L'anémomètre à fil chaud est le type d'anémomètre à température constante le plus populaire. Il se compose d'un élément en fil fin chauffé électriquement (0,00016 pouce de diamètre et 0,05 pouce de long) soutenu par des aiguilles à ses extrémités. Si les anémomètres à fil chaud sont les mieux adaptés aux gaz propres à faible vitesse, les débitmètres à venturi peuvent également être envisagés pour certaines applications impliquant des fluides liquides (y compris les boues).
Plus d'infos sur les anémomètres
À quoi servent les anémomètres ?
Un anémomètre peut mesurer la vitesse totale, la vitesse sur un plan horizontal ou la composante de vitesse dans une direction particulière.
Types d'anémomètres
Il existe une large gamme de modèles d'anémomètres permettant de mesurer directement la vitesse du vent et de l'air. Les quatre modèles d'anémomètres les plus populaires sont les suivants : anémomètres à hélice, anémomètres thermiques, anémomètres thermiques avec profilage de la vitesse/température et anémomètres à coupelles. Les anémomètres sont généralement classés comme anémomètres à température constante ou à alimentation constante.
Les anémomètres à température constante sont populaires en raison de leur réponse à haute fréquence, de leur faible niveau de bruit électronique, de leur immunité contre la brûlure des capteurs en cas de chute soudaine du débit d'air, de leur compatibilité avec les capteurs à film chaud et de leur applicabilité aux flux de liquides ou de gaz.p>
Les anémomètres à puissance constante ne disposent pas de système de rétroaction. La température est simplement proportionnelle au débit. Ils sont moins populaires car leur lecture à débit nul n'est pas stable, leur réponse en température et en vitesse est lente et leur compensation de température est limitée.
Applications les plus courantes des anémomètres
Un anémomètre mesure généralement les flux de gaz dans des conditions de flux turbulent. L'anémomètre à hélice, l'anémomètre thermique et l'anémomètre à coupelles (généralement utilisés dans les stations météorologiques) sont principalement utilisés pour mesurer la vitesse moyenne, tandis que les anémomètres à fil chaud sont généralement utilisés lors de la mesure des caractéristiques de turbulence, telles que les mesures transversales dans une section transversale. Le terme « anémomètre thermique » est souvent utilisé pour désigner tout anémomètre qui utilise la relation entre le transfert de chaleur et la vitesse pour déterminer la vitesse.
Anémomètres pour stations météorologiques
L'anémomètre à coupelles (utilisé dans les stations météorologiques) mesure la vitesse dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de ses coupelles. Si l'anémomètre à coupelles est monté avec l'arbre perpendiculaire à l'horizontale, il ne mesurera que la composante du vent parallèle au sol. D'autres anémomètres, tels que les anémomètres à hélice, sont utilisés avec la pointe alignée avec le vecteur de vitesse totale. Avant d'utiliser un anémomètre, il est important de déterminer comment il doit être positionné et quelle composante de la vitesse totale sa mesure représente.Modèle I :>
Choisissez le bon anémomètre
Anémomètres à hélice
Les anémomètres mécaniques rotatifs peuvent être classés en deux catégories : les anémomètres à hélice et les anémomètres à ailettes. Avec ce type d'anémomètre, l'axe de rotation doit être parallèle à la direction du vent et donc généralement horizontal. Dans les espaces ouverts, la direction du vent varie et l'axe doit suivre ses changements. Dans les cas où la direction du mouvement de l'air est toujours la même, comme dans les puits de ventilation des mines et des bâtiments par exemple, on utilise des girouettes, appelées anémomètres, qui donnent des résultats très satisfaisants. Les anémomètres à hélice sont disponibles avec des fonctions supplémentaires telles que la mesure de la température, de l'humidité et du point de rosée, la conversion volumétrique et l'enregistrement des données.
Anémomètres thermiques
Les anémomètres thermiques utilisent un fil très fin (de l'ordre de plusieurs micromètres) ou un élément chauffé à une température supérieure à la température ambiante. L'air qui passe dessus a un effet refroidissant. Comme la résistance électrique de la plupart des métaux dépend de leur température (le tungstène est un choix courant pour les fils chauds), il est possible d'établir une relation entre la résistance du fil et la vitesse du débit.
Il existe plusieurs façons de mettre en œuvre ce principe, et les dispositifs à fil chaud peuvent être classés en trois catégories : les anémomètres à courant constant (CCA), les anémomètres à tension constante (CVA) et les anémomètres à température constante (CTA). La tension de sortie de ces anémomètres est donc le résultat d'un circuit interne au dispositif qui tente de maintenir constante une variable spécifique (courant, tension ou température). En outre, des anémomètres PWM (modulation de largeur d'impulsion) sont également utilisés, dans lesquels la vitesse est déduite de la durée d'une impulsion répétitive de courant qui amène le fil à une résistance spécifiée, puis s'arrête jusqu'à ce qu'un seuil « plancher » soit atteint, moment auquel l'impulsion est renvoyée.
Les anémomètres à fil chaud, bien qu'extrêmement délicats, ont une réponse en fréquence extrêmement élevée et une résolution spatiale fine par rapport à d'autres méthodes de mesure. Ils sont donc presque universellement utilisés pour l'étude détaillée des écoulements turbulents ou de tout écoulement dans lequel des fluctuations rapides de vitesse présentent un intérêt. Les anémomètres thermiques sont disponibles avec des fonctions supplémentaires telles que la mesure de la température et l'enregistrement des données de journalisation des données.
Anémomètres thermiques avec profilage de la vitesse/température
Les systèmes de profilage par anémomètre thermique sont équipés des capteurs les plus petits disponibles. Les capteurs mesurent à la fois la vitesse et la température. Le système d'enregistrement des données multipoints permet à l'utilisateur de profiler les caractéristiques de débit dans l'application et d'analyser les données sous forme graphique. Ils sont couramment utilisés dans les souffleries pour l'analyse des circuits imprimés et des dissipateurs thermiques.
Anémomètres à coupelles
A simple type of anemometer is the cup anemometer. It consisted of three or four hemispherical cups each mounted on one end of horizontal arms, which in turn were mounted at equal angles to each other on a vertical shaft. The air flow past the cups in any horizontal direction turned the cups in a manner that was proportional to the wind speed. Therefore, counting the turns of the cups over a set time period produced the average wind speed for a wide range of speeds. On an anemometer with four cups it is easy to see that since the cups are arranged symmetrically on the end of the arms, the wind always has the hollow of one cup presented to it and is blowing on the back of the cup on the opposite end of the cross.
L'anémomètre à coupelles est un type d'anémomètre simple. Il se compose de trois ou quatre coupelles hémisphériques montées chacune à une extrémité de bras horizontaux, eux-mêmes montés à angles égaux les uns par rapport aux autres sur un axe vertical. Le débit d'air passant devant les coupelles dans n'importe quelle direction horizontale fait tourner les coupelles proportionnellement à la vitesse du vent. Par conséquent, le comptage des rotations des coupelles sur une période de temps donnée permettait d'obtenir la vitesse moyenne du vent pour une large gamme de vitesses. Sur un anémomètre à quatre coupelles, il est facile de voir que, comme les coupelles sont disposées symétriquement à l'extrémité des bras, le vent souffle toujours sur la partie creuse d'une coupelle et sur l'arrière de la coupelle située à l'extrémité opposée de la croix. Lors de la conception de son anémomètre, Robinson a affirmé à tort que, quelle que soit la taille des coupelles ou la longueur des bras, les coupelles se déplaçaient toujours à un tiers de la vitesse du vent. Cela a apparemment été confirmé par certaines expériences indépendantes menées à l'époque, mais c'était très loin de la vérité. On a découvert par la suite que la relation réelle entre la vitesse du vent et celle des coupelles, appelée facteur d’anémomètre, dépendait des dimensions des coupelles et des bras, et pouvait avoir une valeur comprise entre deux et un peu plus de trois. Toutes les expériences impliquant un anémomètre ont dû être refaites.
L'anémomètre à trois coupelles développé par le Canadien John Patterson en 1926 et les améliorations apportées aux coupelles par Brevoort & Joiner aux États-Unis en 1935 ont conduit à la conception d'une roue à coupelles linéaire avec une erreur inférieure à 3 % jusqu'à 60 mph. Patterson a découvert que chaque coupelle produisait un couple maximal lorsqu'elle était à 45 degrés par rapport au flux du vent. L'anémomètre à trois coupelles avait également un couple plus constant et réagissait plus rapidement aux rafales que l'anémomètre à quatre coupelles.
L'anémomètre à trois coupelles a été encore modifié par l'Australien Derek Weston en 1991 afin de mesurer à la fois la direction et la vitesse du vent. Weston a ajouté une languette à une coupelle, ce qui fait augmenter et diminuer la vitesse de la roue à coupelles lorsque la languette se déplace alternativement avec et contre le vent. La direction du vent est calculée à partir de ces changements cycliques de la vitesse de la roue à coupelles, tandis que la vitesse du vent est déterminée comme d'habitude à partir de la vitesse moyenne de la roue à coupelles.
Les anémomètres à trois coupelles sont actuellement utilisés comme norme industrielle pour les études d'évaluation des ressources éoliennes. Le NRG Systems #40C est l'anémomètre à coupelles le plus couramment utilisé à cette fin. Pour des motifs historiques, la taille des anémomètres est mesurée en crows.
Foire aux questions
Anémomètre à fil chaud ou à hélice ?
Parfois appelés anémomètres ou mesureurs de vitesse du vent ou de l'air, les anémomètres sont généralement classés en deux catégories : à fil chaud ou à hélice. L'anémomètre à fil chaud est idéal pour mesurer avec précision les flux d'air à très faible vitesse (par exemple, moins de 2 000 pieds/minute). Certains modèles sont conçus pour mesurer des vitesses pouvant atteindre 15 000 pieds/minute, mais restent très précis à des vitesses beaucoup plus faibles. L'anémomètre à hélice utilise une turbine rotative pour mesurer la vitesse de l'air. Les anémomètres à hélice sont le meilleur choix pour mesurer la vitesse du vent. Beaucoup d'entre eux permettent à l'utilisateur de sélectionner l'unité de mesure : ft/min, m/s, MPH, km/h et nœuds, afin de s'adapter à une grande variété d'applications. Un thermoanémomètre est un anémomètre à fil chaud ou à hélice doté d'une fonction supplémentaire de mesure de la température de l'air. Les anémomètres hygrothermomètres combinent les caractéristiques d'un thermoanémomètre et d'un capteur d'humidité, fournissant ainsi au client des informations environnementales complètes. Un anémomètre avec enregistrement des données est conçu pour stocker les mesures afin de les consulter ultérieurement. Certains permettent de télécharger les mesures de vitesse de l'air enregistrées sur votre ordinateur pour les consulter, les représenter sous forme de graphiques et les analyser plus en détail.
Comment utiliser les anémomètres dans les conduits d'air ?
Les anémomètres sont largement utilisés pour l'équilibrage des conduits d'air. Pour ce faire, plusieurs anémomètres sont placés dans une section transversale du conduit ou de la conduite de gaz et les mesures de vitesse sont enregistrées manuellement en plusieurs points. Le débit massique est obtenu en calculant la vitesse moyenne et en la multipliant par la densité et par la mesure de la section transversale du conduit. Pour les conduits cylindriques, la méthode log-linéaire de traversée offre la plus grande précision, car elle tient compte des effets de frottement le long des parois du conduit. En raison du nombre de mesures, la traversée des conduits d'air est une tâche qui prend beaucoup de temps. Des anémomètres à microprocesseur sont disponibles pour automatiser cette procédure.
En raison de la petite taille et de la fragilité du fil, les anémomètres à fil chaud sont sensibles à l'accumulation de saleté et à la rupture. Leur faible masse a pour conséquence positive un temps de réponse rapide. Ils sont largement utilisés dans les applications de CVC et de ventilation. Des anémomètres plus grands et plus robustes sont également disponibles pour les applications industrielles plus exigeantes. Afin de garantir la formation correcte du profil de vitesse, une section de conduit droite est généralement prévue en amont de la station anémométrique (généralement 10 diamètres de long). Une buse de conditionnement est utilisée pour éliminer les effets de la couche limite. S'il n'y a pas assez de place pour la section de tuyau droite, un redresseur de flux en nid d'abeille peut être intégré à l'ensemble du capteur.
FIGURE 5-12A : STATION DE MESURE CIRCULAIRE 
FIGURE 5-12B : STATION DE MESURE RECTANGULAIRE
