Wprowadzenie do zasady działania anemometru
Anemometr to przyrząd służący do pomiaru prędkości wiatru. Istnieje wiele typów. Anemometr kubkowy jest powszechnie stosowany w stacjach pogodowych.
Składa się z trzech pustych kubków w kształcie parabolicznego stożka, połączonych ze sobą pod kątem 120 stopni na stojaku.
Cała część czujnikowa jest zamontowana na pionowej osi obrotu. Pod wpływem wiatru czasza wiatrowa obraca się wokół własnej osi z prędkością proporcjonalną do prędkości wiatru.
Podstawową zasadą działania anemometru jest umieszczenie cienkiego metalowego drutu w płynie i użycie prądu elektrycznego do podgrzania drutu powyżej temperatury płynu. Dlatego anemometry nazywane są „gorącymi drutami”.
Gdy płyn przepływa przez drut w kierunku pionowym, odbierze część ciepła z drutu i obniży jego temperaturę.
Zgodnie z teorią wymiany ciepła przez konwekcję wymuszoną można wywnioskować, że istnieje związek pomiędzy stratą ciepła Q gorącego drutu a prędkością v płynu.
Standardowa sonda z gorącym drutem składa się z dwóch wsporników, które są dokręcone krótkimi cienkimi drutami. Drut metalowy jest zwykle wykonany z platyny, rodu, wolframu i innych metali o wysokiej temperaturze topnienia i dobrej ciągliwości.
Powszechnie stosowana średnica drutu wynosi 5 μm, a długość 2 mm; mała średnica sondy wynosi tylko 1 μm, a długość wynosi 0,2 mm. W zależności od przeznaczenia, sonda z gorącym drutem może być również wykonana z drutu podwójnego, potrójnego, ukośnego, w kształcie litery V, w kształcie X itp.
W celu zwiększenia wytrzymałości zamiast drutów metalowych stosuje się czasami folie metalowe, a na podłoże izolacyjne zwykle natryskuje się folię metalową, co nazywa się sondą z gorącą folią.
Sonda z gorącym drutem musi zostać skalibrowana przed użyciem. Kalibracja statyczna wykonywana jest w specjalnym standardowym tunelu aerodynamicznym.
Zmierzono zależność pomiędzy natężeniem przepływu i napięciem wyjściowym i wykreślono ją w postaci krzywej standardowej.
Kalibrację dynamiczną przeprowadza się w znanym pulsującym polu przepływu lub dodaje się do pętli grzewczej anemometru.
Pulsujący sygnał elektryczny służy do sprawdzenia odpowiedzi częstotliwościowej anemometru z gorącym drutem. Jeśli charakterystyka częstotliwościowa nie jest dobra, można ją poprawić, stosując odpowiedni obwód kompensacyjny.
