Anemometer
風速計は、測定に使用される装置である風速と方向を。また、一般的な気象観測所の機器です。この用語は、風を意味するギリシャ語のanemosに由来し、気象学で使用されるあらゆる風速計器を表すために使用されます。風速計の最初の既知の説明は、1450年にレオンバッティスタアルベルティによって与えられました。
1846年にジョントーマスロムニーロビンソンによって発明されたタイプの半球型カップ風速計 コンテンツ
1 歴史
2 速度風速計
2.1 カップ風速計 2.2 ベーン風速計 2.3 熱線風速計 2.4 レーザードップラー流速計 2.5 超音波風速計
2.5.1 音響共鳴風速計
2.62.6 ピンポンボール風速計
3 圧力風速計
3.1 プレート風速計 3.2 チューブ風速計
3.2.1 ピトー管静的風速計
3.3 測定値に対する密度の影響
4 アイシングの効果
5 計測器の位置
6 も参照してください
7 ノート
8 参考文献
9 外部リンク
歴史
風速計は、15世紀の開発以来ほとんど変わっレオン・バッティスタ・アルベルティ（1404-1472）が含む多数の他人、その後の世紀に1450の周りに第1の機械的風速計を発明したと言われているロバート・フック一部が誤って発明者としてクレジットされた状態で、（1635年から1703年）は、独自のバージョンを開発しました。1846年、ジョン・トーマス・ロムニー・ロビンソン（1792–1882）は、4つの半球形のカップと機械式ホイールを使用して設計を改良しました。1926年、カナダの気象学者ジョン・パターソン（1872年1月3日-1956年2月22日）は3カップ風速計を開発し、1935年にブレヴォートとジョイナーによって改良されました。1991年、デレク・ウェストン風向を測定する機能が追加されました。1994年、AndreasPflitschは音波風速計を開発しました。
速度風速計
カップ風速計
カップ風速計アニメーション
単純なタイプの風速計は、1845年にアーマー天文台のジョントーマスロムニーロビンソン牧師によって発明されました。それは、垂直シャフトに取り付けられた水平アームに取り付けられた4つの半球カップで構成されていました。カップを通過する水平方向の空気の流れは、風速にほぼ比例した速度でシャフトを回転させました。したがって、設定された時間間隔でシャフトの回転数をカウントすると、広範囲の速度の平均風速に比例する値が生成されました。回転風速計とも呼ばれます。
4つのカップを備えた風速計では、カップが腕の端に対称的に配置されているため、風には常に1つのカップのくぼみがあり、反対側のカップの背面に吹いています。十字架の終わり。中空半球の抗力係数は球側で0.38、中空側で1.42であるため、中空側を風にさらしているカップにより多くの力が発生します。この非対称の力により、風速計の軸にトルクが発生し、風速計が回転します。
理論的には、風速計の回転速度は風速に比例する必要がこれは、物体に発生する力が、物体を通過する流体の速度に比例するためです。ただし、実際には、装置によって生成される乱流、カップとサポートアームによって生成されるトルクに対抗する抗力の増加、マウントポイントの摩擦など、他の要因が回転速度に影響を与えます。ロビンソンが最初に風速計を設計したとき、彼はカップが風速の3分の1を移動し、カップのサイズや腕の長さの影響を受けないと主張しました。これはいくつかの初期の独立した実験によって明らかに確認されましたが、それは正しくありませんでした。代わりに、風速とカップの速度の比率である風速計の係数は、カップとアームの寸法に依存し、2から3強の値を持つ場合がエラーが発見された後、風速計を含む以前のすべての実験を繰り返す必要がありました。
1926年にカナダのジョンパターソンによって開発された3カップ風速計と、それに続く1935年に米国のBrevoort＆Joinerによって改良されたカップホイールの設計により、ほぼ線形の応答が得られ、時速60マイルまでの誤差は3％未満でした。 （97 km / h）。パターソンは、各カップが風の流れに対して45°のときに最大トルクを生成することを発見しました。また、3カップの風速計は、4カップの風速計よりも一定のトルクを持ち、突風にすばやく反応しました。
3カップの風速計は、風向と風速の両方を測定するために、1991年にオーストラリアのDerekWeston博士によってさらに変更されました。Westonは、1つのカップにタグを追加しました。これにより、タグが風と交互に移動するときに、カップホイールの速度が増減します。風向はこれらのカップホイール速度の周期的変化から計算され、風速は平均カップホイール速度から決定されます。
3カップ風速計は、現在、風力資源評価の研究と実践の業界標準として使用されています。
ベーン風速計
機械的速度風速計の他の形式の1つは、ベーン風速計です。それは風車またはプロペラ風速計として説明されるかもしれません。回転軸が垂直であるロビンソン風速計とは異なり、ベーン風速計は、その軸が風向に平行である必要があり、したがって水平である必要がさらに、風の方向は変化し、軸はその変化に追随する必要があるため、同じ目的を達成するために風向計またはその他の工夫を採用する必要が
ベーン風速計は、従って、同じ器具から正確かつ精密な風速および方向測定値を得るために、プロペラと同じ軸上に尾部を結合します。ファンの速度は回転計によって測定され、電子チップによって風速に変換されます。したがって、断面積がわかっている場合は、体積流量を計算できます。
鉱山や建物の換気シャフトのように、空気の動きの方向が常に同じである場合、エアメーターと呼ばれる風向計が採用され、満足のいく結果が得られます。
ベーン風速計
風速計のベーンスタイル
ヘリコイド取り入れプロペラ風速計風向計の向きのために
ハンドヘルド低速ベーン風速計
ハンドヘルドデジタル風速計またはバイラム風速計。
熱線風速計
熱線センサー
熱線風速計は、周囲温度より高い温度に電気的に加熱された細い線（数マイクロメートルのオーダー）を使用します。ワイヤーを通過して流れる空気がワイヤーを冷却します。ほとんどの金属の電気抵抗は金属の温度に依存するため（タングステンは熱線の一般的な選択肢です）、線の抵抗と空気の速度の間に関係を得ることができます。ほとんどの場合、風見鶏と組み合わせない限り、気流の方向を測定するために使用することはできません。
これを実装する方法はいくつかあり、熱線デバイスはさらにCCA（定電流風速計）、CVA（定電圧風速計）、CTA（定温風速計）に分類できます。したがって、これらのアネモメーターから出力される電圧は、オームの法則に従って、特定の変数（電流、電圧、または温度）を一定に維持しようとするデバイス内のある種の回路の結果です。
さらに、PWM（パルス幅変調）風速計も使用されます。速度は、電流の繰り返しパルスの時間長によって推測され、ワイヤを指定された抵抗に到達させ、しきい値「フロア」に達するまで停止します。その時点で、パルスが再度送信されます。
熱線風速計は、非常に繊細ですが、他の測定方法と比較して非常に高い周波数応答と微細な空間分解能を備えているため、乱流や急激な速度変動が発生する流れの詳細な研究にほぼ普遍的に使用されています。興味。
細線風速計の工業用バージョンは熱流量計です。これは同じ概念に従いますが、2つのピンまたはストリングを使用して温度の変化を監視します。ストリングには細いワイヤーが含まれていますが、ワイヤーを包むことで耐久性が大幅に向上し、パイプ、ダクト、スタック内の空気、ガス、排出物の流れを正確に測定できます。産業用アプリケーションには、従来の熱線風速計に損傷を与える汚れが含まれていることがよく
レーザー風速計の描画。レーザー光は、風速計のフロントレンズ（6）から放出され（1）、空気分子（7）から後方散乱されます。後方散乱放射線（ドット）はデバイスに再入射し、反射されて検出器（12）に向けられます。
レーザードップラー流速計
レーザードップラー速度計、レーザードップラー風速計からの光のビームを使用するレーザ風速計のうち伝播一つと、2つのビームに分割されます。ビームが出る場所の近くで空気分子と一緒に流れる粒子（または意図的に導入されたシード材料）は、光を反射または後方散乱して検出器に戻し、そこで元のレーザービームと比較して測定されます。粒子が大きく動いているとき、それらはレーザー光の風速を測定するためのドップラーシフトを生成します。これは粒子の速度、したがって風速計の周りの空気を計算するために使用されます。
3つのパスを備えた2D超音波風速計
超音波風速計
3D超音波風速計
最初の1950年代に開発された超音波風速計は、使用する超音波の風速を測定します。それらは、トランスデューサーのペア間の音波パルスの飛行時間に基づいて風速を測定します。トランスデューサーのペアからの測定値を組み合わせて、1次元、2次元、または3次元の流れの速度を測定できます。空間分解能は、典型的には10〜20であるトランスデューサとの間の経路の長さによって与えられるCM。超音波風速計は、20 Hz以上の非常に細かい時間分解能で測定できるため、乱流測定に最適です。可動部品がないため、従来のカップアンドベーン風速計の精度と信頼性が塩気やほこりによって悪影響を受ける、露出した自動気象観測所や気象ブイでの長期使用に適しています。それらの主な欠点は、トランスデューサーを支持する構造による気流の歪みであり、影響を最小限に抑えるために風洞測定に基づく補正が必要です。このプロセスの国際規格であるISO16622気象学—超音波風速計/温度計—平均風速測定の検収試験方法が一般的に流通しています。もう1つの欠点は、降水による精度の低下です。雨滴によって音速が変化する可能性が
音速は温度によって変化し、圧力変化に対してもほぼ安定しているため、超音波風速計は温度計としても使用されています。
二次元（風速と風向）の音波アネモメーターは、気象観測所、船舶航行、航空、気象ブイ、風力タービンなどのアプリケーションで使用されます。風力タービンの監視には通常、3Hzの風速測定のリフレッシュレートが必要です。音波風速計で簡単に実現できます。三次元音波風速計は、高速応答赤外線ガス分析装置またはレーザーベースの分析装置と併用すると、渦共分散法を使用してガス放出と生態系フラックスを測定するために広く使用されています。
2次元風センサーには2つのタイプが
2つの超音波経路：これらのセンサーには4つのアームがこのタイプのセンサーの欠点は、風が超音波経路の方向に来ると、アームが気流を乱し、結果の測定の精度が低下することです。
3つの超音波経路：これらのセンサーには3つのアームがこれらは、測定の1つのパスの冗長性を提供し、センサーの精度を向上させ、空力乱流を低減します。
音響共鳴風速計
音響共鳴風速計
音響共鳴風速計は、音波風速計のより最近の変形です。この技術はSavvasKapartisによって発明され、1999年に特許を取得しました。従来の音波風速計は飛行時間測定に依存しますが、音響共鳴センサーは、測定を実行するために小さな専用キャビティ内で共鳴音響（超音波）波を使用します。
音響共鳴の原理
キャビティには、超音波トランスデューサーのアレイが組み込まれています。これらのトランスデューサーは、超音波周波数で個別の定在波パターンを作成するために使用されます。風が空洞を通過すると、波の特性に変化が生じます（位相シフト）。各トランスデューサーによって受信信号の位相シフトの量を測定し、次にデータを数学的に処理することにより、センサーは風速と風向の正確な水平測定を提供することができます。
音響共鳴技術は小さな空洞内での測定を可能にするため、センサーは通常、他の超音波センサーよりもサイズが小さい傾向が音響共鳴風速計はサイズが小さいため、物理的に強く、加熱しやすいため、着氷しにくいです。この機能の組み合わせは、高レベルのデータ可用性を実現し、風力タービンの制御や、戦場の気象学などの小型で堅牢なセンサーを必要とするその他の用途に最適であることを意味します。このセンサータイプの問題の1つは、校正済みの機械式センサーと比較した場合の測定精度です。多くの最終用途では、この弱点はセンサーの寿命と、取り付け後に再校正を必要としないという事実によって補われます。
ピンポンボール風速計
基本的な使用のための一般的な風速計は、ひもに取り付けられたピンポン球から構成されています。風が水平に吹くと、ボールを押して動かします。ピンポンボールは非常に軽量であるため、弱い風でも簡単に動きます。ストリングボール装置と垂直線の間の角度を測定すると、風速の推定値が得られます。
このタイプの風速計は、ほとんどの生徒が自分で作成する中学校レベルの指導に主に使用されますが、同様のデバイスがフェニックス火星着陸船にも搭載されました。
圧力風速計
ブリタニアヨットクラブクラブハウスツアー、バージー、屋根の風速計
圧力を測定する風速計の最初の設計は、プレートとチューブのクラスに分けられました。
プレート風速計
これらは最初の近代的な風速計です。それらは、風がプレートを偏向させるように上部から吊り下げられた平板で構成されています。1450年、イタリアの芸術建築家レオンバッティスタアルベルティが最初の機械式風速計を発明しました。1664年に、ロバートフック（最初の風速計の発明者と誤って見なされることが多い）によって再発明されました。このフォームのその後のバージョンは、風向計によって風に対して垂直に保たれる、正方形または円形の平板で構成されていました。その面の風の圧力は、ばねによってバランスがとられています。ばねの圧縮により、風がプレートに及ぼす実際の力が決まります。これは、適切なゲージまたはレコーダーで読み取られます。この種の計器は、微風に反応せず、強風の測定値に対して不正確であり、変動する風への反応が遅い。プレート風速計は、橋の強風警報をトリガーするために使用されてきました。
チューブ風速計
ウィリアムヘンリーダインズによって発明されたチューブ風速計。可動部（右）は固定部（左）に取り付けられています。
マウントワシントン天文台の機器
。ピトー管静的風速計は右側に
先のとがった頭はピトー管です。小さな穴は静的ポートに接続されています。
1775年のジェームズリンドの風速計は、液体圧力計（圧力計）を含むガラス製のU管で構成され、一方の端は風に面するように水平方向に曲げられ、もう一方の垂直端は風の流れと平行のままです。リンドは最初ではありませんでしたが、このタイプの最も実用的で最もよく知られている風速計でした。風がチューブの口に吹き込むと、圧力計の片側の圧力が上昇します。垂直管の開放端を風が吹くと、圧力計の反対側の圧力はほとんど変化しません。結果として生じるUチューブの2つの脚の高低差は、風速の指標です。ただし、正確な測定には、風速がチューブの開放端に直接入る必要が風の真の方向からのわずかな逸脱は、読み取り値に大きな変動を引き起こします。
1892年に成功したウィリアムヘンリーダインズの金属圧力管風速計は、風に面した真っ直ぐな管の開いた口と、上端が閉じている垂直管の小さな穴の輪との間の同じ圧力差を利用しました。両方とも同じ高さに取り付けられています。アクションが依存する圧力差は非常に小さく、それらを登録するには特別な手段が必要です。レコーダは、部分的に水で満たされた密閉チャンバー内のフロートで構成されています。直管からのパイプは密閉チャンバーの上部に接続され、小管からのパイプはフロート内の下部に向けられます。圧力差がフロートの垂直位置を決定するので、これは風速の尺度です。
チューブ風速計の大きな利点は、露出部分を高いポールに取り付けることができ、何年にもわたって給油や注意を必要としないという事実にまた、登録部分は任意の位置に配置できます。2本の接続チューブが必要です。一見、1つの接続が役立つように見えるかもしれませんが、これらの楽器が依存する圧力の差は非常に小さいため、録音部分が配置されている部屋の空気の圧力を考慮する必要がしたがって、機器が圧力または吸引効果のみに依存し、この圧力または吸引が通常の部屋の空気圧に対して測定される場合、ドアと窓は慎重に閉じられ、新聞が煙突を燃やします。 10 mi / h（16 km / h）の風に相当する風が発生する可能性がまた、悪天候時に窓を開けたり、ドアを開けたりすると、登録が完全に変わる可能性が
Dines風速計の誤差は10mph（16 km / h）でわずか1％でしたが、頭を風に変えるために必要な平板ベーンの応答が悪いため、弱風にはあまり反応しませんでした。1918年に、平板の8倍のトルクを持つ空力ベーンがこの問題を克服しました。
ピトー管静的風速計
最新のチューブ風速計は、Dines風速計と同じ原理を使用していますが、異なる設計を使用しています。実装では、航空機の対気速度の測定に通常使用される、ピトーと静的の2つのポートを備えたピトー管であるピトー静圧管を使用します。ピトーポートは、尖った頭が風に面しているチューブの開いた口の動圧を測定し、静的ポートは、そのチューブの側面に沿った小さな穴からの静圧を測定します。ピトー管は尾に接続されているため、常に管の頭が風に向くようになっています。さらに、チューブは、チューブ上での霧氷の形成を防ぐために加熱されます。 2本のラインの圧力差を測定するために、チューブからデバイスまで2本のラインが測定装置は、圧力計、圧力変換器、またはアナログチャートレコーダーです。
測定値に対する密度の影響
チューブ風速計では、動圧が実際に測定されていますが、スケールは通常、速度スケールとして目盛りが付けられています。温度、標高、気圧の違いにより、実際の空気密度が校正値と異なる場合は、実際の風速を取得するために補正が必要です。海抜1000フィート（各キロメートルで5％）ごとに、チューブ風速計で記録された速度に約1.5％（6，000フィートを超えると1.6％）を追加する必要が
アイシングの効果
空港では、氷点下の降水量を含むすべての条件下で正確な風のデータを取得することが不可欠です。風速計は、寒冷環境では雲内の着氷が発生しやすい風力タービンの動作を監視および制御する場合にも必要です。氷結は風速計の空気力学を変化させ、風速計の動作を完全に妨げる可能性がしたがって、これらのアプリケーションで使用される風速計は、内部で加熱する必要が現在、カップ風速計とソニック風速計の両方が加熱バージョンで利用可能です。
計測器の位置
風速を場所ごとに比較できるようにするには、特に高さに関して、地形の影響を考慮する必要がその他の考慮事項は、樹木の存在、および自然の峡谷と人工の峡谷（都市の建物）の両方です。開いた田舎の地形での標準的な風速計の高さは10メートルです。
も参照してください
地理ポータル
エアフローメータ
アネモイ、この技術の名前の古代の起源のために
アネモスコープ、風向や天気を測定または予測するための古代の装置
自動空港気象台
大きな風の夜
粒子画像流速測定法
サボニウス風力タービン
風力発電の予測
ウィンドラン
吹流し、おおよその風速と風向のシンプルで視認性の高いインジケーター
ノート
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参考文献
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気象機器の発明、WE Knowles Middleton、The Johns Hopkins Press、ボルチモア、1969年
外部リンク
コモンズには、風速計に関連するメディアが
風速計を調べて
「風速計」 。ブリタニカ百科事典。2（第9版）。1878. pp。24–26。
ダインズ、ウィリアムヘンリー（1911年）。「風速計」 。ブリタニカ百科事典。2（第11版）。pp。2–3。
超音波風速計の開発と構造の説明
ソニックの動作原理を示すアニメーション（飛行時間理論） – Gill Instruments
歴史的な風速計のコレクション
動作原理：音響共鳴測定– FT Technologies
サーモペディア、「風速計（レーザードップラー）」
サーモペディア、「風速計（パルス熱）」
サーモペディア、「風速計（ベーン）」
ロトルベーン風速計。タグ付きの3カップセンサーを使用して風速と風向の両方を測定
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