АНЕМОМЕТР

Источник: Техническая энциклопедия. Гл. ред. Мартенс Л.К. Государственное словарно-эциклопедическое издательство "Советская энциклопедия". Москва. ОГИЗ РСФСР. 1933 г.

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 (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 (фиг. 1 и 2):

<<<< Рис. 2. Шаровой анемометр Робинсона

4 легких полушара 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 вовремя 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 объемов 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, края 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 температуры, 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 т. п. счетчики построены по такому же принципу измерения пройденного пути.
2. Определение давления (силы) ветра (в кг/м² или в баллах 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, которое указывается стрелкой, соединенной с валиком непосредственно или через зубчатки; б) подверженные действию ветра шар или пластина качаются в нек-рой вертикальной плоскости, к-рая должна совпадать с направлением ветра (фиг. 3, прибор Вильда); или установленная перпендикулярно к направлению ветра пластинка определенных размеров воспринимает давление ветра и сжимает имеющуюся позади нее спиральную пружину (фиг. 4, прибор Ослера);

Рис. 3. Анемометр Вильда	Рис. 4 . Анемометр Ослера

в) ветер, действуя на обращенный к нему открытый конец изогнутой под прямым углом трубки, повышает в ней давление [прибор Линда (фиг. 5), трубки Pitot и др.]; в трубке, направление которой перпендикулярно к направлению ветра, им вызывается уменьшение давления (разрежение) [Вентуриевы трубки; фиг. 6, мультипликатор Бурдона и др.]. Во всех приборах для определения силы ветра измеряется давление в кг/м²; оно равно ZM₁FV², где V—скорость ветра, F—поперечное сечение тела, подверженного действию ветра, М₁— плотность воздуха и z—коэфф. пропорциональности , зависящий от формы тела. Произведение zM₁ есть не что иное как M/2 в выражении живой силы MV²/2. т. о. давление ветра пропорционально плотности воздуха, то есть, массе единицы объема его, что для высоких и низких местностей дает заметные отклонения по сравнению с давлениями ветра при так наз. нормальных условиях атмосферы (760 мм, 0°).

Рис. 5. Прибор Линда.	Рис. 6. Мультипликатор Бурдона.

Многие приборы, построенные по принципу измерения давления ветра, тарированы на скорость ветра, при чем в большинстве из них 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, напр.: наблюдением над истечениями определенного объема 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 т. п. Самый распространенный, простой и надежный способ—сравнение и условиях аэродинамической трубы (см.).
3. Определение направления ветра производят при помощи флюгера (фиг. 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.

Рис. 7. Схематическое изображение флюгера устаревшей (слева) и современной (справа) конструкции.

В приборе для определения направления ветра роль стрелки исполняет сам флюгер, положение которого определяется относительно расположенного под ним ориентированного по странам света неподвижного 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 объема 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, при чем 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 электрическим током.

Рис. 8. Анемометры фирмы Ф. Рюс.

Н е д о с т а т к и приборов. Приборы с пропеллером и шаровые обладают заметной инерцией масс вращающихся частей, т. е. 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 д. б. как можно 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 (фиг. 8), приводимое в движение тонкой струен воздуха, действующей 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 величин только для тех высот, которые были им достигнуты через промежутки в 1 минуту. Приборы, основанные на изменении сопротивлений проводника электрического 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 анемометров изготовленных и представленных в научных обсерваториях лишь в одном экземпляре. Литература об анемометрах (обычно об этих единственных экземплярах не упоминающая) весьма обширна.
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;

Rosenmiiller M., Anemometer f. geschloss. Kanale, «Gesundheits-Ingenieur», 25, Munchen, 1911;

Schmidt W., Besclireib. d. Pressure-Tube-Anemometers, «Meteor. Ztschr.», B. 29, p. 201, Braunschweig, 1912;

Robitzsch M., Beobachtungs-methoden d. modernen Meteorologen, В., 1925;

Веlinewitz K., Flugzeuginstrumente, В., 1922;

Eaton H. N. and others, Aircraft Instruments, N. Y., 1926;

Panne1 I. R., The measurement of Fluid Velocity and Pressure, L., 1924;

Lueger's Lexikon der gesamten Technik, B. 1, В., 1926.