3. 5. Определение скорости и направления ветра

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 3
Оценка:
0.00 из 5.00 — оценок
Скачиваний: 0

Ветер - это горизонтальное перемещение воздуха относительно земной поверхности. Ветер характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра может изме­ряться в метрах в секунду; километрах в час, в баллах. За направление принимается направление, откуда дует ветер. Для обозначения направления ветра указывают либо румб (по 16-румбовой системе), либо азимут, отсчитываемый в градусах от северного направления меридиана по часовой стрелке до направления ветра.

Вследствие турбулентности скорость и направление ветра непрерывно меняются. На метеорологических стан­циях измеряют среднюю скорость, м/с за 10 мин, макси­мальную - за этот же интервал времени (скорость ветра при порывах), максимальную - между сроками (за 3 ч при вось­ми срочных наблюдениях) и направление ветра, осреднен- ное за 2 мин (азимут, румб).

На метеостанциях характеристики ветра измеряются на высоте 10-12 м. Приборы для измерения скорости ветра называются анемометрами; приборы для измерения скоро­сти и направления ветра называются анеморумбометрами.

Флюгер (рис. 3.22). Флюгер, предложенный Вильдом в конце XIX в., является одним из простейших приборов. До настоящего времени он применяется на сети метеорологи­ческих станций в качестве запасного прибора, а на тех станциях, где нет электрической сети, - в качестве основ­ного. Флюгер дает возможность измерять среднюю ско­рость, максимальные порывы и направление ветра.

На нижней неподвижной трубе флюгера укреплены шты­ри - указатели направления вет­ра. Штырь, обращенный на се­вер, обозначен буквой «С» или «М>. На верхней вращающейся трубе смонтированы флюгарка с противовесом и указатель ско­рости ветра, состоящий из же­лезной пластины (доски) и дуги со штырями, имеющими ради­альное направление. Железная доска размером 13x30 см сво­бодно вращается относительно горизонтальной оси, проходя­щей через верхнюю кромку дос­ки, которая всегда располагается перпендикулярно направлению ветра. Для измерения скоростей до 10 м/с используется легкая доска весом 200 г, а более 10 м/с - тяжелая доска весом 800 г.

Рис. 3.22. Флюгер:

/ - доска-приемник скоро­сти ветра; 2 - указатель скорости ветра; 3 - флюгар­ка; 4 - указатель направле­ния ветра; 5 - столб

Скорость ветра определяют по отклонению доски отно­сительно штырей указателя скорости, а направление ветра - по положению противовеса флюгарки относительно шты­рей указателя направления.

Флюгеры с легкой и тяжелой доской устанавливаются на отдельных мачтах на высоте 10-12 м. В темное время суток флюгеры освещаются прожектором.

При отсчете скорости ветра наблюдатель отмечает сред­нее и наибольшее отклонение положения доски за 2 мин, а также за 2 мин отмечается и среднее положение флюгарки. Скорость ветра определяется по таблице, в которой для ка­ждого номера штыря дается значение скорости ветра в миллиметрах в секунду для легкой и тяжелой доски.

Анеморумбометры М-63М-1 и М-63М-1М (рис. 3.23). Предназначены для измерения средней за 10 мин, мгновен­ной и максимальной скорости ветра и определения осред- ненного направления ветра. Оба прибора относятся к дис­танционным устройствам и на сети метеорологических станций являются основным средством для измерения ха­рактеристик ветра.

Рис. 3.23. Анеморумбометр М-63М: а - датчик скорости и направления ветра (/ - флюгер; 2 воздушный винт; 3 - поворотная часть; 4 - неподвижная часть; 5 - стержень, ориен­тированный на север); б - измерительный пульт


 

Пределы измерения скорости ветра от 1,5 до 60 м/с; по­грешность измерения скорости ± (0,5 + 0,052 v), м/с; на­правления ± 10°, начальная чувствительность по скорости 0,6 м/с, по направлению - 1°. Дистанционность 5 км.

Установка состоит из блока датчиков направления и скорости ветра, измерительного пульта и блока питания. Преобразователи скорости и направления ветра оформлены в виде одного блока датчиков, состоящего из флюгера, представляющего собой сигарообразный корпус со стаби­лизатором в хвостовой части, и датчика скорости в виде

четырехлопастного воздушного винта. Под воздействием флюгарки плоскость вращения винта располагается пер­пендикулярно к направлению воздушного потока. Скорость вращения винта пропорциональна скорости ветра.

Корпус вместе с наружной трубой на шарикоподшипни­ках свободно вращается на вертикальной неподвижной стойке, укрепленной на мачте. Внутри корпуса и наружной трубы размещены кинематические и электрические элемен­ты, преобразующие измеряемые величины в электрические импульсы, которые по кабелю поступают на измеритель­ный пульт.

Измерительный пульт представляет собой настольный прибор, на лицевой панели которого размещены шкалы скоростей и направлений ветра, кнопки включения прибора, переключения шкал, сброса показаний, индикаторы и др.

В модели анеморумбометра М-63М-1М информация о скорости ветра высвечивается на цифровом табло.

Блок питания обеспечивает работу анеморумбометра от сети переменного тока и от аккумуляторов без подзарядки в течение 3-5 суток (аварийный режим). Для регистрации скорости и направления ветра служит самописец (анемо- румбограф). Общий вид анеморумбометра на мачте показан на рис. 3.24.

Анемометр ручной механический МС-13 (рис. 3.25, а). Предназначен для измерения средней скорости ветра за не­который промежуток времени, определяемый по секундо­меру. Пределы измерения 1-20 м/с; начальная чувствитель­ность 0,8 м/с; погрешность измерения ± (0,3 + 0,06v) м/с.

Воспринимающей частью анемометра является вра­щающаяся на вертикальной оси крестовина с четырьмя по­лыми полушариями, обращенными выпуклостями в одну сторону. Под действием ветра крестовина всегда вращается в сторону выпуклости полушарий, так как давление воздуха на чашки, обращенные выпуклой стороной к ветру, бу­дет меньше, чем на чашки, обращенные к ветру внутренней стороной. Крестовина с полушариями защищена от меха­нических повреждений двумя перекрещивающимися рам­ками из толстой проволоки. Верхний и нижний концы оси, на которую насажена крестовина, опираются на агатовые

Рис. 3.24. Мачта метеорологическая М-82. Высота мачты 9,5 м. На верху мачты — датчик скорости и направления ветра анеморумбометра


 

подшипники, что способствует снижению силы трения и повышению чувствительности прибора к ветру. На нижней части оси имеется червяк, связанный с системой зубчатых колес. На осях шестерен насажены три стрелки, показы­вающие на циферблатах количество оборотов крестовины. На большом циферблате показываются обороты от 0 до 100, на двух маленьких - соответственно, сотни и тысячи оборотов.

Рис. 3.25. Анемометры ручные: a - механический (М-13); 6 - индукционный (АРИ-49)


 

Включение и выключение счетного механизма произво­дится арретиром. При повороте арретира по часовой стрел­ке червячная шестерня выходит из зацепления с червяком, и счетный механизм выключается. При повороте по часо­вой стрелке механизм включается. В корпусе прибора по обе стороны арретира имеются два ушка, через кото­рые пропускается шнур для включения и выключения механизма.

Во время измерения скорости ветра прибор держат в ру­ке в вертикальном положении выше головы. Счетный ме­ханизм включают на 100 с или анемометр закрепляют на деревянном шесте с помощью винта, которым заканчива­ется нижняя часть корпуса анемометра. В последнем случае можно измерять среднюю скорость за 10 мин.

Перед началом измерения скорости ветра записывают показания стрелок на трех циферблатах. Затем анемометр выставляют на ветер, скорость которого измеряют, дают несколько секунд на раскрутку крестовины, после чего од­новременно включают счетный механизм анемометра и пускают секундомер. Выдержав требуемое время, одновре­менно выключают анемометр и останавливают секундомер. По разности конечных и начальных отсчетов определяют количество оборотов за время измерения, а затем по коли­честву оборотов крестовины за одну секунду по тарировоч- ному свидетельству определяют скорость ветра в м/с.

Анемометр ручной индукционный АРИ-49 (рис. 3.25, б). Предназначен для измерения мгновенной (осредненной за 2-3 с за счет инерции прибора) скорости ветра. Пределы измерения скорости 2-30 м/с; цена наименьшего деления шкалы 1 м/с; начальная чувствительность 1,5 м/с; погреш­ность измерения ± (0,5 + 0,05v) м/с.

Чувствительным элементом является трехчашечная вер­тушка. На нижнем конце оси вертушки находится жестко связанная с ней магнитная система, выполняющая роль электрического генератора, вырабатывающего электриче­ский ток пропорционально угловой скорости вращения вертушки. Измерение тока производится стрелочным галь­ванометром, шкала которого проградуирована в единицах скорости ветра (м/с).

Прибор снабжен ручкой, навертываемой на резьбовую часть хвостовика, а также комплектуется специальным на­конечником, навертываемым вместо ручки, при установке прибора на шесте.