كيف يعمل جهاز استشعار سرعة الرياح؟

تعمل أجهزة استشعار سرعة الرياح على أساس مبادئ مختلفة اعتمادًا على نوعها وتقنيتها، ويقدم كل منها مزايا مميزة من حيث الدقة والمتانة والملاءمة للظروف والتطبيقات البيئية المختلفة. فيما يلي شرح تفصيلي لكيفية عمل بعض الأنواع الشائعة من أجهزة استشعار سرعة الرياح والتطبيقات الخاصة بها:

1. مستشعر سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية

تستخدم أجهزة استشعار سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية زوجًا من محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية لإرسال واستقبال نبضات الموجات فوق الصوتية. عادة ما يتم ترتيب محولات الطاقة هذه بشكل متعامد (عمودي). يقيس الجهاز الوقت اللازم لانتقال نبضات الموجات فوق الصوتية بين أزواج محولات الطاقة في اتجاهات مختلفة. عندما تهب الرياح، فإنها تؤثر بشكل متوقع على وقت انتشار هذه النبضات بناءً على سرعة الرياح واتجاهها. ومن خلال تحليل هذه الفروق الزمنية، يقوم مقياس شدة الريح بحساب سرعة الرياح واتجاهها. تعتبر أجهزة استشعار سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية مفيدة لأنها لا تحتوي على أجزاء متحركة، مما يعزز الموثوقية ويقلل من متطلبات الصيانة.

مبدأ التشغيل مستشعر سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية:

- يستخدم طريقة زمن الرحلة للموجات فوق الصوتية لقياس سرعة الرياح.

- منطقة مسبار الاستشعار مجهزة بزوجين من مجسات الموجات فوق الصوتية (يتم ترتيبها عادةً في تشكيل متقاطع).

- يتم حساب سرعة الرياح عن طريق قياس فارق زمن الإرسال بين نقطتين.

- هذه الطريقة تتجنب تأثير درجة الحرارة على سرعة الصوت.

تطبيقات مستشعر سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية:

- ملاحظات الأرصاد الجوية: توفر بيانات دقيقة لملاحظات الأرصاد الجوية، مما يساعد في اختيار موقع مزرعة الرياح وتحسين كفاءة إنتاج الطاقة.

- التطبيقات البحرية: قياس سرعة الرياح السطحية البحرية ودعم الأرصاد الجوية البحرية وهندسة المحيطات والبحث العلمي البحري.

- المطارات والموانئ: توفر بيانات دقيقة عن اتجاه الرياح وسرعة إقلاع الطائرات وهبوطها، وملاحة السفن، وما إلى ذلك.

2.مقياس شدة الريح الكوب (مستشعر سرعة الرياح الميكانيكي)

تتكون أجهزة قياس شدة الريح الكأسية من عدة أكواب (عادة ثلاثة أو أكثر) مثبتة على أذرع أفقية متصلة بعمود رأسي. عندما تهب الرياح، فإنها تتسبب في دوران الأكواب حول محور عمودي. سرعة الدوران تتناسب مع سرعة الرياح. تتم معايرة هذه الأكواب بحيث يمكن تحويل سرعة الدوران إلى قياس لسرعة الرياح. غالبًا ما تستخدم مقاييس شدة الريح الحديثة أجهزة استشعار إلكترونية لحساب الدورات وتحويلها إلى قراءات رقمية لسرعة الرياح.

مبدأ تشغيل مقياس شدة الريح على شكل كوب:

- تدفق الهواء يولد القوة التي تدفع دوران المستشعر.

- يقوم العمود المركزي بتشغيل عناصر الاستشعار الداخلية لتوليد إشارات النبض.

- ضمن نطاق قياس سرعة الرياح، تكون سرعة الرياح في علاقة خطية مع تردد النبض، مما يسمح بحساب سرعة الرياح.

تطبيقات مقياس شدة الريح على شكل كوب:

- التطبيقات المخبرية والصناعية: تستخدم للبحث والتحكم في معدلات تدفق الغاز، مثل قياس تدفق الهواء للأبحاث التجريبية.

- الإنتاج الزراعي: مراقبة البيئات الزراعية ونمو المحاصيل، وتوفير دعم الأرصاد الجوية للإنتاج الزراعي.

3. مقياس شدة الريح بالسلك الساخن (مستشعر سرعة الرياح الحرارية)

يتضمن مبدأ مقياس شدة الريح بالسلك الساخن استخدام سلك رفيع جدًا، عادةً ما يكون مصنوعًا من البلاتين أو التنغستن أو الكونستانتان، ويتم تسخينه كهربائيًا إلى درجة حرارة ثابتة أعلى من درجة الحرارة المحيطة.عندما يتدفق الهواء فوق السلك، فإنه يبرد السلك، مما يسبب تغيرًا في مقاومة السلك. ترتبط كمية التبريد بشكل مباشر بسرعة تدفق الهواء. ومن خلال قياس التغير في المقاومة، يمكن للأداة حساب سرعة الرياح. هذا النوع من أجهزة استشعار سرعة الرياح حساس للغاية ويمكنه قياس سرعات الهواء المنخفضة جدًا بدقة.

مبدأ التشغيل مقياس شدة الريح بالسلك الساخن:

- على أساس العلاقة بين معدل تبديد حرارة السلك الساخن (أو الفيلم الساخن) في تدفق الهواء وسرعة الرياح.

- يتم تسخين السلك الساخن (أو الفيلم الساخن) إلى درجة حرارة معينة. عندما تهب الرياح، يتغير معدل تبديد الحرارة، مما يغير قيمة مقاومتها.

- يتم حساب سرعة الرياح عن طريق قياس التغير في المقاومة.

تطبيقات مقياس شدة الريح بالسلك الساخن:

- أبحاث الأرصاد الجوية:يستخدم للقياس الدقيق وتحليل بيانات الأرصاد الجوية.

- بيئات صناعية محددة: تستخدم في السيناريوهات التي تتطلب قياس سرعة الرياح بدقة عالية.

4. مقياس شدة الريح الأنبوبي Pitot (مستشعر سرعة الرياح بالضغط الديناميكي)

مبدأ العملية:

- تحديد سرعة الرياح عن طريق قياس فرق الضغط بين الأنبوب المركزي (أنبوب الضغط الساكن) وأنبوب الفتح الجانبي (أنبوب الضغط الديناميكي).

- فرق الضغط يتناسب طرديا مع مربع سرعة الرياح.

التطبيقات:

- ملاحظات الأرصاد الجوية: توفر دعم البيانات لملاحظات الأرصاد الجوية، وهي مناسبة بشكل خاص لقياس سرعات الرياح واسعة النطاق.

- الطائرات: قياس سرعة الرياح على الطائرات مثل الطائرات والمروحيات للتأكد من سلامة الطيران.

باختصار، الأنواع المختلفة من أجهزة استشعار سرعة الرياح لها مزاياها وقيودها الخاصة. يعتمد اختيار المستشعر على متطلبات التطبيق المحددة والظروف البيئية.

ورقة بيانات مستشعر سرعة الرياح (مقياس شدة الريح الكأسي).

NBL-W-SS-Wind-Speed-Sensors-Instruction-Manual-V4.0.pdf

ورقة بيانات مستشعر اتجاه الرياح

NBL-W-DS-wind-direction-sensor-Manual.pdf

ورقة بيانات مستشعر الضغط الجوي ودرجة الحرارة والرطوبة وسرعة الرياح واتجاهها 5 في 1

NBL-W-51MUWS-Ultrasonic-Integrated-Weather-Sensor-Instruction-Manual.pdf