ГОСТ Р ИСО 16622—2009
На основе полученного значения с можно определить так называемую виртуальную акустическую температу
ру
Тя 112J:
с* = 403Г, * 4037(1 + 0.32е/р)(8.4)
7, = 7(1ч 0,32е/р) » сг/403(В.5)
Этот метод не рекомендуется использовать для определения средней температуры из-за его невысокой точ
ности. Тем не менее, измерение флуктуаций виртуальной акустической температуры имеет большое практическое
значение в различных приложениях, связанных с оценкой качества воздуха.
В.2 Типы анемометров
В.2.1 История развития конструктивных решений
8.2.1.1 Методы модуляции
В первых анемометрах время прохождения вычислялось на основе сдвига фазы между непрерывными излу
ченными и принятыми сигналами (см. (7. 8J). В настоящее время этот метод не используют из-за чувствительности
приемника к сигналам, приходящим не только от излучателя, но также от близко расположенных отражающих объ
ектов .
В современных анемометрах используются импульсно-модулированные акустические сигналы. Обычно вре
мя прохождения определяется либо огибающей фронт акустического сигнала, либо, чтобы увеличить точность, фа
зой носителя.
Первые анемометры, работающие на принципе модуляции, не определяли времена прохождения акустичес
кого сигнала в обоих направлениях по отдельности, а только разность этих времен (см. (9. 10)). Их недостатком яв
лялась зависимость измеренной скорости ветра от температуры и влажности окружающего воздуха.
В.2.1.2 Бистатические и моностатические преобразователи
Большинство анемометров являлись «бистатическимио системами, т. е. системами с разнесенными передат
чиком и приемником. Дополнительным недостатком такого конструктивного решения был разброс времени задержки
преобразователей (например, из-за загрязнения их поверхности), приводящий к существенной систематической по
грешности измерения скорости ветра.
С внедрением систем, позволяющих измерять все времена прохождения, появилась возможность исключить
влияние на результаты измерений скорости ветра, температуры и влажности воздуха (см. (5). |6)). Дальнейшим усо
вершенствованием было использование универсальных преобразователей, пригодных как для приема, так и для
передачи акустических импульсов. В таких «моностатических» системах влияние загрязнения поверхностей преоб
разователей на измерения скорости ветра значительно компенсировалось на прямом и обратном пути акустическо го
импульса благодаря обратимости функции передачи для передатчика и приемника. Вследствие этого
моностатические системы сохраняют стабильность применительно к измерению скорости ветра в течение более
длительного промежутка времени. Указанный принцип компенсации не действует при измерении температуры, ко
торое остается чувствительным к времени задержки системы. Несмотря на это возможность получения информа
ции о флуктуациях температуры из-за турбулентности имеет большое практическое значение {12].
8.2.2 Геометрия решетки преобразователей
В настоящем стандарте рассмотрены измерения горизонтальной составляющей скорости ветра. В принципе
для такого измерения достаточно иметь два пути распространения акустического сигнала. При этом для каждого
пути результаты измерений vd, вычисляемой по формуле (В.2). будут строго зависеть от косинуса угла между на
правлением ветра и направлением пути измерения. В действительности же преобразователи и устройства их креп
ления представляют собой препятствия на пути потока воздуха, вызывающие возмущения потока и наличие
областей тени, что приводит к соответствующим отклонениям зависимости от идеальной косинусоиды. Ослабле
ние скорости зависит от диаметра преобразователя и его конструкции. Наибольшая систематическая погрешность
будет наблюдаться, когда направление ветра совпадает с путем распространения акустического сигнала, т. е. ког да
весь путь находится в тени наветренного преобразователя. В этом случае ослабление скорости может состав
лять до 20 % (см. (11|). С целью минимизации такой погрешности, связанной с искажениями потока и областями
тени, используют различные конфигурации решеток с датчиками. Чтобы повысить точность измерений, число пу
тей распространения акустического сигнала должно быть более двух, поэтому современные анемометры имеют не
менее трех пар преобразователей акустического сигнала в горизонтальной плоскости. Такая избыточность пар пре
образователей позволяет выбирать пути распространения акустического сигнала с учетом направления ветра.
Основная цель состоит в том. что эти пути распространения акустического сигнала, ориентированные в пределах
малого телесного угла по отношению к направлению скорости ветра, могут быть исключены из оценки. Зачастую в
условиях естественного потока воздуха нельзя пренебречь вертикальной составляющей ветра. Даже если измере ние
этой составляющей не связано непосредственно с целевым применением, ее знание позволяет ввести поправ ки для
учета погрешностей, обусловленных возмущением потока и областями тени. По этой причине используются другие
конструкции, у которых пути распространения акустического сигнала лежат в трехмерном пространстве, что
позволяет установить однозначную зависимость между вектором скорости ветра в трехмерном измерении и
выходным сигналом анемометра.
14