Как сделать анемометр из свечи. Самодельный анемометр. Как сделать анемометр из электрического двигателя. Калибровка. (перевод). Измерение скорости ветра самодельными приборами для самодельных ветрогенераторов

Анемометр – прибор, предназначенный для измерения скорости воздушного (газового) потока. Ниже приводится авторизованный сокращенный пересказ статьи о том, как можно сделать самодельный анемометр из электрического моторчика. Оригинал статьи размещен на этом сайте. .

Если вы собираетесь в своем хозяйстве использовать ветровой генератор, вам потребуются для первоначальной оценки узнать ветровую обстановку на месте, где предполагается установка ветряка. Это даст вам исходную, базовую оценку, какой мощности ветряк и генератор вы можете построить. Коммерческие анемометры достаточно дороги, поэтому можно сделать анемометр самостоятельно. В качестве лопастей анемометра прекрасно подходят половинки пластиковых пасхальных яиц.

Еще нам потребуется небольшой бесщеточный электродвигатель на постоянных магнитах. Основной критерий выбора — минимальное сопротивление подшипников на валу двигателя. Так как ветер может быть весьма слабый и из-за трения он не сможет провернуть вал двигателя. В данном случае я использовал двигатель от неисправного старого жесткого диска. (Такие диски можно очень дешево купить на интернет аукционах, развалах местного радиорынка или магазинах и мастерских, занимающихся ремонтом и продажей компьютеров. сайт ). Впрочем, конструкция анемометра понятна из фотографий.

Такой двигатель представляет собой 12 катушек, расположенных на статоре и ротор, на котором находится постоянный магнит. Для управления таким двигателем используются специальные контроллеры и драйверы. Но если начать вращать ротор, то на катушках начнут наводиться электрический ток. Причем частота этого тока будет, естественно, напрямую связана с частотой вращения ротора. А она, в свою очередь, зависит от скорости ветра. Именно эти факты мы и будем использовать при построении самодельного анемометра.

Основная трудность при строительстве — это сделать исключительно сбалансированный ротор анемометра. Сам двигатель установлен на массивном основании, а на его ротор насажен диск из толстого пластика. Из пластиковых яиц мы вырезаем 3 совершенно одинаковых полусферы. С помощью стальных стержней или шпилек мы закрепляем полусферы на диске, тщательно разметив его на сектора по 120 градусов. Тщательная балансировка выполняется в помещении, где нет никакого движения ветра при горизонтальном положении оси анемометра. Подгонка веса производится при помощи надфилей. Ротор должен останавливаться в любом положении, а не в одном и том же.

Поскольку мы используем совершенно случайный электродвигатель и самодельный ветряк, мы совершенно не знаем, как он будет взаимодействовать с ветром. Нам придется калибровать наш анемометр самостоятельно. И для этого нам потребуется сделать простейший частотомер. Он будет преобразовывать частоту на его входе в напряжение или ток. Схемы таких частотомеров можно найти в журналах для радиолюбителей. Самый простейший такой преобразователь — это обычный интегратор (НЧ-фильтр), состоящий из диода и конденсатора. На выходе мы используем стрелочный миллиамперметр. (Примерные схемы простого частотомера см на оригинале статьи) .

Если вы используете какой либо усилитель в схеме частотомера, и питаете его от батарейки, вы должны понимать, что снижение ее напряжение могут оказывать влияние на показания прибора.

Калибровать самодельный анемометр лучше всего с помощью автомобиля. Правда потребуется какая то мачта, что бы анемометр не попадал в зону возмущенного воздуха, создаваемую автомобилем. Иначе его показания будут сильно искажены. Да и сам спидометр автомобиля проверяют с помощью GPS-навигатора, показывающего истинную скорость автомобиля.

Для калибровки выбирают безветренный день. Тогда калибровку можно произвести быстро. Если же дует какой либо ветер, то придется довольно долго ездить туда и обратно по дороге, что бы скорость ветра сначала прибавлялась в скорости движения, а затем вычиталась. И придется вычислять какие то средние значения. Да еще и ветер при этом не должен меняться. Это сложно и муторно. Поэтому лучше дождаться штиля и при движении по прямой дороге быстро откалибровать анемометр. Учтите, что спидометр нам будет показывать км/час, а скорость ветра нас интересует в м/сек. И соотношение между ними — 3,6. Т.е. показания спидометра надо делить на 3,6. Если автомобиль едет со скоростью 40 км/час, то значит скорость ветра, обдувающего анемометр равна 11,12 м/сек. При калибровке удобно использовать диктофон. Вы просто надиктовываете показания спидометра и прибора, а дома, в спокойной обстановке сможете сделать новую шкалу для своего анемометра.

Теперь, располагая анемометром, мы сможем собрать весьма достоверную информацию о ветровой обстановке в зоне будущей работы ветряка. И это позволит нам сделать правильный выбор и в плане конструкции и типа ветряка, а также мощности генератора.

(пересказ Константина Тимошенко).

Для изготовления прибора, который измеряет скорость воздушного потока, потребуются подручные средства. К примеру, в качестве лопастей анемометра можно использовать половинки пластиковых пасхальных яиц. Также обязательно потребуется компактный бесщеточный двигатель на постоянных магнитах. Главное, чтобы сопротивление подшипников на валу моторчика было минимальным. Такое требование обусловлено тем, что ветер может быть совсем слабым, и тогда вал двигателя просто не будет проворачиваться. Для создания анемометра сгодится двигатель от старого жесткого диска.

Главная трудность при сборке анемометра заключается в том, чтобы сделать сбалансированный ротор. Двигатель потребуется установить на массивное основание, а на его ротор насадить диск из толстого пластика. Затем из пластиковых яиц нужно аккуратно вырезать три одинаковые полусферы. Они закрепляются на диске при помощи шпилек или стальных стержней. При этом диск предварительно надо разделить на сектора по 120 градусов.

Балансировку рекомендуется проводить в помещении, где полностью отсутствуют всякие движения ветра. Ось анемометра должна находиться в горизонтальном положении. Подгонку веса обычно выполняют с помощью надфилей. Смысл в том, чтобы ротор останавливался в любом положении, а не в одном и том же.

Калибровка прибора

Самодельный прибор обязательно должен быть откалиброван. Для калибровки лучше всего использовать автомобиль. Но понадобится какая-то мачта, чтобы не попал в зону возмущенного воздуха, создаваемого автомобилем. В противном случае показания будут сильно искажены.

Калибровку следует проводить только в безветренный день. Тогда процесс не затянется. Если же будет дуть ветер, придется долго ездить по дороге и вычислять средние значения скорости ветра. Нужно учитывать, что скорость спидометра измеряется в км/ч, а скорость ветра в м/с. Соотношение между ними – 3,6. Это значит, что показания спидометра потребуется разделить на это число.

Некоторые люди в процессе калибровки используют диктофон. Можно просто надиктовать показания спидометра и анемометра на электронное устройство. В вы сможете создать новую шкалу для своего самодельного анемометра. Только с помощью правильно откалиброванного прибора можно получить достоверные данные о ветровой обстановке в необходимой зоне.

Определить на глаз точную скорость ветра не представляется возможным. Но в этом есть насущная необходимость, тем более что сегодня успешно применяется в качестве альтернативного источника электрической энергии. Поэтому для получения точных данных о скорости ветра разработан и сконструирован специальный прибор – анемометр. В зависимости от используемых материалов и выполняемых функций различают несколько моделей анемометров, находящих широкое применение в быту, в лабораториях и на промышленных предприятиях.

Наиболее распространенные модели анемометра – это:

Ручная модель с крыльчаткой, или так называемый лопастной анемометр . Его принцип действия напоминает работу вентилятора, что дало устройству еще одно название – вентиляционный анемометр. Попадая на широкую площадь поверхности лопастей, воздушная масса меняет интенсивность их вращения и позволяет легко рассчитать скорость ветра. От крыльчатки с помощью зубчатого колесного устройства запускается счетный механизм, отмечающий количество оборотов лопастей за единицу времени. Остается только вычислить скорость, которая будет равна произведению длины окружности траектории лопастей и количества оборотов. В числе главного преимущества данной модели – возможность определить не только скорость, но и направление ветра. Область применения лопастного анемометра – измерение параметров воздушных потоков в системах вентиляции и трубопроводах.

Чашечный анемометр . Первая модель, сконструированная человеком для измерения скорости ветра. Лопасти устройства напоминают небольшие чашки, последовательно размещенные на концах металлической конструкции и направленные в одну сторону. Принцип работы чашечного анемометра аналогичен действию лопастной модели. Счетчик, «зашитый» в пластиковый корпус, точно определяет количество полных оборотов лопастей за единицу времени. Такой анемометр можно легко сделать своими руками.

Термоанемометр – выполняет сразу две функции: определяет скорость и температуру воздушных масс. Принцип работы базируется на законах акустики: прибор улавливает звук, определяет его скорость и рассчитывает скорость ветра, одновременно отмечая его температуру. Электронная «начинка» гарантирует точность измерений и оперативную корректировку данных по мере изменения интенсивности перемещения воздушных масс. Термоанемометр находит широкое применение в ходе лабораторных исследований и контрольных замеров микроклиматических условий на рабочем месте в крупных промышленных цехах.

Принцип действия анемометров всех перечисленных моделей практически одинаков. Закрепленное на высоком шесте устройство поднимают как можно выше и устанавливают в направлении, позволяющем точно уловить движение воздушных масс. Механические анемометры контролируют по поверочному устройству, входящему в комплект поставки. На индукционных моделях показания, выраженные в метрах в секунду, отображаются на встроенном циферблате.

Для изготовления самодельного анемометра в домашних условиях понадобится старая модель видеомагнитофона. Его блок вращения головок станет основой будущей конструкции. Для этого с узла снимают лишние детали, чтобы получить в остатке только каркас с осью, блок подшипников и шайбу для крепления двигателя. Всего перечисленного вполне достаточно для замеров и расчета . Для дальнейшей работы потребуются домашние электроинструменты и немного терпения:

Во вращающейся части высверливаются отверстия диаметром 4мм, на которых будут устанавливаться чашки лопастей. Три отверстия на одной из них уже есть – это места креплений внутренних узлов в разобранном магнитофоне. По ним стоит ориентироваться, выбирая места для оставшихся девяти отверстий.
В отверстия вставляют болты типа М4 длиной 10мм. Надежно закрепить чашки и исключить их вращение на оси лопасти помогут резиновые шайбы, вырезанные из старой велосипедной камеры.
Теперь нужно взять 4 пластмассовые кружки для воды одного размера и просверлить в дне отверстие 4мм. Ручки чашек срезают «под корень».
Чашки крепят на оси, разворачивая их в одном направлении и фиксируя с помощью болтов и резиновых шайб. Полностью собранная конструкция должна легко вращаться под воздействием даже легкого ветра.

Теперь можно собрать конструкцию полностью. Для этого:

На вращающуюся часть узла устанавливается и крепится магнит, еще один элемент старого велосипеда. Затем проводится балансировка узла вращения, чтобы исключить одновременное вращение шеста вместе с движущимися лопастями.
В качестве счетного датчика можно использовать снятый с велосипеда мини-компьютер. Его приклеивают к неподвижной части узла, закрыв магнит листом картона. Обязательно стоит проверить датчик тестером на быстроту срабатывания.
Остается подключить кабель и закрепить на неподвижной части устройства кусок металлического уголка для последующего монтажа конструкции.

Для точной настройки самодельного анемометра потребуется стандартная модель устройства, изготовленная в заводских условиях. В ходе одновременно выполняемых замеров показания обоих приборов должны полностью совпадать. В случае если достать готовую модель устройства не представляется возможным, самодельный анемометр можно проверить в ходе движения автомобиля в условиях полного отсутствия ветра. Количество вращений лопастей должно соответствовать показаниям спидометра. Остается только рассчитать радиус колеса в мм и сделать соответствующий перерасчет по геометрическим размерам анемометра.

После проверки точности измерения можно приступать к установке конструкции на крышу дома. Для этого понадобится достаточно высокий прочный шест, чтобы измеряемый поток воздушных масс не ограничивали расположенные рядом деревья и постройки. И для полного завершения работ остается только подключить электронную часть прибора. Теперь анемометр полностью готов выполнять свою основную функцию – фиксировать точную скорость ветра за окном.

Появилась задача собрать для одного проекта анемометр, чтобы снимать данные можно было на компьютере по интерфейсу USB. В статье речь пойдет больше о самом анемометре, чем о системе обработки данных с него:

1. Компоненты

Итак, для изготовления изделия понадобились следующие компоненты:

Шариковая мышь Mitsumi - 1 шт.
Мячик для пинг-понга - 2 шт.
Кусок оргстекла подходящего размера
Медная проволока сечением 2,5 мм2 - 3 см
Стержень от шариковой ручки - 1 шт.
Палочка от конфеты чупа-чупс - 1 шт.
Клипса для кабеля - 1 шт.
Полый латунный бочонок 1 шт.

2. Изготовление крыльчатки

К латунному бочонку были припаяны 3 куска медной проволоки длиной 1 см каждый под углом 120 градусов. В отверстие бочонка я припаял стойку из китайского плеера с резьбой на конце.

Трубочку от конфеты разрезал на 3 части длиной около 2 см.

Разрезал пополам 2 шарика и с помощью мелких шурупов из того же плеера и полистирольного клея (клеевым пистолетом) прикрепил половинки шарика к трубочкам от чупа-чупса.

Трубочки с половинками шарика надел на припаянные куски проволоки, сверху все закрепил клеем.

3. Изготовление основной части

Несущим элементом анемометра является металлический стержень от шариковой ручки. В нижнюю часть стержня (куда вставлялась пробка) я вставил диск от мышки (энкодер). В конструкции самой мышки нижняя часть энкодера упиралась в корпус мышки образуя точечный подшипник, там была смазка, поэтому энкодер легко крутился. Но нужно было зафиксировать верхнюю часть стержня, для этого я подобрал подходящий кусок пластика с отверстием точно по диаметру стержня (такой кусок был вырезан из системы выдвигания каретки CD-ROMa). Оставалось решить проблему с тем, чтобы стержень с энкодером не выпадал из точечного подшипника, поэтому на стержне непосредственно перед удерживающим элементом я напаял несколько капель припоя. Таким образом, стержень свободно крутился в удерживающей конструкции, но не выпадал из подшипника.

Причина, по которой была выбрана схема с энкодером, следующая: все статьи о самодельных анемометрах в Интернете описывали их изготовление на базе двигателя постоянного тока от плеера, CD-ROMa или еще какого изделия. Проблема с такими устройствами во первых в их калибровке и малой точности при малой скорости ветра, а во вторых - в нелинейной характеристике скорости ветра по отношению к выходному напряжению, т.е. для передачи информации на компьютер есть определенные проблемы, нужно просчитывать закон изменения напряжения или тока от скорости ветра. При использовании энкодера такой проблемы нет, так как зависимость получается линейной. Точность высочайшая, так как энкодер дает около 50 импульсов на один оборот оси анемометра, но несколько усложняется схема преобразователя, в котором стоит микроконтроллер, считающий количество импульсов в секунду на одном из портов и выдающий это значение в порт USB.

4. Испытания и калибровка

Для калибровки был использован лабораторный анемометр

Весь процесс наглядно виден на роликах:

Спасибо за внимание

Мой новый анемометр. Анемометр получился не маленький, генератор дисковый, диаметр винта 0.5 м. Анемометр горизонтального типа с шестилопастным винтом. В статье подробное описание с фото и видео

Новая статья по теме + фото и видео - Анемометр андроид + микрофон

Наконец дело дошло и до анемометра. Имея опыт изготовления уже трех ветрогенераторов я так и не знаю точно на каком ветре и сколько дают мои ветряки. Сейчас всего один ветрогенератор в строю, мой самый удачный, хотя и собранный весь " на коленке". Я примерно и представляю силу ветра и могу отличить ветер в 5 м/с от 10 м/с, но все-же хочется более точно знать скорость ветра чтобы определять мощность ветрогенератора.

Несколько дней время от времени думал из чего-же сделать анемометр, но из хлама, имеющегося дома пока ничего толкового не вырисовывалось. Нашел два маленьких моторчика от DVD плеера, но они что-то уж больно крошечные и лопасти к тонкому валу трудно придумать.

Попался мне на глаза автомобильный вентилятор, такие в грузовых авто ставят обычно. Вот его та я и замучил. Разобрал и достал моторчик. С винта сломал лопасти и осталось только основание - центральная часть, которая на вал надевается. Далее думал какие лопасти к нему приделать, пробовал и донышки пластиковых бутылок и банки консервные, но все это мне не нравилось.

Потом отыскал кусок ПВХ трубы диаметром 5см, и длинной50 см. Из нее сделал 4 лопасти, просто порезал трубу вдоль на две половинки, и половинки, каждую на две части, получилось 4 лопасти. В основании, которое осталось от родного винта просверлил 4 отверстия для крепления лопастей, так-же и в лопастях сделал 4 отверстия. Все это дело скрутил на болтики и получился четырех лопастной винт - савониус (первая "серьезная" вертикалка).

Ну а далее нашел провода нужной длинны, сростил метром 5 антенного кабеля и метров 8 обычного. провода сразу подсоединил чтобы замерять параметры с учетом длинны провода, так-как данные могут различаться если делать замеры на метровом проводе, или на 13 м.

Потом нашел кусок металлической трубки длинной около 80-90 см, ее изогнул буквой Z и примотал моторчик. Этой трубкой анемометр будет крепиться к мачте. Тут ничего сложного, можно использовать любой подручный материал.

Ну а далее, как собрал полностью анемометр, я его чтобы откалибровать установил на свой мотоцикл. Ниже на фото можно видеть как это сделано, все примитивно и просто. На зеркало приматах изолентой мыльтиметр, в общем кое-как все закрепил чтобы освободить руки для управления мотоциклом.

Этот осенний денек очень удачный из-за практически полного отсутствия ветра, что кстати и послужило быстрой сборки анемометра, не пропадать-же такому дню. На асфальт выезжать не хотелось, так-как с непонятной штуковиной спереди мотоцикла я бы привлекал к себе внимание, поэтому решил проехаться по полям вдоль лесопосадок.

Катался туда сюда и в разных направлениях и записывал в телефон показания мультиметра при разных скоростях движения. Стартовал анемометр со скорости 7 км/ч, и я постепенно откатал туда сюда на разных скоростях начиная с 10 км/ч и максимальная 40км/ч, можно было и больше, но грунтовые дороги очень не ровные и сильно не разгонишься.

После покатушек нарисовались вот такие данные. Мультиметр показал при 10км/с =0.06V , при 20км/ч=0.12V, при 30=0.20V, при 40км/ч=0.30V.

Потом с помощью калькулятора я высчитал показания для промежуточных значений скорости ветра.

Вольты-скорость ветра м/с.

Данные выше 11 м/с вычислил нарисовав на листке бумаги график роста напряжения в зависимости от скорости ветра, который плавно продолжил до 15 м/с. Этим-же днем, а точнее уже вечером установил анемометр на мачту к ветрогенератору. Опустил ветряк и примотал ниже анемометр. Трубу временно притянул на проволоку и обмотал дополнительно изолентой, получилось вроде крепко. Ну а далее поднял все это дело на место и теперь рядом с ветрогенератором на мачте теперь стоит анемометр, который стартует при 3м/с и исправно показывает скорость ветра.

Ниже на фото уже поднятый ветрогенератор с закрепленным анемометром. Более подробно я не стал фотографировать, так-как там ничего сложного нет, и повторять нечего. Анемометр собрать можно из чего угодно, из практически любого моторчика. Калибровать конечно удобнее на автомобиле. Там и комфортное, и удобнее, и спидометр точнее. Но я вот решил на мотоцикле, и тоже вроде получилось неплохо, надеюсь если спидометр и врет, то не намного.

Пока все, эта первая версия этого анемометра, и я думаю не последняя. А пока дождусь ветра и узнаю что дает мой ветрогенератор. Ну и дополню эту статью этими данными. А может что-нибудь придется переделывать....

Дополнение

Появился ветер и я испытал анемометр. Первые наблюдения за силой ветра и показанием амперметра генератора наглядно показали какой не постоянный ветер. Сдесь внизу, так-как мачта немвысокая, он состоит в основном из коротких порывов, длительность которых не привышает двух трех секунд, и за несколько секунд ветер может меняться в больших пределах.

Не нагруженый ничем винт анемометра резко реагирует на каждый порыв и изменение скорости ветра. А нагруженый винт этого ветрогенератора все-таки запаздывает в реакциях, и из-за этого не синхронные данные в показаниях. Сегодня ветер 3-7 м/с, анемометр правда ловил пару порывов до 10м/с, но они длились менее секунды и ветрогенератор просто не упевал на них реагировать.

Спустя некоторое время наблюдений нарисовались некоторые средние значения силы тока от ветрогенератора при определенном ветре. Стартует винт с 3,5-4 м/с, зарядка 0.5А на 4м/с, 1А на 5м/с, 2,5А на 6м/с, 4А на 7м/с, 5А на 8м/с . Эти данные усредненные, так-как амперметр аналоговый стот, и я могу ошибаться до 0.5А в показаниях силы тока от ветрогенератора.