- •Содержание
- •Глава 1. Ветер и измерение его параметров
- •Общие сведения об измерение ветра
- •1.2. Технические характеристики приборов
- •1.2.1. Анемометр ручной чашечный со счетным механизмом мс-13.
- •1.2.2. Анемометр ручной индукционный ари
- •1.2.3 Российский акустический анемометр ацат-3м и АнглийскийWindMaster
- •Глава 2. Оценки возможностей приборов измерения
- •2.1. Роторные
- •2.2. Акустические
- •2.3. Сравнение приборов иностранного и российского производства
- •Обобщенные данные коэффициентов а, b и r
- •Глава 3. Анализ оснащения и технического состояния метеорологического оборудования аэродромов гражданской авиации
- •3.1. Технические и эксплуатационные требования к средствам измерения параметров ветра на аэродромах
- •3.2. Оснащенность измерителями ветра гражданских аэродромов
- •Заключение
- •Список используемой литературы
2.3. Сравнение приборов иностранного и российского производства
Описаны сравнительные испытания акустического анемометра Wind Master ("GUI Instruments Ltd.Англия) и двух акустических анемометров АЦАТ-ЗМ производства НПО "Тайфун"(г. Обнинск, Россия). Представлены данные измерений стандартных отклонений и спектральных характеристик горизонтального и вертикального компонентов скорости ветра, а также потоков тепла и трения. Разброс данных и степень согласованности измерений характеризуются величиной коэффициентов а и b в уравнениях регрессии, а также коэффициентами взаимных корреляций. График когерентности показывает согласованность данных измерений обоих приборов во всем диапазоне частот.
В НПО "Тайфун" несколько лет назад впервые в нашей стране был разработан акустический цифровой анемометр-термометр (АЦАТ) и налажен его выпуск. В отличие от приборов подобного рода, в основе которых заложен так называемый фазовый метод, АЦАТ выполнен на основе компьютерной технологии с использованием цифрового метода преобразования и передачи данных. Применение в приборе герметичных акустических преобразователей обеспечивает высокую надежность, он практически не имеет недостатков, связанных с эксплуатационными качествами. Его метрологические характеристики не уступают лучшим зарубежным образцам.
. Адекватность оценок потоков тепла и трения вызывает наибольший интерес. Именно этим характеристикам уделяется особое внимание при различных сверочных измерениях, в том числе и международных
Аппаратура, используемая при сравнении. В эксперименте были использованы три трехкомпонентных акустических анемометра: Wind Master фирмы "Gill Instruments Ltd." (Англия), который в дальнейшем будет идентифицирован под номером 1, и два прибора АЦАТ-ЗМ с идентификационными номерами 3 и 4 (3-я модификация прибора, разработанная и изготовленная в НПО "Тайфун", г. Обнинск). Характеристики приборов приведены в табл. 1. Отметим, что кроме трех компонентов вектора скорости ветра приборы 3 и 4 измеряют температуру воздуха и ее пульсации.
Место и условия проведения измерений. Сверочные эксперименты проводились в октябре — декабре 2006 г. на полигоне Высотной метеорологической мачты НПО "Тайфун" на расстоянии от нее 200 м. Акустические датчики сравниваемых приборов размещались на высоте 2,5 м и на расстоянии 0,8 м друг от друга, при этом база их расположения всегда ориентировалась перпендикулярно направлению потока ветра. В период экспериментов преобладали нейтральные условия (масштаб Монина — Обухова L = 300—500 м). Измерения горизонтальных и вертикальных компонентов скорости ветра и мгновенной температуры воздуха с квантованием At = 1 с осуществлялись сериями продолжительностью от 5 до 9 ч. В каждой отдельной серии использовалось два прибора: 1 и 3 либо 1 и 4. Расчет турбулентных характеристик осуществлялся на интервале 600 с.
Рис. 2.7 Сопоставление результатов измерения средних квадратов (а), (б) потоков трения u (в) и тепла H (г) разными приборами.
Этот период осреднения выбран потому, что он охватывает весь масштаб микрометеорологии, но оценки характеристик турбулентности, полученные на этом временном интервале, не подвержены влиянию тренда за счет суточного хода метеорологических величин.
На рис. 2.7 представлены корреляционные графики средних квадратов пульсации горизонтальной и вертикальнойсоставляющих вектора ветра, потоков теплаН = W’T' и трения u*. =uw. Штрихи означают пульсации этих величин относительно среднего, черта сверху — осреднение во времени. Приведенные данные показывают качественное согласие сравниваемых величин при некотором разбросе отдельных точек.
Количественно степень согласованности данных может быть охарактеризована коэффициентами а и b в уравнении регрессии у = ах + b и коэффициентом корреляции г. Здесь х и у — данные измерений одной и той же величины разными приборами. Значения коэффициентов а, b и r обобщенные по всем сериям измерений, приведены в табл. 2. Индекс 1 в табл. 2 соответствует прибору Wind Master, 3 и 4 — соответственно приборам АЦАТ-ЗМ. Анализ данных табл. 2 показывает, что в обоих случаях результаты измерений характеристик турбулентности приборами 1 и 3, 4 согласуются между собой примерно с одинаковой степенью точности, характеризуемой отличием коэффициентов а и b от единицы и Ь от нуля. Обращает на себя внимание значение коэффициента а = 1,309 в уравнении w1 = a + b. Это связано с тем, что вертикальная скорость, измеряемая АЦАТ-ЗМ с номером 3, вследствие ошибки градуировки занижена примерно на 30% по сравнению с Wind Master.
Занижение w3 сказывается соответственно и на значениях скорости трения м.3, и потоках тепла u3, коэффициенты а которых в уравнениях регрессии завышены на 20% (табл. 2.1). В связи с этим отметим, что вертикальный компонент скорости играет важную роль в микрометеорологии, так как он участвует в турбулентном переносе тепла, влаги и количества движения.
Таблица 2.1
Технические характеристики приборов Wind Master и АЦАТ-ЗМ
Измеряемый параметр |
Диапазон |
Точность (RMS) | ||
|
Wind Master |
АЦАТ-ЗМ |
Wind Master |
АЦАТ-ЗМ |
Скорость ветра (и, v) |
0—20 м/с |
0,2—60 м/с |
1,5% |
0,02 ±0,02 V |
|
35—60 м/с |
|
3,0% |
|
Вертикальная скорость (w) |
w = Vsin10° |
0,1—10м/с |
3,0% от W |
0,02 ± 0,02W |
Разрешение |
|
|
0,01 м/с |
|
Смещение |
|
|
±0,01 м/с |
±0,01 м/с |
Направление |
0—359° |
0—359° |
< 25 м/с:±2° |
5° |
|
|
|
> 25 м/с:±4° |
|
Разрешение |
|
|
1° |
2° |
Диапазон рабочей температуры |
-40...60°С |
-60...50°С |
|
|
При измерении этому компоненту нужно уделять особое внимание. Прямая калибровка любого прибора для измерения вертикальной составляющей скорости ветра затруднена, поскольку натурные условия невозможно воспроизвести в калибровочных установках. Есть возможность оценить характеристики w путем тщательного анализа данных, полученных при измерении этого компонента.
Таблица 2.2