معرفی وسیله اندازه گیری سرعت وجهت باد

باد چیست؟

حرکت نسبی هوا در راستای افق سطح زمین باد می باشد و به میزان مسافت طی شده توسط هوا در واحد زمان سرعت باد گفته می شود. علت این حرکت نسبی اختلاف فشار در دو نقطه از محیط می باشد که موجب حرکت هوا از محیط پر فشار به محیط کم فشار می گردد. همچنین گاه تفاوت بین چگالی توده هوای سرد و گرم باعث حرکت هوا و ایجاد باد می گردد. واحد اندازه گیری سرعت باد معمولا متر بر ثانیه، کیلومتر بر ساعت، مایل در ساعت، فوت در دقیقه، ماخ بر ساعت و ... می باشد.

باد نیز مانند سایر پارامترهای فیزیکی یک کمیت برداری بوده و دارای سرعت و جهت می باشد، از این رو اندازه گیری سرعت و جهت باد عامل موثر در انتقال دما بین دو محیط با دمای متفاوت می باشد. CFM چند مولفه اصلی برای اندازه گیری ویژگی های باد یک منطقه می باشد که در ایستگاه های هواشناسی بسیار حائز اهمیت می باشند.

سرعت سنج باد یا بادسنج چیست و کاربرد بادسنج کدام است؟

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.

سرعت وزش باد را چگونه اندازه می گیرند؟

برای اندازه گیری سرعت باد و جهت باد (بادنما) دستگاه های متنوعی توسط کمپانی های مختلف ارائه شده است. در ایستگاه های هواشناسی یا دکل های بازرسی برای مانیتورینگ دائمی سرعت باد و نیز جهت باد از سنسور سرعت وزش باد و سنسور تشخیص جهت باد استفاده می شود که معمولا باید 10 متر بالاتر از سطح زمین قرار گیرد.

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 و سنسور جهت باد از نظر شکل ظاهری به صورت بادنما است که با تغییر زاویه سنسور مقدار جهت باد اندازه گیری می شود. در زیر دو نمونه از سنسور سرعت باد و سنسور جهت باد ساخت کمپانی اسمارت بین قرار دارد که از طریق پنل اسمارت بین که شامل نمایشگر و کارت حافظه برای ذخیره و لاگ داده ها (دیتالاگر سرعت باد و دیتالاگر جهت باد می باشد) نمایش داده شده است.

 

مطابق با تصاویر موجود بادسنج پره ای یا بادسنج فنجانی یا بادسنج چرخان برای اندازه گیری سرعت هوای اتمسفر کاربرد دارد و عملکرد آن با برخورد جریان هوا به پره ها و چرخش ژنراتور الکتریکی که به سنسور سرعت باد متصل است و ایجاد یک جریان الکتریکی و پردازش جریان توسط دستگاه که در پایان منجر به اندازه گیری سرعت باد می شود.

آنمومتر چیست؟

نوع دیگری از دستگاه باد سنج هوا، تجهیزات پرتابل یا قابل حمل می باشند که آنمومتر (Anemometer) نیز نامیده می شوند. برای اندازه گیری جریان هوا و فلو هوا یا جریان حجمی در کانال های هوا، چیلر و تاسیسات صنعتی و کارخانه ای مورد استفاده قرار می گیرند و معمولا انواع متفاوتی داشته و عملکرد ساده ای دارند.

انواع باد سنج پرتابل (Anemometer):

باد سنج پره ای یا Wind Vane: 

همان گونه که از نام این گونه بادسنج مشخص است نوعی بادسنج پره ای با پره های پروانه ای می باشد و میزان چرخش پره ها سرعت باد را مشخص می کند. نمونه هایی از این بادسنج های پرتابل قابلیت ذخیره داده ها را نیز دارا می باشند و اندازه گیری فلو هوا یا جریان حجمی یا cfm و نیز اندازه گیری دمای باد با استفاده از سنسورهایی که در این نوع بادسنج ها تعبیه شده امکان پذیر می باشد. در ذیل تصویری از این مدل بادسنج ها نمایش داده شده است:
بادسنج دیجیتال و فلومتر باد دیتالاگر دار مدل +AV 45-T-DL ساخت TAIPO تایوان

بادسنج هات وایر یا سیم داغ (hot wire):

این مدل بادسنج ها که بادسنج حرارتی نیز نامیده می شود در ساختار خود دارای یک سیم داغ داخل میله می باشد. وزش باد یا جریان هوای متحرک باعت تغییر دمای سیم داغ شده و سرعت باد توسط جریان الکتریکی لازم برای نگه داشتن حرارت سیم در معرض باد در دمای ثابت اندازه گیری می شود. به دلیل ابعاد فیزیکی بادسنج هات وایر معمولا در محیط های بسته و کانال ها برای سنجش میزان فلو یا جریان هوای کانال ها و نیز سرعت هوای عبوری از کانال ها استفاده می شود. معمولا پراب بادسنج های هات وایر حالت تلسکوپی داشته و مانند آنتن های دارای قابلیت افزایش طول تا یک متر قابلیت افزایش طول دارند و برای مکان هایی که دسترسی مشکل است استفاده می شوند.

بسیاری از بادسنج های پرتابل دارای نرم افزار و حافظه داخلی جهت ثبت دیتا می باشند و اندازه گیری دمای باد، رطوبت و نیز نقطه شبنم توسط سنسورهای تعبیه شده در این نوع بادسنج ها امکان پذیر است.

در زیر تصوبر انواعی از بادسنج های هات وایر ساخت کمپانی های مختلف نمایش داده شده است:

 

بادسنج هات وایر دیتالاگر دار مدل HWA 30-T-DL:

سایر انواع بادسنج ها به شرح زیر می باشد:
بادسنج ها را می توان براساس نوع تکنولوژی استفاده شده در آنها به انواع زیر تقسیم بندی کرد:

بادسنج فراصوت یا آلتراسونیک:

می دانیم که صوت توسط مولکول های هوا منتقل می شود و این را هم می دانیم که سرعت باد بر سرعت انتقال صوت تاثیر می گذارد. صدا در جایی که باد می وزد سریع تر منتقل می شود تا جایی که باد نیست. اگر شما در جهت وزش باد باشید و دوستتان شما را صدا بزند صدایشان بسیار سریعتر از اینکه به گوش خودشان برسد به شما می رسد و برعکس اگر خلاف جهت باد باشید دیرتر صدا به شما می رسد. این ،ایده هوشمندانه جرقه ساخت بادسنج فراصوت است که با استفاده از فرکانس های بالاتر از محدوده شنوایی انسان، سرعت باد را اندازه گیری میکند. در این باد سنج دو یا سه گیرنده صدا روی کاسه ها با زاویه عمود بر هم نصب شده اند و مدارهای الکترونیکی درون بادسنج میزان اختلاف بین رفت و برگشت صوت را اندازه گیری می کنند. اگر این اختلاف کوتاه باشد باد سریع تر و اگر زیاد باشد سرعت باد زیاد نیست.

بادسنج لیزری مادون قرمز:

در این بادسنج دو پرتو نور که عمود بر هم هستند را در نظر گرفته (می توانید با یک آینه نقره اندود که کمی از نور را جذب کرده و باقی را بازتاب میدهد زاویه قائمه میان این دو پرتو ایجاد کنید) و با گذر باد از میان این نورها بر اساس سرعت تغییر زاویه نور، زمان عبور، سرعت باد اندازه گیری می شود. اگر این دستگاه را در یک مدار الکتریکی قرار داده و سرعت تغییر زاویه را اندازه گیری کنید می توانید سرعت باد را بدست آورید.

بادسنج لیزری دوپلر:

استفاده از بادسنج های لیزری در محیط بیرون بسیار مشکل است از این رو از بادسنج لیزری دوپلر استفاده می شود. با تاباندن پرتوی مادون قرمز بی خطری در فضا و اندازه گیری میزان لرزش نور بازتاب شده از ذرات معلق در هوا مانند گرد و غبار قطرات آب و غیره میزان سرعت باد را اندازه گیری میکنند. در این حالت هرچه لرزش و ارتعاش ذرات بیشتر باشد سرعت باد هم بیشتر است.

باد یک پدیده جوی نامنظم است که سایر پدیده های جوی را تحت تاثیر قرار داده و موجب تغییرات ناگهانی و جوی شدید در یک منطقه یا ناحیه می گردد. از جمله این تاثیرات باد می توان به تندبادها که بر پرواز هواپیما ها اثرگذارند اشاره کرد. تاثیرات توفان و تندبادها بر مناطق مسکونی صنعتی و کشاورزی غیر قابل چشم پوشی است. از فواید تاثیرات باد می توان به توربین های بادی اشاره کرد که در مناطق بادخیز نصب شده و منجر به تولید برق از این پدیده طبیعی می گردد. ابزارهای اندازه گیری باد از جمله اندازه گیری سرعت باد و جهت باد در محل مانند بادسنج یا Anemometer یا سرعت سنج باد و سنجش از راه دور توسط رادار درجهت ارتقا این اهداف سازمان دهی شده اند. تا اینجا در خصوص اندازه گیری پارامتر باد در محل بحث شد. حال به بررسی اندازه گیری باد یا سنجش از راه دور توسط رادار می پردازیم.

روش سنجش سرعت باد از راه دور:

هنگامی که ابزار سنجش در محل خود پارامتر مورد اندازه گیری نیست، اندازه گیری بر مبنای سنجش از راه دور است. اصول اندازه گیری سرعت باد از راه دور، ارسال پالس و دریافت بازتابش آن و محاسبه سرعت و پارامترهای باد بر اساس مشخصه های بازتابش است. از مهم ترین مشخصه های سنجش از دور می توان رادار را نام برد.

رادار هواشناسی ابزاری برای دیده بانی بر خط جو در محدوده ی نسبتا وسیعی از محل نصب آن است. رادارهای هواشناسی عموما بر اساس طول موج کارکردی آن ها طبقه بندی می شوند که رادارهای اصلی زمین پایه در سه باند فرکانسی کار می کنند. باندهای فرکانسی در رادارهای هواشناسی ویژگی های متفاوتی از نظر قطر ذرات قابل شناسایی و میزان تضعیف را تعیین می کنند. اطلاعات متناظر با پدیده های هواشناسی از دامنه و فاز سیگنال برگشتی و همچنین تفاوت بازتابش ناشی از ارسال امواج پلاریزاسیون مختلف قابل استخراج است .سرعت حرکت پدیده ها که متناظر با سرعت حرکت باد است با توجه به شیفت داپلری ایجاد شده روی امواج برگشتی قابل محاسبه است. داده های رادار هواشناسی به لحاظ گستردگی منطقه تحت پوشش (بسته به باند فرکانسی و توان تا شعاع 400کیلومتر) و دقت بالا در اندازه گیری ابزاری منحصر به فرد در پایش پدیده های جوی هستند.