Ein Windstärkemesser ist ein Gerät, um Windgeschwindigkeit zu messen, und ist ein allgemeines Wetterwarte-Instrument. Der Begriff wird aus dem griechischen Wort anemos abgeleitet, Wind bedeutend, und wird gebraucht, um jedes Eigengeschwindigkeitsmaß-Instrument zu beschreiben, das in der Meteorologie oder Aerodynamik verwendet ist. Die erste bekannte Beschreibung eines Windstärkemessers wurde von Leon Battista Alberti 1450 gegeben.

Windstärkemesser können in zwei Klassen geteilt werden: Diejenigen, die die Geschwindigkeit des Winds und diejenigen messen, die den Druck des Winds messen; aber weil es eine nahe Verbindung zwischen dem Druck und der Geschwindigkeit, ein Windstärkemesser entworfen dafür gibt, wird man Information über beide geben.

Geschwindigkeitswindstärkemesser

Tasse-Windstärkemesser

Ein einfacher Typ des Windstärkemessers, erfunden (1846) durch Dr John Thomas Romney Robinson, der Armagh Sternwarte. Es hat aus vier hemispherical Tassen jeder bestanden, der auf einem Ende von vier horizontalen Armen bestiegen ist, die der Reihe nach in gleichen Winkeln zu einander auf einer vertikalen Welle bestiegen wurden. Der Luftstrom vorbei an den Tassen in jeder horizontalen Richtung hat die Tassen gewissermaßen gedreht, der zur Windgeschwindigkeit proportional war. Deshalb hat das Zählen der Umdrehungen der Tassen im Laufe eines Satz-Zeitabschnitts die durchschnittliche Windgeschwindigkeit für eine breite Reihe von Geschwindigkeiten erzeugt. Auf einem Windstärkemesser mit vier Tassen ist es leicht zu sehen, dass, da die Tassen symmetrisch auf dem Ende der Arme eingeordnet werden, der Wind immer die Höhle einer Tasse hat, die ihm präsentiert ist, und auf der Rückseite von der Tasse auf dem entgegengesetzten Ende des Kreuzes bläst.

Als Robinson zuerst seinen Windstärkemesser entworfen hat, hat er behauptet, dass die Tassen ein Drittel der Geschwindigkeit des Winds bewegt haben, der durch die Tasse-Größe oder Arm-Länge ungekünstelt ist. Das wurde anscheinend durch einige frühe unabhängige Experimente bestätigt, aber es war falsch. Statt dessen hängt das Verhältnis der Geschwindigkeit des Winds und dieser der Tassen, des Windstärkemesser-Faktors, von den Dimensionen der Tassen und Arme ab, und kann einen Wert zwischen zwei und etwas mehr als drei haben. Jedes Experiment, das mit einem Windstärkemesser verbunden ist, musste wiederholt werden.

Der drei Tasse-Windstärkemesser, der vom Kanadier John Patterson 1926 und den nachfolgenden Tasse-Verbesserungen durch Brevoort & Joiner der USA 1935 entwickelt ist, hat zu einem cupwheel Design geführt, das geradlinig war und einen Fehler von weniger als 3 % bis dazu hatte. Patterson hat gefunden, dass jede Tasse maximales Drehmoment erzeugt hat, als es an 45 Graden zum Windfluss war. Der drei Tasse-Windstärkemesser hatte auch ein unveränderlicheres Drehmoment und hat schneller auf Windstöße geantwortet als der vier Tasse-Windstärkemesser.

Der drei Tasse-Windstärkemesser wurde weiter vom Australier Derek Weston 1991 modifiziert, um sowohl Windrichtung als auch Windgeschwindigkeit zu messen. Weston hat ein Anhängsel zu einer Tasse hinzugefügt, die die cupwheel Geschwindigkeit veranlasst, zuzunehmen und abzunehmen, weil sich das Anhängsel abwechselnd mit und gegen den Wind bewegt. Windrichtung wird von diesen zyklischen Änderungen in der cupwheel Geschwindigkeit berechnet, während Windgeschwindigkeit wie gewöhnlich vom Durchschnitt cupwheel Geschwindigkeit bestimmt wird.

Drei Tasse-Windstärkemesser werden zurzeit als der Industriestandard für Windquellenbewertungsstudien verwendet.

Windmühle-Windstärkemesser

Die anderen Formen des mechanischen Geschwindigkeitswindstärkemessers können als das Gehören dem Windmühle-Typ oder Propeller-Windstärkemesser beschrieben werden. Im Windstärkemesser von Robinson ist die Achse der Folge vertikal, aber mit dieser Unterteilung muss die Achse der Folge zur Richtung des Winds parallel und deshalb horizontal sein. Außerdem, da sich der Wind in der Richtung ändert und die Achse seinen Änderungen folgen muss, müssen eine Windsteueranlage oder eine andere Vorrichtung, um denselben Zweck zu erfüllen, verwendet werden. Ein aerovane verbindet einen Propeller und einen Schwanz auf derselben Achse, um genaue und genaue Windgeschwindigkeit und Richtungsmaße von demselben Instrument zu erhalten. In Fällen, wo die Richtung der Luftbewegung immer dasselbe, als in den Ventilationswellen von Gruben und Gebäuden zum Beispiel, Windsteueranlagen, bekannt ist, weil werden Luftmeter verwendet, und geben die meisten befriedigenden Ergebnisse.

Hitzdrahtwindstärkemesser

Heiße Leitungswindstärkemesser verwenden eine sehr feine Leitung (auf der Ordnung von mehreren Mikrometern) elektrisch geheizt bis zu etwas Temperatur über dem umgebenden. Das Luftfließen vorbei an der Leitung hat eine kühl werdende Wirkung auf die Leitung. Da der elektrische Widerstand von den meisten Metallen auf die Temperatur des Metalls abhängig ist (Wolfram ist eine populäre Wahl für heiße Leitungen), eine Beziehung kann zwischen dem Widerstand der Leitung und der Fluss-Geschwindigkeit erhalten werden.

Mehrere Weisen, das durchzuführen, bestehen, und Hitzdrahtgeräte können weiter als CCA (Unveränderlich-aktueller Windstärkemesser), CVA (Regelwindstärkemesser) und CTA (Unveränderlich-Temperaturwindstärkemesser) klassifiziert werden. Die Stromspannungsproduktion von diesen Windstärkemessern ist so das Ergebnis einer Art Stromkreises innerhalb des Geräts, das versucht, die spezifische Variable (Strom, Stromspannung oder Temperatur) unveränderlich aufrechtzuerhalten.

Zusätzlich, PWM (Pulsbreite-Modulation) Windstärkemesser werden auch verwendet, worin die Geschwindigkeit als Länge eines sich wiederholenden Pulses des Stroms abgeleitet wird, der der Leitung bis zu einem angegebenen Widerstand bringt und dann anhält, bis ein Schwellen"Fußboden" erreicht wird, an der Zeit der Puls wieder gesandt wird.

Hitzdrahtwindstärkemesser, während äußerst fein, haben äußerst hohen Frequenzbereich und feine Raumentschlossenheit im Vergleich zu anderen Maß-Methoden, und weil solcher fast für die ausführliche Studie von unruhigen Flüssen oder jedem Fluss allgemein verwendet werden, in dem schnelle Geschwindigkeitsschwankungen von Interesse sind.

Doppler Laserwindstärkemesser

Doppler Laserwindstärkemesser verwenden einen Lichtstrahl von einem Laser, der in zwei Balken mit einem fortgepflanztem aus dem Windstärkemesser geteilt wird. Particulates (oder absichtlich eingeführtes Samen-Material), zusammen mit Luftmolekülen nahe fließend, wo die Balken-Ausgänge, oder Rückstreuung, das Licht zurück in einen Entdecker nachdenken, wo es hinsichtlich des ursprünglichen Laserbalkens gemessen wird. Wenn die Partikeln in der großen Bewegung sind, erzeugen sie eine Verschiebung von Doppler, um Windgeschwindigkeit beim Laserlicht zu messen, das verwendet wird, um die Geschwindigkeit der Partikeln, und deshalb die Luft um den Windstärkemesser zu berechnen.

Schallwindstärkemesser

Schallwindstärkemesser, zuerst entwickelt in den 1970er Jahren, verwenden Überschallschallwellen, um Windgeschwindigkeit zu messen. Sie messen Windgeschwindigkeit, die auf der Zeit des Flugs von Schallpulsen zwischen Paaren von Wandlern gestützt ist. Maße von Paaren von Wandlern können verbunden werden, um ein Maß der Geschwindigkeit in 1-, 2-, oder 3-dimensionaler Fluss nachzugeben. Die Raumentschlossenheit wird durch die Pfad-Länge zwischen Wandlern gegeben, die normalerweise 10 bis 20 Cm ist. Schallwindstärkemesser können Maße mit der sehr feinen zeitlichen Entschlossenheit, 20 Hz oder besser nehmen, der sie gut angepasst für Turbulenz-Maße macht. Der Mangel an bewegenden Teilen lässt sie für den langfristigen Gebrauch in ausgestellten automatisierten Wetterwarten und Wetterboje verwenden, wo die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von traditionellen Windstärkemessern der Tasse-Und-Schaufel durch salzige Luft oder große Beträge von Staub nachteilig betroffen werden. Ihr Hauptnachteil ist die Verzerrung des Flusses selbst durch die Struktur, die die Wandler unterstützt, der verlangt, dass eine auf Windkanal-Maßen gestützte Korrektur die Wirkung minimiert. Ein internationaler Standard für diesen Prozess ISO ist 16622 Meteorologie — Schallwindstärkemesser/Thermometer — Abnahmeprüfungsmethoden für Mittelwindmaße im allgemeinen Umlauf. Ein anderer Nachteil ist niedrigere Genauigkeit wegen des Niederschlags, wo Regenfälle die Geschwindigkeit des Tons ändern können.

Da sich die Geschwindigkeit des Tons mit der Temperatur ändert, und mit der Druck-Änderung eigentlich stabil ist, werden Schallanomometers auch als Thermometer verwendet.

Zweidimensional (Windgeschwindigkeit und Windrichtung) Schallwindstärkemesser werden in Anwendungen wie Wetterwarten, Schiff-Navigation, Windturbinen, Luftfahrt und Wetterboje verwendet. Dreidimensionale Schallwindstärkemesser werden weit verwendet, um Gasemissionen und Ökosystem-Flüsse mit der Wirbel-Kovarianz-Methode, wenn verwendet, mit der schnellen Antwort infraroter Gasanalysator oder laserbasierter Analysator zu messen.

Pingpong-Ball-Windstärkemesser

Ein allgemeiner Windstärkemesser für den grundlegenden Gebrauch wird von einem einer Schnur beigefügten Pingpong-Ball gebaut. Wenn der Wind horizontal bläst, drängt er vorwärts und bewegt den Ball; weil Pingpong-Bälle sehr leicht sind, bewegen sie sich leicht in leichten Winden. Das Messen des Winkels zwischen dem Apparat des Schnur-Balls und dem vertikalen gibt eine Schätzung der Windgeschwindigkeit.

Dieser Typ des Windstärkemessers wird größtenteils für die Grundschule-Niveau-Instruktion verwendet, die die meisten Studenten selbst machen, aber ein ähnliches Gerät wurde auch auf dem Phönix Mars Lander geweht.

Druck-Windstärkemesser

Die ersten Designs von Windstärkemessern, die den Druck messen, wurden in den Teller und die Tube-Klassen geteilt.

Teller-Windstärkemesser

Diese sind die frühsten Windstärkemesser und sind einfach ein flacher von der Spitze aufgehobener Teller, so dass der Wind den Teller ablenkt. 1450 hat der italienische Kunstarchitekt Leon Battista Alberti den ersten mechanischen Windstärkemesser erfunden; 1664 wurde es von Robert Hooke wiedererfunden (wer häufig als der Erfinder des ersten Windstärkemessers irrtümlicherweise betrachtet wird). Spätere Versionen dieser Form haben aus einem flachen Teller, entweder Quadrat oder Rundschreiben bestanden, das normal zum Wind durch eine Windsteueranlage behalten wird. Der Druck des Winds auf seinem Gesicht wird vor einem Frühling erwogen. Die Kompression des Frühlings bestimmt die wirkliche Kraft, die der Wind auf den Teller ausübt, und das entweder von auf einem passenden Maß, oder auf einem Recorder gelesen wird. Instrumente dieser Art antworten auf leichte Winde nicht, sind für Lesungen des starken Winds ungenau, und sind bei der Reaktion zu variablen Winden langsam. Teller-Windstärkemesser sind verwendet worden, um Warnungen des starken Winds auf Brücken auszulösen. Sie werden auf diesen hohen Plätzen verwendet, weil sie in einer Teller-Gestalt sind; hat einen guten Maß-Status auf höheren Höhen.

Tube-Windstärkemesser

Der Windstärkemesser von James Lind von 1775 hat einfach aus einem Glas U Tube bestanden, die ein flüssiges Manometer (Druckmesser) mit einer Endbegabung in einer horizontalen Richtung enthält, um dem Wind gegenüberzustehen, und das andere vertikale Ende bleibt parallel zum Windfluss. Obwohl der Lind nicht erst war, war es der praktischste und am besten bekannte Windstärkemesser dieses Typs. Wenn die Windschläge in den Mund einer Tube es eine Zunahme des Drucks auf eine Seite des Manometers verursacht. Der Wind im Laufe des offenen Endes einer vertikalen Tube verursacht wenig Änderung im Druck auf der anderen Seite des Manometers. Die resultierende flüssige Änderung in der U Tube ist eine Anzeige der Windgeschwindigkeit. Kleine Abfahrten von der wahren Richtung des Winds verursachen große Schwankungen im Umfang.

Der hoch erfolgreiche Metalldruck-Tube-Windstärkemesser von William Henry Dines 1892 hat denselben Druck-Unterschied zwischen dem offenen Mund einer geraden Tube verwertet, die dem Wind und einem Ring von kleinen Löchern in einer vertikalen Tube gegenübersteht, die am oberen Ende geschlossen wird. Beide werden an derselben Höhe bestiegen. Die Druck-Unterschiede, von denen die Handlung abhängt, sind sehr klein, und spezielle Mittel sind erforderlich, sie einzuschreiben. Der Recorder besteht aus einer Hin- und Herbewegung in einem gesiegelten mit Wasser teilweise gefüllten Raum. Die Pfeife von der geraden Tube wird mit der Spitze des gesiegelten Raums verbunden, und die Pfeife von den kleinen Tuben wird in den Boden innerhalb der Hin- und Herbewegung geleitet. Da der Druck-Unterschied die vertikale Position der Hin- und Herbewegung bestimmt, ist das eine gemessene von der Windgeschwindigkeit.

Der große Vorteil des Tube-Windstärkemessers liegt in der Tatsache, dass der ausgestellte Teil auf einem hohen Pol bestiegen werden kann, und kein Ölen oder Aufmerksamkeit seit Jahren verlangt; und der sich einschreibende Teil kann in jede günstige Position gelegt werden. Zwei in Verbindung stehende Tuben sind erforderlich. Es könnte auf den ersten Blick erscheinen, als ob eine Verbindung dienen würde, aber die Unterschiede im Druck, von dem diese Instrumente abhängen, sind so Minute, dass der Druck der Luft im Zimmer, wohin der Aufnahme-Teil gelegt wird, betrachtet werden muss. So, wenn das Instrument vom Druck oder der Saugwirkung allein abhängt, und dieser Druck oder Ansaugen gegen den Luftdruck in einem gewöhnlichen Zimmer gemessen werden, in dem die Türen und Fenster sorgfältig geschlossen werden und eine Zeitung dann der Schornstein ganz verbrannt wird, kann eine Wirkung gleich einem Wind von 10 mi/h (16 kph) erzeugt werden; und die Öffnung eines Fensters im rauen Wetter oder die Öffnung einer Tür, kann die Registrierung völlig verändern.

Während Speist, hatte Windstärkemesser einen Fehler von nur 1 % daran hat sehr gut auf niedrige Winde wegen der schlechten Antwort der flachen Teller-Schaufel nicht geantwortet, die erforderlich ist, den Kopf in den Wind zu wenden. 1918 hat eine aerodynamische Schaufel mit achtmal dem Drehmoment des flachen Tellers dieses Problem überwunden.

Wirkung der Dichte auf Maßen

Im Tube-Windstärkemesser wird der Druck gemessen, obwohl die Skala gewöhnlich als eine Geschwindigkeitsskala in Grade eingeteilt wird. In Fällen, wo die Dichte der Luft vom Kalibrierungswert bedeutsam verschieden ist (als auf einem hohen Berg, oder mit einem außergewöhnlich niedrigen Barometer) muss ein Betrag beigesteuert werden. Etwa 1½ % sollten zur Geschwindigkeit hinzugefügt werden, die durch einen Tube-Windstärkemesser für jede 1000 ft (5 % für jeden Kilometer) über dem Meeresspiegel registriert ist.

Siehe auch

• Luftströmungsmesser
• Anemoi, für den alten Ursprung des Namens dieser Technologie
• Anemoscope, altes Gerät, um Windrichtung oder Wetter zu messen oder vorauszusagen
• Automatisierte Flughafenwetterwarte
• Partikel-Image velocimetry
• Windmacht, die voraussagt
• Wind führt

Referenzen

• Speist William Henry. Windstärkemesser. 1911 Encyclopædia Britannica.
• Meteorologische Instrumente, W.E. Knowles Middleton und Athelstan F. Spilhaus, die Dritte Ausgabe revidiert, Universität der Toronto Presse, Torontos, 1953
• Erfindung der Meteorologischen Instrumente, W.E. Knowles Middletons, Der Presse von Johns Hopkins, Baltimores, 1969

Links

• Website über verschiedene Windstärkemesser
• Beschreibung der Entwicklung und des Aufbaus eines Überschallwindstärkemessers
• Wörterverzeichnis-Definition: Windstärkemesser - AMS Wörterverzeichnis der Meteorologie
• Wie ein Windstärkemesser gebautes HEIMWERKEN sein kann
• Tasse-Windstärkemesser von Robinson - Armagh Sternwarte
• Zeichentrickfilm, Schallgrundsatz der Operation (Zeit der Flugtheorie) - Kieme-Instrumente zeigend
• Sammlung des historischen Windstärkemessers