Anemometer

Een anemometer is een apparaat voor het meten van stromingssnelheden. Het Griekse woord "Anemos" betekent wind. De term anemometer wordt echter niet alleen gebruikt voor apparaten die de windsnelheid meten. Ook andere luchtbewegingen en stromingen van technische gassen kunnen met een anemometer worden gemeten. Soms worden ook apparaten voor het meten van de stromingssnelheid van vloeistoffen anemometers genoemd.

Anemometers zijn tegenwoordig verkrijgbaar in vele verschillende uitvoeringen en varianten. In de volgende tekst zijn enkele basisinformatie verzameld die de keuze kan vergemakkelijken. Als voor een specifieke toepassing geen standaard anemometer kan worden gebruikt, bieden veel fabrikanten ook maatwerkopties.

Anemometers worden ofwel aangeboden als een compleet meetsysteem, dus als sensor met analyse- en weergave-eenheid, of als sensor met interfaces naar aparte analysemiddelen zoals dataloggers, alarmeenheden, displays of schakelaars. Eerst moeten het beoogde gebruik en de specifieke eisen aan de anemometer worden vastgesteld. Vervolgens kunnen de volgende punten worden verduidelijkt voordat verschillende modellen worden vergeleken.

Meetbereik en stromingsrichting
De meeste anemometers zijn door hun constructie niet geschikt voor alle snelheden. Stromingssnelheden die te hoog of te laag zijn, kunnen dan niet worden geregistreerd. Bovendien moet bij de selectie absoluut rekening worden gehouden met de vraag of één of meerdere stromingsrichtingen moeten worden geregistreerd. Voor metingen aan ventilatiekanalen en voor het opsporen van lekken volstaat meestal een anemometer die slechts één stromingsrichting kan meten. Voor het meten van windsnelheden is het echter belangrijk dat de anemometer voor alle windrichtingen werkt.

Meeteenheden
Voor de stromingssnelheid zijn internationaal verschillende eenheden gebruikelijk. Deze kunnen worden omgerekend met factoren. Het is echter handiger als de anemometer de meetwaarde direct in de benodigde eenheid weergeeft. Veel anemometers bieden de mogelijkheid om verschillende eenheden te selecteren. Ook anemometers met volumestroomcalculatie moeten direct de gewenste eenheid voor volume per tijdseenheid weergeven.

Weergave-opties
Mobiele digitale anemometers tonen de meetwaarde meestal direct op het apparaatdisplay. Stationair gebruikte anemometers zijn vaak zo gemonteerd dat een directe weergave op de meetlocatie moeilijk afleesbaar is. Daarom worden de meetresultaten van deze anemometers via kabel of draadloos naar andere weergave- of evaluatieapparaten verzonden en daar weergegeven.

Geheugen en interfaces
Als een anemometer met geheugen nodig is, is niet alleen de geheugengrootte en de opslagfrequentie belangrijk. Er moet ook op worden gelet in welk formaat en met welke extra informatie wordt opgeslagen en hoe de gegevens kunnen worden uitgelezen. Anemometers kunnen worden uitgerust met interfaces voor stroomvoorziening, gegevensoverdracht en signaaloverdracht. Anemometers in wind-waarschuwingssystemen hebben bijvoorbeeld vaak aansluitingen voor optische of akoestische alarmsystemen. De alarmmelding wordt pas geactiveerd wanneer de meetwaarde op de anemometer een ingestelde drempel overschrijdt.

Stationair of mobiel gebruik
Anemometers zijn meestal ontworpen voor stationair of mobiel gebruik. Verschillen liggen vooral in de bediening, de manier van stroomvoorziening en de interfaces. Vaste anemometers worden meestal gebruikt voor continue metingen en slaan constant meetgegevens op of verzenden deze. Mobiele anemometers worden daarentegen vaak gebruikt voor eenmalige metingen of voor tijdelijke controles van stromingsomstandigheden.

Voorwaarden op de meetlocatie
Niet alleen de stromingssnelheid en stromingsrichting, maar ook de bereikbaarheid van de controlelocatie en de deeltjesbelasting van de lucht moeten in overweging worden genomen. Afhankelijk van de constructie en het werkingsprincipe zijn sommige anemometers bijzonder geschikt voor bepaalde gebruiksomstandigheden.

Temperatuurmeting
Anemometers kunnen ook worden uitgerust met extra sensoren om de temperatuur van het stromende medium te bepalen. Een anemometer met temperatuursensor biedt bijvoorbeeld nuttige extra informatie in de ventilatie- en airconditioningtechniek, maar ook bij het opsporen van lekken, die niet afzonderlijk hoeven te worden gemeten.

Berekeningsfuncties
Bij een anemometer met volumecalculatie kan na invoer van de doorsnede direct op het display het volumestroom worden weergegeven. Voor nauwkeurige resultaten van het volumestroom in leidingen moet echter worden gecontroleerd of de in de anemometer opgeslagen formules overeenkomen met de werkelijke stromingsomstandigheden. Voor bepaalde gevallen kunnen correctiefactoren voor randstromingsgebieden en kernstromingen direct worden toegepast.

Anemometers met schoepenrad of schaalrad
Anemometers waarbij een rad door de luchtstroom in beweging wordt gebracht behoren tot de oudste windmeetinstrumenten. Hoe sterker de stroming, des te sneller draait het rad. Deze anemometers worden op basis van hun constructie onderverdeeld in schoepenrad- en schaalradanemometers.

Bij een schoepenrad zijn, net als bij een windmolen of propeller, meerdere bladen rond een rotatieas geplaatst. Om het schoepenrad door de wind te laten bewegen, moet de rotatieas in de stromingsrichting worden gedraaid. Anemometers met schoepenrad meten de maximale snelheid alleen als ze correct zijn uitgelijnd. De eigenlijke meting vindt dan plaats door het tellen van de omwentelingen. Afhankelijk van het model worden de omwentelingen gedetecteerd met een Hall-sensor of een optische sensor die een reflectiemerk op het schoepenrad aftast.

Bij een schaalrad zijn er geen schuine vleugeloppervlakken, maar schalen rond de rotatieas geplaatst. De rotatieas van deze anemometers is zo uitgelijnd dat ze in alle windrichtingen kunnen meten. Dit type anemometer meet dus onafhankelijk van de richting. Het wordt vaak als stationaire anemometer gebruikt op gebouwen, kranen, schepen, vliegvelden en bij windturbines voor het meten van de wind.

Roterende anemometers maken het mogelijk om windstromingen waar te nemen zonder displayweergave. Door de traagheid van de roterende onderdelen werken ze echter niet voor zeer lage snelheden en bij snelle veranderingen.

Hittendraadanemometer
Een hittendraad-anemometer is een apparaat voor het meten van de snelheid van een luchtstroom. Het anemometer werkt volgens het principe dat een draad, als deze door een stroom wordt verwarmd, warmte overdraagt met een snelheid die evenredig is aan de luchtsnelheid in zijn omgeving. Verwarmingsdraden zijn meestal gemaakt van nikkel-chroom of platina en kunnen een zeer kleine diameter van slechts 0,3 mm hebben.

Het thermische anemometer werkt door een draad te verwarmen en vervolgens te meten hoeveel energie nodig is om zijn temperatuur constant te houden ondanks veranderingen in de luchtsnelheid. Als de windsnelheid toeneemt, moet er meer energie worden toegevoerd om de draad op de gewenste temperatuur te houden; als er geen wind is, is minder energie nodig. Deze energie wordt gelezen als spanning, die het anemometer dan omzet in windsnelheid.

Het meest voorkomende type hittendraad-anemometers gebruikt twee draden, die elk zijn uitgerust met een eigen temperatuurcontrolesysteem en zijn verbonden in een Wheatstone-brugcircuit. Een draad wordt verwarmd en de andere dient als referentiepunt. Door de spanning over de brug te meten, kunnen veranderingen in de luchtsnelheid nauwkeurig worden bepaald. Het anemometer is ook uitgerust met sensoren voor het meten van de omgevingstemperatuur en -druk, zodat correcties kunnen worden aangebracht voor schommelingen als gevolg van deze factoren.

Hittendraad-anemometers leveren nauwkeurige metingen van de windsnelheid over een breed scala aan omstandigheden en zijn daarom ideaal voor meteorologische studies en voor gebruik in industriële toepassingen waar nauwkeurige meetwaarden nodig zijn. Bovendien is de hittendraad-anemometer veel kleiner en lichter dan andere soorten windsnelheidssensoren, waardoor het gemakkelijk op veel verschillende locaties kan worden geïnstalleerd zonder veel ruimte of gewichtsbeperkingen.

Hittendraad-anemometers zijn betrouwbare en efficiënte meetinstrumenten die nauwkeurige meetwaarden kunnen leveren over een breed temperatuuren drukbereik. Door deze technologie te gebruiken, kunnen wetenschappers en ingenieurs de luchtsnelheid met grote nauwkeurigheid meten, wat leidt tot een beter begrip van verschillende processen. Hittendraad-anemometers zijn door hun nauwkeurigheid en betrouwbaarheid bijzonder geschikt voor een breed scala aan toepassingen in veel sectoren. Dit omvat ventilatiesystemen, HVAC-systemen, windtunneltesten, luchtstroommetingen in de auto-industrie, laboratoriumstudies en medisch onderzoek. Hittendraad-anemometers kunnen de luchtsnelheid nauwkeurig meten over een breed temperatuur- en drukbereik, waardoor snellere en goedkopere gegevensverzameling mogelijk is. Bovendien kunnen hittendraad-anemometers worden gebruikt voor het monitoren van de luchtstroom in industriële toepassingen, zoals verbrandingssystemen en ventilatiekanalen.

Bovendien zijn thermische anemometers door hun kleine formaat en draagbaarheid ideaal voor gebruik in allerlei toepassingen, van onderzoeksinstellingen tot industriële faciliteiten. Bij juiste installatie en onderhoud kunnen hittendraad-anemometers vele jaren worden gebruikt zonder dat grote reparaties of vervangingen nodig zijn. Daarom bieden ze een uitstekende prijs-kwaliteitverhouding in vergelijking met andere soorten snelheidsensoren.

Pitotbuis-anemometer
Een pitotbuis-anemometer is een meetinstrument dat de snelheid van lucht meet. Het bestaat uit een buis met twee openingen voor differentiële drukmeting en is gebaseerd op het principe van Bernoulli, dat stelt dat de druk van een medium lager is waar de snelheid hoger is.

De nauwkeurigheid van een pitotbuis-anemometer hangt af van verschillende factoren, waaronder de nauwkeurige plaatsing met betrekking tot de stromingsrichting en de juiste kalibratie voor specifieke media (vloeistof of gas). Bovendien, als de stroming turbulent is, kunnen deeltjes worden afgebogen door obstakels op hun pad en een meetfout veroorzaken. Een zorgvuldige plaatsing van de pitotbuizen maakt nauwkeurigere meetwaarden mogelijk bij minder turbulente stroming.

Pitotbuis-anemometers zijn een populaire keuze voor HVAC-toepassingen, omdat ze de luchtsnelheid in kleine kanalen en andere krappe ruimtes nauwkeurig kunnen meten. Het anemometer bestaat uit een pitotbuis die is verbonden met een luchtstroomsnelheidsmeter of een ander meetinstrument dat dan kan worden gekalibreerd voor het meten van de luchtsnelheid.

De meeste moderne pitotbuis-anemometers bevatten ook sensoren zoals temperatuursensoren of vochtigheidsmeters om nog gedetailleerdere metingen van de luchtstromeigenschappen mogelijk te maken. Dit helpt de gebruiker beter te begrijpen hoe de lucht zich door de ruimte beweegt en weloverwogen beslissingen te nemen over luchtbeheer.

Het basisprincipe van een pitotbuis-anemometer is dat het een differentiële druk meet die wordt veroorzaakt door de luchtsnelheid. In zijn eenvoudigste vorm zijn de uiteinden van een pitotbuis open naar de atmosfeer, waarbij het ene uiteinde direct in de luchtstroom is gericht en het andere in dezelfde richting, maar onder een hoek van 90° ten opzichte van het eerste uiteinde. Als beide zijden aan dezelfde atmosferische druk zijn blootgesteld, is er geen meting of weergave van de luchtstroomsnelheid. Als de lucht echter sneller over de ene kant van de buis stroomt dan over de andere, ontstaat er een verschil in statische druk tussen de twee kanten, dat dan kan worden gemeten en omgezet in een nauwkeurige weergave van de luchtsnelheid.

Om deze verschillen nauwkeurig te meten en nauwkeurig om te zetten in snelheidsmetingen, vertrouwt het apparaat op een drukgevoelige membraan die veranderingen in atmosferische druk kan detecteren. Dit membraan bevindt zich aan de onderkant van de buis en is verbonden met een naald die langs een gekalibreerde schaal beweegt als de luchtsnelheid toeneemt of afneemt. De positie van de naald geeft het niveau van de luchtstroomsnelheid op een bepaald moment aan, zodat u een directe weergave van de luchtsnelheid krijgt.

Pitotbuizen kunnen een breed scala aan luchtsnelheden meten, van zeer lage tot supersonische snelheden. Ze zijn zo ontworpen dat ze relatief ongevoelig zijn voor turbulentie en vervormingen door externe factoren zoals hitte of windschering, zodat ze zelfs onder extreme omstandigheden nauwkeurige meetwaarden kunnen leveren.

Hier is een overzicht van welke anemometers geschikt zijn voor specifieke toepassingen. Als voor specifieke toepassingen geen anemometer uit het standaardsortiment kan worden gebruikt, zijn eventueel klant- of toepassingsspecifieke aanpassingen mogelijk.

Bij het meten van stromingssnelheden moeten veel anemometers worden uitgelijnd op de stroming. Als de sensor verkeerd om in de luchtstroom wordt gehouden, kan dit leiden tot foutieve metingen of zelfs tot vernietiging van de sensor, omdat sommige schoepenraderen een voorgeschreven draairichting hebben. Op veel anemometers zijn daarom richtingspijlen aangebracht.

Bij een anemometer met een thermisch werkingsprincipe moet erop worden gelet dat het dunne meetelement gemakkelijk kan worden beschadigd door botsende deeltjes. Dit type anemometer moet dus niet worden gebruikt op locaties waar een hoge deeltjesbelasting te verwachten is. In plaats daarvan kunnen mechanische anemometers of pitotbuis-anemometers worden gebruikt vanaf een minimale stromingssnelheid van 5 m/s. Anemometers met pitotbuis zijn zeer nauwkeurig, uiterst robuust en bestrijken een breed snelheidsbereik. Anemometers met een gemiddelde functie maken het mogelijk om de volledige stromingsdoorsnede ellipsvormig af te tasten om passende gemiddelde waarden te meten.

De windsnelheid voor weersberichten wordt standaard gemeten op een hoogte van 10 m. Dit elimineert de lokaal sterk variërende invloeden nabij de grond. Voor specifieke toepassingen kan het echter zinvol of zelfs noodzakelijk zijn om af te wijken van deze standaardhoogte bij metingen in de buitenlucht.