Механический анемометр VS ультразвуковые датчики ветра

Механический анемометр против ультразвуковых датчиков ветра: как выбрать? 

Измерение скорости и направления ветра играет жизненно важную роль в таких областях, как метеорология, сельское хозяйство, транспорт, авиация и охрана окружающей среды. В настоящее время на рынке представлены два основных типа датчиков ветра: механические анемометры и ультразвуковые датчики ветра. В этой статье мы познакомим вас с принципами работы этих двух типов датчиков, сравним их преимущества и недостатки, а также порекомендуем продукты, подходящие для различных сценариев применения.

Сравнение механических анемометров и ультразвуковых датчиков ветра 

Что такое механический анемометр? 

Механический анемометр — это традиционный прибор для измерения скорости и направления ветра, обычно использующий физические вращающиеся части (такие как чашки или флюгеры) для обнаружения движения воздуха. Распространенные типы включают чашечные анемометры и флюгеры. Чашечный анемометр обычно состоит из трех или четырех полусферических чашек, закрепленных на вертикальной оси, которые вращаются при порывах ветра. Скорость вращения чашек пропорциональна скорости ветра. Флюгер измеряет направление ветра, указывая в ту сторону, откуда он дует. Механические анемометры широко используются в метеорологии, сельском хозяйстве, авиации и морской среде благодаря их простой конструкции и низкой стоимости. 

Например, анемометр NBL-W-SS использует традиционную трехчашечную структуру из углеродного волокна, которая отличается прочностью и низкой стартовой скоростью ветра. Он оснащен встроенным блоком обработки сигналов, который выводит различные сигналы скорости ветра. Датчик направления ветра NBL-W-DS использует высокопрецизионный магниточувствительный чип в сочетании с малоинерционным флюгером из ABS-пластика, обеспечивая хороший динамический отклик и молниезащиту, что делает его пригодным для различных условий эксплуатации.

Что такое ультразвуковый датчик ветра? 

Ультразвуковой датчик ветра — это современное немеханическое устройство для измерения скорости и направления ветра. Он работает за счет использования разницы во времени прохождения ультразвуковых волн через воздух. Как правило, он состоит из нескольких ультразвуковых преобразователей, расположенных в фиксированном геометрическом порядке (например, треугольником или квадратом), которые отправляют и принимают ультразвуковые импульсы. Когда ветер проходит через датчик, время распространения волн меняется в зависимости от скорости и направления ветра. Микропроцессор вычисляет разницу во времени для определения параметров ветра. 

Ультразвуковой датчик ветра NBL-W-21GUWS — это высокоточное цифровое устройство, способное измерять скорость ветра (0–60 м/с, точность ±0,3 +3% FS, разрешение 0,01 м/с) и его направление (0–359°, точность ±3°, разрешение 1°). Он поддерживает выход RS485 и протокол MODBUS, обладает низким энергопотреблением (0,4 Вт без датчика пыли, 1 Вт с ним). Он работает в температурном диапазоне от -40 до 80°C и имеет степень защиты IP65, что делает его пригодным для суровых условий. Кроме того, он может интегрировать функции мониторинга температуры, влажности, давления, PM2.5, PM10 и шума.

 Сравнение: Механический анемометр против Ультразвукового датчика ветра 

 Различия в принципах работы 

- Механический анемометр: измеряет скорость и направление ветра через физическое вращение чашек или флюгеров. Скорость вращения чашек преобразуется в электрический сигнал с помощью магнитных или оптических датчиков. Флюгер указывает на направление ветра, предоставляя необходимые данные.

- Ультразвуковой датчик ветра: вычисляет параметры ветра на основе разницы во времени распространения ультразвуковых импульсов. Скорость ветра влияет на скорость звука: при попутном ветре волны распространяются быстрее, при встречном — медленнее. Микропроцессор рассчитывает данные на основе этих временных различий.

 Преимущества и недостатки: Механический анемометр vs. Ультразвуковой датчик ветра 

Механический анемометр 

Преимущества механического анемометра:

1. Низкая стоимость: механические анемометры (например, NBL-W-SS и NBL-W-DS) недороги в производстве, что делает их подходящими для проектов с ограниченным бюджетом.

2. Низкое энергопотребление: многие модели имеют минимальные требования к питанию, что идеально для удаленных районов без стабильной электросети.

3. Широкий диапазон измерения: например, NBL-W-SS может измерять скорость до 70 м/с, что подходит для мониторинга экстремальных погодных явлений. 

Недостатки механического анемометра:

1. Механический износ: вращающиеся части (чашки и подшипники) подвержены износу и требуют регулярного обслуживания или замены, особенно в суровых условиях (обледенение, пыль).

2. Медленное время отклика: механическая инерция приводит к задержке при резких изменениях ветра (например, порывах), что влияет на точность данных в реальном времени.

3. Низкая устойчивость к среде: замерзание, сильный дождь или пыльные бури могут привести к заклиниванию или повреждению компонентов.

Ультразвуковой датчик ветра 

Преимущества ультразвукового датчика ветра:

1. Высокая точность и быстрый отклик: отсутствие движущихся частей позволяет мгновенно фиксировать изменения ветра, что критично для метеорологии и авиации.

2. Отсутствие механического износа: это снижает частоту отказов и затраты на обслуживание, делая прибор идеальным для долгосрочной автономной работы.

3. Всепогодная надежность: они стабильно работают при температурах от -40 до 80°C и в суровую погоду (ливни, пыльные бури) благодаря высокой степени защиты (IP65).

4. Мультифункциональность: такие датчики, как NBL-W-21GUWS, могут интегрировать измерение температуры, влажности, давления и частиц PM2.5.

5. Измерение на 360° без мертвых зон: они одновременно предоставляют данные о скорости и направлении ветра без угловых ограничений. 

Недостатки ультразвукового датчика ветра:

1. Высокая начальная стоимость: из-за сложной электроники и технологий обработки сигналов они значительно дороже механических аналогов.

2. Энергопотребление: требуется постоянное питание; в удаленных районах может понадобиться солнечная панель или аккумулятор.

3. Чувствительность к помехам: экстремальные осадки (сильный снег или ливень) могут мешать прохождению ультразвукового сигнала, вызывая погрешности.

4. Сложность калибровки: калибровка проводится производителем в аэродинамической трубе, и пользователь не может настроить прибор самостоятельно.

 Рекомендации по выбору 

Выбор между механическим и ультразвуковым датчиком зависит от сценария применения, бюджета и возможностей обслуживания: 

1. Рекомендуемый механический анемометр (NBL-W-SS и NBL-W-DS):

   - Подходит для: проектов с ограниченным бюджетом, низких требований к питанию или умеренных условий среды (сельхозстанции, порты, традиционные наблюдения).

   - Причина: модели NBL-W-SS и NBL-W-DS экономичны, просты в установке и обслуживании. NBL-W-SS использует чашки из углеволокна, а NBL-W-DS предлагает надежное измерение направления с защитой от молний.

2. Рекомендуемый ультразвуковой датчик ветра (NBL-W-21GUWS):

   - Подходит для: задач высокой точности, быстрого отклика или длительной автономной работы в сложных условиях (ветроэнергетика, научные исследования, авиация, морской мониторинг).

   - Причина: NBL-W-21GUWS обеспечивает превосходную точность и долговечность без износа деталей. Интеграция дополнительных параметров (влажность, PM2.5) делает его выгодным для «умного» сельского хозяйства.

 Заключение 

Оба типа датчиков имеют свои сильные стороны. Механические анемометры доминируют в традиционных сферах благодаря цене и простоте. Однако ультразвуковые датчики все чаще заменяют их в высокотехнологичных приложениях.

Технические описания датчиков ветра

NBL-W-21GUWS-Ultrasonic-Wind-speed-and-direction-Sensor.pdf

NBL-W-SS-Wind-Speed-Sensors-Instruction-Manual.pdf

NBL-W-DS-wind-direction-sensor-Manual.pdf