Der Hitzdrahtanemometer ist die beliebteste Art von Anemometern mit konstanter Temperatur. Er besteht aus einem elektrisch beheizten Feindrahtelement (0,00016 Zoll Durchmesser und 0,05 Zoll Länge), das an seinen Enden von Nadeln gehalten wird. Während Hitzdrahtanemometer am besten für saubere Gase bei niedrigen Geschwindigkeiten geeignet sind, Venturi-Messgeräte können auch für einige Anwendungen mit Flüssigkeitsströmungen (einschließlich Schlamm) in Betracht gezogen werden.
Erfahren Sie mehr über Anemometer
Wofür werden Anemometer verwendet?
Ein Anemometer kann die Gesamtgeschwindigkeit, die Geschwindigkeit in einer horizontalen Ebene oder die Geschwindigkeitskomponente in einer bestimmten Richtung messen.
Arten von Anemometern
Der Messbereich umfasst eine Vielzahl von Anemometer-Modellen zur direkten Messung von Wind- und Luftgeschwindigkeit. Die vier beliebtesten Anemometer-Modelle sind: Flügelrad-Anemometer, thermische Anemometer, thermische Anemometer mit Geschwindigkeits-/Temperaturprofilierung und Schalenanemometer. Anemometer werden in der Regel als Anemometer mit konstanter Temperatur oder konstanter Leistung klassifiziert.
Anemometer mit konstanter Temperatur sind aufgrund ihrer hohen Frequenzantwort, ihres geringen elektronischen Rauschpegels, ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Sensorausfällen bei plötzlichem Luftstromabfall, ihrer Kompatibilität mit Heißfilmsensoren und ihrer Anwendungen für Flüssigkeits- oder Gasströmungen beliebt.
Anemometer mit konstanter Leistung verfügen über kein Rückkopplungssystem. Die Temperatur ist einfach proportional zur Durchflussrate. Sie sind weniger beliebt, da ihre Null-Durchfluss-Anzeige nicht stabil ist, die Temperatur- und Geschwindigkeitsreaktion langsam ist und die Temperaturkompensation begrenzt ist.
Die häufigsten Anwendungen von Anemometern
Ein Anemometer misst in der Regel Gasströmungen, die sich in turbulenten Strömungsbedingungen befinden. Das Flügelradanemometer, das thermische Anemometer und das Schalenanemometer (das typischerweise in Wetterstationen verwendet wird) werden meist zur Messung der mittleren Geschwindigkeit eingesetzt, während Hitzdrahtanemometer in der Regel zur Messung von Turbulenzmerkmalen verwendet werden, beispielsweise bei Quermessungen in einem Querschnitt. Der Begriff „thermischer Anemometer” wird oft für alle Anemometer verwendet, die die Beziehung zwischen Wärmeübertragung und Geschwindigkeit zur Bestimmung der Geschwindigkeit nutzen.
Anemometer für Wetterstationen
Das Schalenanemometer (das in Wetterstationen verwendet wird) misst die Geschwindigkeit in einer Ebene senkrecht zur Drehachse seiner Schalen. Wenn der Schalenanemometer mit der Welle senkrecht zur Horizontalen montiert ist, misst er nur die Komponente des Windes, die parallel zum Boden ist. Andere Anemometer, wie z. B. Flügelradanemometer, werden mit der Spitze ausgerichtet auf den Gesamtgeschwindigkeitsvektor verwendet. Vor der Verwendung eines Anemometers ist es wichtig zu bestimmen, wie er positioniert werden soll und welche Komponente der Gesamtgeschwindigkeit seine Messung darstellt.
Wählen Sie das richtige Anemometer
Flügelradanemometer
Rotierende mechanische Geschwindigkeitsanemometer lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Flügelrad- und Propelleranemometer. Bei diesem Anemometertyp muss die Drehachse parallel zur Windrichtung und daher in der Regel horizontal ausgerichtet sein. In offenen Räumen variiert die Windrichtung, und die Achse muss diesen Veränderungen folgen. In Fällen, in denen die Richtung der Luftbewegung immer gleich ist, wie beispielsweise in Lüftungsschächten von Bergwerken und Gebäuden, werden Windfahnen, sogenannte Luftmesser, eingesetzt, die sehr zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Flügelrad-Anemometer sind mit zusätzlichen Funktionen wie Temperatur-, Feuchtigkeits- und Taupunktmessung, Volumenumrechnung und Datenprotokollierung erhältlich.
Thermische Anemometer
Thermische Anemometer verwenden einen sehr feinen Draht (in der Größenordnung von mehreren Mikrometern) oder ein Element, das auf eine Temperatur über der Umgebungstemperatur erhitzt wird. Die darüber strömende Luft hat einen kühlenden Effekt. Da der elektrische Widerstand der meisten Metalle von der Temperatur des Metalls abhängt (Wolfram ist eine beliebte Wahl für Heißdrähte), lässt sich ein Zusammenhang zwischen dem Widerstand des Drahtes und der Strömungsgeschwindigkeit herstellen.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies umzusetzen, und Heißdrahtgeräte können weiter unterteilt werden in CCA (Constant-Current Anemometer, Konstantstrom-Anemometer), CVA (Constant-Voltage Anemometer, Konstantspannungs-Anemometer) und CTA (Constant-Temperature Anemometer, Konstanttemperatur-Anemometer). Die Spannungsausgabe dieser Anemometer ist somit das Ergebnis einer Art Schaltung innerhalb des Geräts, die versucht, die jeweilige Variable (Strom, Spannung oder Temperatur) konstant zu halten. Zusätzlich PWM-Anemometer (Pulse Width Modulation), bei denen die Geschwindigkeit aus der Dauer eines sich wiederholenden Stromimpulses abgeleitet wird, der den Draht auf einen bestimmten Widerstand bringt und dann stoppt, bis ein Schwellenwert erreicht ist, bei dem der Impuls erneut gesendet wird.
Heißdraht-Anemometer sind zwar äußerst empfindlich, haben aber im Vergleich zu anderen Messmethoden eine extrem hohe Frequenzantwort und eine feine räumliche Auflösung und werden daher fast universell für die detaillierte Untersuchung von turbulenten Strömungen oder allen Strömungen eingesetzt, bei denen schnelle Geschwindigkeitsschwankungen von Interesse sind. Thermische Anemometer sind mit zusätzlichen Funktionen wie Temperaturmessung und Datenprotokollierung erhältlich.
Thermische Anemometer mit Geschwindigkeits-/Temperaturprofilierung
Thermische Anemometer-Profilierungssysteme verfügen über den kleinsten verfügbaren Sensor. Die Sensoren messen sowohl die Geschwindigkeit als auch die Temperatur. Das Mehrpunkt-Datenerfassungssystem ermöglicht es dem Benutzer, die Strömungseigenschaften in den Anwendungen zu profilieren und die Daten grafisch zu analysieren. Diese werden häufig in Windkanälen für die Analyse von Leiterplatten und Kühlkörpern verwendet.
Becheranemometer
Eine einfache Art von Anemometer ist das Becheranemometer. Es bestand aus drei oder vier halbkugelförmigen Bechern, die jeweils an einem Ende horizontaler Arme angebracht waren, die wiederum in gleichen Winkeln zueinander an einer vertikalen Welle montiert waren. Der Luftstrom, der in beliebiger horizontaler Richtung an den Bechern vorbeiströmte, drehte die Becher proportional zur Windgeschwindigkeit. Durch Zählen der Umdrehungen der Becher über einen bestimmten Zeitraum konnte daher die durchschnittliche Windgeschwindigkeit für einen großen Messbereich ermittelt werden. Bei einem Anemometer mit vier Bechern ist leicht zu erkennen, dass die Becher symmetrisch am Ende der Arme angeordnet sind, sodass der Wind immer auf die Vertiefung eines Bechers trifft und auf die Rückseite des Bechers am gegenüberliegenden Ende des Kreuzes bläst.
Als Robinson seinen Anemometer entwarf, behauptete er fälschlicherweise, dass sich die Becher unabhängig von ihrer Größe und der Länge der Arme immer mit einem Drittel der Windgeschwindigkeit bewegten. Dies wurde offenbar durch einige frühe unabhängige Experimente bestätigt, war jedoch weit von der Wahrheit entfernt. Später wurde entdeckt, dass das tatsächliche Verhältnis zwischen der Windgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Becher, der sogenannte Anemometerfaktor, von den Abmessungen der Becher und Arme abhängt und einen Wert zwischen zwei und etwas mehr als drei haben kann. Jedes einzelne Experiment mit einem Anemometer musste von Grund auf neu durchgeführt werden. Der 1926 vom Kanadier John Patterson entwickelte Dreikopf-Anemometer und die anschließenden Verbesserungen der Becher durch Brevoort & Joiner aus den USA im Jahr 1935 führten zu einem linearen Becherrad-Design mit einer Fehlerquote von weniger als 3 % bei Geschwindigkeiten bis zu 60 mph. Patterson stellte fest, dass jede Schale ein maximales Drehmoment erzeugte, wenn sie in einem Winkel von 45 Grad zur Windströmung stand. Der Dreischalen-Anemometer hatte außerdem ein konstanteres Drehmoment und reagierte schneller auf Windböen als der Vier-Schalen-Anemometer.
Der Dreischalen-Anemometer wurde 1991 vom Australier Derek Weston weiter modifiziert, um sowohl die Windrichtung als auch die Windgeschwindigkeit zu messen. Weston fügte einer Schale eine Lasche hinzu, die die Geschwindigkeit des Schalenrades erhöht und verringert, wenn sich die Lasche abwechselnd mit und gegen den Wind bewegt. Die Windrichtung wird aus diesen zyklischen Änderungen der Geschwindigkeit des Schalenrades berechnet, während die Windgeschwindigkeit wie üblich aus der durchschnittlichen Geschwindigkeit des Schalenrades ermittelt wird.
Dreischalen-Anemometer werden derzeit als Industriestandard für Studien zur Bewertung von Windressourcen verwendet. Das Modell NRG Systems #40C ist das für diesen Zweck am häufigsten verwendete Schalenanemometer. Aus historischen Gründen werden die Größen von Anemometern in Krähen gemessen.
Three cup anemometers are currently used as the industry standard for wind resource assessment studies. The NRG Systems #40C is the most commonly used cup anemometer for this purpose. For historical reasons, anemometer sizes are measured in crows.
Häufig gestellte Fragen
Hitzdraht- oder Flügelradanemometer?
Anemometer, manchmal auch als Windgeschwindigkeits- oder Luftgeschwindigkeitsmesser bezeichnet, werden im Allgemeinen in Hitzdraht- und Flügelradanemometer unterteilt. Das Hitzdrahtanemometer eignet sich am besten für die genaue Messung von Luftströmungen bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten (z. B. unter 2000 ft/min). Einige Modelle sind für die Messung von Geschwindigkeiten von bis zu 15.000 ft/min ausgelegt, verfügen jedoch auch bei viel niedrigeren Geschwindigkeiten über eine sehr genaue Messleistung. Das Flügelradanemometer misst die Luftgeschwindigkeit mithilfe eines rotierenden Flügelrads. Flügelradanemometer sind die beste Wahl für die Messung der Windgeschwindigkeit. Viele verfügen über vom Benutzer wählbare Maßeinheiten: ft/min, m/s, MPH, km/h und Knoten, um einer Vielzahl von Anwendungen gerecht zu werden. Ein Thermoanemometer ist ein Hitzdraht- oder Flügelradanemometer mit der zusätzlichen Funktion der Lufttemperaturmessung. Hygrothermometer-Anemometer verfügen über die Funktionen eines Thermoanemometers und eines Feuchtigkeitssensors und liefern dem Kunden vollständige Umgebungsinformationen. Ein Datenlogger-Anemometer dient dazu, Messungen zur späteren Auswertung zu speichern. Einige Modelle laden die aufgezeichneten Luftgeschwindigkeitsmessungen auf Ihren Computer herunter, wo Sie sie überprüfen, grafisch darstellen und weiter analysieren können.
Wie werden Anemometer in Luftkanälen eingesetzt?
Anemometer werden häufig zum Ausgleich von Luftkanälen verwendet. Dazu werden mehrere Anemometer in einem Querschnitt des Kanals oder der Gasleitung platziert und die Geschwindigkeitsmesswerte an zahlreichen Punkten manuell aufgezeichnet. Der Massenstrom wird durch Berechnung der mittleren Geschwindigkeit und Multiplikation mit der Dichte und der Querschnittsfläche des Kanals ermittelt. Bei zylindrischen Kanälen bietet die loglineare Methode der Durchquerung die höchste Genauigkeit, da sie die Auswirkungen der Reibung entlang der Kanalwände berücksichtigt. Aufgrund der Anzahl der Messungen ist die Traversierung von Luftkanälen eine zeitaufwändige Aufgabe. Zur Automatisierung dieses Verfahrens sind Mikroprozessor-Anemometer erhältlich.
Aufgrund der geringen Größe und Zerbrechlichkeit des Drahtes sind Hitzdrahtanemometer anfällig für Verschmutzungen und Brüche. Ein positiver Effekt ihrer geringen Masse ist die schnelle Reaktionsgeschwindigkeit. Sie werden häufig in HLK- und Lüftungsanwendungen eingesetzt. Für anspruchsvollere industrielle Anwendungen sind auch größere und robustere Anemometer erhältlich. Um die korrekte Bildung des Geschwindigkeitsprofils zu gewährleisten, wird in der Regel vor der Anemometerstation ein gerader Kanalabschnitt (in der Regel 10 Durchmesser lang) vorgesehen. Eine Konditionierungsdüse wird verwendet, um Grenzschichteffekte zu eliminieren. Wenn kein Platz für den geraden Rohrabschnitt vorhanden ist, kann ein Wabenströmungsgleichrichter in die Sensorbaugruppe integriert werden.
ABILDUNG 5-12A: KREISFÖRMIGE MESSSTATION 
ABILDUNG 5-12B: RECHTECKIGE MESSSTATION
