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デジタル風速計についての概要、用途、原理などをご説明します。また、デジタル風速計のメーカー10社一覧や企業ランキングも掲載しております。
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東京大学機械工学科卒、機械工学専攻修士課程修了。学生時代は熱界面材料や断熱材など熱物性・材料の研究に従事。その後、化学メーカーでおもに塗布装置の開発やCAE業務に従事。現在は、食品メーカーでCFDや分子動力学、化学平衡・気液平衡関連の研究開発に従事している。
デジタル風速計とは、その名のとおり、デジタル表示型の風速計です。
特徴として、誰でも手軽にに風速を計測可能で、軽量コンパクトなものが多くあるため、持ち運びに便利な点が挙げられます。近年のデジタル風速計は、風速だけでなく、特に熱線式風速計では温度や湿度も同時に測ることができます。
また、データのホールド、単位の切り替え、電池の残量表示、データの記録ができるなど機能が豊富です。最大値、最小値や平均値を表示可能なため、さまざまなシチュエーションで活用されています。
デジタル風速計は屋外イベントやスポーツから、建設現場、農業、漁業まで幅広い分野で使用されています。近年ではドローンを飛行させる際に、デジタル風速計が重宝されています。
ドローンは飛行エリアの風速の影響を受けるため、飛行エリアの風速計測にも使用されています。デジタル風速計は、コンパクトで容易に計測可能であるため、屋内外問わず使用可能です。
図1. デジタル風速計の原理
風速計には複数の種類が存在しますが、小型で持ち運びができるデジタル風速計の場合、熱線式と翼車 (ベーン) 式が主流です。そのほか、ピトー管式や風杯型風速計なども存在しています。
室内用途で多い方式です。センサー先端に熱によって抵抗値が変化する抵抗体が設置されており、風を受けるとセンサが冷却されて熱線の温度が下がります。
流れが速いほど冷却は早いため、この流速と冷却熱量の関係を利用することで抵抗値風速を測定します。この関係式はKINGの関係式と呼ばれています。屋外であると太陽の熱などで温度が変化してしまうため正確な測定ができません。
構造が簡単で、コンパクトな測定器です。また、風温や湿度などほかの特性も同時に測定することができます。
ベーン式風速センサの測定原理は、流体により回転するベーン (羽根車) の回転数を計測して速度を演算します。回転数は速度に対して比例するという原理に基づきます。
回転数は流体の密度、圧力および温度からの影響はほとんど受けません。ベーンの回転数は近接スイッチやフォトカプラによりカウントされます。
熱線式に比べて、熱の影響を受けないため屋外でも使用可能です。しかし、微風領域の精度が低くなり、応答速度も遅いため風速が小刻みに変化する場合には適しません。
図2. デジタル風速計の種類
産業用途でよく使用されています。ピトー管式風速センサは、風の流れに対して正面と側面に小さな穴を設け、その圧力差を測定してベルヌーイの定理から風速を測定します。空気の流れに対して垂直に向けていないと正確な流速は得られませんが、原理が単純なため安価なものが多いです。
カップのような形状をした風杯が風の強さによって表側と裏側でうける風圧による力が異なることを利用して、回転します。この回転数を測定することで、風速を測定します。共に回転するという動作を伴うため、風速の変化に対しての応答が遅く、また微風速度域の測定には不向きです。
このように原理および特徴が異なるため、目的や使用用途に応じて、使い分ける必要があります。
図3. 風速・風向の時間変動
風速計をデジタル化しするメリットは、平均風速や最大値・最小値などの計測を自動化してくれることです。通常、風速は時間によって大きく変動します。さらに、風速は向きまで変動することが多いため、風速計のプローブの向きまでもが精度に影響し、手の振動などによっても値が変わってしまいます。
平均風速が欲しい場合でも値が振れていると、主観を挟まない正確なデータは取りづらいです。デジタル風速計の表示器には 、これらの〇〇秒の間の平均風速を算出する機能や、〇〇秒間の最大風速・最小風速などを表示する機能などが備わっているため、誰が扱っても公平なデータをとることができます。
参考文献
http://www.kanomax.co.jp/technical/detail_0001.html
http://www.myzox.co.jp/data/products/article/958
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