Anemometer

Als Anemometer werden Geräte zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten bezeichnet. Der griechische Wortstamm Anemos bedeutet Wind. Der Begriff Anemometer wird aber nicht nur für Geräte zum Messen der Windgeschwindigkeit verwendet. Auch andere Luftbewegungen und Strömungen technischer Gase können mit einem Anemometer gemessen werden.Gelegentlich werden auch Geräte zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten Anemometer genannt.

Anemometer gibt es inzwischen in vielen verschiedenen Bauformen und Ausstattungsvarianten. Im nachfolgenden Text sind einige grundlegende Informationen zusammengetragen, die die Auswahl erleichtern können. Falls für eine spezielle Anwendung kein serienmäßig hergestelltes Anemometer eingesetzt werden kann, bieten viele Hersteller auch individuelle Anpassungen.

Anemometer werden entweder als komplettes Messsystem angeboten, also als Sensor mit Auswerte- und Anzeigeeinheit oder als Sensor mit Schnittstellen zu separaten Auswertegeräten wie Datenloggern, Alarmeinheiten, Anzeigen oder Schaltgeräten. Zunächst sollten der Einsatzzweck und die konkreten Anforderungen an das Anemometer festgelegt werden. Dann können die folgenden Punkte geklärt werden, bevor verschiedene Modelle verglichen werden.

Messbereich und Strömungsrichtung
Die meisten Anemometer sind aufgrund ihrer Bauart nicht für alle Geschwindigkeiten geeignet. Die Strömungsgeschwindigkeiten, die zu hoch oder zu niedrig sind, können dann nicht erfasst werden. Außerdem muss für die Auswahl unbedingt berücksichtigt werden, ob eine oder mehrere Strömungsrichtungen erfasst werden sollen. Für Messungen an Lüftungskanälen und zur Lecksuche genügt in der Regel ein Anemometer, mit dem nur eine Strömungsrichtung gemessen werden kann. Für die Messung von Windgeschwindigkeiten ist es dagegen wichtig, dass das Anemometer für alle Windrichtungen funktioniert.

Maßeinheiten
Für die Strömungsgeschwindigkeit haben sich international verschiedene Einheiten durchgesetzt. Diese können über Faktoren umgerechnet werden. Komfortabler ist es, wenn das Anemometer den Messwert sofort in der Einheit anzeigt, die benötigt wird. Viele Anemometer ermöglichen die Auswahl verschiedener Einheiten. Auch Anemometer mit Berechnung des Volumenstroms sollten sofort die gesuchte Maßeinheit für das Volumen pro Zeiteinheit anzeigen.

Anzeigemöglichkeit
Mobile digitale Anemometer zeigen den Messwert meist direkt auf dem Gerätedisplay an. Stationär eingesetzte Anemometer sind häufig so montiert, dass eine direkte Anzeige am Messort schwer ablesbar wäre. Deshalb werden die Messergebnisse dieser Anemometer per Kabel oder Funk an andere Anzeige- oder Auswertegeräte übertragen und dort angezeigt.

Speicher und Schnittstellen
Wenn ein Anemometer mit Speicher benötigt wird, ist nicht nur die Speichergröße und die Speicherrate wichtig. Es muss auch darauf geachtet werden, in welchem Format und mit welchen Zusatzinformationen gespeichert wird und wie die Daten ausgelesen werden können. Anemometer können mit Schnittstellen zur Spannungsversorgung, zur Daten- und zur Signalübertragung ausgestattet sein. Anemometer in Wind-Warnanlagen haben beispielsweise oft Anschlüsse für optische oder akustische Alarmierungsgeräte. Die Alarmierung wird erst ausgelöst, wenn der Messwert am Anemometer einen eingestellten Grenzwert überschreitet.

Stationärer oder mobiler Einsatz
Anemometer sind meist entweder für die stationäre oder für den mobile Anwendung ausgelegt. Unterschiede liegen vor allem in der Bedienung, in der Art der Spannungsversorgung und bei den Schnittstellen. Fest eingebaute Anemometer werden üblicherweise zur Dauermessung eingesetzt und speichern oder übertragen ständig Messdaten. Mobile Anemometer werden dagegen oft für Einzelmessungen oder für zeitlich begrenzte Kontrollen der Strömungsverhältnisse verwendet.

Bedingungen an der Messstelle
Nicht nur die Strömungsgeschwindigkeit, und Strömungsrichtung, auch die Erreichbarkeit der Kontrollstelle und die Partikelbelastung der Luft müssen berücksichtigt werden. Abhängig von der Bauart und dem Funktionsprinzip eignen sich einige Anemometer besonders gut für bestimmte Einsatzbedingungen.

Temperaturmessung
Anemometer können mit zusätzlichen Sensoren auch die Temperatur des strömenden Mediums bestimmen. Ein Anemometer mit Temperatursensor liefert beispielsweise in der Lüftungs- und Klimatechnik, aber auch bei der Lecksuche hilfreiche Zusatzinformationen, die nicht separat gemessen werden müssen.

Berechnungsfunktionen
Bei einem Anemometer mit Volumenberechnung kann nach Eingabe der Querschnittsfläche direkt am Display der Volumenstrom angezeigt werden. Für präzise Ergebnisse zum Volumenstrom in Rohrleitungen muss jedoch kontrolliert werden, ob die im Anemometer gespeicherten Formeln den tatsächlichen Strömungsverhältnissen entsprechen. Für bestimmte Fälle können Wichtungen für Strömungsrandbereiche und Kernströmungen sofort berücksichtigt werden.

Anemometer mit Flügelrad- oder Schalenkreuz
Anemometer bei denen ein Rad durch die Luftbewegung in Drehung versetzt wird gehören zu den ältesten Windmessgeräten. Je stärker die Strömung, desto schneller dreht das Rad. Diese Anemometer werden nach ihrer Bauweise in Flügelrad- und Schalenkreuzanemometer unterteilt.

Beim Flügelrad sind wie bei einem Windrad oder einem Propeller mehrere Flügel um eine Drehachse angeordnet. Damit das Flügelrad durch den Wind bewegt wird, muss die Drehachse in Strömungsrichtung gedreht werden. Anemometer mit Flügelrad messen die maximale Geschwindigkeit nur dann, wenn sie korrekt ausgerichtet werden. Die eigentliche Messung erfolgt dann durch Zählung der Umdrehungen. Je nach Modell werden die Umdrehungen über einen Hallsensor erfasst oder über einen optischen Sensor, der eine am Flügelrad angebrachte Reflexmarke abtastet.

Beim Schalenrad sind keine geneigten Flügelflächen, sondern Schalen um die Drehachse angeordnet. Die Drehachse dieser Anemometer, wird so ausgerichtet, dass sie alle Windrichtungen erfassen kann. Dieser Typ Anemometer misst also richtungsunabhängig. Er wird oft als stationäres Anemometer an Gebäuden, an Kränen, auf Schiffen, auf Flugplätzen und an Windkraftanlagen zur Windmessung eingesetzt.

Drehende Anemometer ermöglichen die Wahrnehmung von Windströmungen auch ohne Displayanzeige. Durch die Trägheit der drehenden Teile funktionieren sie aber nicht für sehr geringe Geschwindigkeiten und bei schnellen Veränderungen.

Hitzedrahtanemometer
Ein Hitzedraht-Anemometer ist ein Gerät zur Messung der Geschwindigkeit einer Luftströmung. Das Anemometer funktioniert nach dem Prinzip, dass ein Draht, wenn er durch einen Strom erhitzt wird, Wärme mit einer Geschwindigkeit überträgt, die proportional zur Luftgeschwindigkeit in seiner Umgebung ist. Heizdrähte werden in der Regel aus Nickel-Chrom oder Platin hergestellt und können einen sehr kleinen Durchmesser von nur 0,3 mm haben.

Das thermische Anemometer funktioniert, indem es einen Draht aufheizt und dann misst, wie viel Energie er benötigt, um seine Temperatur trotz Änderungen der Luftgeschwindigkeit konstant zu halten. Wenn die Windgeschwindigkeit zunimmt, muss mehr Energie zugeführt werden, um den Draht auf der gewünschten Temperatur zu halten; wenn kein Wind weht, wird weniger Energie benötigt. Diese Energie wird als Spannung abgelesen, die das Anemometers dann in Windgeschwindigkeit umwandelt.

Der gängigste Typ von Hitzedraht-Anemometern verwendet zwei Drähte, die jeweils über ein eigenes Temperaturkontrollsystem verfügen und in einer Wheatstone-Brückenschaltung verbunden sind. Ein Draht wird beheizt und der andere dient als Referenzpunkt. Durch die Messung der Spannung über der Brücke können Änderungen der Luftgeschwindigkeit genau bestimmt werden. Das Anemometer verfügt außerdem über Sensoren zur Messung der Umgebungstemperatur und des Umgebungsdrucks, so dass Korrekturen für Schwankungen aufgrund dieser Faktoren vorgenommen werden können.

Hitzedraht Anemometer liefern genaue Messungen der Windgeschwindigkeit über einen weiten Bereich von Bedingungen und eignen sich daher ideal für meteorologische Studien sowie für den Einsatz in industriellen Anwendungen, wo präzise Messwerte benötigt werden. Darüber hinaus ist das Hitzedraht-Anemometer viel kleiner und leichter als andere Arten von Windgeschwindigkeitssensoren, so dass es leicht an vielen verschiedenen Orten installiert werden kann, ohne großen Platzbedarf oder Gewichtsbeschränkungen zu haben.

Hitzedraht-Anemometer sind zuverlässige und effiziente Messgeräte, die in einem breiten Temperatur- und Druckbereich präzise Messwerte liefern können. Durch den Einsatz dieser Technologie können Wissenschaftler und Ingenieure die Luftgeschwindigkeit mit großer Genauigkeit messen, was zu einem besseren Verständnis verschiedenster Prozesse führt. Hitzedraht-Anemometer eignen sich aufgrund ihrer Genauigkeit und Zuverlässigkeit besonders für eine Vielzahl von Anwendungen in vielen Branchen. Dazu gehören Belüftungssysteme, HVAC-Systeme, Windkanaltests, Luftstrommessungen in der Automobilindustrie, Laborstudien und medizinische Forschung. Hitzedraht-Anemometer können die Luftgeschwindigkeit in einem breiten Temperatur- und Druckbereich genau messen und ermöglichen so eine schnellere und eine kostengünstigere Datenerfassung. Außerdem können Hitzedraht-Anemometer zur Überwachung des Luftstroms in industrielle Anwendungen, wie z.B. in Verbrennungssystemen und Lüftungskanälen verwendet werden.

Darüber hinaus sind thermische Anemometer durch ihre geringe Größe und Tragbarkeit ideal für den Einsatz in allen möglichen Anwendungen von Forschungslabors bis hin zu industriellen Einrichtungen geeignet. Bei richtiger Einrichtung und Wartung können Hitzedraht-Anemometer viele Jahre lang verwendet werden, ohne dass größere Reparaturen oder Auswechslungen erforderlich sind. Daher bieten sie im Vergleich zu anderen Arten von Geschwindigkeitssensoren ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis.

Staurohranemometer
Ein Staurohr Anemometer ist ein Messgerät, welches die Geschwindigkeit von Luft misst. Es besteht aus einem Rohr mit zwei Öffnungen zur Differenzdruckmessung und basiert auf dem Prinzip von Bernoulli welches besagt, dass der Druck eines Mediums dort geringer ist, wo ihre Geschwindigkeit höher ist.

Die Genauigkeit eines Staurohr Anemometers hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die genaue Platzierung in Bezug auf die Strömungsrichtung und die richtige Kalibrierung für bestimmte Medien (ob Flüssigkeit oder Gas). Außerdem, wenn die Strömung turbulent ist, können Partikel durch Hindernisse auf ihrem Weg abgelenkt werden und einen Messfehler verursachen. Eine sorgfältige Platzierung der Pitot-Rohre ermöglicht genauere Messwerte bei weniger turbulenter Strömung.

Pitotrohr-Anemometer sind eine beliebte Wahl für HLK-Anwendungen, da sie die Luftgeschwindigkeit in kleinen Kanälen und anderen beengten Räumen genau messen können. Das Anemometer besteht aus einem Pitot-Rohr, das mit einem Luftströmungsmesser oder einem anderen Messinstrument verbunden ist, das dann zur Messung der Luftgeschwindigkeit kalibriert werden kann.

Die meisten modernen Staurohr-Anemometer enthalten auch Sensoren wie Temperaturfühler oder Feuchtigkeitsmesser, um noch detailliertere Messungen der Luftstromeigenschaften zu ermöglichen. Dies hilft dem Benutzer, besser zu verstehen, wie sich die Luft durch den Raum bewegt, und fundierte Entscheidungen zu treffen zum Thema Luftmanagement.

Das Grundprinzip eines Pitotrohr-Anemometers besteht darin, dass es einen durch die Luftgeschwindigkeit verursachten Differenzdruck misst. In seiner einfachsten Form sind die beiden Enden eines Pitot-Rohrs zur Atmosphäre hin offen, wobei ein Ende direkt in den Luftstrom und das andere in die gleiche Richtung, aber in einem Winkel von 90° zum ersten Ende gerichtet ist. Wenn beide Seiten dem gleichen atmosphärischen Druck ausgesetzt sind, gibt es keine Messung oder Anzeige der Luftströmungsgeschwindigkeit. Wenn die Luft jedoch schneller über eine Seite des Rohrs strömt als über die andere Seite, entsteht ein Unterschied im statischen Druck zwischen den beiden Seiten, der dann gemessen und in eine genaue Darstellung der Luftgeschwindigkeit umgewandelt werden kann.

Um diese Differenzen genau zu messen und um diese genau in Geschwindigkeitsmessungen umzuwandeln, stützt sich das Gerät auf eine druckempfindliche Membran, die Änderungen des atmosphärischen Drucks erkennen kann. Diese Membran befindet sich am Boden des Rohrs und ist mit einer Nadel verbunden, die sich entlang einer kalibrierten Skala bewegt, wenn die Luftgeschwindigkeit zu- oder abnimmt. Die Position der Nadel zeigt das Ausmaß der Luftströmungsgeschwindigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt an, so dass Sie eine unmittelbare Anzeige der Luftgeschwindigkeit erhalten.

Pitot-Rohre können einen breiten Bereich von Luftströmungsgeschwindigkeiten messen, von sehr niedrigen bis hin zu Überschallgeschwindigkeiten. Sie sind so konstruiert, dass sie relativ unempfindlich gegenüber Turbulenzen und Verzerrungen durch äußere Faktoren wie Hitze oder Windscherung sind, so dass sie auch unter extremen Bedingungen genaue Messwerte liefern.

Hier eine Übersicht dazu, welche Anemometer sich für bestimmte Anwendungen eignen. Falls für spezielle Anwendungen kein Anemometer aus dem Standardsortiment eingesetzt werden kann, sind gegebenenfalls kunden- oder anwendungsspezifische Anpassungen möglich.

Bei Messungen von Strömungsgeschwindigkeiten müssen viele Anemometer zur Strömung ausgerichtet werden. Wird der Sensor falsch herum in die Luftströmung gehalten, kommt es zu Fehlmessungen oder sogar zur Zerstörung des Sensors, weil einige Flügelräder eine vorgegebene Laufrichtung haben. Auf vielen der Anemometer sind deshalb Richtungspfeile angebracht.

Bei einem Anemometer mit thermischem Arbeitsprinzip muss darauf geachtet werden, dass das dünne Messfähnchen durch aufprallende Teilchen leicht zerstört werden kann. Diese Typen sollten also nicht dort eingesetzt werden, wo mit hoher Partikelbelastung zu rechnen ist. Stattdessen können mechanische Anemometer oder ab einer minimalen Strömungsgeschwindigkeit von 5 m/s Anemometer mit Pitot-Rohr verwendet werden. Die Anemometer mit Pitot-Rohr sind sehr genau, äußerst robust und decken einen großen Geschwindigkeitsbereich ab. Anemometer mit Funktion zur Mittelwertbildung ermöglichen es, den kompletten Strömungsquerschnitt ellipsenförmig abzufahren, um passende Durchschnittswerte zu messen.

Die Windgeschwindigkeit wird für Wettermeldungen standardmäßig in einer Höhe von 10 m gemessen. Dadurch werden die lokal deutlich variierenden Einflüsse in Bodennähe eliminiert. Für konkrete Anwendungen ist es durchaus sinnvoll oder sogar zwingend notwendig, bei Messungen im Freien von dieser Standardhöhe abzuweichen.