Anemometer
Windmesser
Bauform, Details für den Selbstbau und Signaltechnik
Zur lokalen Messung der Windgeschwindigkeit. Es gibt verschiedene Bauformen wie Windplatte, Staudruck-, Ultraschall- und Kugelschalenanemometer. Ich verwende das Kugelschalenanemometer mit vertikaler Rotorachse. Ein Kugelschalenanemometer entnimmt dem Wind Leistung nach dem Widerstandsprinzip und wandelt diese in mechanische Energie um. Dem Wind wird eine Fläche A entgegengestellt. Diese bremst den Wind, somit entsteht eine Kraft, die die Fläche in Windrichtung schiebt. Da eine geschlossene Halbkugel einen geringeren Widerstandsbeiwert cw besitzt als eine offene Halbkugel, dreht sich das Kugelschalenanemometer.
Es kann allerdings nur die horizontale Komponente des Windes erfassen. Vorteile des Kugelschalenanemometers sind die Robustheit durch eine einfache Bauweise, die relative Wartungsfreiheit und der niedrige Energieverbrauch, insbesondere im Vergleich zum Ultraschallanemometer. Nachteile sind die Trägheit des Kugelschalenanemometers (die starken Böen können nicht gemessen werden) und dass nur die horizontale Windkomponente erfasst wird. Eine Windrichtungsführung ist nicht erforderlich. Die Anzahl der Umdrehungen pro Minute wird elektronisch aufgezeichnet. Zählt man die Umdrehungen in der Sekunde oder Minute, hat man ein Maß für die Geschwindigkeit des Windes. Diese wird meistens in Meter pro Sekunde angegeben. Anemos ist das griechische Wort für Wind.
Die Einzelteile und Zusammenbau des Anemometers.
Es fehlt der Reedkontakt. Hinweis: Der rotierende Magnet muss ein Gegengewicht erhalten.
| Material: | |
| Gehäuse: | Trinkbecher aus Kunststoff |
| Flügel: | Halbschalen aus Tennisbällen |
| Rotornabe: | Schraubverschluss einer Getränkeflasche |
| Boden: | Pappel Sperrholz |
| Signal: | Digital Reedkontakt |
| Wellenlager: | Glasplatte |
| Welle: | Schweißdraht 3mm Durchmesser |
| Materialkosten: | 5,40 € |
Ermittlung der Windgeschwindigkeit
Innerhalb einer Torzeit von genau einer Sekunde werden die Impulse des Reedschalters gezählt. Dieser Vorgang wird viermal wiederholt und daraus ein Mittelwert gebildet. In Abhängigkeit des Rotorumfangs (9,5cm * π) des Anemometers wird daraus die Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde oder Kilometer pro Stunde berechnet. Weiterhin wurden die Messwerte mit einem ausgeliehenen Markengerät verifiziert und in der Software ein Korrekturfaktor integriert. Der Messwert wird in ein ASCII-String konvertiert und der Empfangsstation per Funk (RFM12) übertragen. Die minimale Abtastrate beträgt 10 Sekunden. Die Berechnung der Windgeschwindigkeit übernimmt der PIC16876 Mikrocontroller.
Das Zusammenspiel aus drei Softwarefunktionen sind dafür zuständig:
- 1000 Millisekunden Oszillator (EdgePos)
- Interrupt - Routine, zum Lesen des Reedschalters
- Entprellung des Reedschalters
Nachdem die Windgeschwindigkeit ermittelt wurde, ruht diese Routine für 5 Sekunden. Während dieser Ruhezeit werden die restlichen Parameter wie Temperatur, Windrichtung usw. gemessen.
Zum Schluss noch eine Anmerkungen. Wintertauglich ist mein gebautes Anemometer nicht. Auf den zwei Fotos kann man es nicht sehen, eine spritzwassergeschützte Steckverbindung zwischen dem Signalkabel und Gehäuse ist ebenfalls vorhanden. Falls gewünscht, kann man das Anemometer sehr schnell abmontieren.