Анеморумбометр Советский патент 1985 года по МПК G01P5/07 

1

Изобретение относится к техническим средствам метеорологии, а именно к устройствам для определения параметров ветра, и может быть использовано на метеорологических стан1Ц1Ях, морских судах и других объектах, где необходимо знание параметров ветра.

Известны и широко распространены анемометры и румбометры, построенные на принципе механического преобразования аэродинамического давления в угловое перемещение измерительной оси ветроприемника. Это вертушки - ветровые колеса дпя определения скорости и флюгарки для определения направления ветра 1 .

Данное устройство является прибором интегральным и дает средние значения параметров ветра за некоторый промежуток времени, что не позволяет с достаточной точностью в ряде случаев определять динамические изменения параметров ветра. Существенные трудности представляет градуировка и поверка таких устройств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство анеморумбометра, содержащее ветроприемник, датчик скорости и направления вращения, коммутационные устройства, управляющие схемы, тормозное и вращающее устройство, а также преобразовательно-вычислительный блок J2j .

Недостатком известного устройств является низкая точность, обусловленная неоднозначностью отсчета при действии ветра любого направления.

Цель изобретения - повышение точности измерения скорости и направления ветра.

Поставленная цель достигается тем, что в анеморумбометре, содержащем ветроприемник, последоват.ельно соединенные датчик скорости и напраления вращения, счетчик импульсов, частотомер, вычислительное устройство, индикатор, а также коммутационные устройства положения лопастей, подключенные через командный узел к счетчику импульсов, вращающее и тормозное устройство с управляющими схемами, коммутационные устройства положения лопастей сопряжены с лопастями ветроприемника и подключены

05422

к управляющим схемам вращающего и тормозного устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема анеморумбометраj 5 на фиг. 2 - расположение контактных групп в ветроприемНике.

Анеморумбометр состоит из ветроприемника 1 с лопастями 2, установленными в.подшипниках 3, которые 0 в свою очередь закреплены во втул. ке 4. Внутри втулки 4 расположены ограничители 5 поворота лопастей 2, нормально открытые контакты 6 и 7 и нормально закрытые контакты 8.

5 На валу 9 ветроприемника 1 установлен магнитный диск 10, имеющий записанную последовательность импульсов определенной частоты fg , для считывания которых предусмотрена магнитная головка 11. Один выход магнитной головки 11 подключен к входу счетчика импульсов 12, а второй ее выход подключен к частотомерному устройству 13. Выходы счетчи5 |ка импульсов 12 и частотомеркого устройства 13 подключены к вычислительной схеме 14, к которой подключен индикатор 15. К счетчику импульсов 12 подключены датчик 16 исходного направления, кинематически связанный с валом 9, и командное устройство. 17, к которому подключена группа контактов 7. С валом 9 связано электромагнитное тормозное устройство 18 и электромагнитная муфта 19, в цепь обмоток которь1х включены контактные группы 8 и 6 соответственно. Электромагнитная муфта 19 связана с валом 20 электродвигателя 2 1 .

Анеморумбометр работает следующим образом.

При включении анеморумбометра начинает вращаться электродвигатель 21 с угловой скоростью «2 .

5 Под действием ветра лопасти 2 в подшипниках 3 поворачиваются до ограничителей 5. При этом лопасти, расположенные по одну из сторон от линии направления действия ветра,

0 проходящей через центр вертушки, при своем повороте замыкают контакты 6, а контакты 8 размыкают. В результате этого отключается обмотка электромагнитного тормозного устройства 18 и включается обмотка

электромагнитной муфты 19. Ветроприемник 1 через муфту 19 получает от электродвигателя 21 вращающий

момент и начинает вращаться. При этом наступает момент, когда линейная скорость вращения лопастей 2 ветропрнемника становится больше скорости ветра. При достижении вертушкой линейной скорости вращения, большей скорости ветра, сопротивлением возд5пса лопасти разворачиваются, разрывая контакты 6 и замыкая контакты 8. При этом выключается обмотка электромагнитной муфты 19 и включается обмотка тормо:ного устройства 18, в результате чего ветроприемник 1 притормаживается и линейная скорость его вращения уменьшается. При достижениивертушкой линейной скорости вращения, меньшей скорости ветра, под воздействием ветра лопасти разворачиваются в поДишпниках 3, замыкаютс контакты 6 и размыкаются контакты 8 При этом подключается муфта 19 электродвигателя 21 и выключается тормозное устройство 18, в результате чего скорость вращения ветроприемника 1 увеличивается. . Таким образом, в результате попеременного включения в работу электромагнитной муфты 19 и тормозного устройства 18 линейная скорост вращения ветроприемниКа 1 поддерживается равной скорости ветра, что можно представить как

W V,s .о,-гв; I . где W - скорость ветра,

- линейная скорость вращения

вертушки; СО, - угловая скорость вращения

вертушки у R« - радиус вертушки от оси

вращения до центра лопасти Так как вертушка и магнитный диск 10 находятся на одном валу, то этот диск при вращении вертушки осуществляет вращение с той же угловой скоростью w , а его линейна скорость вращения в месте записанной последовательности импульсов может быть представлена в виде

(2)

(k)

г

А

- линейная скорость враще/Ания магнитного диска , радиус окружности, по которой осуществлена запись последовательности импульсов.

11505424

Из выражений (1) и (2) скорость ветра W может быть выражена как

R

(3)

«,

Так как на магнитном диске 10 записана последовательность импульсов с частотой fQ, то при перемещении диска 10 относительно магнитной головки 11 в ней формируется последовательность импульсов не с частотой fij , а с текущей частотой fx которая измеряется в частотомерном устройстве 13, а информация о ее значении поступает в вычислительную схему 1А. Так как частота импульсов f(j записана при определенной линейной скорости вращения

магнитного диска 10, то текущей Линейной скорости Vjji соответствует текущая частота fx. Зная величины f, линейная скорость Удд определяется как

(ч)

V-«olt

Поэтому скорость ветра W в вычислительной схеме 14 определяется по формуле

fx Rf

(5)

V« f«

W

Датчик 16 в момент прохождения лопастью иcxoдkpгo направления формирует и выдает сигнал запуска в счетчик импульсов 12. При повороте этой лопасти в положение, перпендикулярное направлению ветра срабатьшает контакт 7, в результате чего в командном устройЬтве 17 формируется сигнал окончания счета, который передается в счетчик импульсов 12. Поступившее от магнитной головки 11 число импульсов N характеризует курсовой угол (угол относительно исходного направления) ветра. Ин-. формация о значении N от счетчика 12 поступает в вычислительную схему 14, где курсовой угол ветра qvv определяется по формуле

(6)

q « N.p-90 ,,

где р - коэффициент пропорциональности угла Гград1

Ч.ИМП. J Информа1.ия о значениях W и q их вычислительной схемы 1А поступае на индикатор 15. Наличие коммутационных устройств сопряженных с тюдвижными лопастями всртушк -, обеспечивает выработку сигналов, управляюпщх вращаюиц1м и тормозным устройствами связанными с вертушкой, благодаря чему вертушка, попеременно разгоняясь и притор маживаясь, вращается свободно в воз душном потоке, имея линейную скорость вращения на лопастях, равную скорости ветра. С помощью предложенного анеморум бометра можно измерять текущие значения параметров ветра, определять его динамические изменения, а при необходимости производить осреднение за любой промежуток времени . , Так как вращение вертушки создается принудительно, а скорость вращения регулируется ветром, то анеморумбометр практически не требует градуировки и поверок, учета сил трения, инерционности, динамических характеристик, окружающих условий (плотность воздуха и др.). В анемо румбометре не требуется стабилизация скорости вращения электродвигателя и обеспечивается простота выделения полезного сигнала о значениях скорости и направления ветра. г.1

Фиг. 2

/

/

АНЕМОРУМБОМЕТР, содержащий ветроприемник, последовательно соединенные датчик скорости и направления вращения, счетчик импульсов, частотомер, вычислительное устройство, индикатор, а также коммутационные устройства положения лопастей, подключенные через командный узел к счетчику импульсов, вращающее и тормозное устройство с управляющими схемами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения скорости и направления ветра коммутационные устройства положения лопастей сопряжены с лопастями ветроприемника и подключены к управляющим схемам вращающего и тормозного устройства.