سنسور سرعت باد

سنسور سرعت باد یکی از تجهیزات در زمینه هواشناسی است. اما جالب است بدانید این سنسور نه تنها در صنعت هواشناسی کابرد بسیاری دارد بلکه عضوی جدایی ناپذیر در بسیاری از صنایع می باشد.

در این مقاله سعی داریم به بررسی سنسور سرعت باد یا سرعت سنج باد بپردازیم که در صنایع بسیار پر کاربرد می‌باشد.

اولین سنسور سرعت باد یا بادسنج چگونه بود

از ابتدایی ترین بادسنج می توان به فرفره ها اشاره نمود که به راحتی ساخته می شدند اما در نهایت سادگی به راحتی می توان میزان شدت سرعت باد را با آن ها تشخیص داد.

اما زمانی که بحث اندازه گیری مطرح می گردد پیچیدگی در طراحی و دقت بسیار اهمیت می یابد.

از این رو می توان گفت اولین anemometer که عمل اندازه گیری شدت وزش باد را با عددی در خروجی نمایش می داد شبیه به شکل زیر بوده است.

سرعت سنج باد چگونه کار می کند

بادسنج یا Anemometer به عنوان یکی از تجهیزات هواشناسی در واقع جریان باد اطرافش را تبدیل به یک سیگنال استاندارد الکتریکی کرده و آن را به دیتالاگر هواشناسی یا یک نمایشگر انتقال می دهد.

در واقع عمل اصلی انجام شده در این سنسور ها تبدیل سیگنال مکانیکی به سیگنال الکتریکی است کاری که ژنراتور ها و دینام های الکتریکی نیز انجام میدهند.

البته موضوع به این سادگی نیست و اساس کار سرعت سنج باد با دینام های الکتریکی بسیار متفاوت است.

دلیل اصلی این تفاوت در این است که در دینام های الکتریکی میزان جریان ایجاد شده اهمیت دارد اما در یک سرعت سنج  دقت اندازه گیری حائز اهمیت می باشد.

از این رو یک سنسور سرعت باد باید کمترین میزان اصطکاک را ایجاد نماید تا بتواند دقیق تر عمل کند.

امروزه برای عملکرد هرچه بهتر سرعت سنج باد به عنوان یک دستگاه هواشناسی از روش های مختلفی جهت تبدیل انرژی مکانیکی باد به سیگنال الکتریکی استفاده می کنند.

از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• روش سیم پیچ ( روش ایجاد جریان در دینام ها)
• روش نوری
• روش سنسور تحریک مغناطیسی

روش سیم پیچ

روش اندازه گیری سیم پیچ همانند یک ژنراتور الکتریکی عمل می کند به طوری که سرعت گردش سیم پیچ متحرک در شدت جریان خروجی تاثیر دارد و می توان به سادگی سرعت باد را اندازه گیری نمود.

روش نوری

در این روش از یک دیود نورانی مادون قرمز و یک حسگر نوری که در مقابل آن قرار داده شده استفاده می شود.

با گردش سنسور یک بازوی متجرک بین دیود و حسگر قرار می گیرد و حسگر را تحریک می نماید. با تحریک حسگر نوری در مدارات متصل به حسگر یک پالس ایجاد می گردد.

میزان سرعت باد با تعداد پالس های ایجاد شده در زمانی معین رابطه مستقیم دارد و از این رو می توان میزان سرعت باد را اندازه گیری نمود.

روش سنسور تحریک مغناطیسی

در این روش یک قطعه آهن ربایی در قسمت محرک سنسور قرار داده می شود و یک سنسور تحریک در قسمت ثابت سنسور قرار داده می شود.

با عبور قطعه آهن ربایی از جلوی سنسور تحریک یک پالس در مدارات سنسور ایجاد می شود و با افزایش سرعت باد این پالس ها در زمان معین افزایش می یابند.

از نظر شکل ظاهری سنسور سرعت وزش باد به صورت فنجانی یا کاپ مانند (بشقابی نیز گفته می شود) است. جریان هوا یا باد در حال وزش به فنجانی سنسور سرعت باد برخورد کرده و باعث چرخش پره ها شده که سرعت چرخش با سرعت حرکت هوا متناسب می باشد.در زیر سه تصویر از سنسور سرعت باد قرار دارد که از طریق پنل اسمارت بین که شامل نمایشگر و کارت حافظه برای ذخیره و لاگ داده ها (دیتالاگر سرعت باد ) نمایش داده شده است.

نکته :

به تازگی روش اندازه گیری جدیدی ابداع شده است که در آن می توان بدون استفاده از قطعه متحرک شدت وزش باد را اندازه گیری نمود.

این سرعت سنج باد ، بادسنج التراسونیک نام دارد.

سرعت سنج باد التراسونیک چگونه عمل می کند

اساس کار این سنسور ها بر پایه امواج فراصوتی یا التراسونیک می باشد.

روش اندازه گیری در این سنسور ها دقیقا همان روشی است که در فلومتر های التراسونیک Transit time استفاده می گردد.

به این صورت که دو سنسور فراصوتی رو به روی یک دیگر قرار می گیرند و برای یکدیگر امواج فراصوتی ارسال می کنند.

جریان باد عبوری از جلوی سنسور ها در زمان دریافت امواج به سنسور ها اختلال ایجاد کرده. این اختلال در دریافت امواج با میزان شدت باد رابطه ای دارد که توسط مدارات داخلی سنسور محاسبه می گردد.

در شکل زیر نحوه اندازه گیری شدت وزش باد در این سنسور ها را مشاهده می فرمایید.

کدام سنسور سرعت باد ، مکانیکی یا التراسونیک؟

اینکه استفاده از کدام سنسور بهتر است کاری بسیار دشوار می باشد و برای انتخاب درست و دقیق سنسور باید دارای دانش هواشناسی و اقلیم شناسی باشیم.

از طرفی باید شرایط محیطی را به طور کامل در نظر بگیریم.

اما به طور کلی چند مورد از مزایای این سنسور ها را مطرح خواهیم کرد.

بادسنج های التراسونیک دارای دقت نسبتا برابری با سنسور های مکانیکی می باشند اما با از آنجایی که قطعه متحرکی ندارند امکان آسیب دیدنشان بسیار کمتر می باشند.

از طرفی سرعت سنج باد مکانیکی به مراتب ارزان تر و به صرفه تر است و به سادگی ساخته می شود.

سنسور های بادسنج التراسونیک علاوه بر سنجش میزان قدرت وزش باد توانایی سنجش جهت باد را نیز دارند که ارزش آن ها را دو چندان می نماید.

اندازه گیری سرعت هوا توسط دستگاه باد سنج هوا انجام می گیرد که توانایی ثبت سرعت هوای متحرک را دارا می باشد. با نصب سنسور دما در داخل دستگاه بادسنج یا سرعت سنج باد می توان دمای باد را نیز اندازه گیری کرد.

خروجی سنسور سرعت باد چیست

تا اینجا به بررسی چگونگی عملکرد سرعت سنج باد در اندازه گیری شدت وزش باد پرداختیم، حالا بد نیست به این بپردازیم که سیگنالی خروجی این سنسور ها چیست.

سنسور های سرعت باد معمولا با خروجی های زیر در بازار یافت می شوند

• RS485
• ۴ الی ۲۰ میلی آمپر
• ۰ الی ۵ ولت
• ۰ الی ۱۰ ولت

بازه اندازه گیری سنسور های بادسنج چه مقدار است

اینکه یک سنسور anemometer چه بازه ای از سرعت وزش باد را می تواند اندازه گیری کند به نوع ساخت آن و قابلیت های سنسور های داخلی آن دارد.

این سنسور ها معمولا در بازه های ۰ الی ۳۰ ، ۰ الی ۵۰ و ۰ الی ۷۰ متر بر ثانیه در بازار موجود می باشند.

جنس بدنه

بدنه این سنسور ها معمولا از جنس پلاستیک ABS و یا آلمینیوم می باشد. با توجه به اینکه این سنسور ها معمولا در فضای باز استفاده می شوند نوع آلمینیوم آن برای استفاده توصیه می گردد.

بهترین مکان برای نصب سنسور سرعت باد کجاست

در ایستگاه هواشناسی یا دکل های بازرسی برای مانیتورینگ دائمی سرعت باد از سنسور سرعت وزش باد استفاده می شود که معمولا باید ۱۰ متر بالاتر از سطح زمین قرار گیرد.

کدام سرعت سنج باد برای استفاده در ایران مناسب تر است

با توجه به شرایط اقلیمی ایران معمولا استفاده از سنسور سرعت باد با بازه ۰ الی ۵۰ متر برثانیه ( ۰ الی ۱۸۰ کیلومتر بر ساعت ) بیشتر از بقیه گزینه ها مورد استفاده قرار می گیرد.