Анемометр своими руками для детей: Анемометр » Сделай сам своими руками

Содержание

Анемометр » Сделай сам своими руками

Измеритель скорости ветра своими руками

Появилась задача собрать для одного проекта анемометр, чтобы снимать данные можно было на компьютере по интерфейсу USB. В статье речь пойдет больше о самом анемометре, чем о системе обработки данных с него:

1. Компоненты

Итак, для изготовления изделия понадобились следующие компоненты:
Шариковая мышь Mitsumi — 1 шт.
Мячик для пинг-понга — 2 шт.
Кусок оргстекла подходящего размера
Медная проволока сечением 2,5 мм2 — 3 см
Стержень от шариковой ручки — 1 шт.
Палочка от конфеты чупа-чупс — 1 шт.
Клипса для кабеля — 1 шт.
Полый латунный бочонок 1 шт.

2. Изготовление крыльчатки

К латунному бочонку были припаяны 3 куска медной проволоки длиной 1 см каждый под углом 120 градусов. В отверстие бочонка я припаял стойку из китайского плеера с резьбой на конце. 

Трубочку от конфеты разрезал на 3 части длиной около 2 см.

Разрезал пополам 2 шарика и с помощью мелких шурупов из того же плеера и полистирольного клея (клеевым пистолетом) прикрепил половинки шарика к трубочкам от чупа-чупса.

Трубочки с половинками шарика надел на припаянные куски проволоки, сверху все закрепил клеем.

3. Изготовление основной части

Несущим элементом анемометра является металлический стержень от шариковой ручки. В нижнюю часть стержня (куда вставлялась пробка) я вставил диск от мышки (энкодер). В конструкции самой мышки нижняя часть энкодера упиралась в корпус мышки образуя точечный подшипник, там была смазка, поэтому энкодер легко крутился. Но нужно было зафиксировать верхнюю часть стержня, для этого я подобрал подходящий кусок пластика с отверстием точно по диаметру стержня (такой кусок был вырезан из системы выдвигания каретки CD-ROMa). Оставалось решить проблему с тем, чтобы стержень с энкодером не выпадал из точечного подшипника, поэтому на стержне непосредственно перед удерживающим элементом я напаял несколько капель припоя. Таким образом, стержень свободно крутился в удерживающей конструкции, но не выпадал из подшипника.

Причина, по которой была выбрана схема с энкодером, следующая: все статьи о самодельных анемометрах в Интернете описывали их изготовление на базе двигателя постоянного тока от плеера, CD-ROMa или еще какого изделия. Проблема с такими устройствами во первых в их калибровке и малой точности при малой скорости ветра, а во вторых — в нелинейной характеристике скорости ветра по отношению к выходному напряжению, т.е. для передачи информации на компьютер есть определенные проблемы, нужно просчитывать закон изменения напряжения или тока от скорости ветра. При использовании энкодера такой проблемы нет, так как зависимость получается линейной. Точность высочайшая, так как энкодер дает около 50 импульсов на один оборот оси анемометра, но несколько усложняется схема преобразователя, в котором стоит микроконтроллер, считающий количество импульсов в секунду на одном из портов и выдающий это значение в порт USB. 

4. Испытания и калибровка 

Для калибровки был использован лабораторный анемометр

Источник: hobby-live.ru

Анемометр своими руками: самая простая схема

Анемометр – прибор для измерения скорости ветра. Классический чашечный анемометр представляет собой чисто механический прибор, способный измерять скорость ветра в диапазоне от 2 до 20 м/с. Анемометр просто подсчитывает количество оборотов крыльчатки. Для определения скорости ветра надо отмерить количество оборотов за некоторый промежуток времени, например 30 с, а затем рассчитать количество делений которые проходит стрелка анемометра за 1 с. После этого для определения скорости ветра следует воспользоваться графиком.

Сконструировать его аналог проще всего на основе маломощного электромотора, например ДМ-03-3АМ 3 91, который выступает в роли генератора. Четырехлопастная крыльчатка анемометра взята готовая, приобретена на Aliexpress примерно за 1 доллар.

Диаметр крыльчатки 10 см, а высота 6 см.


Электромотор располагается в корпусе, сделанном из емкости для холодной сварки, в крышке которой прорезано отверстие для вала электродвигателя и ведущих от двигателя проводов.

К электродвигателю подключен диодный мост VD1 собранный на диодах Шоттки 1N5817. На выходе диодного моста подключен электролитический конденсатор C1 1000 мкФ х 16 В.

Схема подключения анемометра

Диоды Шоттки выбраны из-за того, что скорость вращения крыльчатки, в обычных условиях (если нет урагана) не очень велика. При скорости ветра около 6 м/с, на выходе прибора появляется напряжение около 0,5 В. В таких условиях рационально минимизировать потери на всех элементах схемы. По этой же причине в качестве соединительных проводов используются проводники избыточно большого сечения.

К выводам выпрямителя можно подключить любой вольтметр постоянного тока на 2 В. С его ролью отлично справляется мультиметр. Хотя использование отдельного стрелочного прибора позволяет непосредственно градуировать шкалу в скорости ветра.

Так как устройство планировалось эксплуатировать на улице диодный мост был залит в эпоксидную смолу. Как оказалось конденсатор был взят избыточно емкий так, что быстрые перепады напряжения и соответственно, порывы ветра прибор зафиксировать не может. Автор обзора Denev.


Самодельный анемометр для измерения скорости ветра

Анемометр – это измерительный прибор для определения скорости ветра. Сегодня мы с вами сделаем этот прибор для измерения скорости ветра самостоятельно. Наш самодельный анемометр очень прост в изготовлении, но вместе с тем, скорость ветра он измеряет не хуже, чем настоящий анемометр. Вот как ты можешь сделать самодельный анемометр.

Для того чтобы сделать самодельный анемометр нам понадобится:

• Транспортир

• Спичка

• Трубочка для коктейля, шампур или что-либо подобное

• Клейкая лента

• Хлопчатобумажная швейная нитка или нейлоновая рыболовная леска

• Мяч для большого тенниса стандартного веса

• Игла

Что нужно делать, чтобы получился самодельный анемометр

1. Иголкой проделай в теннисном мяче два крошечных отверстия одно напротив другого. Проще всего это сделать, нагрев кончик иглы на огне.

2. Продень швейную нитку или рыболовную леску сквозь мячик, оставив с одной стороны, примерно сорок пять сантиметров. Крепко привяжи ее и отрежь излишнюю длину.

3. Привяжи второй конец лески к палочке и обмотай ее ниткой, пока расстояние между палочкой и верхом мяча не достигнет тридцать сантиметров.

4. С помощью клейкой ленты прикрепи палочку к транспортиру. Нитка должна свисать с его наружной стороны из центральной точки.

5. Чтобы измерить скорость ветра, расположи транспортир в направлении ветра. Держи его за углы как можно дальше от себя. Нитка не должна касаться транспортира. При нулевой скорости ветра нитка будет висеть прямо вниз вдоль отметки девяносто градусов. Когда подует ветер, сними показания градусов и затем проверь по таблице скорость ветра.

Мы с вами провели очередной опыт и на этот раз измерили скорость ветра, которая постоянна в регионе, где вы проживаете. Проводить различные опыты и эксперименты очень интересно, увлекательно и познавательно. Особенно для таких любознательных мальчиков и девочек, как вы. Вы можете провести и другие опыты по различным направлениям и предметам. Например, очень интересно будет узнать, как же ведут себя муравьи в своей колонии, что делают под землей черви, как можно вырастить собственный кристалл или извлечь ДНК, как сделать самому электромагнит, научится ходить по воде, сконструировать свой телескоп для наблюдения за звездами, построить самодельный компас и многое, многое другое.

 

Анемометр своими руками

Подключиться к YouTube?

OK

youtu.be/owfPbANISGQ

Подключиться к YouTube?

OK

youtu.be/NWD77iKfCN8

Сделав своими руками очень простое приспособление и используя это приложение вы получите настоящий анемометр для измерения скорости ветра или потока воздуха в вентиляционной системе. Можно выбрать конструкцию анемометра которая будет лучше соответствовать вашим требованиям.

Определение скорости ветра основано на измерении скорости вращения магнита магнетометром телефона. Для каждой конструкции анемометра определена зависимость скорости вращения от скорости потока воздуха. Эти зависимости можно редактировать.

Вы можете усовершенствовать предложенные конструкции или сделать свою и откалибровать её.

Чтобы выбрать единицы измерения (m/s, km/h, ft/s, mph, knots, Bft, Hz (оборотов в секунду), RPM (оборотов в минуту)) или среднее значение («Avg1» — последнее значение, «Avg3» и «Avg7» — среднее значение) нажмите на семисегментный дисплей.

Не пренебрегайте защитным чехлом для телефона.


Если нужно измерять скорость ветра на открытом воздухе, то этот тип лучше всего подойдет для этого. На изменения не влияет направление ветра (крыльчатый анемометр) и крыльчатку не унесет сильный порыв ветра («Чувствительный» анемометр).

Технические характеристики:
• Диапазон измерения от 0.5 м/с до 15 м/с.
• Точность 0.5 м/с.
• Интервал обновления 2-5 сек.

Для изготовления анемометра нужно вырезать из алюминиевой банки квадрат размером 3х3 дюйма (7.6х7.6 см).




На получившимся листе нужно сделать разметку.


Сделать разрезы ножницами до меток.


Очень аккуратно придать нужную форму. Если крыльчатка сразу не принимает нужную форму, то она может выровняться после проделывания отверстия в центре.





Все острые углы нужно отрезать. Это нужно делать так чтобы отрезанный угол не попал кому-нибудь в глаз.


Крыльчатка прикручивается винтом к стержню шариковой ручки. Внутренний диаметр стержня может очень сильно различаться. Поэтому трудно написать какой размер винта подойдет. На фото используется винт с размером резьбы 2×6 мм. Головка винта должна быть плоской (потайной), потому что на ней должен хорошо лежать магнит. Предпочтителен шлиц винта Pozidriv (PZ), т.к. такой шлиц нужен в другой конструкции анемометра.


Вместо винта можно использовать очень маленькие шурупы, гвоздики, или даже приклеить крыльчатку и магнит жевательной резинкой (жвачке нужно дать время подсохнуть). Если гвоздик чуть меньше чем нужно, тогда сделайте на нем зазубрины.




Теперь нужно сделать маленький крестик из квадрата размером 1/2 дюйма (1.2 см) с маленькой вмятиной в центре. Можно использовать квадратик меньшего размера, например если внутренний диаметр ручки меньше.


Крестик аккуратно вставляется в ручку и проталкивается до упора.



Анемометр почти готов. Он должен легко крутиться если на него подуть. СТЕРЖЕНЬ ДОЛЖЕН КАСАТЬСЯ КРЕСТИКА ТОЛЬКО ШАРИКОМ (возможно для этого придется сделать крестик чуть меньше). ЧТОБЫ ЭТО ВИДЕТЬ, ШАРИКОВАЯ РУЧКА ДОЛЖНА БЫТЬ ПРОЗРАЧНОЙ.

Теперь нужно сделать так чтобы стержень не болтался в ручке. Для этого отрезается верхняя часть заглушки слой за слоем, до размера отверстия когда стержень будет свободно вращаться.



Осталось прикрепить магнит и анемометр готов. Используется неодимовый магнит размером 4x4x4 мм (неодимовый магнит большего размера плохо центрируется на головке винта и его придется приклеивать). Полюса магнита должны быть направлены радиально. Найти полюса у кубика поможет другой магнит. Если есть маркер, обязательно сделайте им метки на магните.


Чтобы крыльчатка не вылетела из ручки при сильном порыве ветра, можно примотать несколько слоев клейкой ленты до диаметра не проходящего в отверстие заглушки. Нельзя мотать слишком много слоев чтобы не было задевания ручки при вращении.


Для изготовления анемометра можно использовать ручки других типов (например «Bic Cristal»).

Чтобы снять заглушку, поместите лезвие ножа как показано на фото и надавите.

Для этой ручки нужно использовать крестик меньшего размера сделанный из квадратика размером 3/8 дюйма (9 мм).





Размер используемого винтика 2.5х6 мм (#3) (или гвоздь 1.8 мм с зазубриной).

Если нет возможности купить маленький неодимовый магнит, тогда можно использовать магниты для маркерной доски.




Гибкие магниты очень слабые и не могут быть использованы.

Зависимость частоты вращения от скорости ветра:
2 Hz — 1.5 m/s
4 Hz — 2.7 m/s
6 Hz — 3.8 m/s

Технические характеристики:
• Диапазон измерения от 0.5 м/с до 3.5 м/с.
• Точность 0.5 м/с.
• Интервал обновления 2-5 сек.

Вырезать прямоугольник размером 3×2 дюйма (7.6×5.1 см).



Сделать разметку на три прямоугольника шириной 1 дюйм (2.53 см).











Очень важно использовать винтик со шлицем Pozidriv (PZ). Потому что в таком шлице игла не задевает боковых стенок. Длинна винта должна быть наименьшей, чтобы магнит находился как можно ниже. На фото используется винт 2×6 мм.

После закручивания винта, «крылья» аккуратно разводятся и крыльчатки придается нужная форма.





Чтобы магнит хорошо держался на винте, нужно прикрутить еще одну гайку. Но не закручивать её.


Из-за прикрепления неодимового магнита (размером 4x4x4 мм), поднимается центр тяжести крыльчатки и она становится нестабильной на игле. Чтобы опустить цент тяжести, к ВНУТРЕННЕЙ части «крыльев» нужно приклеить грузики (используются шайбы для винта 4 мм).

Крыльчатка может крутится не только на шиле, но и на ОЧЕНЬ ХОРОШО заточенных карандашах или на швейной игле прикрепленной к карандашу. На швейной игле крыльчатка крутится лучше всего, однако такой вариант требует большой осторожности и КАТЕГОРИЧЕСКИ НЕ ПОДХОДИТ ДЛЯ ДЕТЕЙ.


Зависимость частоты вращения от скорости ветра (на механическом карандаше 0.5 мм):
1.5 Hz — 1.4 m/s
4 Hz — 2.85 m/s
6 Hz — 3.4 m/s

Предназначен для измерения скорости потока воздуха в системах вентиляции.

Технические характеристики:
• Диапазон измерения от 1.75 м/с до 3.0 м/с.
• Точность 0.2 м/с.
• Интервал обновления 2-5 сек.

Этот анемометр делается из вентилятора с подшипниками качения. Можно выбрать вентилятор любого размера, но нужно учитывать что чем меньше размер вентилятора тем меньше будет чувствительность анемометра. Здесь используется вентилятор размером 80x80x25 мм.

Чтобы вентилятор легко вращался, из него нужно вытащить кольцевой магнит.


При съёме стопорного кольца, его нужно придерживать рукой чтобы оно не улетело и не потерялось.



Чтобы вытащить кольцевой магнит, под него нужно просунуть плоскую отвертку и чуть-чуть повернуть отвертку. От этого магнит должен чуть-чуть выдвинуться. Повторяя это действие нужно РАВНОМЕРНО приподнять весь магнит.


Когда магнит поднимется до положения когда отверткой его больше не приподнять, нужно использовать винт (4×30(>30) мм).



Когда винтом магнит дальше не поднять. Магнит вероятно можно вытащить руками. Если это не так, придется подобрать другой инструмент которым можно также приподнимать магнит.


Теперь вентилятор собирается. И если не одевать стопорное кольцо, тогда вентилятор будет легче крутиться, но при этом крыльчатка может выпадать.

Зависимость частоты вращения от скорости потока воздуха:
4 Hz — 1.85 m/s
6 Hz — 2.3 m/s
8 Hz — 2.55 m/s
12 Hz — 2.7 m/s
18 Hz — 2.8 m/s

Если что-то непонятно, обязательно пишите на email.


eBay: «neodymium magnet 4x4x4″

Самодельный анемометр для измерения скорости ветра

>

Анемометр — измеритель скорости ветра

Мой новый анемометр. Анемометр получился не маленький, генератор дисковый, диаметр винта 0.5 м. Анемометр горизонтального типа с шестилопастным винтом. В статье подробное описание с фото и видео Новая статья по теме + фото и видео — Анемометр андроид + микрофон

Наконец дело дошло и до анемометра. Имея опыт изготовления уже трех ветрогенераторов я так и не знаю точно на каком ветре и сколько дают мои ветряки. Сейчас всего один ветрогенератор в строю, мой самый удачный, хотя и собранный весь » на коленке». Я примерно и представляю силу ветра и могу отличить ветер в 5 м/с от 10 м/с, но все-же хочется более точно знать скорость ветра чтобы определять мощность ветрогенератора.

Несколько дней время от времени думал из чего-же сделать анемометр, но из хлама, имеющегося дома пока ничего толкового не вырисовывалось. Нашел два маленьких моторчика от DVD плеера, но они что-то уж больно крошечные и лопасти к тонкому валу трудно придумать.

Попался мне на глаза автомобильный вентилятор, такие в грузовых авто ставят обычно. Вот его та я и замучил. Разобрал и достал моторчик. С винта сломал лопасти и осталось только основание — центральная часть, которая на вал надевается. Далее думал какие лопасти к нему приделать, пробовал и донышки пластиковых бутылок и банки консервные, но все это мне не нравилось.

Потом отыскал кусок ПВХ трубы диаметром 5см, и длинной50 см. Из нее сделал 4 лопасти, просто порезал трубу вдоль на две половинки, и половинки, каждую на две части, получилось 4 лопасти. В основании, которое осталось от родного винта просверлил 4 отверстия для крепления лопастей, так-же и в лопастях сделал 4 отверстия. Все это дело скрутил на болтики и получился четырех лопастной винт — савониус ( первая «серьезная» вертикалка ).

Ну а далее нашел провода нужной длинны, сростил метром 5 антенного кабеля и метров 8 обычного. провода сразу подсоединил чтобы замерять параметры с учетом длинны провода, так-как данные могут различаться если делать замеры на метровом проводе, или на 13 м.

Потом нашел кусок металлической трубки длинной около 80-90 см, ее изогнул буквой Z и примотал моторчик. Этой трубкой анемометр будет крепиться к мачте. Тут ничего сложного, можно использовать любой подручный материал.

Ну а далее, как собрал полностью анемометр, я его чтобы откалибровать установил на свой мотоцикл. Ниже на фото можно видеть как это сделано, все примитивно и просто. На зеркало приматах изолентой мыльтиметр, в общем кое-как все закрепил чтобы освободить руки для управления мотоциклом.

>

Этот осенний денек очень удачный из-за практически полного отсутствия ветра, что кстати и послужило быстрой сборки анемометра, не пропадать-же такому дню. На асфальт выезжать не хотелось, так-как с непонятной штуковиной спереди мотоцикла я бы привлекал к себе внимание, поэтому решил проехаться по полям вдоль лесопосадок.

Катался туда сюда и в разных направлениях и записывал в телефон показания мультиметра при разных скоростях движения. Стартовал анемометр со скорости 7 км/ч, и я постепенно откатал туда сюда на разных скоростях начиная с 10 км/ч и максимальная 40км/ч, можно было и больше, но грунтовые дороги очень не ровные и сильно не разгонишься.

>

После покатушек нарисовались вот такие данные. Мультиметр показал при 10км/с =0.06V , при 20км/ч=0.12V, при 30=0.20V, при 40км/ч=0.30V.

Потом с помощью калькулятора я высчитал показания для промежуточных значений скорости ветра.

Вольты-скорость ветра м/с.

0.06-3

0.08-4

0.10-5

0.12-6

0.16-7

0.20-8

0.23-9

0.27-10

0.30-11

0,32-12

0.34-13

0.36-14

0.38-15

Данные выше 11 м/с вычислил нарисовав на листке бумаги график роста напряжения в зависимости от скорости ветра, который плавно продолжил до 15 м/с. Этим-же днем, а точнее уже вечером установил анемометр на мачту к ветрогенератору. Опустил ветряк и примотал ниже анемометр. Трубу временно притянул на проволоку и обмотал дополнительно изолентой, получилось вроде крепко. Ну а далее поднял все это дело на место и теперь рядом с ветрогенератором на мачте теперь стоит анемометр, который стартует при 3м/с и исправно показывает скорость ветра.

>

>

Ниже на фото уже поднятый ветрогенератор с закрепленным анемометром. Более подробно я не стал фотографировать, так-как там ничего сложного нет, и повторять нечего. Анемометр собрать можно из чего угодно, из практически любого моторчика. Калибровать конечно удобнее на автомобиле. Там и комфортное, и удобнее, и спидометр точнее. Но я вот решил на мотоцикле, и тоже вроде получилось неплохо, надеюсь если спидометр и врет, то не намного.

>

Пока все, эта первая версия этого анемометра, и я думаю не последняя. А пока дождусь ветра и узнаю что дает мой ветрогенератор. Ну и дополню эту статью этими данными. А может что-нибудь придется переделывать….

Дополнение

Появился ветер и я испытал анемометр. Первые наблюдения за силой ветра и показанием амперметра генератора наглядно показали какой не постоянный ветер. Сдесь внизу, так-как мачта немвысокая, он состоит в основном из коротких порывов, длительность которых не привышает двух трех секунд, и за несколько секунд ветер может меняться в больших пределах.

Не нагруженый ничем винт анемометра резко реагирует на каждый порыв и изменение скорости ветра. А нагруженый винт этого ветрогенератора все-таки запаздывает в реакциях, и из-за этого не синхронные данные в показаниях. Сегодня ветер 3-7 м/с, анемометр правда ловил пару порывов до 10м/с, но они длились менее секунды и ветрогенератор просто не упевал на них реагировать.

Спустя некоторое время наблюдений нарисовались некоторые средние значения силы тока от ветрогенератора при определенном ветре. Стартует винт с 3,5-4 м/с, зарядка 0.5А на 4м/с, 1А на 5м/с, 2,5А на 6м/с, 4А на 7м/с, 5А на 8м/с. Эти данные усредненные, так-как амперметр аналоговый стот, и я могу ошибаться до 0.5А в показаниях силы тока от ветрогенератора.

Как я сделал анемометр фото и видео

>

Ветрогенераторами я занимаюсь уже давно, а вот анемометра у меня так и не было. Ранее я уже пытался изготовить анемометр из моторчика, но получилось плохо, стартовал поздно и моторчик слишком маленькое напряжение выдавал. Потом я попробовал сделать анемометр из микрофона и программы, работал такой анемометр хорошо. Но нужно было для него отдельное андроид устройство, с которым он должен быть откалиброван, а лишнего смартфона не было чтобы установить чисто для отображения показаний ветра.

И в общем я решил сделать анемометр аналоговый, из того что у меня имелось. Генератор для генерации сигнала я решил делать дисковый аксиальный небольшого размера. Самое первое что я сделал это с помощью маленькой болгарки вырезал два диска диаметром 9 см. Вырезал из Б/У металла толщиной 6 мм. Получилось ровно и точно, у меня на канале есть видео как я вырезал эти диски

>

На фото также видны четыре катушки. Для изготовления катушек статора нужен был тонкий повод, я поискал но толком ничего не нашёл. Потом попался небольшой трансформатор от блока питания, и из него удалось добыть провод диаметром примерно 0.25 мм. Этим проводом получилось намотать только четыре катушки по 250 витков в каждой катушке.

Изначально я хотел сделать трёхфазный генератор девять катушек на 12 магнитов на дисках. Но провода хватило только на четыре катушки и пришлось сделать однофазный статор на четыре катушки. Статор вырезал из МДф панели толщиной 6 мм, решил сделать так чтобы сэкономить на эпоксидной смоле. Под катушки вырезал отверстия, и залил их смолой по месту. Получилось в общем вот так. Ниже вторая часть видео по анемометру, есть ещё и первая, но там по сути тоже самое…

>

На фото видны также и диски с залитыми смолой магнитами. Магниты я вынул из ненужного генератора, их не хватило на второй диск и я добавил другие. Магнитами набрано по 12 полюсов на каждом диске. Предварительные теоретические расчёты показали что должно получится примерно 1 вольт при 60 об/м. В итоге оно так и получилось, но потом всё переделывать, но я хочу по порядку рассказать всю хронологию изготовления этого анемометра.

Заливка дисков с магнитами эпоксидной смолой

>

>

Статор с катушками перед заливкой смолой

>

>

Конструкция анемометра изначально планировалась вертикального типа. Основа генератора это болт М12 и два подшипника с внутренним 12 мм, а внешний 32 мм, это подшипники генератора 2101 задние. В общем в итоге получилась вот такая конструкция, которую осталось лишь откалибровать с измерительным прибором и анемометр готов.

Первая попытка калибровки анемометра

Калибровать я собирался с помощью своего мотоцикла с боковым прицепом. Сначало я проверил спидометр мотоцикла по навигатору и оказалось что например 20 км/ч равно 18 км/ч, а 40 км/ч равно 36 км/ч и т.д. Скорость ветра 10 м/с равна вообще 36 км/ч, но по моему спидометру это 40 км/ч, а 5 м/с равно 18 км/ч, но по спидометру моему это ровно 20 км/ч.

Так как предполагалось что обороты вертикального ротора (чашки) будут расти линейно со скоростью ветра то я хотел использовать цифровой вольтметр. Нужно было лишь подогнать вольтаж генератора так регулируя расстояние между дисками, чтобы вольтметр при 5 м/с показывал 5 вольт, и при 10 м/с он сам покажет 10 вольт. Но обороты при увеличении скорости ветра были абсолютно не линейны. До 5 м/с ротор еле крутился, а после 5 м/с обороты резко увеличивались и показания вольтметра были не линейны. Так например при 5 м/с было ровно 5 вольт, но при 7.5 м/с уже 9 вольт, а при 10 м/с уже 15 вольт.

Да и вообще как работал этот вертикальный винт мне не понравилось, слишком маленькие обороты, и не было линейности роста оборотов. И я решил всё переделать, и сделал классический горизонтальный ветряк с шестилопастным винтом диаметром 0.76 м. Ниже на фото сам анемометр закреплён для испытаний на мотоцикле. Также справа на сиденье виден старый вертикальный винт.

>

По этому поводу я снял небольшое видео.

Испытания показали что и в горизонтальном исполнении с шестилопастным винтом линейности оборотов нет судя по росту напряжения в зависимости от оборотов. Винт я обрезал до диаметра 0.5 м., и увеличил углы установки лопастей, но всё равно следующие заезды показали что винт опять нелинейно набирает обороты, ускоряется при более сильном ветре.

Так хотелось подогнать цифровой вольтметр, пробовал резисторами подбирать вольтаж, гасить излишки, но толку было мало. И решил я тогда поставить аналоговый прибор. Нашёл у себя небольшой стрелочный амперметр на 20А и уже на нём откалибровал анемометр. Получилось тоже не с первого раза, но подбором резисторов добился оптимальных показаний прибора. Ниже стоп кадр из видео, качество плохое, но думаю понятно что за амперметр.

>

Откалибровать получилось до 12 м/с, если увеличивать диапазон до 15 или 20 м/с то до 5 м/с показания слишком плотно друг к другу и толком не разобрать где там 2 м/с, где 2.5 м/с, в общем слишком плотно. А чем больше показания тем больше разрыв отметок. В итоге сделал до 12 м/с и думаю это нормально, это как раз рабочий диапазон ветра, порывы сильнее у нас редко бывают.

>

Анемометр сделан и работает

Ниже последнее видео по анемометру где он уже установлен на вышку и работает. В общем пока всё хорошо, мне всё нравится, а там время покажет что и как.

И некоторые фотографии с внешним видом анемометра, ниже фото в моей мастерской.

>

Далее анемометр уже установлен на вышке.

>

Конечно анемометр получился не маленький, но как есть так уже и останется. Самое главное я его хорошо откалибровал и теперь можно снимать показания по мощности ветрогенератора с привязкой к скорости ветра. Сделать анемометр была давняя моя мечта, но всё чего то для этого не хватало. Обычно делают маленькие анемометры типа чашечные с маленькими моторчиками. Или делают на датчиках оборотов, но я решил так по старинке, с аналоговым прибором из амперметра.

Генератор дисковый аксиальный, имеет один диск, в статоре 4 катушки намотаны по 250 витков проводом примерно 0.25 мм. Статор однофазный, а на диске магнитами набраны 12 полюсов. Основа это болт М12 и два подшипника, корпус держатель подшипников самодельный, ну там почти всё самодельное.

Датчик ветра своими руками

Анемометр — измеритель скорости ветра

Новая статья по теме + фото и видео — Анемометр андроид + микрофон

Наконец дело дошло и до анемометра. Имея опыт изготовления уже трех ветрогенераторов я так и не знаю точно на каком ветре и сколько дают мои ветряки. Сейчас всего один ветрогенератор в строю, мой самый удачный, хотя и собранный весь » на коленке». Я примерно и представляю силу ветра и могу отличить ветер в 5 м/с от 10 м/с, но все-же хочется более точно знать скорость ветра чтобы определять мощность ветрогенератора.

Несколько дней время от времени думал из чего-же сделать анемометр, но из хлама, имеющегося дома пока ничего толкового не вырисовывалось. Нашел два маленьких моторчика от DVD плеера, но они что-то уж больно крошечные и лопасти к тонкому валу трудно придумать.

Попался мне на глаза автомобильный вентилятор, такие в грузовых авто ставят обычно. Вот его та я и замучил. Разобрал и достал моторчик. С винта сломал лопасти и осталось только основание — центральная часть, которая на вал надевается. Далее думал какие лопасти к нему приделать, пробовал и донышки пластиковых бутылок и банки консервные, но все это мне не нравилось.

Потом отыскал кусок ПВХ трубы диаметром 5см, и длинной50 см. Из нее сделал 4 лопасти, просто порезал трубу вдоль на две половинки, и половинки, каждую на две части, получилось 4 лопасти. В основании, которое осталось от родного винта просверлил 4 отверстия для крепления лопастей, так-же и в лопастях сделал 4 отверстия. Все это дело скрутил на болтики и получился четырех лопастной винт — савониус ( первая «серьезная» вертикалка ).

Ну а далее нашел провода нужной длинны, сростил метром 5 антенного кабеля и метров 8 обычного. провода сразу подсоединил чтобы замерять параметры с учетом длинны провода, так-как данные могут различаться если делать замеры на метровом проводе, или на 13 м.

Потом нашел кусок металлической трубки длинной около 80-90 см, ее изогнул буквой Z и примотал моторчик. Этой трубкой анемометр будет крепиться к мачте. Тут ничего сложного, можно использовать любой подручный материал.

Ну а далее, как собрал полностью анемометр, я его чтобы откалибровать установил на свой мотоцикл. Ниже на фото можно видеть как это сделано, все примитивно и просто. На зеркало приматах изолентой мыльтиметр, в общем кое-как все закрепил чтобы освободить руки для управления мотоциклом.

Этот осенний денек очень удачный из-за практически полного отсутствия ветра, что кстати и послужило быстрой сборки анемометра, не пропадать-же такому дню. На асфальт выезжать не хотелось, так-как с непонятной штуковиной спереди мотоцикла я бы привлекал к себе внимание, поэтому решил проехаться по полям вдоль лесопосадок.

Катался туда сюда и в разных направлениях и записывал в телефон показания мультиметра при разных скоростях движения. Стартовал анемометр со скорости 7 км/ч, и я постепенно откатал туда сюда на разных скоростях начиная с 10 км/ч и максимальная 40км/ч, можно было и больше, но грунтовые дороги очень не ровные и сильно не разгонишься.

После покатушек нарисовались вот такие данные. Мультиметр показал при 10км/с =0.06V , при 20км/ч=0.12V, при 30=0.20V, при 40км/ч=0.30V.

Потом с помощью калькулятора я высчитал показания для промежуточных значений скорости ветра.

Вольты-скорость ветра м/с.

Данные выше 11 м/с вычислил нарисовав на листке бумаги график роста напряжения в зависимости от скорости ветра, который плавно продолжил до 15 м/с. Этим-же днем, а точнее уже вечером установил анемометр на мачту к ветрогенератору. Опустил ветряк и примотал ниже анемометр. Трубу временно притянул на проволоку и обмотал дополнительно изолентой, получилось вроде крепко. Ну а далее поднял все это дело на место и теперь рядом с ветрогенератором на мачте теперь стоит анемометр, который стартует при 3м/с и исправно показывает скорость ветра.

Ниже на фото уже поднятый ветрогенератор с закрепленным анемометром. Более подробно я не стал фотографировать, так-как там ничего сложного нет, и повторять нечего. Анемометр собрать можно из чего угодно, из практически любого моторчика. Калибровать конечно удобнее на автомобиле. Там и комфортное, и удобнее, и спидометр точнее. Но я вот решил на мотоцикле, и тоже вроде получилось неплохо, надеюсь если спидометр и врет, то не намного.

Пока все, эта первая версия этого анемометра, и я думаю не последняя. А пока дождусь ветра и узнаю что дает мой ветрогенератор. Ну и дополню эту статью этими данными. А может что-нибудь придется переделывать.

Дополнение

Не нагруженый ничем винт анемометра резко реагирует на каждый порыв и изменение скорости ветра. А нагруженый винт этого ветрогенератора все-таки запаздывает в реакциях, и из-за этого не синхронные данные в показаниях. Сегодня ветер 3-7 м/с, анемометр правда ловил пару порывов до 10м/с, но они длились менее секунды и ветрогенератор просто не упевал на них реагировать.

Спустя некоторое время наблюдений нарисовались некоторые средние значения силы тока от ветрогенератора при определенном ветре. Стартует винт с 3,5-4 м/с, зарядка 0.5А на 4м/с, 1А на 5м/с, 2,5А на 6м/с, 4А на 7м/с, 5А на 8м/с. Эти данные усредненные, так-как амперметр аналоговый стот, и я могу ошибаться до 0.5А в показаниях силы тока от ветрогенератора.

Анемометр – это измерительный прибор для определения скорости ветра. Сегодня мы с вами сделаем этот прибор для измерения скорости ветра самостоятельно. Наш самодельный анемометр очень прост в изготовлении, но вместе с тем, скорость ветра он измеряет не хуже, чем настоящий анемометр. Вот как ты можешь сделать самодельный анемометр.

Для того чтобы сделать самодельный анемометр нам понадобится:

• Трубочка для коктейля, шампур или что-либо подобное

• Хлопчатобумажная швейная нитка или нейлоновая рыболовная леска

• Мяч для большого тенниса стандартного веса

Что нужно делать, чтобы получился самодельный анемометр

1. Иголкой проделай в теннисном мяче два крошечных отверстия одно напротив другого. Проще всего это сделать, нагрев кончик иглы на огне.

2. Продень швейную нитку или рыболовную леску сквозь мячик, оставив с одной стороны, примерно сорок пять сантиметров. Крепко привяжи ее и отрежь излишнюю длину.

3. Привяжи второй конец лески к палочке и обмотай ее ниткой, пока расстояние между палочкой и верхом мяча не достигнет тридцать сантиметров.

4. С помощью клейкой ленты прикрепи палочку к транспортиру. Нитка должна свисать с его наружной стороны из центральной точки.

5. Чтобы измерить скорость ветра, расположи транспортир в направлении ветра. Держи его за углы как можно дальше от себя. Нитка не должна касаться транспортира. При нулевой скорости ветра нитка будет висеть прямо вниз вдоль отметки девяносто градусов. Когда подует ветер, сними показания градусов и затем проверь по таблице скорость ветра.

Мы с вами провели очередной опыт и на этот раз измерили скорость ветра, которая постоянна в регионе, где вы проживаете. Проводить различные опыты и эксперименты очень интересно, увлекательно и познавательно. Особенно для таких любознательных мальчиков и девочек, как вы. Вы можете провести и другие опыты по различным направлениям и предметам. Например, очень интересно будет узнать, как же ведут себя муравьи в своей колонии, что делают под землей черви, как можно вырастить собственный кристалл или извлечь ДНК, как сделать самому электромагнит, научится ходить по воде, сконструировать свой телескоп для наблюдения за звездами, построить самодельный компас и многое, многое другое.

Метеостанция построена на Picaxe микроконтроллере от Revolution Education Ltd и состоит из двух основных частей: наружный блок, который посылает свои данные каждые 2 секунды, используя передатчик на частоте 433МГц. И внутренний блок, который отображает полученные данные на 20 х 4 ЖК-дисплее, а также атмосферное давление, которое измеряется локально во внутреннем блоке.

Я пытался сохранить дизайн максимально простым и в то же время функциональным. Связь устройства с компьютером осуществляется через COM-порт. В настоящее время на компьютере непрерывно строятся графики из полученных значений, а также идет отображение значений на обычных индикаторах. Графики и показания датчиков доступны на встроенном веб-сервере, все данные сохранятся и т.о. можно посмотреть данные за любой промежуток времени.

Постройка метеостанции заняло несколько месяцев, от разработки до завершения, и в целом я очень доволен результатом. Я особенно рад, что мне удалось построить все с нуля при помощи обычных инструментов. Меня она полностью устраивает, но совершенству предела нет, и особенно это касается графического интерфейса. Я не предпринял никаких попыток коммерциализации метеостанции, но если вы думаете о создании метеостанции для себя, то это хороший выбор.

Уличные датчики

Датчики используются для измерения температуры, влажности, осадков, направления и скорости ветра. Датчики представляют собой сочетание механических и электронных устройств.

Датчик температуры и относительной влажности воздуха

Измерение температуры, пожалуй, проще всего. Для это используется датчик DS18B20. Для измерения влажности был использован HIH-3610, выдающий напряжение 0.8 — 3.9В при влажности 0% до 100%

Я установил оба датчика на небольшой печатной плате. Плата установлена внутри самодельного корпуса, который предотвращает воздействие дождя и других внешних факторов.

Упрощенный код для каждого из датчиков приведен ниже. Более точный код, который считывает значения с точностью до одной десятой, показан на сайте Питера Андерсона. Его код используется в окончательном варианте метеостанции.

Датчик температуры обеспечивает точность ± 0.5 °C. Датчик влажности обеспечивает точность до ± 2%, так что это не очень важно, сколько знаков доступно после запятой!

Пример участка из программного обеспечения, работающего на ПК.

Температура

Влажность

Расчет показаний датчика влажности

Расчеты взяты из документации датчика Honeywell HIH-3610. На графике показывана стандартная зависимость при 0 °C.

Напряжение с датчика измеряется на входе АЦП (B.7) микроконтроллера Picaxe 18M2. В коде, показанном выше, значение, которое представлено в виде числа от 0 до 255 (т.е. 256 значений), хранится в переменной b1.

Наша схема питается от 5В, так что каждый шаг АЦП равен:
5/256 = 0.0195 В.

На графике видно начально значение АЦП 0.8 В:
0.8 / 0.0195 = 41

Взяв значения из графика, наклон графика (с учетом смещения) примерно:
Напряжение выхода / % относительной влажности или
(2.65 — 0.8) / 60 = 0.0308 В в% RH
(В документации 0.0306)

Рассчитаем кол-во шагов АЦП на 1% влажности:
(В на % RH) / (шаг АЦП)
0.0308 / 0.0195 = 1.57

% RH = значение с АЦП — смещение АЦП / (шаги АЦП в % RH), или
% RH = значение с АЦП — 41 / 1.57

Итоговая формула расчет для микроконтроллера будет выглядеть: % RH = значение с АЦП — 41 * 100/157

Защитный корпус

Начните с разрезания каждой панели на две части.» форму. Сделайте так со всеми сторонами.

Измеритель скорости и направления ветра

Механическая часть

Датчики скорости и направления ветра представляют собой сочетание механических и электронных компонентов. Механическая часть идентична для обеих датчиков.

12мм вставка из фанеры (marine ply) находится между трубой из ПВХ и диском из нержавеющей стали в верхнем конце трубы. Подшипник приклеен к диску из нержавеющей стали и удерживается нержавеющей пластиной.

Как только все будет полностью собрано и настроено, открытые места герметизируются герметиком для водонепроницаемости.

Остальные три отверстия на фотографии предназначены для лопастей. Лопасти длиной 80 мм дают радиус поворота 95мм. Чашки 50 мм в диаметре. Для них я использовал обрезанные флаконы от одеколона, которые имеют почти сферическую форму. Я не уверен в их надёжности, поэтому сделал их легкозаменяемыми.

Электронная часть

Электроника для датчика скорости ветра состоит только из транзисторного ключа, фотодиода и двух резисторов. Они монтируются на небольшой круглой ПП диаметром 32мм. Они установлены в трубе свободно, чтобы влага в случае её попадания стекала вниз не задевая электронику.

Калибровка анемометра

Анемометр — один из трех датчиков, который необходимо откалибровать (два других – счетчик осадков и датчик атмосферного давления)

Фотодиод обеспечивает два импульса за один оборот. В простой «последовательной» системе, к которой я стремился (все датчик опрашиваются поочередно), должен быть компромисс между длиной времени, затрачиваемого на опрос каждого датчика (в данном случае, подсчет импульсов) и отзывчивость системы в целом. В идеале, на полный цикла опроса всех датчиков должно уйти не более 2-3 секунд.

На фото выше проверка датчика при помощью мотора с регулируемыми оборотами.

Я хотел откалибровать его при движении на автомобиле, но на это не было времени. Я живу в относительно плоской местности с аэропортом в нескольких километрах рядом, поэтому я калибровал датчик, сравнивая мои показания скорости ветра с показаниями аэропорта.

Если бы мы имели 100% КПД и лопасти вертелись-бы со скоростью ветра, то:
Радиус ротора = 3.75″
Диаметр ротора = 7.5″ = 0.625 фута
Длина окружности ротора = 1.9642 фута

1 фут/мин = 0.0113636 м/ч,
1.9642 фут/мин = 1 об = 0.02232 м/ч
1 м/ч = 1 / 0.02232 об

1 м/ч = 44.8 об
? м/ч = об / 44.8
= (об/мин * 60) / 44.8

Поскольку за поворот выходит два импульса
? м/ч = (импульсов в секунду * 30) / 44.8
= (импульсов в секунду) / 448

Датчик направления ветра — механическая часть

В датчике направления ветра, вместо алюминиевой пластины используется магнит, а вместо оптоэлектронного узла — специальная микросхема AS5040 (магнитный энкодер).

На фото ниже показан 5мм магнит, установленный на торце центрального винта. Выравнивание магнита относительно микросхемы очень важно. Магнит должен быть точно по центру на высоте около 1мм над микросхемой. Как только все будет точно выровнено, датчик будет работать правильно.

Датчик направления ветра — электронная часть

Существуют различные схемы для измерения направления ветра. В основном они состоят либо из 8 герконов расположенных под углом 45 градусов с интервалом вращающегося магнита или потенциометра который может полностью проворачиваться.

Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Основным преимуществом является то, что они оба просты в реализации. Недостатком является то, что они подлежат износу — особенно потенциометры. Альтернативой использованию герконов будет использовать датчика Холла для решения механического износа, но они по-прежнему ограничиваются 8 различными позициями . В идеале, я хотел бы попробовать что-то другое и в конечном счете решил о AS5040 — поворотном магнитном датчике IC. Хотя это устройство для поверхностного монтажа (которого я стараюсь избегать), оно имеет ряд преимуществ, которые делают ее использование привлекательным!

Он имеет несколько различных форматов вывода, два из которых наиболее подходит для нашей цели. Наилучшая точность достигается с помощью SSI интерфейса. AS5040 выдает импульсы длиной от 1 мкс при 0° и до 1024 мкс при 359,6°

Проверка калибровки датчика направления ветра:

Измеритель уровня осадков

Насколько это возможно, я сделал дождемер из пластика и нержавеющей стали, основание сделано из алюминия толщиной 3 мм для жесткости.

В измерителе уровня осадков есть две ведерка. Каждое ведерко вмещает до 6 мл воды до его смещения центра тяжести, которое заставляет его вылить воду в ёмкость и подать сигнал на датчик. Когда ведро опрокидывается, алюминий флаг проходит через оптический датчик, посылающий сигнал на электронику наружного блока.

На данный момент, я оставил его с прозрачными стенками (потому что интересно наблюдать это работает!). Но я подозреваю, что нужно покрасить его белой краской, чтобы отражать тепло летом, во избежание испарения. Я не мог найти маленькую воронку, поэтому пришлось сделать её самому. Обратите внимание на проволоку внутри воронки и по центру желоба. Это поможет остановить поверхностное натяжение воды в воронке и помогает капать воде. Без проволоки, дождь имел бы тенденцию к «водовороту», и его траектория была-бы непредсказуемой

Оптодатчики крупным планом:

Электронная часть дождемера

Из-за случайного характера работы датчика, программное прерывание в микроконтроллере наружного блока, казалось, логичный подход. К сожалению, некоторые команды программы, отключают механизм прерываний в то время, как они выполняются, т.о. есть вероятность, что сигнал придет в никуда. По этим причинам, дождемер имеет собственный микроконтроллер 08М Picaxe.

Использование отдельного чипа позволяет использовать его для создания достаточно точной 1-часовой задержки для того, чтобы считать ведра в час.

Калибровка

Picaxe 18м2 получает текущее количество ведерок в час и выводит его на дисплей и компьютер.

В качестве отправной точки, я использую следующие данные:
Воронка диаметров 120мм и емкость площадью 11,311мм2
1 мм дождя = 11,311мм3 или 11,3 мл.
Каждое ведро это 5,65 мл. Таким образом, 2 ведра 2 х 5,65 = 11,3 мл (или 1 мм) осадков. Одно ведро = 0,5 мм осадков.

Для сверки, я купил дешевый стакан для измерения осадков.

Наружный блок

Для вышеприведенной схемы и схемы 08М Picaxe для датчика используется одна и та же топология печатной платы. Устройство питается от аккумулятора 12V 7Ah через стабилизатор 7805.
Я использовал набор RF Connect kit для беспроводной связи на 433 МГц. Комплект содержит пару специально запрограммированных PIC контроллеров. Комплект беспроводных модулей в ходе испытаний зарекомендовал себя как достаточно надежный.

Печатная плата

На ПП установлен 08М Picaxe и 18м2. Каждый из них имеет свой собственный разъем программирования. Отдельные разъемы, каждый со своим +5 В, предназначены для каждого датчика — за исключением температуры и влажности.

Обратите внимание, что я нарисовал чертёж в Paintshop Pro поэтому я не могу гарантировать точность расстояния между выводами.

Внутренний блок

Во внутреннем блоке используетя 18м2 Picaxe, датчик давления и ЖК-дисплей. Также есть стабилизатор напряжения 5В.

Датчик давления

После нескольких неудачных попыток, я остановился на MPX4115A. Хотя другие датчики имеют диапазон измерения немного больше, они труднодоступны. Кроме того, другие датчики, как правило, работают от 3,3В и требуют дополнительный стабилизатор. MPX4115A выдает аналоговое напряжение от 3,79 и до 4,25В пропорционально давлению. Хотя это почти достаточное разрешение для обнаружения 1 мбар изменения давления, после некоторого обсуждения на форуме, я добавил АЦП MCP3422. Он может работать в 16-битном режиме (или выше) по сравнению с 10-битном режиме Picaxe. MCP3422 может быть связан (как в нашей схеме) в дифференциальный режим с аналоговым входом от датчика. Основным преимуществом является то, что это позволяет корректировать выход датчика, тем самым легко компенсировать ошибки MPX4115A и обеспечить простой способ калибровки датчика.

MPC3422 на самом деле имеет два дифференциальных входа, но так-как один не используется они замкнуты. Выход из MCP3422 имеет интерфейс I2C и соединяется с SDA и SCL контактам на 18м2 Picaxe – выводы B.1 и B.4 соответственно. С моей точки зрения, единственный недостаток в использовании MCP3422 том, что это небольшое устройство для поверхностного монтажа, но я его припаял к адаптеру. В дополнение к I2C интерфейсу MCP3422 18м2 просто обрабатывает поступающие данные из 433МГц беспроводной приемник, выводит данные на дисплей и передает данные на ПК. Для того чтобы избежать ошибок внутреннего блока когда компьютер не работает, нет никаких ответов от ПК. Внутренний блок передает данные и идет дальше. Он передает данные приблизительно в 2-секундным интервалом, чтобы потери данных быстро компенсировались следующий раз. Я использовал незадействованные порты на 18м2 для подключения кнопки на передней панели. Переключатель S1 (вход С.5) используется для включения подсветки ЖК-дисплея. Переключатель S2 (вход C.0) сбрасывает значение давления (мбар) на ЖК-дисплее. Переключатель S3 (вход C.1) переключает осадки отображаемые на ЖК-дисплее между общим в предыдущий час и текущими. Кнопки необходимо удерживать более 1 секунды для их реакции.

Сборка внутреннего блока

Как и в печатной плате для наружного блока, я нарисовал макет вручную с помощью Paintshop Pro, так что в расстояниях могут быть ошибки

Плата немного больше, чем это необходимо, чтобы вписаться в пазы в алюминиевом корпусе.
Я сознательно сделал разъем для программирования немного «внутрь» от края платы, чтобы предотвратить его прикосновение к корпусу. Вырез для ЖК-дисплея производится высверливание и подгонкой до точных размеров.

На фото показано всё уже установленное в корпус.

Штырьки на плате делают сложным её установку в корпус, поэтому мне пришлось отпаять их и припаять дисплей к плате проводами.

Внешний блок — код Picaxe

Использовано памяти = 295 байт из 2048

Счетчик количества осадков — 08M код

Внутренний блок — код Picaxe

Использовано памяти = 764 байт из 2048

Программное обеспечение для ПК

Программное обеспечение, работающее на ПК было написано с использованием Borland Delphi 7. Оно довольно примитивно в его нынешнем виде, но это, по крайней мере, показывает связь Picaxe с компьютером.

The Activity Mom — Детские научные эксперименты дома

Вы можете проводить увлекательные научные эксперименты дома! Никогда бы не подумал, что смогу помочь своему сыну сделать его собственный анемометр для измерения скорости ветра! Как круто! Этот простой эксперимент делает науку интересной! В этом научном упражнении здорово то, что маленькие дети могут получить и получить базовые знания о сложной концепции и отлично провести время, выполняя это.

Доктор Молли Кьюл «Перезагрузка робота» вдохновила меня на попытку этого простого научного эксперимента.

Эта книга разбивает простые научные эксперименты на простых для выполнения шагов , но самая лучшая часть — это язык, на котором они объясняют ПОЧЕМУ вещи происходят.

Он познакомил моего сына с словарным запасом естественных наук таким образом, чтобы это было интересно, соответствовало возрасту и было легко для понимания ! Домашние научные эксперименты — это весело и ценно.

Материалы для изготовления анемометра (предметы повседневного обихода):

Для этого простого эксперимента вам понадобится:

  • 4 маленьких бумажных стаканчика
  • 2 пластиковые соломинки
  • степлер
  • лента
  • карандаш
  • канцелярская кнопка

Шаг 1: Прикрепите соломку к вершинам двух чашек.Убедитесь, что каждая из чашек смотрит в противоположные стороны.

Шаг 2: Следующий шаг — это расположить различные части соломинок крестиком и скотчем их посередине. Постарайтесь, чтобы они были ровными и располагались под углом 90 градусов.

Шаг 3: Нарисуйте точку или фигуру на одной из чашек. Это поможет вам подсчитать обороты и рассчитать скорость ветра.

Шаг 4: Прикрепите соломинки к верхней части карандаша, протянув канцелярскую кнопку через середину соломинки и вставив ее в ластик карандаша.

Убедитесь, что кнопка закреплена надежно, но не слишком туго, чтобы чашки могли вращаться.

Шаг 5: Вынесите анемометр на улицу и дайте ему покрутиться.

Запустите таймер на одну минуту и ​​посчитайте, сколько раз кружки анемометра вращаются, наблюдая за одной отмеченной чашкой.

Продолжайте считать, пока не истечет минута.

Вы измерили скорость ветра в оборотах в минуту или об / мин.

Какой отличный способ для детей всех возрастов узнать из первых рук об измерении скорости ветра!

Информация о том, насколько быстро дует ветер, помогает метеорологам предсказывать погоду.

Крутые научные эксперименты в домашних условиях могут быть немного устрашающими без таких подходящих ресурсов, как этот! Спасибо World Book и доктору Молли Кьюл, перезагружая робота за спонсорскую поддержку The Activity Mom.

Больше научных экспериментов дома

Попробуйте этот классический эксперимент — вырастите хрустальную радугу разных цветов

Попробуйте этот детский эксперимент — рецепт невидимых чернил с использованием простых ингредиентов для написания секретных сообщений.

Может быть, вам нужна небольшая помощь или вдохновение для создания проектов для детей Science Fair

Простой эксперимент со светом

Цветные высыпания из пищевой соды и белого уксуса — химическая реакция у детей раннего возраста

Сделайте лавовую лампу в каменной кувшине

Эксперимент с классическим танцующим изюмом

Научный эксперимент «Растопить ледяной куб»

Magnetic vs.Немагнитный научный эксперимент для дошкольников

Как сделать анемометр | Научный проект

Узнайте, как сделать анемометр.

  • 5 маленьких бумажных стаканчиков
  • Пробойник
  • Ножницы
  • Клейкая лента
  • 3 тонких деревянных дюбеля
  • Пустая бутылка для воды
  • Секундомер
  1. Используйте дырокол, чтобы проделать отверстия в каждой из 4 бумажных стаканчиков.
  2. Используйте дырокол, чтобы сделать 4 отверстия, равномерно расположенных по краю последней чашки. Это будет центр анемометра.
  3. Проденьте 2 деревянных дюбеля через отверстия в центральной чашке. Они должны пересечься крестиком.
  4. Вставьте концы дюбелей в отверстия других чашек и закрепите их липкой лентой. Убедитесь, что все чашки смотрят в одном направлении.
  5. Возьмите последний деревянный дюбель и проделайте отверстие в нижней части центральной чашки.
  6. Сдвиньте дюбель вверх, пока он не встретится с X, и склейте все вместе. Это будет ваша ось вращения.
  7. Поместите центральный дюбель в пустую бутылку для воды и начните тестирование!
  1. В безветренный день попросите взрослого отвезти вас по улице со скоростью 10 миль в час.
  2. Вынесите анемометр за окно и подсчитайте количество оборотов за 30 секунд.
  3. Однако много раз, когда ваш анемометр вращается за 30 секунд, будет примерно соответствовать ветру, дующему со скоростью 10 миль в час.

Калибровка анемометра дает вам основу для сравнения собранных данных. Например, если ваш анемометр совершает 10 вращений за 30 секунд во время пробного запуска со скоростью 10 миль в час, то в будущем вы знаете, что 10 вращений за 30 секунд означают, что ветер дует со скоростью 10 миль в час. Если вы хотите быть еще более точными, вы можете откалибровать на разных скоростях и составить диаграмму своих результатов.

Заявление об ограничении ответственности и меры предосторожности

Образование.com предоставляет идеи проекта Science Fair для информационных только для целей. Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация. Получая доступ к идеям проектов Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Образование.com Политика конфиденциальности и Условия использования сайта, которые включают ограничения об ответственности Education.com.

Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор. Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Ответственность за использование материалов в проекте лежит на каждом отдельном человеке.Для Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

Как построить анемометр

В этой статье вы найдете простой способ сделать анемометр своими руками, используя только бумажные стаканчики и соломинку. Прежде чем мы перейдем к этапам строительства, давайте немного узнаем об анемометре.

Что такое анемометр?

Анемометр — это прибор, который используется для измерения скорости ветра. Он также используется для определения давления и направления ветра.

Леон Баттиста Альберти изобрел анемометр в 1450 году. Хотя конструкция прибора была усовершенствована, основные принципы и основная конструкция остались прежними.

Сегодня существуют разные типы анемометров. Из этого руководства вы узнаете, что означает анемометр, для чего он используется и как его собрать для себя.

Некоторое использование анемометра включает ..
  • Используется для измерения скорости ветра.
  • Парашютисты используют его, чтобы оценить скорость ветра перед прыжком в пропасть.
  • Анемометр используется для измерения воздушной скорости в аэродинамике.
  • Пилоты, метеостанции, инженеры, климатологи и другие специалисты используют анемометры в своей работе.

Типы анемометров

Существуют различные типы анемометров с разной конструкцией, которые используются для измерения ветра и скорости полета. К наиболее популярным типам анемометров относятся:

  • Чашечный анемометр
  • Пластинчатые анемометры
  • Термоанемометры
  • Анемометры с горячим подключением
  • Лазерные доплеровские анемометры
  • Звуковой анемометр
  • Пластинчатые анемометры
  • Трубные анемометры

В этом руководстве мы узнаем, как построить a чашечный анемометр.

Чашечный анемометр

Также известный как анемометр Робинсона представляет собой простой тип устройства анемометра, сделанного из чашек. Он состоит из четырех чашек, установленных на разных концах горизонтальных рычагов, которые установлены под равными углами на вертикальном валу.

Расположение чашек позволяет воздуху проходить через них, заставляя чашки вращаться, так что скорость вращения пропорциональна скорости ветра. Чем сильнее сила ветра, тем быстрее будет вращаться чашка.

Когда вы рассчитываете вращение чашки за определенный период, она дает вам среднюю скорость, используемую исследователями, метеорологами и другими специалистами для различных целей.

Как построить анемометр

Вы можете построить анемометр для измерения скорости ветра вокруг вас, просто собрав некоторые основные материалы.

Вот предметы, которые вам понадобятся для изготовления анемометра Робинсона.

Необходимые материалы
  • 5 маленьких одноразовых стаканчиков
  • Толстый картон
  • 2 соломинки
  • Карандаш
  • Штифт
  • Гвоздь
  • Дырокол
  • Клей
  • Карандаш
  • Компас

Шаги по созданию анемометра

Шаг 1.Сделайте подставку для анемометра

Из картона сделаем подставку для анемометра. Раскладку картона вырезаем квадратным кусочком. Если картон тонкий — используйте два-три куска картона.

Итак, теперь у вас есть два квадратных картона для стойки анемометра. Нанесите клей на одну часть картонного выреза и аккуратно склейте оба выреза вместе.

Чтобы украсить его, оберните края оберткой.

Шаг 2. Проделываем отверстия в чашке

Итак, у вас есть 5 чашек.Пятая чашка будет центром анемометра, а остальные будут использоваться для рук. Вам нужно только проделать отверстия в пятой чашке. Вы должны сделать четыре отверстия на краю чашки, чтобы через них проходили соломинки.

Возьмите чашку и наметьте карандашом области отверстий (секрет в том, чтобы пометить их как идеальный крест). Используйте дырокол, чтобы пробить все четыре отверстия на чашке.

Затем переверните чашку вверх дном и проделайте отверстие внизу, используя гвоздь. Отверстие должно быть в центре и достаточно большим, чтобы карандаш мог свободно проходить через него.

Шаг 3. Соберите анемометр

Сначала проденьте обе соломинки через отверстия в чашке. У вас должно быть четыре выступающих соломинки.

Теперь возьмите подставку и карандаш. Используйте гвоздь, чтобы сделать отверстие в центре картонной подставки.

Прикрепите карандаш к подставке через созданное отверстие и приложите резинку, чтобы удерживать его.

Когда она высохнет, вставьте чашку с соломкой на карандаш. Проденьте карандаш в отверстие под чашкой, пока он не окажется под обеими соломинками.Затем используйте булавку, чтобы прижать соломку к карандашу.

Если вы выполнили указанные шаги, чашка должна вращаться свободно при ее вращении.

Следующий шаг — приклеить оставшиеся четыре чашки к каждой из четырех соломинок. Возьмите первую чашку и положите ее в упавшем положении. Нанесите клей по центру и приклейте его к краю одной из рук.

Проделайте это для всех четырех чашек и ручек, позволяя каждой держаться должным образом, прежде чем переходить к следующей.

Когда все высохнет, значит, вы успешно построили анемометр.

Как пользоваться анемометром

Теперь, когда у вас есть анемометр, вот несколько способов его использования.

  • Измерьте скорость вентилятора: вы можете поместить анемометр рядом с вентилятором, чтобы измерить скорость вентилятора. Здесь на помощь приходит секундомер. Вы можете подсчитать, сколько раз анемометр повернулся за минуту и ​​так далее.
  • Измерьте скорость ветра за пределами вашего дома. Вынесите анемометр на улицу и поместите его на открытом месте, где до него может дуть ветер.Затем посчитайте, как он вращается, чтобы определить скорость ветра.
  • Посетите парк: в безветренный день вы можете взять его в парк и подержать, чтобы посмотреть, сколько раз он вращается за 30 секунд или около того.
  • Сбор данных: вы можете использовать анемометр для сбора данных для сравнения скорости ветра в разное время дня или в разные дни.
  • Прогнозируйте изменение погодных условий: с помощью анемометра вы можете отслеживать изменения скорости ветра, которые могут указывать на изменение погодных условий.Таким образом, вы можете предсказать, когда будет пасмурно, снежно или дождливо.

Ознакомьтесь с другими нашими проектами «Сделай сам»

Ракета из бумажных стаканов своими руками

Сделайте свой собственный блок

Шарнирно-сочлененная рука робота

Надувной мяч Borax

Детская катапульта своими руками

Как сделать анемометр

Когда дело доходит до практического обучения, дети всех возрастов очень любят занятия STEM, особенно когда они конструируют, а затем используют этот предмет.

Весна — прекрасное время для изучения погоды, особенно ветра.

Вашему ребенку будет интересно узнать , как сделать анемометр из картона и бумажных стаканчиков.

После того, как вы закончите этот анемометр своими руками, вы можете продолжить изучение погоды с некоторыми другими действиями погодных единиц.

Изучите типы облаков и узнайте, как сделать облако из банки, или попробуйте это очень простое упражнение с дождевыми облаками.

Как сделать анемометр

Для вашего удобства ниже приведены партнерские ссылки.

Необходимые материалы:

Чтобы сделать самодельный датчик ветра, начните с разрезания гофрированного картона на 2 полосы примерно 1,5 дюйма шириной и 12 дюймов длиной (3,8 x 30,5 см.

Используйте горячий клей или степлер для соединения) соедините 2 куска картона вместе так, чтобы они образовали крест. Постарайтесь расположить куски по центру как можно больше, чтобы у вас было равное количество картона с каждой стороны.

Как только это будет готово, украсьте цветной лентой один из листов бумаги. чашки.Вы также можете использовать бумажный стаканчик другого цвета, но по размеру близкий к другим вашим стаканам. (Это то, что мы сделали.)

Затем прикрепите скрепками или горячим клеем каждый из бумажных стаканчиков к концам картонного креста. Убедитесь, что все чашки смотрят в одном направлении!

Как сделать датчик ветра

Чтобы сделать вращающуюся часть вашего самодельного анемометра, у вас есть несколько вариантов. Первый выбор — это то, что сработало для нас лучше всего.

Вариант 1. Используйте старую ручку и дюбель.

  • Разберите старую ручку и наденьте полую пластиковую часть на конец тонкого деревянного дюбеля, убедившись, что есть достаточно места, чтобы ручка могла вращаться вокруг дюбеля.
  • Кнопкой прикрепите центр картонного креста к концу корпуса ручки.
  • Затем воткните свободный конец деревянного дюбеля в кусок глины или пластилина. (Мы оставили пластилин в контейнере.)

Вариант 2: используйте новый карандаш и пластиковый контейнер с крышкой.

  • Проверьте свою утилизацию на предмет пластиковых контейнеров высотой не менее 2 1/2 — 3 дюймов (6,3 — 7,5 см) с крышкой. Кончиком ножниц проделайте отверстие в центре крышки емкости. Отверстие должно быть чуть больше ширины карандаша.
  • Кнопкой прикрепите центр картонного креста к ластику карандаша.
  • Воткните свободный конец карандаша в отверстие в крышке контейнера.

Самодельный измеритель ветра

Когда ваш самодельный ветромер будет построен, вы можете вынести его на улицу, чтобы проверить скорость ветра.

Ставим на стол для пикника.

Чтобы измерить скорость ветра, установите таймер на 1 минуту и ​​посчитайте, сколько раз ваша разноцветная чашка проходит по кругу.

Если ваша чашка совершает 10 оборотов за 1 минуту, скорость ветра составляет примерно 1 милю в час. Если он проходит 20 раз в минуту, скорость ветра составляет 2 мили в час и т. Д.

Узнайте больше о погоде, создав торнадо в банке.

Надеюсь, вашему ребенку будет так же весело изучать , как сделать ветряной анемометр из картона и бумажных стаканчиков для измерения скорости ветра, как это делали мы.

Вам также понравятся эти сообщения:

Получите больше забавных идей, подобных этой, доставленных на вашу электронную почту, подписавшись на нашу рассылку новостей.

Первоначально опубликовано 23 апреля 2015 г.

Сделайте анемометр для измерения скорости ветра

Убедитесь, что в вашем браузере включен JavaScript. Если вы оставите отключенным JavaScript, вы получите доступ только к части предоставляемого нами контента. Вот как.

3-я

2-3 студента

40 минут

40 минут

Погода и атмосфера

Ветер, скорость, измерения

  • Разберитесь, что такое анемометр и что он измеряет
  • Понять взаимосвязь между скоростью ветра и скоростью вращения анемометра.

Бен Финио, доктор философии, приятели науки

Введение в план урока по анемометру

Обзор

Помогите начинающим метеорологам в вашем классе научиться измерять скорость ветра, построив собственные анемометры (измерители скорости ветра) из бумажных стаканчиков и соломинок.Затем проведите простой эксперимент, в котором учащиеся изменяют «скорость ветра» с помощью вентилятора и измеряют, как быстро вращается их анемометр.

Выравнивание по NGSS

Этот урок помогает студентам подготовиться к выполнению следующих требований в отношении научных стандартов следующего поколения:
  • 3-ESS2-1. Представляйте данные в таблицах и графических дисплеях для описания типичных погодных условий, ожидаемых в течение определенного сезона.
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерные практики Основные дисциплинарные идеи Сквозные концепции
Планирование и проведение расследований.Сделайте прогнозы относительно того, что произойдет, если переменная изменится.

Анализ и интерпретация данных. Представляйте данные в таблицах и на различных графических дисплеях (гистограммы и пиктограммы), чтобы выявить закономерности, указывающие на взаимосвязи.

ESS2.D: Погода и климат. Ученые записывают модели погоды в разное время и в разных регионах, чтобы они могли делать прогнозы о том, какая погода может произойти дальше.
Узоры.Шаблоны изменений можно использовать для прогнозов.

Материалы


На весь класс:

  • Вентилятор с регулируемой скоростью
  • Пуансоны на одно отверстие для лап
  • Секундомер
  • Маркеры

Для каждой группы студентов:

  • бумажные стаканчики на 3 унции (5)
  • Соломка (2)
  • Канцелярская кнопка
  • Заточенный карандаш с ластиком

Обзоры

Будьте первым, кто пересмотрит этот план урока.

3-я

2-3 студента

40 минут

40 минут

Погода и атмосфера

Ветер, скорость, измерения

Бен Финио, доктор философии, приятели науки

  • Разберитесь, что такое анемометр и что он измеряет
  • Понять взаимосвязь между скоростью ветра и скоростью вращения анемометра.

Видео о нашей науке

Построение модели реки — STEM-задание

Построение модели реки — STEM-задание

Как измерить свет с помощью приложения Google Science Journal

Как измерить свет с помощью приложения Google Science Journal

Пишите секретные сообщения невидимыми чернилами!

Пишите секретные сообщения невидимыми чернилами!

Лучшие анемометры для детей (информация о детском анемометре и инструкции)

Анемометры или измерители скорости ветра — отличный инструмент для обучения детей естественным наукам, потому что их легко понять даже с раннего возраста.Все, у кого есть ветреные дни и менее ветреные, знакомы с концепцией быстрого и медленного ветра, независимо от возраста. И само собой разумеется, что должен быть способ измерить скорость ветра, не так ли? Оснащая молодых людей анемометром, они оказываются за рулем, чтобы сами ответить на этот вопрос. Наука часто бывает абстрактной, но с анемометром дети могут испытать ее на практике.

В этой статье мы собираемся предложить некоторые из лучших наборов анемометров для детей , а также исследуем некоторые связанные темы, такие как создание самого анемометра.Если вас интересуют только наши рекомендации, вы можете сразу перейти к разделу рекомендуемых продуктов.

Что такое анемометр для детей?

Анемометр — это измеритель скорости ветра. Многие базовые анемометры измеряют скорость ветра, подсчитывая, насколько быстро набор ветряных чаш или ветряных лопастей движется по кругу. Затем скорость ветра переводится в скорость миль в час или в какую-либо другую единицу измерения. (Статья по теме: что такое анемометр и для чего он используется?)

Как работает анемометр для детей?

Различные измерители скорости ветра («анемометры») работают по-разному.Самый простой тип анемометра — это анемометр с вращающейся чашкой, который работает примерно так, как вы ожидаете. Обычно он оснащен двумя, тремя или четырьмя ветровыми чашами и вращается в том направлении, в котором дует ветер. Подсчитав количество оборотов, скажем, за минуту, мы можем вычислить скорость ветра.

В других анемометрах используются ветровые лопасти внутри кожуха вентиляторного типа (их часто называют лопастными анемометрами ). Тем не менее, другие анемометры измеряют скорость ветра, вычисляя, сколько времени требуется для охлаждения нагретой проволоки (неудивительно, что они называются анемометрами с горячей проволокой ).Другой усовершенствованный тип анемометра — это ультразвуковой анемометр , который измеряет скорость распространения звуковых импульсов в воздухе. Ветряной носок — это не совсем анемометр, но это еще один простой метод приблизительного измерения скорости и направления ветра.

Чашечные анемометры и лопаточные анемометры являются наиболее распространенным типом для большинства школьных классов или детей, особенно чашечные анемометры. (Статья по теме: Лучшие чашечные анемометры и как работают ветряные чашки)

Как сделать анемометр для детей

Изготовление чашечного анемометра своими руками — отличное занятие для детей.Вы даже можете создать простой, но функциональный анемометр из обычных предметов домашнего обихода, таких как карандаш, соломка, булавка и бумажные стаканчики для рисования. Посмотрите следующее видео с практическими рекомендациями или прочтите наше подробное руководство Как сделать чашечный анемометр для детей (анемометр из бумажного стаканчика своими руками) — Видео.

Статья по теме: Наука и погода в подарок детям и начинающим метеорологам

Какие детские анемометры самые лучшие?

Малый анемометр Eisco Labs

Если вы ищете простой анемометр, дети поймут, вот и все.Он состоит из четырех ветряных чашек, установленных на штанге, вращающейся на ветру. Чем быстрее дует ветер, тем быстрее вращаются чашки. Одна из ветряных чашек красного цвета, что облегчает ее подсчет во время вращения (количество оборотов в минуту позволит вам рассчитать скорость ветра). Это отличный анемометр для научного класса или для домашнего использования, если вы не хотите делать свой собственный анемометр из бумажных стаканчиков.

Анемометр Didax для образовательных ресурсов для классов K-12

Это простой портативный детский анемометр с ветровым колпаком.По мере того, как ветер усиливается, вращающиеся чашки начинают подниматься, что поднимает полоску считывания на стержне устройства. Конечно, он не даст очень точных результатов, но это простой анемометр для детей, который не требует от пользователя подсчета количества оборотов в минуту, а полагается на встроенный датчик скорости ветра. Этот чашечный анемометр также не требует батареек — еще один плюс.

SmartLab You Track It Weather Lab

Это набор для изучения погоды для детей от 7 лет и старше.Он включает в себя анемометр с указателем скорости, датчик дождя, флюгер, компас и цветной буклет с дополнительной информацией об экстремальных погодных условиях, таких как ураганы, торнадо, высокая температура, молния, гром и многое другое. (Вы также можете рассмотреть этот альтернативный комплект метеостанции для детей, в котором есть чашечный анемометр, который необходимо вручную подсчитывать вместе с некоторыми другими функциями.)

Портативный мини-анемометр

Этот ярко-желтый лопастной анемометр с батарейным питанием оснащен простым, легко читаемым экраном, на котором измеряется скорость ветра в различных единицах (мили в час, узлы, футы в минуту, метры в секунду, километры в час).У него также есть удобный браслет и опции для отображения текущей скорости ветра, средней скорости ветра и пиковой скорости ветра. Этот детский анемометр даже имеет встроенный термометр. Экран с подсветкой позволяет использовать его ночью. Питание от одной батарейки типа «таблетка» CR2032 (входит в комплект и заменяется). Этот анемометр отлично подходит для парусного спорта, запуска воздушных змеев и многого другого.

Часто задаваемые вопросы о детских анемометрах

Каковы плюсы и минусы создания анемометра с детьми по сравнению с использованием предварительно собранного комплекта анемометра?

Проекты анемометров из бумажных стаканчиков своими руками, в которых вы собираете анемометры из бумажных стаканчиков, могут быть отличным проектом, который вовлекает детей непосредственно в процесс сборки.В то же время они не будут очень точными, и может быть трудно понять, как перевести количество оборотов чашки в минуту в скорость ветра в милях в час или в других единицах измерения.

С какого возраста можно начинать пользоваться анемометрами с детьми?

Самый молодой возраст, рекомендованный продуктом в этой статье, составляет 7 лет для игрушечных погодных комплектов. Однако минимальный рекомендуемый возраст для изготовления анемометров из бумажных стаканчиков — 8 или 9 лет (третий или четвертый класс).Для анемометров не существует максимального возраста, хотя сложность работы, которую вы можете выполнять, зависит от возраста. Анемометры обычно используются в проектах средней школы.

Чему ребенок или студент может научиться с помощью анемометра?

С помощью анемометров дети могут изучать множество предметов, в том числе:

— Наука о погоде
— Использование прибора
— Механические способности (если вы собираете анемометр самостоятельно)
— Математика и формулы (в случае простых чашечных анемометров с ручным подсчетом / расчетом скорости ветра)
— Обсуждение ветровой энергии и чистая энергия


Создание анемометра для измерения скорости ветра — мероприятие

(1 Рейтинг)

Быстрый просмотр

Оценка Уровень: 4 (3-5)

Требуемое время: 45 минут

Расходные материалы на группу: 1 доллар США.00

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Associated Sprinkle: Создание анемометра (для неформального обучения)

Тематические области: Физические науки, наука и технологии

Поделиться:

Резюме

Студенты создают свои собственные анемометры — приборы для измерения скорости ветра.Они видят, как анемометр измеряет скорость ветра, проводя измерения в различных школах. Они также узнают о различных типах анемометров, реальных приложениях и о том, как информация о скорости ветра помогает инженерам решить, где разместить ветряные турбины. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры разрабатывают датчики, которые собирают скорость и направление ветра для многих целей.В аэропортах эти данные в реальном времени помогают пилотам. Для прогнозирования погоды данные собираются с морских буев, морских судов, портов и суши. В целях безопасности и эффективности на железных дорогах устанавливаются датчики ветра, которые сообщают о состоянии маршрута, потому что сильные порывы ветра вызывают потерю мощности поездов и сход с рельсов и даже дуют на порожние грузовые вагоны. Сигнализация ветра также контролирует условия вблизи промышленных кранов, открытых крыш или других ситуаций, в которых сильный ветер может быть опасным. Датчики на химических заводах, нефтеперерабатывающих заводах, мусоросжигательных заводах и свалках контролируют ветровые условия в случае выброса вредных веществ или указывают, является ли ветер слишком сильным для загрузки пыльных материалов или порошков.Эти данные датчиков также используются для управления отоплением и вентиляцией атриумов офисных зданий и подземных шахт.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

  • Определите анемометр как инструмент, используемый для измерения скорости ветра.
  • Используйте анемометр, чтобы определить, подходит ли место для установки ветряной турбины.
  • Опишите, почему инженеры хотят знать скорость ветра при определении места размещения ветряных турбин.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными предметами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например — естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Общие основные государственные стандарты — математика
  • Представляйте и решайте задачи, связанные с умножением и делением.(Оценка 3) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Выполняйте операции с многозначными целыми числами и десятичными дробями.(Оценка 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

  • 4 маленьких бумажных стаканчика
  • толкатель
  • заточенный карандаш с ластиком на конце
  • таймер на телефоне, часах или часах
  • Жесткий гофрированный картон (достаточно, чтобы разрезать две полосы одинакового размера, каждая длиной от 13 до 23 см [от 5 до 9 дюймов] для каждой команды; подойдут использованные коробки)
  • глина для лепки (около 85 г, 3 унции или ¼ чашки)
  • ножницы
  • маркеры
  • линейки (измерительные)
  • степлер
  • Лист анемометра

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_energy2_lesson07_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Введение / Мотивация

Анемометр чашечный; часть метеостанции. Авторское право

Авторские права © 2005 Дениз В. Карлсон, Программа ITL, Университет Колорадо в Боулдере

Как мы можем отличить ветреный день от действительно ветреного? Измеряем скорость ветра.Ветер над землей иногда измеряется в километрах (или милях) в час. Ветер над водой иногда измеряется в единицах, называемых узлов . Как мы измеряем скорость ветра? Мы используем специальный инструмент под названием анемометр . Скорость ветра обычно измеряется с помощью чашечного анемометра . Чашечный анемометр имеет вертикальную штангу с тремя чашками, которые улавливают ветер. Количество вращений чашек в минуту подсчитывается электронным способом. Этот тип анемометра обычно используется на метеостанциях и часто используется в наших сводках погоды в новостях.

Знаете ли вы, что такое флюгер ? Иногда он имеет форму петуха и находится на крыше сарая? Его еще называют флюгером . Он вращается на ветру и показывает нам направление, откуда дует ветер. Что ж, обычно анемометр также оснащен флюгером для указания направления ветра.

Инженеры конструируют анемометры для измерения скорости ветра во многих ситуациях, кроме измерения погоды. Например, анемометры используются для определения того, сколько воздуха входит в шахты или выходит из них, чтобы убедиться, что у шахтеров есть соответствующая вентиляция и достаточно воздуха, чтобы дышать в подземных пещерах.Инженеры также разрабатывают другие анемометры, которые используют лазеры для обнаружения изменений световых волн, отраженных ветром от молекул воздуха. Инженеры создали анемометры с горячей проволокой, которые определяют скорость ветра по очень крошечной разнице температур между проводами, помещенными на ветру и в ветровую тень. Все эти немеханические анемометры могут быть намного более точными, но и более дорогими, чем простой чашечный анемометр. Преимущество немеханических анемометров может заключаться в том, что они менее чувствительны к обледенению, поэтому они могут проводить измерения в любую погоду, даже зимой.Чашечные анемометры иногда нагревают, чтобы они могли работать в холодную погоду.

, авторское право

Авторское право © Управление долины Теннесси http://www.tva.gov/

Где бы вы разместили ветряную электростанцию ​​ ? Анемометры также являются важными инструментами для определения наилучшего местоположения для ветряных электростанций , генераторов или ветряных турбин, особенно потому, что направление и сила ветра очень зависят от местности. Ветряные турбины — это машины, которые преобразуют движущуюся энергию ветра в механическую / электрическую энергию, которую мы можем использовать, как ветряная мельница.Кроме того, скорость ветра меняется с высотой, поэтому инженеры используют анемометры, чтобы определить наилучшую высоту для установки турбины . Ветряным турбинам требуется постоянная скорость ветра 15 километров (9 миль) в час для небольших ветряных турбин и 21 километр (14 миль) в час для турбин коммунального масштаба. Очень важно, чтобы эти измерения скорости ветра были очень точными, потому что любая ошибка в скорости ветра будет значительно увеличена. Например, если ваш анемометр завышает скорость ветра на 10%, вы завышаете мощность примерно на 133%, или на треть больше.

Сегодня мы будем инженерами и создадим собственные простые анемометры. С помощью этих инструментов мы можем определить лучшее место вокруг нашей школы для установки ветряной турбины.

Процедура

Перед мероприятием

  • За несколько дней забрать использованные ящики из гофрированного картона.
  • Соберите все материалы и сделайте копии рабочего листа анемометра.

Со студентами

  1. Разделите класс на команды по два ученика в каждой.Обеспечьте каждую команду материалами и рабочим местом.
  2. Попросите учащихся раскрасить внешнюю сторону одного бумажного стаканчика маркером.
  3. Затем попросите их вырезать из коробок из гофрированного картона две полосы одинакового размера, каждая длиной от 13 до 23 см (от 5 до 9 дюймов). При необходимости используйте линейки. Это будут лезвия анемометра.
  4. Перекрестите картонные полоски так, чтобы они образовывали знак «плюс» (+). Скрепите их вместе в середине, где они пересекаются (см. Рисунок 1), убедившись, что лезвия анемометра имеют одинаковую длину.Используйте линейки, чтобы измерить лезвия и найти точный центр.

Рис. 1. Настройка активности чашечного анемометра. Copyright

Copyright © California Energy Commission http://www.energyquest.ca.gov/projects/anemometer.html

  1. Прикрепите одну чашку, повернув ее боком, к концу каждого картонного лезвия, убедившись, что все чашки смотрят в одном направлении.
  2. Проденьте булавку в центр картонного креста и прикрепите ее к кончику ластика карандаша.Подуйте на чашки, чтобы картонные лезвия свободно вращались на булавке.
  3. Выведите учеников на улицу (возможно, на игровую площадку) с их анемометрами и пластилином. Попросите команды выбрать место, в котором они хотели бы измерить скорость ветра.
  4. Попросите учащихся поместить пластилин для лепки на устойчивую поверхность, например, на перила забора, стену или камень. Воткните заостренный конец карандаша в глиняную насыпь, чтобы он стоял ровно и надежно удерживал анемометр.
  5. Измерьте скорость ветра, посчитав количество оборотов анемометра в минуту (частота вращения). Подчеркните, как это помогает отслеживать количество вращений, наблюдая за движением чашки с отметками. Студенты должны сделать три измерения на своем месте и вычислить среднюю скорость вращения. Запишите измерения и наблюдения в рабочий лист.
  6. Попросите членов студенческой группы поработать вместе, чтобы заполнить рабочий лист.
  7. В заключение сравните результаты каждой команды в рамках всего класса (см. Оценку после выполнения задания «Разработайте свою игровую площадку» в разделе «Оценка»).Каковы ветры на детской площадке? Какое место самое ветреное? Самое спокойное место? Устойчивый ветер? Порывистый ветер? Почему (или почему нет) эти хорошие места для размещения ветряной турбины?

Словарь / Определения

анемометр: прибор для измерения силы и скорости ветра.

чашечный анемометр: вертикальный столб с тремя чашками, которые улавливают ветер. Инструмент, используемый для измерения скорости ветра.

Генератор: устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую.

кинетическая энергия: энергия движения. Например, волчок, падающий объект и катящийся шар обладают кинетической энергией. Движение, если ему противодействует сила, действительно работает. Ветер и вода обладают кинетической энергией.

узел: (морское определение) единица измерения скорости ветра над водой. 1 узел = 1,852 километра в час (или 1.15 миль в час). В морском использовании узел — это единица измерения скорости, а не расстояния, и имеет встроенное значение «в час». Итак, корабль может двигаться со скоростью десять узлов (а не десять узлов в час). Происхождение: Используется на парусных кораблях с 1600-х годов. Термин происходит от узлов, связанных через равные промежутки веревкой, прикрепленной к бревну. Бревно было выброшено за борт, и матрос подсчитал количество узлов, прошедших через его руки в течение установленного периода времени, чтобы рассчитать скорость корабля.

скорость вращения: количество вращений анемометра в минуту.

турбина: машина, в которой кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в механическую энергию, заставляя вращаться ряд лопаток, лопастей или лопастей на роторе.

метеостанция: объект или место, где собираются, записываются и публикуются метеорологические данные.

энергия ветра: энергия, полученная от естественного движения ветра.

ветряная электростанция: электростанция, которая использует множество ветряных турбин для выработки электроэнергии.

ветряная турбина: машина, которая преобразует движущуюся энергию ветра в механическую и / или электрическую энергию.

флюгер: инструмент для измерения направления ветра. Расположен высоко в воздухе на открытой крыше или шесте. Он свободно вращается на стержне. Конец в форме стрелки указывает направление, откуда дует ветер, а другой конец улавливает ветер. Также называется флюгером.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Мозговой штурм: В небольших группах предложите учащимся провести открытое обсуждение, чтобы подумать о местах, где может быть очень ветрено, и местах, где обычно не ветрено.Напомните им, что ни одна идея или предложение не являются «глупыми». Все идеи следует уважительно выслушивать. Пусть по одному ученику от каждой команды напишут на доске свои идеи и поделятся с классом.

Прогноз: Попросите учащихся указать места за пределами школы, где может быть ветер, и перечислите их на доске. Попросите учащихся предсказать, какие места могут быть самыми ветреными, и записать прогнозы на доске.

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист : Попросите учащихся записать свои измерения и заполнить Рабочий лист анемометра в группах.Просмотрите их ответы, чтобы оценить их владение концепциями.

Оценка после деятельности

Проектирование вашей игровой площадки: Используйте данные класса, чтобы определить характер ветра на детской площадке (или в области, которую вы использовали в этом упражнении). Попросите учащихся нарисовать карту этой области и записать на ней скорости ветра для разных мест. Попросите одного из учащихся нарисовать ветряную турбину в лучшем месте на этой карте и объяснить, почему они выбрали это место.

Toss-a-Question: Раздайте учащимся список вопросов (см. Ниже).Учащиеся работают в группах и бросают шарик или пачку бумаги взад и вперед. Студент с мячом задает вопрос, а затем бросает мяч кому-нибудь, чтобы тот ответил. Если ученик не знает ответа, он подбрасывает мяч вперед, пока кто-нибудь его не получит. Человек, получивший правильный ответ, приступает к следующему вопросу. Просмотрите ответы в конце. Возможные вопросы / ответы:

  • Как анемометр измеряет скорость ветра? (Ответ: Ветер, ударяющий по чашкам анемометра, заставляет анемометр вращаться.Скорость вращения анемометра зависит от скорости ветра.)
  • Зачем вам знать скорость ветра? (Возможные ответы: знать, как одеваться по погоде. Чтобы определить, хороший ли день для игры в теннис на улице. Чтобы решить, хороший ли день для пикника, чтения на улице или запуска воздушного змея.)
  • Зачем вам знать направление ветра? (Возможные ответы: запустить воздушный змей. Создать площадку для бадминтона или волейбола, справедливую для каждой стороны. Найти укрытие во дворе для домашнего животного.Чтобы управлять парусом на парусной лодке или безопасно посадить самолет.)
  • Зачем инженеру знать скорость ветра? (Ответ: Инженеры используют скорость ветра, чтобы определить место для размещения ветряных турбин, определить погодные условия и определить поток воздуха, например поток воздуха для вентиляции шахты.)
  • Почему инженерам нужно использовать анемометры, чтобы решить, где разместить ветряные турбины? (Ответ: ветряные генераторы производят гораздо больше электроэнергии в местах с постоянной высокой скоростью ветра.)
  • Где инженер может найти небольшую ветряную турбину, используемую для выработки электроэнергии для одного дома? (Возможные ответы: на крыше дома, на холме возле дома или на шесте высоко возле дома.)

Вопросы безопасности

  • Предупредите учащихся, чтобы они были осторожны, вставляя канцелярскую кнопку в ластик для карандашей, чтобы их руки не соскользнули и случайно не проткнули себя.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Убедитесь, что учащиеся расположили картон крест-накрест с ножками одинаковой длины.

Убедитесь, что ось анемометра расположена точно в центре картонного креста.Некоторым ученикам может потребоваться помощь в определении точного центра картонного креста.

Расширения деятельности

Попросите учащихся использовать свои анемометры для определения скорости воздушного потока, создаваемого вентилятором на низкой и высокой скорости.

Попросите учащихся записывать скорость ветра в выходные дни. Попросите их измерить скорость утром, днем ​​и вечером. Сравните измерения учеников.Сильно ли меняется скорость ветра в течение дня? Сильно ли меняется скорость ветра от места к месту? Как конструкции влияют на скорость ветра?

Попросите учащихся построить различные датчики ветра и флюгеры. Дополнительную информацию можно найти в Интернет-сайте Института Франклина, Сделайте свой собственный флюгер, http://www.ps-survival.com/PS/Weather/Make_Your_Own_Weather_Station_2004.pdf и Wind Vane, http://sw031.k12.sd.us/ weather.htm

Масштабирование активности

  • Для более низких сортов может быть проще заранее вырезать достаточное количество картонных лезвий.Попросите учащихся попрактиковаться в подсчете количества вращений анемометра в минуту.
  • Для старших классов попросите учащихся преобразовать скорость вращения анемометра в скорость ветра в сантиметрах (или дюймах) в секунду. Скорость ветра измеряется скоростью вращения анемометра в оборотах в минуту (об / мин). Чтобы преобразовать скорость ветра в сантиметры (или дюймы) в секунду, используйте приведенное ниже уравнение с диаметром анемометра в сантиметрах (или дюймах).
  • Для старших классов: соберите все данные о скорости ветра в классе и попросите учащихся определить минимальную, максимальную и среднюю скорости ветра.

использованная литература

Dictionary.com. ООО «Издательская группа« Лексико ». По состоянию на 19 декабря 2005 г. (Источник некоторых словарных определений с некоторой адаптацией)

Сделайте анемометр. Научные проекты, Энергетическая комиссия Калифорнии. http://www.energyquest.ca.gov/projects/anemometer.html По состоянию на 19 октября 2005 г. (Источник активности)

авторское право

© 2005 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Ксочитл Замора-Томпсон; Сабер Дурен; Натали Мах; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано в рамках грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 No.0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику DOE или NSF, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 5 октября 2021 г.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.