Was ist ein Anemometer?
Ein Anemometer ist ein Sensor, der die Geschwindigkeit misst, mit der Luft oder andere Gase strömen.
Es gibt viele Sensormethoden und -typen, und der geeignete Sensor muss je nach Einsatzort und -zweck ausgewählt werden. Obwohl sie auch zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen in Rohren verwendet werden können, werden Anemometer häufig zur Messung der Luftgeschwindigkeit in einem geschlossenen Raum mit fester Strömungsrichtung, z. B. in Rohrleitungen, eingesetzt, aus der sie durch Berechnung umgerechnet werden.
Dies liegt daran, dass bei der Messung von Flüssigkeiten in Rohrleitungen die Durchflussmenge oft wichtiger ist als die Geschwindigkeit. In vielen Fällen wird die Windgeschwindigkeit auch durch Messung des Drucks berechnet.
Anwendungen von Anemometern
Anemometer werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, unter anderem in der Industrie, bei Sportwettkämpfen und in der Wetterbeobachtung. Spezifische Anwendungen sind die folgenden:
1. In Innenräumen
- Wartung und Inspektion von Klimageräten
- Überprüfung der Wirksamkeit der Rauchabscheidung
- Messung der Luftgeschwindigkeit von Ventilatoren
- Messung der Abluft von Klimageräten
- Messung der Konvektionsströme in Innenräumen
- Untersuchungen der Luftqualität in Reinräumen
- Untersuchungen der Innenraumluft an Produktionsstandorten
2. Im Außenbereich
- Sicherheits- und Windgeschwindigkeitskontrolle im Freien und in großen Höhen
- Befestigung am Kran oder im Freien für Messungen
- Wetterbeobachtung
- Bestätigung der Flugbedingungen der Drohne
Funktionsweise des Anemometers
Es gibt verschiedene Arten von Anemometern, von denen jeder ein anderes Prinzip zur Messung der Windgeschwindigkeit hat.
1. Windschalenanemometer
Der Windbecher, der die Form eines Bechers hat, dreht sich unter Ausnutzung der Tatsache, dass die durch den Winddruck auf die Vorder- und Rückseite verursachte Kraft je nach Windstärke unterschiedlich ist. Diese Art von Sensor misst die Windgeschwindigkeit, indem er die Anzahl der Umdrehungen misst. Aufgrund der Drehbewegung reagiert er nur langsam auf Änderungen der Windgeschwindigkeit und eignet sich nicht für Messungen im Bereich niedriger Windgeschwindigkeiten.
2. Ultraschall-Anemometer
Werden für Außenanwendungen verwendet. Die Sensoren, bei denen es sich um Ultraschall-Sender/Empfänger handelt, die in mehreren Richtungen installiert werden, nutzen den Doppler-Effekt, bei dem sich das Timing von Senden und Empfangen mit dem Wind ändert, um eine gleichzeitige Messung von Windgeschwindigkeit und -richtung zu ermöglichen. Es hat keine beweglichen Teile und ist daher sehr langlebig.
3. Anemometer für die Windrichtung
Wie beim Windschalenanemometer wird die Windgeschwindigkeit anhand der Umdrehungen des Propellers gemessen, während das vertikale Heck gleichzeitig als Wetterfahne dient und die gesamte Einheit sich automatisch entsprechend der Windrichtung dreht. Dieser Sensortyp kann auch die Windrichtung aus der Richtung des Seitenleitwerks messen.
4. Hitzedraht-Anemometer
Dieser Typ wird häufig für Anwendungen in Innenräumen verwendet. An der Spitze des Sensors ist ein Widerstandselement angebracht, dessen Widerstand sich bei Wärme ändert. Wenn der Sensor dem Wind ausgesetzt ist, sinkt die Temperatur des heißen Drahtes, während der Sensor abkühlt. Je schneller die Strömung, desto schneller die Abkühlung, sodass der Widerstandswert Windgeschwindigkeit anhand des Verhältnisses zwischen dieser Strömungsgeschwindigkeit und der Menge der Abkühlungswärme gemessen wird.
Diese Beziehung ist als KING’sche Beziehungsformel bekannt. Eine genaue Messung ist im Freien nicht möglich, da sich die Temperatur aufgrund der Sonneneinstrahlung und anderer Faktoren ändert. Aufgrund seines einfachen Aufbaus ist es ein kompaktes Messinstrument. Gleichzeitig können auch andere Merkmale wie die Windtemperatur und die Luftfeuchtigkeit gemessen werden.
5. Pitotrohr-Anemometer
Wird häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt. Pitotrohr-Anemometer haben kleine Löcher an der Vorderseite und an der Seite des Windstroms und messen den Druckunterschied zwischen ihnen, um die Windgeschwindigkeit auf der Grundlage des Satzes von Bernoulli zu bestimmen. Genaue Geschwindigkeiten können nur ermittelt werden, wenn sie senkrecht zur Luftströmung ausgerichtet sind, aber sie sind aufgrund ihres einfachen Prinzips oft kostengünstig.
6. Flügelrad-Anemometer
Flügelrad-Anemometer berechnen die Geschwindigkeit durch Messung der Anzahl der Umdrehungen eines Flügels (Laufrad), der von der Flüssigkeit in Rotation versetzt wird. Sie beruhen auf dem Prinzip, dass die Anzahl der Umdrehungen proportional zur Geschwindigkeit ist. Die Drehzahl ist weitgehend unabhängig von der Dichte, dem Druck und der Temperatur des Fluids.
Die Anzahl der Schaufelumdrehungen wird mit Hilfe eines Näherungsschalters oder eines Optokopplers gezählt. Im Vergleich zum Hitzedraht-Anemometer werden diese Sensoren nicht durch Wärme beeinträchtigt und können daher im Freien eingesetzt werden, sind aber im Schwachwindbereich weniger genau und haben eine langsamere Ansprechzeit, sodass sie für Anwendungen, bei denen sich die Windgeschwindigkeit in kleinen Schritten ändert, nicht geeignet sind.
Auswahl eines geeigneten Anemometers
Bei der Auswahl eines Anemometers ist zunächst zu entscheiden, ob er im Freien oder in Innenräumen eingesetzt werden soll. Denn die Wahl des Anemometers hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab.
Das geeignete Anemometer hängt auch davon ab, ob der Windsensor stationär oder mobil eingesetzt werden soll. Natürlich gibt es Ausnahmen, sodass dies nur als Anhaltspunkt dienen sollte.
Nachdem die Art des Anemometers entsprechend der Anwendung bestimmt wurde, besteht der letzte Schritt darin, die Spezifikationen des Anemometersensors festzulegen. Bei Hitzdrahtanemometern beispielsweise variieren der Messbereich der Windgeschwindigkeit, die Betriebstemperatur, die Messgenauigkeit und die Ansprechgeschwindigkeit je nach Sonde.