Як працуе датчык ветру

Калі-небудзь задаваліся пытаннем, як мы дакладна вымяраем вецер? Датчыкі ветру  - гэта галоўнае. Яны фіксуюць хуткасць і кірунак ветру, што важна для такіх галін, як авіяцыя і аднаўляльныя крыніцы энергіі. У гэтай публікацыі вы даведаецеся пра розныя тыпы датчыкаў ветру і іх ролю ў розных сектарах.

Тыпы датчыкаў ветру

Датчыкі ветру бываюць некалькіх тыпаў, кожны з якіх прызначаны для канкрэтнага выкарыстання і ўмоў. Разуменне гэтых тыпаў дапамагае выбраць правільны датчык для вашых патрэб.

Кубкавыя анемометры

Чашачныя анемометры - гэта класічныя датчыкі хуткасці ветру. Яны маюць тры ці чатыры кубкі, усталяваныя на гарызантальных плечах вакол вертыкальнай восі. Калі дзьме вецер, ён круціць кубкі. Хуткасць кручэння паказвае, наколькі моцны вецер. Яны простыя, надзейныя і шырока выкарыстоўваюцца на метэастанцыях і прамысловых установах.

Ультрагукавыя анемометры

Ультрагукавыя анемометры выкарыстоўваюць гукавыя хвалі для вымярэння хуткасці і напрамку ветру. Яны маюць пары ультрагукавых перадатчыкаў і прымачоў. Вымяраючы час, колькі гукавым імпульсам трэба перамяшчацца паміж імі, датчык разлічвае хуткасць і кірунак ветру. Гэтыя датчыкі не маюць рухомых частак, што робіць іх трывалымі і не патрабуюць абслугоўвання. Яны забяспечваюць высокую дакладнасць, асабліва ў складаных умовах ветру.

Механічныя датчыкі напрамку ветру

Гэтыя датчыкі выкарыстоўваюць флюгер, які фізічна паварочваецца тварам да ветру. Лопатка падлучана да потенциометра або кадавальніка, які вымярае яго кут. Гэтая механічная ўстаноўка простая і эфектыўная для вызначэння напрамку ветру. Аднак для бесперабойнага руху лопасці патрабуецца рэгулярнае абслугоўванне, асабліва ў суровыя надвор'і.

Ультрагукавыя датчыкі напрамкі ветру

Падобна ультрагукавым анемометрам, гэтыя датчыкі вызначаюць кірунак ветру, аналізуючы час распаўсюджвання гукавой хвалі ў розных напрамках. Яны забяспечваюць дакладныя дадзеныя аб напрамку ветру без рухомых частак. Гэта памяншае знос і павышае надзейнасць у складаных умовах.

Магнітныя датчыкі напрамкі ветру

Магнітныя датчыкі вызначаюць кірунак ветру, вымяраючы змены ў магнітным полі, выкліканыя рухам флюгера. Яны трывалыя і добра падыходзяць для аддаленых або цяжкіх месцаў, такіх як марскія прымянення. Гэтыя датчыкі могуць быць больш складанымі для ўстаноўкі, але забяспечваюць даўгавечнасць.

Заўвага: ультрагукавыя датчыкі, у якіх адсутнічаюць рухомыя часткі, часта забяспечваюць больш працяглы тэрмін службы і патрабуюць меншага абслугоўвання, чым механічныя тыпы, што робіць іх ідэальнымі для патрабавальнага прамысловага выкарыстання.

Прынцыпы працы датчыкаў ветру

Як працуюць кубкавыя анемометры

Чашачныя анемометры вымяраюць хуткасць ветру, выкарыстоўваючы сілу ветру для кручэння кубкаў, усталяваных на гарызантальных рычагах вакол вертыкальнай восі. Калі дзьме вецер, ён штурхае кубкі, прымушаючы іх круціцца. Чым хутчэй вецер, тым хутчэй круцяцца кубкі. Унутры прылады гэта кручэнне круціць ротар з зубцамі. Оптапара выяўляе зубцы, якія праходзяць праз прамень святла, генеруючы імпульсы. Падлік гэтых імпульсаў дапамагае дакладна вылічыць хуткасць ветру. Гэта простае механічнае дзеянне робіць кубкавыя анемометры надзейнымі і простымі ў абслугоўванні.

Механізм ультрагукавых анемометраў

Ультрагукавыя анемометры выкарыстоўваюць гукавыя хвалі для вымярэння хуткасці і напрамку ветру. Яны маюць пары ультрагукавых перадатчыкаў і прымачоў, размешчаных насупраць адзін аднаго. Прылада пасылае гукавыя імпульсы паміж гэтымі парамі. Вецер уплывае на хуткасць распаўсюджвання гуку, паскараючы або запавольваючы яго ў залежнасці ад кірунку. Вымяраючы час, неабходны гукавым імпульсам, датчык дакладна разлічвае хуткасць і кірунак ветру. Паколькі ў іх няма рухомых частак, ультрагукавыя анемометры даўгавечныя і патрабуюць меншага абслугоўвання.

Функцыянаванне механічных датчыкаў напрамку ветру

Механічныя датчыкі напрамку ветру выкарыстоўваюць флюгер, які фізічна паварочваецца да ветру. Лопатка падключаецца да потенциометра або кадавальніка, які вымярае яго кут. Калі вецер змяняе кірунак, ён рухае лопасць, якая круціць вал, звязаны з потенциометром. Гэта кручэнне змяняе электрычны супраціў, ствараючы сігнал, які паказвае кірунак ветру. Нягледзячы на ​​сваю эфектыўнасць, гэтая ўстаноўка патрабуе рэгулярнага абслугоўвання, каб лопасць свабодна рухалася, асабліва ў суровыя надвор'і.

Праца ультрагукавых датчыкаў напрамку ветру

Ультрагукавыя датчыкі напрамку ветру працуюць падобна на ультрагукавыя анемометры, але сканцэнтраваны на напрамку. Яны выпраменьваюць гукавыя хвалі ў розных напрамках і вымяраюць час, неабходны для іх распаўсюджвання. Адрозненні ў часе шляху дапамагаюць вызначыць кірунак ветру. Без рухомых частак гэтыя датчыкі забяспечваюць дакладныя паказанні і супрацьстаяць зносу, што робіць іх ідэальнымі для цяжкіх умоў.

Функцыянальнасць магнітнага датчыка напрамкі ветру

Магнітныя датчыкі кірунку ветру вызначаюць кірунак ветру, вымяраючы змены ў магнітным полі, выкліканыя рухам флюгера. Становішча лопасці змяняе магнітнае поле, якое датчыкі выяўляюць і пераўтвараюць у электрычныя сігналы. Гэты метад забяспечвае надзейнасць і падыходзіць для аддаленых або суровых месцаў, напрыклад, на моры. Хаця ўстаноўка можа быць больш складанай, магнітныя датчыкі забяспечваюць трывалую і надзейную працу.

Кампаненты датчыкаў ветру

Датчыкі ветру абапіраюцца на некалькі ключавых частак для дакладнага вымярэння хуткасці і напрамку ветру. Кожны кампанент адыгрывае ўнікальную ролю ў зборы дадзеных аб ветры і пераўтварэнні іх у сігналы для аналізу. Давайце вывучым асноўныя кампаненты распаўсюджаных тыпаў датчыкаў ветру.

Чашкі і трымальнік для кубкаў

Ветраныя анемометры з'яўляюцца найбольш бачнай часткай многіх датчыкаў хуткасці ветру, асабліва анемометраў. Звычайна зробленыя з лёгкіх, трывалых матэрыялаў, такіх як вугляроднае валакно, гэтыя кубкі ловяць вецер і круцяцца вакол вертыкальнай восі. Хуткасць гэтага кручэння непасрэдна адлюстроўвае сілу ветру.
Падшклянак злучае гэтыя кубкі з цэнтральнай воссю. Ён падтрымлівае кубкі ў раўнавазе і забяспечвае іх свабоднае кручэнне. Любое хістанне або зрушэнне тут можа выклікаць недакладныя паказанні хуткасці ветру. Такім чынам, трывалы, добра выраўнаваны падстаўка для кубкаў неабходны для дакладных вымярэнняў.

Ротар і оптапара

Унутры кубкавых анемометраў ротар прымацаваны да цэнтральнай восі і мае некалькі зубцоў па краі. Калі вецер круціць кубкі, круціцца і ротар. Оптапара, размешчаная побач з ротарам, выпраменьвае светлавы прамень, які перыядычна перарываюць зубцы ротара.
Кожны раз, калі зуб праходзіць праз гэты прамень, оптапара генеруе электрычны імпульс. Падлік гэтых імпульсаў з цягам часу дапамагае вылічыць хуткасць ветру. Гэты аптычны метад прапануе надзейны спосаб пераўтварэння механічнага кручэння ў электронныя сігналы.

Пераўтваральнікі ў ультрагукавых датчыках

Ультрагукавыя датчыкі ветру выкарыстоўваюць пары пераўтваральнікаў замест рухомых частак. Гэтыя пераўтваральнікі дзейнічаюць і як дынамікі, і як мікрафоны, пасылаючы і прымаючы ультрагукавыя гукавыя імпульсы праз прастору выбаркі.
Вецер уплывае на хуткасць распаўсюджвання гэтых гукавых імпульсаў. Дакладна вымяраючы час, неабходны для перамяшчэння імпульсаў паміж пераўтваральнікамі, датчык разлічвае хуткасць і кірунак ветру. Гэты метад дазваляе пазбегнуць механічнага зносу і забяспечвае высокую дакладнасць, асабліва пры складанай схеме ветру.

Потенциометр ў датчыках напрамку ветру

Механічныя датчыкі напрамку ветру часта выкарыстоўваюць патэнцыяметр, падлучаны да флюгера. Флюгер выраўноўваецца па ветры, круцячы вал, прымацаваны да потенциометра.
Калі вал паварочваецца, потенциометр змяняе сваё электрычнае супраціўленне. Гэта змяненне стварае сігнал, прапарцыйны вуглу напрамку ветру. Электроніка датчыка пераўтворыць гэты сігнал у чытаныя даныя, якія паказваюць кірунак ветру.

Агульныя праблемы з датчыкамі ветру

Датчыкі ветру распрацаваны як надзейныя, але яны могуць сутыкацца з некаторымі агульнымі праблемамі, якія ўплываюць на іх дакладнасць і надзейнасць. Веданне гэтых праблем дапаможа вам хутка выявіць і выправіць іх, захоўваючы надзейнасць вашых даных аб ветры.

Праблемы нягнуткай ратацыі і заліпання

Адной з частых праблем з'яўляецца тое, што ветравікі або флюгер не круцяцца свабодна. Для новых датчыкаў гэта можа быць з-за аслабленых дэталяў унутры або вытворчых дэфектаў. Калі кубкі або лопасці захраслі, калі вы спрабуеце павярнуць іх уручную, магчыма, трэба замяніць або адрамантаваць датчык.
У старых датчыках бруд, лісце, лёд або дробнае смецце могуць блакаваць рухомыя часткі. Нават малюсенькае пёрка, якое затрымалася на кубку, можа выклікаць вялікія памылкі. Рэгулярная чыстка і тэхнічнае абслугоўванне неабходныя для таго, каб кручэнне было гладкім. Часам унутраныя дэталі зношваюцца або падшыпнікі высыхаюць, выклікаючы жорсткасць. У такіх выпадках можа спатрэбіцца замена зношаных кампанентаў або ўсяго датчыка.

Нулявыя паказчыкі хуткасці ветру

Калі ваш датчык хуткасці ветру паказвае нуль, нават калі дзьме вецер, гэта можа быць па некалькіх прычынах:

• Няспраўнасць геркона: геркон унутры можа перастаць працаваць. Мяккае дакрананне датчыка можа часова аднавіць працу, але ў бліжэйшы час ён патрабуе прафесійнай замены.

• Пашкоджаныя кабелі: зламаная або аслабленая правадка можа перарываць сігналы, выклікаючы нулявыя паказанні. Уважліва праверце ўсе кабелі і злучэнні.

• Умовы слабага ветру: часам хуткасць ветру ніжэйшая за пачатковы парог датчыка, таму ён не рэгіструе ніякіх рухаў. Тэставанне датчыка ў розных месцах і ў розныя часы дапамагае пацвердзіць гэта.

Значныя адхіленні ў паказаннях

Адрозненні ў паказаннях паміж датчыкамі могуць адбыцца з-за:

Вышыня ўстаноўкі	Хуткасць ветру змяняецца ў залежнасці ад вышыні. Датчыкі, усталяваныя на рознай вышыні або з рознай экспазіцыяй, будуць паказваць розныя значэнні.
Механічныя праблемы	Жорсткі падшыпнік або няспраўны геркон можа прывесці да зніжэння паказанняў.
Прынцыпы вымярэнняў	Розныя мадэлі датчыкаў выкарыстоўваюць розныя метады вымярэння і дыяпазоны, таму іх паказанні могуць не супадаць цалкам.

Забеспячэнне паслядоўнай ўстаноўкі і каліброўкі дапамагае паменшыць адхіленні.

Паказчыкі перарывістага напрамку ветру

Калі ваш датчык напрамку ветру дае нерэгулярныя або мігатлівыя паказанні, часта прычынай з'яўляюцца праблемы з праводкай. Аслабленыя або пашкоджаныя карозіяй злучэнні могуць перарываць сігнал, выклікаючы разрывы або шум. Агляд і замацаванне ўсіх кабеляў і раздымаў звычайна вырашае гэтую праблему.

Пастаяннае нулявое значэнне напрамку ветру

Часам датчык напрамку ветру заўсёды паказвае нуль. Гэта можа адбыцца, калі:

• Падчас мантажу датчык зрушаны. Знак 'N' павінен паказваць на сапраўдны поўнач.

• Узнікла праблема з электразабеспячэннем або праводкай.

• Унутраны датчык пашкоджаны.

Паварот флюгера ўручную падчас прагляду паказанняў дапамагае дыягнаставаць гэта. Калі значэнне змяняецца, верагодна, праблема ў выраўноўванні або праводцы. Калі ён застаецца роўным нулю, магчыма, датчык патрабуе рамонту або замены.

Плюсы і мінусы розных датчыкаў ветру

Перавагі чашкавых анемометраў

Чашачныя анемометры папулярныя, таму што яны простыя, надзейныя і эканамічна эфектыўныя. Іх механічная канструкцыя робіць іх простымі ў разуменні і абслугоўванні. Яны добра працуюць пры розных хуткасцях ветру і менш падвяргаюцца ўплыву такіх фактараў навакольнага асяроддзя, як пыл або вільготнасць. Гэтыя датчыкі выдатна падыходзяць для агульнага маніторынгу надвор'я і прамысловага прымянення, дзе трываласць важная. Іх візуальныя спінінгі забяспечваюць інтуітыўна зразумелую індыкацыю хуткасці ветру, што робіць пошук непаладак простым. Акрамя таго, чашкавыя анемометры выкарыстоўваюцца дзесяцігоддзямі, таму іх прадукцыйнасць і надзейнасць добра дакументаваны.

Недахопы кубкавых анемометраў

Нягледзячы на ​​свае моцныя бакі, кубкавыя анемометр маюць некаторыя недахопы. Рухомыя часткі, такія як падшыпнікі і ўтулкі, з часам зношваюцца і патрабуюць рэгулярнага абслугоўвання. Бруд, лёд або смецце могуць прывесці да прыліпання кубкаў, што прывядзе да недакладных паказанняў. Яны таксама валодаюць механічнай інэрцыяй, што азначае, што яны могуць не хутка рэагаваць на рэзкія змены хуткасці ветру. Пры вельмі слабым ветры яны могуць не пачаць круціцца, што прывядзе да нулявых або затрымкі паказанняў. Акрамя таго, іх дакладнасць можа залежаць ад формы і памеру кубка, а каліброўка з часам можа змяншацца. Гэтыя фактары робяць іх менш прыдатнымі для высокадакладных або суровых умоў без частага абслугоўвання.

Перавагі ультрагукавых анемометраў

Ультрагукавыя анемометры забяспечваюць высокую дакладнасць і хуткую рэакцыю, паколькі яны вымяраюць хуткасць ветру па часе гукавых імпульсаў. У іх няма рухомых частак, што азначае меншы знос і скарачэнне патрэбы ў абслугоўванні. Гэтыя датчыкі забяспечваюць падрабязныя даныя аб ветры, у тым ліку аб хуткасці і напрамку, што робіць іх ідэальнымі для складаных даследаванняў і важных прыкладанняў, такіх як авіяцыя і энергія ветру. Іх здольнасць вымяраць у некалькіх кірунках адначасова дазваляе ім эфектыўна фіксаваць турбулентныя ўзоры ветру. Яны добра працуюць у асяроддзі, дзе механічныя датчыкі могуць выйсці з ладу з-за назапашвання лёду або бруду. Надзейнасць і дакладнасць ультрагукавых анемометраў часта апраўдваюць іх больш высокі першапачатковы кошт.

Праблемы з ультрагукавымі анемометрамі

Аднак ультрагукавыя анемометры не пазбаўлены праблем. Яны, як правіла, даражэйшыя за механічныя датчыкі, што можа абмежаваць іх выкарыстанне ў бюджэтных праектах. Такія фактары навакольнага асяроддзя, як моцны дождж, туман або экстрэмальныя тэмпературы, могуць паўплываць на перадачу гукавой хвалі, патэнцыйна паўплываўшы на дакладнасць. Яны патрабуюць чыстых, бесперашкодных шляхоў паміж пераўтваральнікамі, таму ўстаноўку трэба старанна спланаваць. Акрамя таго, іх электроніка можа быць больш складанай, часам патрабуючы спецыяльных ведаў для каліброўкі і рамонту. Энергаспажыванне, як правіла, вышэйшае ў параўнанні з кубкавымі анемометрамі, што можа быць разгледжана пры дыстанцыйных устаноўках або ўстаноўках з батарэйным харчаваннем.

Выбар правільнага датчыка ветру

Фактары, якія трэба ўлічваць пры выбары датчыка ветру

Выбар правільнага датчыка ветру залежыць ад некалькіх ключавых фактараў:

• Патрэбы ў дакладнасці: Высокадакладныя прыкладанні, такія як авіяцыя або навуковыя даследаванні, патрабуюць датчыкаў з высокай дакладнасцю, такіх як ультрагукавыя анемометры. Для агульнага маніторынгу надвор'я часта бывае дастаткова шкляначных анемометраў.

• Патрабаванні да тэхнічнага абслугоўвання: датчыкі з рухомымі часткамі, такія як кубкавыя анемометры, патрабуюць рэгулярнага абслугоўвання, каб пазбегнуць прыліпання або зносу. Ультрагукавыя датчыкі, не маючы рухомых частак, патрабуюць меншага абслугоўвання.

• Умовы навакольнага асяроддзя: суровыя ўмовы з пылам, лёдам або салёнымі туманамі могуць спрыяць ультрагукавым або магнітным датчыкам з-за іх трываласці і ўстойлівасці да назапашвання.

• Бюджэтныя абмежаванні: чашкавыя анемометры звычайна каштуюць танней, і іх лягчэй замяніць. Ультрагукавыя датчыкі, хаця і даражэйшыя, забяспечваюць больш працяглы тэрмін службы і зніжаюць выдаткі на абслугоўванне.

• Месца ўстаноўкі: улічвайце вышыню мантажу, экспазіцыю і прастору. Ультрагукавым датчыкам патрэбны свабодныя шляхі паміж пераўтваральнікамі, таму пры ўсталёўцы трэба пазбягаць перашкод.

• Даступнасць электраэнергіі: Ультрагукавыя датчыкі звычайна спажываюць больш энергіі, чым механічныя, што можа мець значэнне для ўстаноўкі з дыстанцыйным харчаваннем або харчаваннем ад батарэі.

• Патрабаванні да даных: калі вам патрэбны як хуткасць, так і кірунак ветру з высокім часовым раздзяленнем, ультрагукавыя датчыкі даюць больш падрабязныя даныя.

Прыкладанні, якія лепш за ўсё падыходзяць для кубкавых анемометраў

Чашачныя анемометры добра падыходзяць для сцэнарыяў, дзе прыярытэтам з'яўляюцца прастата, трываласць і кошт:

• Асноўныя метэаралагічныя станцыі: іх просты дызайн адпавядае агульнаму метэаралагічнаму маніторынгу.

• Прамысловыя пляцоўкі: яны вытрымліваюць пыльнае або вільготнае асяроддзе і забяспечваюць надзейныя даныя аб хуткасці ветру.

• Выкарыстанне ў сельскай гаспадарцы: фермеры могуць выкарыстоўваць іх для маніторынгу ветру для апырсквання або абароны ўраджаю.

• Будаўнічыя пляцоўкі: іх візуальныя спінінгі дазваляюць аператарам лёгка праверыць хуткасць ветру з першага погляду.

• Навучальныя параметры: іх простая механіка дапамагае выкладаць асноўныя прынцыпы вымярэння ветру.

Прыкладання, якія лепш за ўсё падыходзяць для ультрагукавых анемометраў

Ультрагукавыя анемометры выдатна працуюць у цяжкіх умовах, якія патрабуюць дакладнасці і нізкага абслугоўвання:

• Авіяцыя і аэрапорты: дакладныя даныя аб ветры вельмі важныя для бяспекі палётаў і эксплуатацыі.

• Ветраэнергетычныя фермы: дакладная хуткасць і кірунак ветру дапамагаюць аптымізаваць прадукцыйнасць турбіны.

• Навуковыя даследаванні: Дэталёвыя вымярэнні турбулентнага ветру спрыяюць вывучэнню клімату і атмасферы.

• Марскі і прыбярэжны маніторынг: устойлівасць да карозіі і назапашвання робіць іх ідэальнымі для салёных або вільготных умоў.

• Маніторынг якасці гарадскога паветра: іх здольнасць фіксаваць складаныя патокі ветру паляпшае мадэлі рассейвання забруджванняў.

Заключэнне

Датчыкі ветру, у тым ліку кубкавыя і ультрагукавыя, вымяраюць хуткасць і кірунак ветру з дапамогай розных механізмаў. Чашачныя анемометры выкарыстоўваюць паваротныя кубкі, а ультрагукавыя датчыкі выкарыстоўваюць гукавыя хвалі. Выбар правільнага датчыка залежыць ад такіх фактараў, як дакладнасць, абслугоўванне і ўмовы навакольнага асяроддзя. Разгледзім BGT Hydromet , якія забяспечваюць надзейныя рашэнні, якія не патрабуюць абслугоўвання і адпавядаюць вашым патрэбам. Прапановы Іх прадукцыя адрозніваецца як дакладнасцю, так і даўгавечнасцю, забяспечваючы дакладныя даныя аб ветры ў розных сферах прымянення.

FAQ

Q: Што такое датчык ветру?

A: Датчык ветру вымярае хуткасць і кірунак ветру, выкарыстоўваючы такія тыпы, як кубкавыя анемометры і ультрагукавыя датчыкі.

Пытанне: як працуе датчык ветру анемометр?

A: Кубачны анемометр выкарыстоўвае паваротныя кубкі для вымярэння хуткасці ветру, прычым хуткасць кручэння паказвае сілу ветру.

Пытанне: Чаму варта выбраць ультрагукавы датчык ветру?

A: Ультрагукавыя датчыкі ветру забяспечваюць высокую дакладнасць і не патрабуюць абслугоўвання з-за адсутнасці рухомых частак.

Пытанне: якія агульныя праблемы з датчыкамі ветру?

A: Агульныя праблемы ўключаюць нягнуткае кручэнне, нулявыя паказанні і перарывістыя сігналы, часта з-за бруду або праблем з праводкай.