Anemometer

Ein Anemometer (von griechisch anemos (ἄνεμος) = Wind) oder Windmesser dient zur Messung der Windgeschwindigkeit. International standardisiert wird die Windgeschwindigkeit in 10 Meter Höhe gemessen, da die Windgeschwindigkeit am Boden lokal sehr unterschiedlich sein kann.

Die Messung kann je nach Bauart beispielsweise thermisch, etwa durch Windkühlung eines Hitzedrahts, oder mechanisch durch Messung des Volumenstroms erfolgen.

Einsatzbereiche

Fest montierte Geräte messen im Regelfall die Windrichtung mittels eines zusätzlichen Windrichtungsgebers, einer leichten Fläche, die sich wie eine Windfahne oder ein Wetterhahn in den Wind dreht. Spezielle Konstruktionen gibt es für Segelboote und in der Nautik. Für automatische, ortsfeste Wetterstationen gibt es preiswerte fertige Systeme, deren Messwerte über Datenleitung oder Funk-Telemetrie auf ein Display oder direkt in den PC geleitet werden.

In der Luftfahrt lässt sich Richtung und Stärke des Windes aus der Abdrift bestimmen, wenn die Eigengeschwindigkeit bekannt ist. Auf kleinen Flugplätzen verwendet man einen Windsack wie er auch auf Autobahn-Brücken üblich ist, während auf größeren Flughäfen die Windmessung digital erfolgt. Über Sprechfunk kann der Pilot die Winddaten und meist auch Prognosen vom Fluglotsen erfragen. Auf der Strecke werden die Windverhältnisse für mehrere Flugflächen eines jeden Gebietes vorausberechnet, um die Flugplanung zu erleichtern.

Auch für die Geschwindigkeitsmessung von Luftströmungen in technischen Anlagen wird die Bezeichnung Anemometer verwendet.

Bauformen

Schalenkreuzanemometer

Das verbreitetste Bauprinzip ist das Schalenkreuzanemometer. Dieses erfasst die Windgeschwindigkeit, indem ein horizontal auf einem Mast montiertes Windrad aus drei oder vier halbkugelartigen Schalen vom Wind angetrieben wird. Vorteile des Schalenkreuzanemometers sind die einfache Bauweise, die relative Wartungsfreiheit und der robuste mechanische Aufbau; zudem arbeitet das System ohne Windrichtungsführung, und es ist keine aufwendige Messtechnik nötig, da unmittelbar ein Signal erzeugt wird. Nachteile sind die Trägheit des Schalenkreuzes sowohl beim Anlaufen als auch beim Auslaufen nach starken Böen und die Tatsache, dass nur die horizontale Windkomponente erfasst wird.

Preiswerte Handgeräte sprechen ab einer Windgeschwindigkeit von etwa 1 m/s (entspricht 3,6 km/h) an, teurere schon bei geringeren Geschwindigkeiten.

Ultraschallanemometer

Ein Ultraschallanemometer besteht meist aus vier, an den Ecken eines (virtuellen, also offenen) Tetraeders platzierten Ultraschallsendern/-empfängern. Dieses ebenfalls auf einem Mast montierte Gerät sendet von jedem der vier Sensoren Ultraschallwellen an die drei anderen Sensoren aus, wobei der Wind die Schallwellen sowohl horizontal als auch vertikal versetzt, so dass der Schall entsprechend zeitverzögert den nächsten Sensor erreicht. Aus dieser Verzögerung berechnet die Messelektronik die horizontale und vertikale Windgeschwindigkeit. Vorteile des Ultraschallanemometers sind die höhere Genauigkeit, das Fehlen von Trägheit im System und die zusätzliche Erfassung der vertikalen Windkomponente. Da die Schallgeschwindigkeit stark von der Temperatur der Luft abhängig ist, wird die Laufzeit des Schalles auf jeder der beiden Messstrecken in beide Richtungen gemessen. Dadurch kann der Einfluss der von der Temperatur abhängigen Schallgeschwindigkeit auf das Messergebnis durch Subtraktion der Reziproken der gemessenen Laufzeiten ausgeschaltet werden. Ein für meteorologische Messungen entwickeltes System ist das SODAR, mit dem man vertikale Messungen durchführen kann und bei dem sich Sender und Empfänger auf der selben Ebene befinden. Ein Nachteil von Ultraschallaneometern ist, dass sie nicht reaktionsschnell sind. Selten sind mehr als 5 Messungen in der Sekunde möglich. Dies rührt daher, dass die Ultraschallkapseln erst ausgeschwungen sein müssen, bevor sie wieder für eine neue Messung aktiviert werden können.

Weitere Prinzipien

Nach der Bauart und dem Messprinzip unterscheidet man neben den oben schon erwähnten Schalenkreuz- und Ultraschall-Doppler-Anemometern:

Staudruckanemometer (auch (Prandtl-)Pitotrohr)
Hitzdrahtanemometer
Flügelradanemometer
Laser-Doppler-Anemometer
Phasen-Doppler-Anemometer
Particle Image Velocimetry
Surface Pattern Image Velocimetry

Sie unterscheiden sich im anwendbaren Messbereich, in der Größe des beobachtbaren Messvolumens, in der Trägheit (zeitaufgelöste Messungen), in der Richtungsabhängigkeit, in der Genauigkeit und natürlich im Preis.

Siehe auch

Weblinks

Einfache Bauanleitung für ein digitales Kreuzschalenanemometer

Windenergie | Wind | Meteorologisches Messgerät