Hand made — Анемометр (измеритель скорости ветра)

DmitrijЭлектроника / Arduino

Автор этой самоделки однажды столкнулся с вопросом, как можно определить, есть ли ветер в том месте, где он живет. Такой вопрос возник из-за того, что он хотел поставить ветряк для генерации электричества. С помощью этого хитроумного приспособления можно сделать замеры, как часто бывает ветер, с какой средней скоростью он дует и так далее. В качество основы для сбора и обработки информации лежит плата Arduino.Материалы и инструменты для изготовления анемометра:– кусок квадратной трубы;- болгарка;- сварка;- подшипник;- развертка;- гвозди;- краска;- светодиодиодно-фототранзисторный датчик (можно вытащить из принтера);- схема Arduino;- минимальный набор инструмента.

Процесс изготовления:Шаг первый. Изготавливаем датчик анемометра Для изготовления датчика нужно взять кусок квадратной трубы и затем в ней вырезать окошко, через него потом будет происходить установка начинки. Внутри этой трубы нужно приварить металлическую пластину, она будет выступать в качестве держателя подшипника. Потом приваривается еще одна пластина для фиксирования нижнего подшипника. Верх автор решил сделать в виде скатной крыше. Для этого берется четыре треугольника, сперва прихватывается сваркой, а затем хорошо проваривается.

Далее заготовка зажимается в тиски и диаметром сверла на 0.5 мм меньше, чем диаметр подшипника в нижней крышке и середине сверлится отверстие. Оба они нужны для подшипников. Чтобы подшипники встали на места с натяжкой, размер отверстий подгоняется разверткой. После того как подшипники были установлены, в них был вставлен гвоздь 100-ка. В середине окошка на него надевается пластмассовая шайба с четырьмя прорезями. Снизу гвоздя была нарезана резьба и затем на эту ось была накручена крыльчатка. Шаг второй. Процесс изготовления крыльчаткиЧтобы изготовить крыльчатку нужно взять гайку и приварить к ней электродом на 2мм три гвоздя. Концы гвоздей обрезаются, и на них нарезается резьба. Затем на концы надеваются половинки от мячика. В качестве держателя к корпусу был приварен шестигранный пруток из нержавеющей стали. А чтобы корпус не ржавел, он был покрыт белой эмалью.

Чтобы датчик мог считывать информацию, нужна шайба с прорезями. Автор достал ее из старой шариковой компьютерной мышки. Когда прорезь проходит перед светодиодно-фототранзисторным датчиком, он посылает сигнал электронике.Что касается лопастей крыльчатки, то они сперва были изготовлены из теннисных мячиков. При таком размере лопастей крыльчатка заводится при ветре от 5 м/с. Чтобы сделать крыльчатку чувствительнее, были приобретены мячики диметром 55 мм, в таком случае крыльчатка начинает крутится уже при м/с. При этом измерение ведется до 22 м/с.Шаг третий. Электронная частьВ качестве электронной схемы автор сперва использовал самодельную ЛУТ схему с добавлением зеленой макси из Китая. Но система не могла показывать скорость ветра в метрах/секунду. Она лишь отображала количество оборотов.

На данный момент идет сборка схемы на Arduino. Принцип работы анемометра автора точно такой, как и компьютерной мышки. Нужно теперь лишь соединить две схемы. Было решено передать импульсы с фототранзистора на Arduino, при этом схема стала воспринимать такие сигналы как нажатия на кнопку. Чтобы получить скорость ветра, нужно просто посчитать, сколько идет нажатий на кнопку в течение определенного времени, скажем, в секунду. Однако не все так просто, чтобы перевести частоту вращения крыльчатки в скорость движения ветра м/с, требуется специальная формула. Ей автор с удовольствием делится. Вот и все, теперь анемометр можно считать готовым. При необходимости в код можно добавить функцию, которая бы подсчитывала, сколько времени ветер дул с какой-то определенной скоростью. Такая самоделка будет отличным дополнением для тех, кто собирается установить ветряк или пристально следит за погодой.

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Устройство и принцип работы

Анемометр позволяет провести измерение скорости и направление ветра. Он улавливает скорость воздушного потока, после чего обрабатывает полученную информацию и передает на регистрирующее устройство.

Основными узлами конструкции являются всего три блока:

  • Блок, непосредственно измеряющий скорость воздушного покоя. Если говорить точнее, то прибор улавливает возмущение воздушных масс, которое образуется в результате движения потока воздуха.
  • Преобразователь, который служит для преобразования воздушных возмещений в физический параметр.
  • Регистрирующее устройство, которое принимает сигнал от преобразователя.

Образуется своеобразная цепочка, на каждом из этапов которой свою роль выполняет отдельный блок.

Настраиваем самодельный анемометр

анемометр
Ручка

Для настройки показаний анемометра в идеале применить настоящий анемометр. Я за свою жизнь  держал в руках это чудо всего раз пять. Поэтому применил стандартный способ, прикрепил анемометр к ручке из дерева. И при езде на автомобиле в безветренную погоду настроил велокомпьютер по совпадению показаний со спидометром. В моем велокомпьютере настройка заключалась в подборе   значения радиуса колеса в миллиметрах. Запоминаем величину  найденного радиуса (лучше записываем), а то при смене батарейки компьютер забудет настройки.Цель получить суперточные показания не ставилась. Всё — настроено.

Как сделать анемометр своими руками

Части видеоголовки

Узел вращения блока готлвлк становится теперь сердцем анемометра. После удаления лишних деталей (вращающего трансформатора, магнитной головки и деталей двигателя) остался металлический каркас вращающейся головки с осью, неподвижная часть с блоком подшипников и шайба крепления двигателя.  Узел довольно массивный, поэтому будущий анемометр будет предназначен больше для измерения скорости ветра от среднего до сильного. В принципе эти измерения и необходимы.

1. Доработаем головку вращения.  Просверлим сверлом по металлу в боковой поверхности

вращающейся части 3 отверстия диаметром 4мм для крепления чашек. При сверлении ориентируемся на три отверстия в головке для крепления внутренних узлов.

2. Вставим в отверстия винты М4 длиной 10мм, для лучшего контакта с чашками из велосипедной камеры вырежем ножницами резиновые шайбы для предотвращения вращения чашек анемометра.

Сверлим отверстия
Резиновый шайбы
Винт с резиновой шайбой

3. В качестве чашек применены пластмассовые кружки, специально купленые в магазине за 7 рублей. Каждая кружка доработана:

— ручка срезана;

— на боковой поверхности в районе бывшей ручки просверлено отверстие диаметром 4мм.

Кружки для анемометра
Кружка для анемометра
Отверстие в чашке

4. Прикручиваем чашки к узлу вращения, используя шайбу и гайку. Прикручиваем аккуратно,  не повредив стакан.  Обратите внимание, чтобы выступающие части резиновой шайбы не касались при сборе неподвижного узла. Собираем конструкцию  и проверяем легкость вращения.

Крепим чашку
Чашка прикручена
Чашки прикреплены
Велокомпьютер

Узел вращения собран. Теперь необходимо подумать об установке датчика вращения и о креплении узла. В качестве датчика оптимально применить геркон, срабатывающий от магнита, закрепленного на вращающемся узле. Частоту импульсов вращения можно преобразовать в оценку скорости ветра при помощи аналоговых или цифровых схем. Но можно пойти более простым  путём – использовать велокомпьютер.

Цифровые модели

Электронные анемометры предполагают использование технологии преобразования аналоговых сигналов, поступающих из внешней среды, в цифровые, которые выводятся на жидкокристаллический экран. В процессе преобразования могут возникать разнообразные отклонения, проявляющиеся в виде погрешности замеров. В зависимости от моделей предусматривается возможность занесения данных в память и подключения к компьютеру.

Для представления данных применяются разные единицы измерения или шкала Бофорта. Более современные приборы позволяют замерять температуру. Это простые и удобные приборы, которые, однако, стоят дороже аналоговых.

Разнообразие моделей

В зависимости от принципа действия, прибор для измерения скорости ветра изготавливается в трех вариантах:

  • Механический. За счет движения воздуха в них происходит вращение отдельных элементов. В данную категорию относится анемометр чашечный и крыльчатый (или лопастной). Они отличаются между собой конструкцией элемента, который воспринимает потоки воздуха.
  • Нагревательные (или тепловые). В их конструкцию входит нагревательный элемент (обычно это простая накаливаемая проволока). Под воздействием движущихся воздушных масс данный элемент остывает. Прибор определяет степень снижения температуры.
  • Ультразвуковые, которые измеряют скорость движения звука. Звук, проходя сквозь движущийся газ, обладает различной скоростью. Если он движется навстречу ветру, то его скорость будет ниже. И наоборот, при движении в одну сторону с ветром, его скорость будет выше, чем в неподвижном воздухе.

Для чего используется прибор

На сегодняшний день прибор анемометр можно встретить в различных отраслях деятельности:

  • На станциях метеорологии, которые работают с целью наблюдения за погодой.
  • В аэропортах. Ими пользуется служба безопасности полетов.
  • Для определения тяги в системах вентиляции в отраслях добычи горных пород и угля.
  • В строительстве анемометры используются для обеспечения безопасности: прибор закрепляют на верхней части стрелы крана. При достижении скорости ветра выше заданного параметра работы проводить запрещается.
  • В сельском хозяйстве данный прибор используется при проведении обработки посевов средствами химической защиты и удобрениями.

Это список основных направлений, где используется прибор для измерения скорости. Отдельные виды могут измерять дополнительно направление ветра в различных плоскостях, температуру воздуха. Единицы измерения скорости ветра – метры в секунду – используются в приборах всех видов.

Тепловые приборы

Принцип работы подобных анемометров заключается в определении электрического сопротивления проволоки. Данное значение изменяется в зависимости от температуры, которая снижается за счет движущегося потока воздуха. Это подобно тому, как в солнечный жаркий день ветерок холодит кожу.

Конструкция анемометра представляет собой металлическую нить накаливания (из платины, нихрома, серебра, вольфрама и других металлов), которая разогревается электрическим током до температуры, превышающей температуру окружающей среды.

У приборов данного типа имеется один существенный недостаток – низкая прочность при механических воздействиях.

Установим в анемометр датчик велокомпьютера

1. Приклеим  магнит

Магнит приклеен
Магнит извлечен

на вращающейся части узла. Во время крепления можно заодно провести работу по балансировке узла вращения. Магнит применен от комплекта велокомпьютера,  единственно он вынут из пластмассового контейнера с помощью которого он крепится на спицах велосипеда. Балансировка необходима для устранения биений при вращении анемометра и как следствие раскачивания шеста и появления посторонних звуков в узлах крепления.

2. Просверлим в неподвижной части

Датчик установлен
Отверстие 7мм

узла отверстие диаметром 7мм и закрепим клеем герконовый  датчик велокомпьютера в пластмассовом корпусе. При вклеивании датчика я собрал узел, положил на магнит кусочек картона толщиной 1мм, вставил датчик смазанный клеем в нужном месте в отверстие до касания с картоном и дополнительно промазал клееем. Такой способ установки датчика позволяет сохранить минимальный зазор между магнитом и датчиком и обеспечить надежное его срабатывание.

3. Проверяем работу узла на отсутствия касаний и по надежности срабатывания датчика (проверяем тестером).

Классификация

Прибор для измерения скорости ветра в своей структуре имеет датчик, который контактирует непосредственно с воздушным потоком. В зависимости от вида данного датчика выделяют следующие типы анемометров:

  • Вращающиеся, в которых отдельные элементы конструкции начинают вращаться под воздействием скорости ветра.
  • Ультразвуковые, которые по-другому называют акустическими.
  • Нагревательные, их еще называют термическими.
  • Оптические, которые в свою очередь делятся на лазерные и допплеровские.
  • Динамические, чей принцип работы основан на базе трубки Пито-Прандтля.
  • Поплавковые.
  • Вихревые.

Это список приборов, которые можно встретить в настоящее время.

Лопастные

В этом приборе воздействие ветра воспринимается лопастной крыльчаткой. Принцип действия его аналогичен чашечному устройству. В связи с тем, что ось вращения крыльчатки параллельна воздушному потоку, механический счётчик ручного инструмента расположен в непосредственной близости от лопастей (сзади). Поэтому он является некоторой преградой на пути ветра, что ограничивает рабочий диапазон. Ручным лопастным анемометром можно измерять среднюю скорость ветра, не превышающую 5 м/с.

Цифровой лопастной анемометр не имеет механического счётчика оборотов, препятствующего движению воздуха, поэтому скорость потока, измеряемого девайсом, достигает 45 м/с. При этом лопастной датчик может быть встроенного или выносного исполнения. Допускается измерять среднюю, максимальную и минимальную скорость.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *