Arbeitsweise; Windmessung; Messprinzip: Windgeschwindigkeit Und Richtung - THIES Clima Sensor US Bedienungsanleitung

3 Arbeitsweise

3.1 Windmessung:

Das Windgeschwindigkeits-Messmodul des CLIMA SENSOR US besteht aus 4 Ultraschall-
Wandlern, von denen sich jeweils 2 Wandler über einen Reflektor gegenüberstehen. Die dadurch
gebildeten zwei Messstrecken stehen senkrecht zueinander. Die Wandler fungieren sowohl als
Schallsender als auch als Schallempfänger.
Über die Steuerungselektronik wird die jeweilige Messstrecke und deren Messrichtung angewählt.
Mit dem Start einer Messung läuft eine Sequenz von 4 Einzelmessungen in alle 4 Richtungen der
Messstrecken in einem Basis-Messtakt von einer Millisekunde ab.
Die Messrichtungen (Schallausbreitungsrichtungen) laufen im Uhrzeigersinn rotierend.
Aus den 4 Einzelmessungen der Streckenrichtungen werden Mittelwerte gebildet und zur weiteren
Berechnung verwendet.
Die benötigte Zeit für eine Messsequenz beträgt bei der maximalen Messgeschwindigkeit
exakt 10,0 Millisekunden (8ms Messsequenz+2ms Auswertung).

3.1.1 Messprinzip: Windgeschwindigkeit und Richtung

Der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls in ruhender Luft überlagert sich die
Geschwindigkeitskomponente einer Luftbewegung in Windrichtung.
Eine Windgeschwindigkeitskomponente in Ausbreitungsrichtung des Schalls unterstützt dessen
Ausbreitungsgeschwindigkeit, führt somit zu einer Erhöhung derselben.
Eine Windgeschwindigkeitskomponente entgegen der Ausbreitungsrichtung führt dagegen zu einer
Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Die aus der Überlagerung resultierende Ausbreitungsgeschwindigkeit führt zu unterschiedlichen
Laufzeiten des Schalls bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten und Richtungen über eine
feststehende Messstrecke.
Da die Schallgeschwindigkeit stark von der Temperatur der Luft abhängig ist, wird die Laufzeit des
Schalls auf jede der beiden Messstrecken in beide Richtungen gemessen. Dadurch kann der
Einfluss der Temperatur auf das Messergebnis ausgeschaltet werden.
Durch die Anordnung zweier senkrecht aufeinander stehender Messstrecken erhält man den
Betrag und Winkel des Windgeschwindigkeitsvektors in Form von rechtwinkligen Komponenten.
Nach Messung der rechtwinkligen Geschwindigkeitskomponenten, werden diese anschließend
durch den μ-Prozessor des CLIMA SENSOR US in Polarkoordinaten transformiert und als Betrag
und Winkel der Windgeschwindigkeit ausgegeben.
Gleitende Mittelwertbildung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung nach WMO-
Empfehlungen :
Die Wind-Messwerte können über einen Zeitraum von bis zu 10 Minuten auf Basis der
100-Millisekunden Messwerte gleitend gemittelt werden. Diese Mittelung erfolgt auf Empfehlung
der WMO nach dem FIFO-Verfahren. Das heißt, dass alle Messwerte bis zum Ablauf der
Mittelungszeit im Speicher gehalten werden. Ein Messwert-Ausreisser kann damit als solcher
erkannt werden und führt im Gegensatz zu einer Mittelung 1. Ordnung nicht zu einem
Ausschleichen seines Einflusses über einen längeren Zeitraum.
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