Anemometer
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Es wurden von mir schon einige Versuche unternommen um einen geeigneten
Windmesser zu bauen. Um das Ergebnis vorwegzunehmen: es ist ein erheblicher
Aufwand notwendig um eine genaue Anzeige zu erhalten.
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Schalenkreuzanemometer mit eisenlosem Gleichstrommotor
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Schalenkreuzanemometer mit magnetischen Impulsgeber
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Schalenkreuzanemometer mit optischem Impulsgeber
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Flügelradanemometer mit optischem Impulsgeber
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Kalibrierung der Anemometer
Schalenkreuzanemometer mit eisenlosem Gleichstrommotor
Zu dem ersten Versuch ein Schalenkreuzanemometer mit eisenlosem Gleichstrommotor
zu bauen wurde ich durch ein besonders leicht laufenden Gleichstrommotor
der Fa. MAXON mit 15 mm Durchmesser angeregt. Der Motor hatte keine Rastmomente
und lief daher besonders gut an. Es wurden drei kegelförmige Schalen
mit einem Durchmesser von 30 mm direkt auf der Motorwelle angebracht. Die
an den Klemmen des Motors meßbare Spannung wurde mit Hilfe eines
Anzeigeinstrumentes, wie es auch für HiFi-Geräten eingesetzt
wird, angezeigt. Die Genauigkeit und Linearität dieser Konstruktion
ist sehr gut. Die Länge der Arme für die Halbschalen ist aber
sehr unhandlich weshalb diese Konstruktion nicht für den mobilen Einsatz
geeignet ist. Vorteilhaft ist allerdings daß für die Anzeige
keine Batterie eingesetzt werden muß.
Wegen der unhandlichen Größe des
oben beschriebenen Anemometers wurde versucht eine Version mit kürzeren
Armen und kleineren Schalen zu bauen.
Schalenkreuzanemometer mit magnetischen Impulsgeber.
Als Lager wurden kleine Kugellager mit einem Außendurchmesser von
4 mm eingesetzt. Die Windgeschwindigkeit sollte mit Hilfe eines elektronischen
Fahrradtachos angezeigt werden. Als Impulsgeber wurde ein Magnet auf die
Welle geklebt daß ein Reed-Kontakt betätigt wird. Es stellte
sich jedoch heraus, daß der Magnet eine zu große Kraft auf
den Reed-Kontakt ausübt, daß es bei kleinen Windgeschwindigkeiten
zu Anlaufproblemen kommt. Als nächstes wurde versucht mit einer Lichtschranke
die Impulse zu erzeugen. Aber auch dieser Versuch war nicht befriedigend,
da die Lagerreibung dann immer noch zu einer nichtlinearen Kennlinie führte.
Flügelradanemometer mit optischem Impulsgeber
Bei der letzten und aufwendigsten Version wurde nun eine Spitzenlagerung
und ein Flügelrad mit 4 Flügeln verwendet. Dies Bauart von Anemometer
gibt es auch in mehreren Versionen zu kaufen. Das Lager stammt von der
Unruhe aus einem mechanischen Wecker. An das Unruherädchen wurden
vier schräggestellte Flügelblätter aus Messingblech angelötet.
Der Durchmesser des Flügelrades beträgt ca. 60 mm. Zum Schutz
des Flügelrades vor mechanischen Beschädigungen ist das Flügelrad
von einem Kunststoffring umschlossen.
Als Tacho wurde der einfachste von SIGMA-Sport eingesetzt. Bei diesem
Tacho kann man den Radumfang von 1 cm bis zu 999 cm eingestellt werden.
Die Impulsfrequenz muß kleiner als 60 Impulse/Sekunde betragen, was
gut ausreicht. der Tacho kann unter diesen Bedingungen Geschwindigkeiten
bis zu 999 km/h einstellen. Die Umdrehungen des Flügelrades werden
mit Hilfe einer Lichtschranke erfaßt. Dies war wegen Fremdlicht bei
starker Sonneneinstrahlung nur dadurch zu lösen, daß der Fotoempfänger
in Kupferfolie eingepackt wurde. Nur an der lichtempfindlichen Stelle ist
ein ca 1 mm großes Loch angebracht. Als Stromversorgung für
die Lichtschranke und die zwei verwendeten IC´s dienen zwei Mignon
Batterienmit zusammen 3V. Zum Messen muß dann die Stromversorgung
eingeschaltet werden. Die Signale wurden durch eine CMOS-Schaltung 4093
verstärkt. Damit die Impulsfrequenz nicht zu groß wird habe
ich noch ein CMOS-IC 4013 mit zwei FLIP-Flop-Schaltungen
eingesetzt, mit dem man eine Frequenzteilung von 2 oder 4 machen kann.
Anschließend gelangt das Signal über einen Transistor in Open-Kollektor-Schaltung
auf den Tachoeingang. Schaltung mit Optokoppler
Kalibrierung der Anemometer
Die Anemometer wurden an windstillen Tagen folgendermaßen kalibriert.
Mit dem Fahrrad, an dem ein Tacho angebracht war wurde versucht eine konstante
Geschwindigkeit zu fahren. Wenn man den Anemometer mit einer ausgestreckten
Hand hält, kann man davon ausgehen, daß sich der Anemometer
in einer ungestörten Luftströmung befindet. Die angezeigte Windgeschwindigkeit
und die am Fahrradtacho angezeigte Geschwindigkeit wurde bei verschiedenen
Fahrgeschwindigkeiten notiert. Mit den gewonnenen Meßwerten konnte
nun der Anzeigetacho am Anemometer auf den berechneten Radumfang eingestellt
werden. Danach wurde die Einstellung mit der geleichen Methode überprüft.
Die Überprüfung ergab bis zu einer Geschwindigkeit von 35 km/h
(schneller konnte ich mit ausgestreckter Hand leider nicht fahren) eine
maximale Abweichung von +/- 1 km/h .
Noch ein paar Bilder von historischen Anemometern:
Historischer Anemometer bei dem wohl ein Umdrehungszähler
für 100 Sekunden aktiviert wird (Heimatmuseum Borkum).
Goupils Drachen Anemometer 1886 ebenfalls
mit Umdrehungszähler. (10 kB)
Historische Anemometer von 1838 (Die WWW-Seite
in Italien http://galileo.difi.unipi.it/strumenti/new/anemo.html
ist leider nicht mehr erreichbar )
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