Schalenkreuzanemometer für Wind-Messung

Von: , Frage gestellt am Sa, 13. Feb 2010

Hallo Leute,
ich habe so einen kleinen Windmesser wie's für div. Wetterstationen zu kaufen gibt selber gebaut, richtig schick mit Kugellager und Lichtschranke. Das Teil hat 4 Halbkugelschalen als Kreuz angeordnet (Radius 8cm). Die Lichtschranke gibt 4 Impulse pro Umdrehung aus.
Aber woher weiß ich jetzt die Windgeschwindigkeit? Wikipedia sagt ich muss die Umfangsgeschwindigkeit der Schalenmittelpunkte mit 2,5 multiplizieren, das klingt mir aber 1. ein wenig zu allgemein und 2. zu unsicher (Zitat: "früher wurde 3 angenommen").
Gibt es da wirklich einen allgemeinen Faktor oder hängt das von den Abmessungen (Anzahl Schalen, Schalengröße, Radius etc.) ab. Wenn ja, wie kann ich denn sowas berechnen?
Wäre super, wenn mir jemand weiterhelfen könnte...

7 Antworten zu dieser Frage

Antwort von nach 3 Stunden 5 hilfreich

Re: Schalenkreuzanemometer für Wind-Messung

Hallo, ich habe so einen kleinen Windmesser wie's für div.
Wetterstationen zu kaufen gibt selber gebaut,
Glückwunsch :-) Aber woher weiß ich jetzt die Windgeschwindigkeit? Wikipedia
sagt ich muss die Umfangsgeschwindigkeit der
Schalenmittelpunkte mit 2,5 multiplizieren, das klingt mir
aber 1. ein wenig zu allgemein und 2. zu unsicher (Zitat:
"früher wurde 3 angenommen").
Rechne es doch aus. Sei w die Windgeschwindigkeit und u die Anemometer-Umfangsgeschwindigkeit. Dann stellt sich die Sache so dar (Sicht von oben auf das Schalendrehkreuz):
```
Wind von unten nach oben, Drehrichtung = im Uhrzeigersinn 
|
___        |
A: up /   \-------O-------\___/ B: down   
^         |         ^
^         |         ^       
W                   W
```
Eine Schale (A) bewegt sich in Windrichtung, wobei die Luft auf ihre konkave Seite trifft. Die Relativgeschwindigkeit zwischen ihr und der Luftströmung ist w – u. Die ihr diametral gegenüberliegende Schale (B) bewegt sich entgegen der Windrichtung. Die Relativgeschwindigkeit zwischen ihr und der Luftströmung ist w + u.

Ein von einem ρ dichten Fluid v schnell umströmter Körper (Widerstandsbeiwert c = c_W, Querschnittfläche A) erfährt allgemein die Reibungskraft

und damit lautet die Gleichgewichtsbedingung für das Anemometer

Die Auflösung nach w ist kein Problem. Ergebnis:

Die Widerstandsbeiwerte für eine Halbkugelschale sind c_A = 1.33 und c_B = 0.34. Das liefert α ≈ 0.5056 und w ≈ 3 u. Gibt es da wirklich einen allgemeinen Faktor oder hängt das
von den Abmessungen (Anzahl Schalen, Schalengröße, Radius etc.) ab.
Wie Du siehst, hängt der Faktor zumindest bei dieser idealisierten Betrachtung tatsächlich von garnichts ab (bzw. nur von der Form der Schalen, d. h. für etwa pyramidenförmige statt halbkugeliger Schalen würdest Du wegen anderer c_W-Werte einen anderen Faktor herausbekommen). Die Realität ist natürlich komplizierter, z. B. stehen die Schalenpaare nur kurzzeitig annähernd senkrecht zur Windrichtung und die übrige Zeit schief dazu. Außerdem dürften sich die Schalen bis zu einem gewissen Grad in den von ihren "Vorgängern" erzeugten Wirbeln bewegen. Diese Effekte sind der Grund, warum der theoretische Faktor noch etwas nach unten korrigiert werden muss.

Gruß
Martin
Antwort von nach 4 Stunden 0 hilfreich

Re: Schalenkreuzanemometer für Wind-Messung

Hallo. ich habe so einen kleinen Windmesser wie's für div.
Wetterstationen zu kaufen gibt selber gebaut, richtig schick
mit Kugellager und Lichtschranke.
Aber woher weiß ich jetzt die Windgeschwindigkeit?
Wenn Du es genau wissen moechtest, dann kannst Du eine Wetterstation kaufen und Dein Geraet darauf kalibrieren. Alternativ kannst Du Dein Geraet in einem Windkanal anhand bekannter Windgeschwindigkeiten testen. Aber eine exakte Rechnung ist unmoeglich.

Viele Gruesse,

The Nameless
Antwort von nach 22 Stunden 0 hilfreich

Re: Schalenkreuzanemometer für Wind-Messung

Hallo, Wenn ja, wie kann ich denn sowas berechnen?
berechnen wird hinreichend kompliziert und du weißt dann immer
noch nicht, ob es wirklich stimmt.
Deshalb ist die Verwendung eine Referenzgerätes zum Abgleich
zu empfehlen.
Alternativ kannst du mit eigenen Mitteln auch ein Referenznessverfahren auf Basis von Staudruckmessung benutzen.
Das hat den Vorteil, dass es wirklich gut zu rechnen ist.
-> Pitotrohr, Prantlerohhr
http://de.wikipedia.org/wiki/Pitotrohr

Da ist nur im Bereich unter ca. 2...5m/s der Messeffekt so schwach,
dass du nix gescheites rausbekommst. Da es aber preiswerte
Drucksensoren für kleinste Messbereiche (z.B. 0-10mBar) mit sehr
guter Auflösung im Bereich von 0,01mBar gibt, kann man da schon
einiges anfangen.

Bei höheren Geschwingigkeiten reicht auch ein ganz normales
U-Rohrmanometer, das man sich aus einem Stück Plastikschlauch
oder Glasrohr selber bastelt.
http://de.wikipedia.org/wiki/U-Rohr-Manometer

Wenn dein Gerät also halbwegs linear arbeitet, dann klappt das schon.
Gruß Uwi
Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich

Re: Schalenkreuzanemometer für Wind-Messung

ich habe so einen kleinen Windmesser wie's für div.
Wetterstationen zu kaufen gibt selber gebaut...
Such dir einen Helfer, fahr mit dem Auto auf einer ruhigen Strecke mit konstant x km/h und lass deinen Kumpel das Anemometer aus dem Fenster oder aus dem Dach halten (möglichst weit, aber ohne rauszufallen).

Wenn du es ganz genau wissen willst, kalibrierst du zuvor noch deinen Tacho anhand der Kilometersteine.

Gruss Reinhard
- Antwort von nach einem Tag 0 hilfreich
  
  Re^2: Schalenkreuzanemometer für Wind-Messung
  
  Sinnvollerweise aber mehrmals anhalten und den Wind bei stehendem
  Auto messen :-)
  Gruss
  - Antwort von nach 2 Tagen 0 hilfreich
    
    Re^3: Schalenkreuzanemometer für Wind-Messung
    
    Sinnvollerweise aber mehrmals anhalten und den Wind bei
    stehendem
    Auto messen :-)
    Gruss
    Hab ich nicht dran gedacht, aber bei Wind sollte man garnicht messen - die Kennlinie des Anemometers könnte ja nichtlinear sein.
    
    Gruss Reinhard
    - Antwort von nach 2 Tagen 0 hilfreich
      
      Re^4: Schalenkreuzanemometer für Wind-Messung
      
      oh gott leute...
      so kompliziert wollt ichs eigentlich nicht, ich lege keinen wert auf große messgenauigkeit. schon allein der standort auf meinem dach ist denk ich ein nicht gerade kleiner systematischer fehler...
      ich wollt eigentlich nur einen anhaltswert, sagen wir mal auf +/- 5m/s genau reicht völlig. ist ja schon allein wegen der nicht-konstanz des windes nicht sinnvoll. wenn ich mal wirklich das bedürfnis auf genauigkeit hab, hol ich mir ein gekauftes teil.
      hab schon öfter die erfahrung gemacht, dass ein gekauftes teil (nicht dass billigste, denn wer billig kauft, kauft 2x) meist die bessere lösung wie eigenbau ist, vo allem wenns um genauigkeit geht. mir steht halt einfach keine genaue referenz zur verfügung...
      
      trotzdem vielen dank für eure antworten, ich werd mal schaun ob ich jemand mit gekauftem windmesser kenne.
      ansonsten "mess" ich mal drauf los und gleich das mit dem wetterbericht ab, wir haben ein paar straßen weiter eine (leider automatische) "wetterstation".

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