Первичным механическим преобразователем скорости ветра в частоту вращения служит трехчашечная вертушка 13 с полушариями 16 из мячиков от настольного тенниса. Она вращает звездочку из мягкого железа 12 (рис. 1). Пересекая поле катушки 14, снабженной постоянным магнитом 15, лучи ротора-звездочки вызывают пульсации магнитного потока, пронизывающего витки катушки. По закону электромагнитной индукции Фарадея в катушке образуются импульсы электродвижущей силы, амплитуда и частота которых пропорциональны скорости ветра.
Амплитуду этих импульсов сперва пропорционально увеличивает двухкаскадный усилитель на транзисторах VT1 и VT2 (рис. 3), а затем выпрямляют диоды VD1 и VD2, превращая в ток измерительной цепи. Силу тока измеряет микроамперметр РА2 типа М24, рассчитанный на 100мкА. При линейной характеристике такого измерительного канала отклонение стрелки РА2 пропорционально скорости набегающего ветрового потока. Установка необходимой чувствительности производится резистором R11 в процессе калибровки. Смену диапазона измерения производит переключатель S1. Смена происходит в результате изменения величины балластных сопротивлений R2—R4, включенных последовательно с катушкой датчика L1 (катушка реле РЭС—48, имеющая около 2500 витков). Предусмотрено три диапазона: до 7,5, 12 и 24 м/с.
При настройке схемы важно обеспечить стабильность и линейность ее амплитудно-частотной характеристики. Это облегчает использование внутрикаскадных отрицательных обратных связей, создаваемых эмиттерными резисторами R7, R8 и R10. В схеме применен конденсатор С4, имеющий малые токи утечки (например, типа К53-4, К53-6А, ЭТО-1). От неправильного по полярности включения предохраняет вспомогательный диод VD3, после установки прибора его можно исключить. Расположение элементов схемы на монтажной печатной плате показано на рис. 4.
Измерение направления ветра производится при помощи тщательно уравновешенной флюгарки 2 (рис. 1). Она устанавливается вдоль потока под углом вымпельного ветра, отсчитываемого от носового направления диаметральной плоскости судна. Чтобы аэродинамические моменты флюгарки могли преодолевать заметное сопротивление трения контактов потенциометрического датчика угла R1, площадь ее перьев должна быть не меньше 12—25 см2.
Проволочный кольцевой потенциометр 6, обмотанный проводом ПЭМВТ-1 0,22, расположен на цилиндрическом каркасе диаметром 46 мм и высотой 12 мм. Он имеет скользящие контакты, разворачиваемые флюгаркой, и три неподвижных контакта-отвода, разнесенных по дуге R1 на 120°. При соединении с трехкатушечным логометром RS1, имеющим подвижный магнит стрелочной системы, эти отводы образуют хорошо известную следящую передачу угла на постоянном токе. Авторы использовали прибор-индикатор от радиокомпаса АРК. Подобные приборы (например,, курсоуказатели УК-1, УК-3, УК-4) широко применяются в авиационной технике совместно со стандартными кольцевыми потенциометрами-датчиками угла (например, УПРТ-2), рассчитанными на напряжение 27 В. Такие передачи сохраняют удовлетворительную точность и при напряжении 12 В. Стрелка индикатора следит за поворотом контактов потенциометра с погрешностью 2—5°.
Конструктивно датчики направления и скорости ветра объединены в брызгонепроницаемом корпусе диаметром 60X90 мм и размещены на консоли, отходящей вперед от топа мачты на 0,4—0,8 м (рис. 2). С вторичной аппаратурой датчики соединены пятипроводной линией связи, у которой сечение проводов составляет не менее 0,35 мм2. Вся вторичная аппаратура, включая печатную плату усилителя, указатели скорости и направления вымпельного ветра и соответствующие органы управления, закреплена на передней панели комбинированного приборного щитка. Здесь также установлен лаг (изготовлен по схеме, опубликованной в «КЯ» №72).
Градуировка анеморумбометра проводилась в аэродинамической трубе. Удовлетворительную точность можно получить и при сравнении с показаниями образцового анемометра (например, АРИ-49), если вертушки градуируемого и образцового приборов расположить на равной высоте и в открытом месте. Приблизительную калибровку по двум-трем точкам легко произвести при помощи автомобиля, на котором хорошо выверен спидометр. Скоростям ветра 5, 10 и 15 м/с соответствуют показания спидометра 18, 36 и 54 км/ч. Градуировку следует производить в безветренный день, закрепив датчик анемометра на выстреле на высоте 0,6—1,0 м над крышей автомобиля.
Косвенно о точности сборки и качестве работы анемометра можно судить по порогу трогания вертушки. В описанной конструкции порог чувствительности соответствует скорости ветра 0,3 м/с.
Литература
- 1. Михайлов О. И., Козлов И. М., Гергель Ф. С. Авиационные приборы. — М.: Машиностроение, 1977.
- 2. Справочник по гидрометеоприбо-рам/Под общей редакцией А. Б. Рейфера. — Л.: Гидрометеоиздат, 1976.
- 3. Расчет измерительных и усилительных элементов автоматических систем / Под общей редакцией Н. М. Чумакова. — Киев: Техника, 1971.