. К примеру, он оказался совершенно незаменимым инструментом в космических исследованиях. Было установлено, что эффект Доплера влияет на картину спектра звезд, по которому можно определить, удаляется звезда или, наоборот, приближается. Так эффект Доплера помог понять, что Вселенная расширяется – звезды разбегаются друг от друга.

С помощью эффекта Доплера были определены экзопланеты, которые невозможно увидеть ни одним современным телескопом. Измеряя спектры излучения некоторых звезд, астрономы сделали вывод, что причиной различных колебаний звезды может стать планета, вращающаяся вокруг нее. При помощи метода Доплера удалось открыть уже порядка 500 далеких планет.

Эффект Доплера помогает делать открытия не только астрономам, но и медикам. Это физическое явление легло в основу множества приборов ультразвуковой диагностики. Методика, использующая УЗИ с эффектом Доплера, называется доплерографией. Ее сутью является то, что движущиеся объекты отражают ультразвуковые волны с измененной частотой. К примеру, можно узнать, с какой скоростью кровь бежит по жилам пациента.

Но, пожалуй, самое широкое распространение эффект Доплера получил в радиолокации. Доплеровский радар посылает короткий, высокой интенсивности, пакет высокочастотных радиоволн. После этого радар слушает эхо и измеряет время его возврата, а также его доплеровский сдвиг. Такие радары позволяют определять скорости автомобилей и летательных аппаратов, судов, течений водных потоков.

Алгоритм выполнения расчетов

При проектировании, настройке или модификации уже действующей вентиляционной системы обязательно выполняются расчеты воздуховода. Это необходимо для того, чтобы правильно определить его параметры с учетом оптимальных характеристик производительности и шума в актуальных условиях.

При выполнении расчетов большое значение имеют результаты замеров расхода и скорости движения воздуха в воздушном канале.

Расход воздуха – объем воздушной массы, поступающий в систему вентиляции за единицу времени. Как правило, этот показатель измеряется в м³/ч.

Скорость движения – величина, которая показывает, насколько быстро воздух перемещается в системе вентиляции. Этот показатель измеряется в м/с.

Если известны эти два показателя, можно рассчитать площадь круглых и прямоугольных сечений, а также давление, необходимое для преодоления локального сопротивления или трения.

Составляя схему, нужно выбрать угол зрения с того фасада здания, который расположен в нижней части планировки. Воздуховоды отображаются сплошными толстыми линиями

Чаще всего используется следующий алгоритм проведения вычислений:

1. Составление аксонометрической схемы, в которой перечисляются все элементы.
2. На базе этой схемы рассчитывается длина каждого канала.
3. Измеряется расход воздуха.
4. Определяется скорость потока и давление на каждом участке системы.
5. Выполняется расчет потерь на трение.
6. С использованием нужного коэффициента выполняется расчет потерь давления при преодолении локального сопротивления.

При выполнении расчетов на каждом участке сети воздухораспределения получаются разные результаты. Все данные нужно уравнять посредством диафрагм с веткой наибольшего сопротивления.

Вычисление площади сечения и диаметра

Правильный расчет площади круглых и прямоугольных сечений очень важен. Неподходящий размер сечения не позволит обеспечить нужный воздушный баланс.

Слишком большой воздуховод займет много места и уменьшит эффективную площадь помещения. Если выбрать слишком маленький размер каналов, будут появляться сквозняки, так как увеличится давление потока.

Для того, чтобы рассчитать необходимую площадь сечения (S), нужно знать значения расхода и скорости движения воздуха.

Для вычислений используется следующая формула:

S = L/3600*V,

при этом L – расход воздуха (м³/ч), а V – его скорость (м/с);

Используя следующую формулу, можно посчитать диаметр воздуховода (D):

D = 1000*√(4*S/π), где

S – площадь сечения (м²);

π – 3,14.

Если планируется установка прямоугольных, а не круглых воздуховодов, вместо диаметра определяют необходимую длину/ширину воздушного канала.

Все полученные значения сопоставляют со стандартами ГОСТ и выбирают изделия, наиболее близкие по диаметру или площади сечения

При выборе такого воздуховода в расчет берется примерное сечение. Используется принцип a*b ≈ S, где a – длина, b – ширина, а S – площадь сечения.

Согласно нормативам, соотношение ширины и длины не должно быть выше 1:3. Также следует пользоваться таблицей типовых размеров, предоставляемой заводом-изготовителем.

Чаще всего встречаются такие размеры прямоугольных каналов: минимальные габариты – 0,1 м х 0,15 м, максимальные – 2 м х 2 м. Преимущество круглых воздуховодов в том, что они отличаются меньшим сопротивлением и, соответственно, создают меньше шума при работе.

Расчет потери давления на сопротивление

По мере продвижения воздуха по магистрали создается сопротивление. Для его преодоления вентилятор приточной установки создает давление, которое измеряют в Паскалях (Па).

Потерю давления можно снизить, увеличив сечение воздуховода. При этом может быть обеспечена примерно одинаковая скорость потока в сети

Для того, чтобы подобрать подходящую приточную установку с вентилятором нужной производительности, необходимо рассчитать потерю давления на преодоление локального сопротивления.

Применяется эта формула:

P=R*L+Ei*V2*Y/2, где

R – удельная потеря давления на трение на определенном участке воздуховода;

L – длина участка (м);

Еi – суммарный коэффициент локальной потери;

V – скорость воздуха (м/с);

Y – плотность воздуха (кг/м3).

Значения R определяются по нормативам. Также этот показатель можно рассчитать.

Если сечение воздуховода круглое, потери давления на трение (R) рассчитываются следующим образом:

R = (X*D/В) * (V*V*Y)/2g, где

X – коэфф. сопротивления трения;

L – длина (м);

D – диаметр (м);

V – скорость воздуха (м/с), а Y – его плотность (кг/ м³);

g – 9,8 м/с².

Если же сечение не круглое, а прямоугольное, в формулу необходимо подставить альтернативный диаметр, равный D = 2АВ/(А + В), где А и В – стороны.

Популярные варианты ветромеров

Крыльчатые

Этот вид прибора является наиболее распространенным и способен выдавать результаты достаточной точности, которые подойдут и для бытового и для промышленного предназначения. Наиболее широко данные модели используются в следующих отраслях:

• На метеорологических станциях (в целях осуществления наблюдений за изменениями погодных явлений);
• На аэродромах (для определения возможности осуществления полетов);
• В системах вентиляции горнодобывающей промышленности (для определения уровня надлежащей выходной воздушной тяги);
• В строительной отрасли (для измерения силы воздушного потока при работе на высоте, например, в целях определения допустимости производства работ на башенных кранах);
• В сельскохозяйственной отрасли (для определения возможности обработки посевов защитными химикатами и удобрениями с воздуха).

Устройство лопастных моделей включает в себя три основных блока:

1. Модуль, ответственный за замеры скорости ветра в состоянии, так называемого, покоя. Проще говоря, модуль улавливает степень возмущения воздушной массы при прохождении ее через лопасти.
2. Модуль, ответственный за преобразование, – именно он служит «переводчиком» полученных данных в физические единицы.
3. Модуль, ответственный за регистрацию, – полученные данные от преобразователя визуально регистрируются для удобства считывания оператором.

Чашечные

Данные ветромеры приспособлены осуществлять измерения лишь в той плоскости, которая прямо перпендикулярна вращательной оси чашей. Традиционно, прибор имеет четыре чаши, выполненные в полусферической форме, расположенные на крестообразной роторной спице и имеющие симметричные габариты. Чашечные ручные устройства способны сосчитать количество оборотов крестовины, совершенных за определенный временной промежуток. Их улучшенные версии также оснащаются еще и тахометрами различных типов, дабы улучшить качество получаемых результатов. Замеры производятся мгновенно в режиме реального времени, и точность измерения оставляет от 0,2 до 30 метров в секунду.

Термические

Их принцип работы заключается в измерении электрического сопротивления на проволочном датчике. Этот показатель изменяется в зависимости от температуры его нагрева, которая понижается в условиях слишком быстрого воздушного потока. Конструктивно представляет собой металлическую нитку накаливания, выполненную из вольфрама, серебра, нихрома или платины (либо иного металла). Данная нитка подогревается посредством электротока до температуры, которая должна превысить текущую температуру окружающей среды. Основный недостаток ветромеров данного типа – их очень слабая устойчивость перед сильными механическими воздействиями.

Ультразвуковые

Их принцип работы основан на замере скорости передвижения звука в неспокойном газовом потоке, что осуществляется на основе законов физической акустики. Таким образом, если звук распространяется в одном направлении с воздушной массой, то скорость его движения увеличивается, и наоборот, когда он противопоставлен направлению движения воздуха – его скорость уменьшается. На основании полученной разницы и замеряется временной промежуток отклика импульса ультразвука.

Данное устройство является наиболее современным и, как правило, оснащается электронными контроллерами вывода получаемых результатов. Сам датчик способен выполнять несколько функций (в зависимости от своего вида):

• Двухмерный датчик – выдает данные о направлении и скорости ветрового потока;
• Трехмерный датчик – сможет определить все три элемента скорости ветра;
• Четырехмерный датчик – дополнительно к вышеуказанному функционалу может установить еще и температуру воздушного потока.

Ультразвуковые модели способны выдержать скорость ветра до 60 метров в секунду.

Правила определения скорости воздуха

Скорость движения воздуха тесно взаимосвязана с такими понятиями, как уровень шума и уровень вибрации в вентиляционной системе. Проходящий по каналам воздух создает определенный шум и давление, которые возрастают с увеличением количества поворотов и изгибов.

Чем больше сопротивление в трубах, тем ниже скорость воздуха и тем выше производительность вентилятора. Рассмотрим нормы сопутствующих факторов.

№1 — санитарные нормы уровня шума

Нормативы, указанные в СНиП, касаются помещений жилого (частных и многоквартирных домов), общественного и производственного типа.

В таблице, представленной ниже, вы можете сравнить нормы для помещений различного типа, а также территорий, прилегающих к зданиям.

Часть таблицы из №1 СНиП-2-77 из параграфа «Защита от шума». Максимально допустимые нормы, относящиеся к ночному времени, ниже дневных значений, а нормы для прилегающих территорий выше, чем для жилых помещений

Одной из причин увеличения принятых норм как раз может быть неправильно спроектированная система воздуховодов.

Уровни звукового давления представлены в другой таблице:

При введении в эксплуатацию вентиляционного или другого оборудования, связанного с обеспечением благоприятного, здорового микроклимата в помещении, допускается лишь кратковременное превышение обозначенных параметров шума

№2 — уровень вибрации

Мощность работы вентиляторов напрямую связана с уровнем вибрации.

Максимальный порог вибрации зависит от нескольких факторов:

• размеров воздуховода;
• качества прокладок, обеспечивающих снижение уровня вибрации;
• материала изготовления труб;
• скорости потока воздуха, проходящего по каналам.

Нормы, которых стоит придерживаться при выборе вентиляционных устройств и при расчетах, касающихся воздуховодов, представлены в следующей таблице:

Предельно допустимые значения локальной вибрации. Если при проверке реальные показатели выше норм, значит, система воздуховодов спроектирована с техническими недочетами, которые необходимо исправить, или мощность вентилятора слишком велика

Скорость воздуха в шахтах и каналах не должна влиять на увеличение показателей вибрации, как и на связанные с ними параметры звуковых колебаний.

№3 — кратность воздухообмена

Очистка воздуха происходит благодаря процессу воздухообмена, который подразделяется на естественный или принудительный.

В первом случае он осуществляется при открывании дверей, фрамуг, форточек, окон (и называется аэрацией) или просто путем инфильтрации через щели на стыках стен, дверей и окон, во втором – с помощью кондиционеров и вентиляционного оборудования.

Смена воздуха в комнате, подсобном помещении или цеху должна происходить несколько раз в час, чтобы степень загрязнения воздушных масс была допустимой. Количество смен – это кратность, величина, также необходимая для определения скорости воздуха в вентканалах.

Кратность вычисляют по следующей формуле:

N=V/W,

где:

• N – кратность воздухообмена, раз в 1 час;
• V – объем чистого воздуха, заполняющего помещение за 1 ч, м³/ч;
• W – объем помещения, м³.

Чтобы не выполнять дополнительные расчеты, средние показатели кратности собраны в таблицы.

Например, для жилых помещений подходит следующая таблица кратности воздухообмена:

Судя по таблице, частая смена воздушных масс в помещении необходима, если ему характерна высокая влажность или температура воздуха – например, в кухне или санузле. Соответственно, при недостаточной естественной вентиляции в данных помещениях устанавливают приборы принудительной циркуляции

Что случится, если нормативы кратности воздухообмена не будут соблюдаться или будут, но в недостаточной степени?

Произойдет одно из двух:

Кратность ниже нормы. Свежий воздух прекращает замещать загрязненный, вследствие чего в помещении увеличивается концентрация вредных веществ: бактерий, болезнетворных микроорганизмов, опасных газов

Количество кислорода, важного для дыхательной системы человека, уменьшается, а углекислого газа, напротив, увеличивается. Влажность повышается до максимума, что чревато появлением плесени.

Кратность выше нормы

Возникает, если скорость перемещения воздуха в каналах превышает норму. Это негативно влияет на температурный режим: помещение просто не успевает нагреваться. Излишне сухой воздух провоцирует болезни кожи и дыхательного аппарата.

Чтобы кратность обмена воздуха соответствовала санитарным нормам, следует установить, убрать или отрегулировать вентиляционные приборы, а при необходимости и заменить воздуховоды.

Пленочный расходомер воздуха

Этот датчик состоит из толстопленочной диафрагмы, расположенной на керамической основе. Датчик измеряет разрежение во впускном коллек­торе на основе измерения деформации пленочной диафрагмы. При определенных коэффициентах расширения керамической подложки и керамической пленочной крышки в результате охлаждения стыка диафрагма принимает форму купола. В результате получается пустотелая камера (пузырек) высотой примерно 100 мкм и диаметром 3…5 мм. Измерительные пьезоэлектрические элементы расположенные внутри пленки преобразуют перемещения диафрагмы в электрический сигнал.