Anemometer

Schalenkreuz-Anemometer und Flügelrad-Anemometer

Schalenkreuz-Anemometer repräsentieren wohl die älteste Form von Anemometern, es gibt sie schon seit Jahrhunderten. Sie sind einfach aufgebaut, zuverlässig und genau. Das Schalenkreuz besteht aus einem Satz von drei oder vier Halbschalen, die sich durch den Wind drehen. Nimmt die Windgeschwindigkeit zu, drehen sich die Schalen schneller.

Ist das Anemometer als mobiles oder stationäres Messgerät konstruiert, wird die erfasste Windgeschwindigkeit unmittelbar auf einem digitalen Display angezeigt. Möglich ist aber auch die Nutzung der Windgeschwindigkeit als Parameter für Steuerungen, zum Beispiel zum automatischen Einfahren von Markisen bei hohen Windstärken. Für die Berechnung der Windgeschwindigkeit wird die Anzahl der Umdrehungen mechanisch oder elektronisch gezählt, die Windrichtung ist dabei nicht relevant.

Das Flügelrad-Anemometer funktioniert im Prinzip wie das Schalenkreuz-Anemometer. Anstelle von Halbschalen ist hier aber ein Propeller im Einsatz, eine Konstruktion, die einem PC-Lüfter ähnelt. Im Gegensatz zu Anemometern mit Halbschalen müssen Anemometer mit Flügelrad parallel zum Wind stehen, um genaue Daten zu erhalten. Dafür lassen sie sich auch in rauen Umgebungen einsetzen. In der Regel messen Flügelrad-Anemometer neben der Windgeschwindigkeit auch andere atmosphärische Werte wie zum Beispiel Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit.

Hitzdraht-Anemometer

Auch bekannt als thermische oder Konstantstrom-Anemometer. Sie messen sowohl den Druck als auch die Geschwindigkeit des Windes. Ihre Funktion ist recht einfach: Ein feiner Draht wird elektrisch auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dem Wind ausgesetzt. Durch den Luftstrom nimmt die Temperatur ab, die Differenz dient dann zur Messung der Geschwindigkeit und der Richtung des Windes.

Ein Hitzdraht-Anemometer reagiert schnell und liefert präzise Messwerte der Windgeschwindigkeit. Normalerweise gibt es zwei Arten dieser Geräte. Ein Typ versucht, die Temperatur des Drahtes aufrechtzuerhalten, der andere Typ den Stromfluss. Die Messwerte ergeben sich aber immer aus der Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert. Letztere Version wird in Bereichen mit relativ konstanter Temperatur eingesetzt, beispielsweise in Innenräumen zur Kontrolle von Abzugshauben, Heizungs- und Lüftungssystemen und zur Abgasüberwachung.

Laser-Doppler-Anemometer

Diese Messinstrumente nutzen den Doppler-Effekt zur Bestimmung der Geschwindigkeit in einem Strömungsfeld, vereinfacht ausgedrückt also die Veränderung der Signallaufzeit bei Reflexionen. Selbst kleinste Veränderungen in Strömungsfeldern sind mit dieser Technologie messbar.

Verwendet wird dabei ein in zwei Strahlen aufgeteilter Laserstrahl. Einer dient als Referenz, der andere ist auf die Luft- oder Fluidteilchen gerichtet. Die Geschwindigkeit des zu messenden Mediums ergibt sich aus der zeitlichen Differenz beziehungsweise der Frequenzverschiebung zwischen dem Referenzstrahl und dem Reflexionsstrahl, wenn diese auf einen Detektor treffen.

Laser-Doppler-Anemometer sind vorteilhaft, weil sie den Volumenstrom nicht stören und nicht kalibriert werden müssen. Sie können sogar in verschmutzten oder umgekehrten Strömungsumgebungen exakte Messungen ermöglichen. Diese Art von Anemometern wird häufig in komplexen Systemen wie in Düsentriebwerken und in der Flusshydrologie eingesetzt.

Ultraschall-Anemometer

Ultraschall-Anemometer gehören zu den modernsten Anemometer-Typen. Sie ermitteln die Windgeschwindigkeit durch vom Wind beeinflusste Schallwellen zwischen Ultraschallsendern und -empfängern. Vom Prinzip her ähneln sie damit den Lasergeräten. Diese Anemometer bieten den Vorteil einer sehr kurzen Zeitkonstante, sind aber verhältnismäßig teuer. In der Regel verfügen sie über vier Sensoren, die in einem Quadrat angeordnet sind. Ultraschall-Anemometer sind witterungsbeständig und sind relativ unempfindlich gegenüber Vereisung, wie sie beispielsweise bei stationären Flügelrad-Anemometern nicht auszuschließen ist.

Es gibt sie in zweidimensionaler oder dreidimensionaler Ausführung. Die zweidimensionalen Typen finden sich häufig in der Navigation und in der Luftfahrt, während die dreidimensionalen zur Messung von Emissionen dienen, beispielsweise in Industriekraftwerken oder Windkraftanlagen. Da sie nicht viele bewegliche Teile enthalten, lassen sie sich auch in autonomen Wetterstationen einsetzen.