Различные типы метеорологических приборов

Введение в метеорологические приборы

Инновационные датчики с неподвижными частями вытесняют старые механические датчики. Современные ультразвуковые датчики скорости ветра способны обнаруживать порывы ветра до 70 м/с (примерно 252 км/ч или 157 миль/ч) со временем отклика 3 секунды. Для сравнения, механическим чашечным анемометрам требуется 6 секунд для отклика. Более того, традиционный чашечный анемометр имеет подвижные части, подверженные износу. Эта эволюция датчиков наглядно демонстрирует, что ландшафт метеорологических приборов меняется.

Скорость ветра — лишь один из многих параметров, используемых для прогнозирования и передачи метеорологических данных. Ультразвуковые метеостанции — новейшая технология сбора метеорологических данных. Использование простых звуковых волн, распространяющихся в воздушной среде, позволяет этим датчикам определять множество параметров. Время распространения звуковой волны определённой длины отражает соответствующий параметр ветра.

В этой статье мы рассмотрим все распространённые метеорологические приборы, необходимые для точного мониторинга и прогнозирования погоды. Мы обсудим как распространённые, так и специализированные приборы для измерения скорости ветра, температуры, атмосферного давления, влажности, количества осадков и солнечной радиации.

Применение метеорологических приборов

Важно понимать различные области применения метеорологических приборов, чтобы в полной мере оценить их значение. Каждая область требует анализа одного или нескольких метеорологических параметров. Вот некоторые области применения метеорологических приборов:

• Метеорология: Для точного прогнозирования штормов и анализа атмосферных условий необходимы метеорологические приборы. Эти данные могут помочь в анализе долгосрочных климатических закономерностей.
• Сельское хозяйство: Фермеры используют метеорологические приборы для анализа местных условий и принятия обоснованных решений. На основе этих данных они могут определять время посадки и защищать скот от экстремальных погодных условий.
• Авиация: Поскольку вся сфера деятельности основана на аэродинамике, для полёта необходимы точные данные о ветре и атмосферных условиях. Авиационная отрасль тщательно отслеживает атмосферные условия с помощью метеорологических приборов.
• Электростанции: На некоторых электростанциях выбросы из дымовой трубы происходят постоянно. Мониторинг атмосферных условий для определения времени выбросов имеет ключевое значение для обеспечения соблюдения нормативов сброса сточных вод.
• Строительство: Крайне важно принимать решения с учётом условий ветра и дождя. Защита имущества, материалов и рабочих от экстремальных погодных условий — ключ к успеху проекта.
• Возобновляемая энергия: солнечные панели, ветряные турбины, преобразователи энергии приливов — для прогнозирования производства энергии и обеспечения правильного энергетического баланса требуются метеорологические приборы.

Распространенные метеорологические приборы

♦ Термометр

Температура — ключевой параметр в метеорологии. Она определяет всё: от состояния воды до атмосферного давления и направления ветра. Приборы для измерения температуры работают по принципу теплового расширения или электрического сопротивления. Существует пять типов метеорологических приборов для измерения температуры:

• Ртутно-спиртовой (традиционный): использует расширение в качестве датчика температуры. Процесс аналоговый, и для преобразования в современный цифровой формат могут потребоваться сложные технологии.
• Платиновый термометр сопротивления (PRT): он использует изменение сопротивления платинового материала в зависимости от температуры для измерения температуры воздуха. Он обеспечивает повторяемые результаты в диапазоне от -200 °C до 600 °C и выше.
• Термисторы: они используют свойство полупроводникового материала уменьшаться при повышении температуры.
• Термопары (цифровые): Используя эффект Зеебека, два разнородных металлических провода соединяются в спае, подвергаемом воздействию изменения температуры. Разность потенциалов между двумя проводами отражает изменение температуры. Термопары бывают разных типов.
• Полупроводники: Прямое напряжение PN-перехода изменяется при изменении температуры.

Лучший метеорологический прибор для измерения температуры:

RIKA PT100(тип PRT), интегрированный в метеостанцию ​​RK900-10.

Точность: ±0,2°C

Разрешение: 0,1°C

Диапазон: от -40°C до +80°C (стандартный) (расширяемый от -200°C до +600°C)

♦ Барометр

Измерение давления играет ключевую роль в прогнозировании погоды и формировании облаков. Области низкого и высокого давления являются критически важными точками данных для алгоритмов прогнозирования погоды. Вот некоторые типы, используемые в метеорологических приборах:

• Барометры-анероиды (механические/электронные): представляют собой герметичные металлические капсулы, которые расширяются или сжимаются в зависимости от окружающего давления. Их движение преобразуется в электрический сигнал, измеряющий давление.
• Цифровые/емкостные барометры: эти устройства используют изменение емкости между двумя пластинами при приложении давления для генерации сигнала давления.
• Пьезорезистивные барометры: тензодатчики, генерирующие сигнал при сжатии и расширении, установлены на диафрагме, которая движется в ответ на изменения давления.

Лучший метеорологический прибор для измерения давления

Цифровой/емкостный барометр, интегрированный в RIKARK900-12 ультразвуковая автоматическая метеостанция.

Точность: ±50-100 Па

Разрешение: 10 Па

Диапазон: 30 000–110 000 Па

♦ Гигрометр

Гигрометры измеряют влажность воздуха. Уровень влажности также помогает прогнозировать погодные условия. Гигрометры измеряют содержание водяного пара в воздухе. Гигрометр напрямую влияет на уровень комфорта для человека.

• Емкостные гигрометры: Диэлектрический материал между конденсаторами вызывает изменение емкости при изменении уровня влажности.
• Резистивные гигрометры: измеряют изменение сопротивления подложки (например, керамики или полимера) под воздействием влаги.

Лучший метеорологический прибор для измерения влажности

RIKA RK33-02Емкостный измеритель в ультразвуковой автоматической метеостанции RK900-12

Точность: ±3% отн. влажности (0–80% отн. влажности), ±5% отн. влажности (80–100% отн. влажности)

Разрешение: 1% относительной влажности

Диапазон: 0–100 % относительной влажности

♦ Анемометр

Анемометры измеряют скорость ветра. Измерение скорости ветра необходимо в авиации, на электростанциях, в сельском хозяйстве, возобновляемой энергетике и других отраслях. Вот их типы:

• Чашечные анемометры (механические/ротационные): эти устройства используют три или четыре полусферические чаши, соединённые с валом. Воздух вращает вал, что создаёт сигнал, пропорциональный скорости.
• Ультразвуковые анемометры (бесконтактные/акустические): ультразвуковые импульсы проходят между преобразователями. Время прохождения сигнала меняется в зависимости от скорости ветра (принцип времени пролёта). Отсутствие подвижных частей обеспечивает высокую чувствительность и устойчивость датчика скорости ветра к механическим повреждениям.

Лучший метеорологический прибор для измерения скорости ветра

RIKA RK120-01Ультразвуковой датчик ветра в ультразвуковой автоматической метеостанции RK900-12

Точность: ±3%

Разрешение: 0,1 м/с

Скорость ветра: 0-60 м/с

♦ Дождемер

Информация о количестве выпадающих осадков может помочь фермерам планировать график полива и состояние посевов. Более того, городские планировщики могут отслеживать состояние водосбросов и открывать их по мере необходимости, а также регулировать водоотводы. Это ключевой инструмент мониторинга погодных условий.

• Осадкомеры с опрокидывающимся ведром: принцип работы прост: небольшое ведро наклоняется (например, каждые 0,2 мм) для опорожнения. Устройство выдаёт значение в мм/м² (миллиметрах собранной дождевой воды на квадратный метр площади). Каждый наклон фиксируется, генерируя сигнал.
• Радарные датчики осадков: эти датчики, использующие доплеровский и акустический принцип, позволяют дистанционно обнаруживать осадки без необходимости их физического сбора. Они могут определять размер, скорость и интенсивность капель.
• Оптические/акустические датчики дождя: используют прерывание света (оптические) или звуковые волны (акустические) для обнаружения капель дождя или снега, часто в сочетании с опрокидывающимися ведрами для получения качественных/количественных данных.

Лучший метеорологический прибор для определения дождя

RIKA RK400-01Датчик осадков для металлического опрокидывающегося ковша

Точность: ±4% или ±2 мм

Разрешение: 0,2 мм

Диапазон: 0-999,9 мм

Скорость: 0-200 мм/ч

♦ Направление ветра

Определение направления ветра имеет решающее значение во многих областях, подобно использованию анемометров. Обычно их используют вместе, чтобы получить полную картину ветровых условий. Существуют традиционные и современные методы определения направления ветра:

• Механические флюгеры: эти устройства представляют собой металлический элемент или флюгер, который выравнивается по направлению ветра, одновременно вращая вал, генерирующий сигнал направления. Более продвинутые модели флюгеров изготовлены из углеродного волокна, что обеспечивает меньшее время отклика и более быструю регулировку.
• Ультразвуковые ветроизмерители: Подобно анемометрам, эти измерители используют ультразвуковой сигнал, распространяющийся от передатчика к приёмнику. Использование нескольких измерителей в разных направлениях и анализ времени распространения их сигналов позволяет определить направление ветра.

Специальные метеорологические приборы

★ Радиозонд

Они используются для мониторинга состояния верхних слоев атмосферы. Для достижения таких высот можно использовать метеозонд, заполненный гелием или водородом. Они могут подниматься со скоростью около 300 метров в минуту на высоту более 35 км. Они работают от аккумуляторов и имеют небольшой вес. Зонд может измерять давление, температуру, относительную влажность (RH), высоту (с помощью GPS), а также скорость и направление ветра (в режиме радиозонда).

Лучший радиозонд

RK-RADIO-01(отдельный комплект радиозонда) или интегрированный в RK900-10 для аэрологических расширений.

★ Wэфирный радар

Использование крупномасштабных систем, таких как доплеровские сети, используемых национальными метеорологическими агентствами, может быть дорогостоящим. Большинству пользователей достаточно миллиметрового радиолокационного датчика 24G для точного локального мониторинга осадков. Он использует короткие импульсы для обнаружения частиц осадков, измерения интенсивности, накопления и даже скорости капель с помощью доплеровского сдвига. Отсутствие механических частей делает его пригодным для долгосрочных проектов.

Лучший метеорадар

Датчики осадков миллиметрового диапазона (частота 24G) вRK900-10

Последние инновации в области метеорологических приборов

Последняя инновация в области метеорологических приборов — это интеграция современных датчиков и датчиков с программным обеспечением на основе искусственного интеллекта. Оно позволяет проводить аналитику в режиме реального времени и обнаруживать сложные детали, которые анализатор мог бы пропустить. Технология искусственного интеллекта позволяет анализировать все данные с нескольких датчиков и объединять их для получения статистических данных.

Более того, использование радарных датчиков осадков в сочетании с системой на солнечной энергии революционизирует сбор данных в отдаленных районах. В частности, ультразвуковые метеостанции компактны, точны и требуют минимального обслуживания.

Если вы ищете самые современные метеорологические приборы, посетите сайт RIKA. Компания предлагает широкий выбор: от традиционных до современных ультразвуковых метеостанций, способных одновременно измерять несколько метеорологических параметров. Для передачи данных эти станции используют интерфейс RS-485/Modbus-RTU, аналоговый выход 4-20 мА, сотовую связь 4G/LTE, Wi-Fi (2,4 ГГц) или LoRa (дальний радиус действия).

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Что делает ультразвуковые анемометры Rika инновационными?

У них нет движущихся частей, что делает их крайне неприхотливыми в обслуживании. Благодаря своему рабочему механизму, использующему ультразвуковые волны и принцип времени пролёта, они могут измерять множество параметров воздуха, включая скорость и направление ветра, влажность и количество осадков.

В: Можно ли настроить удаленную метеостанцию?

Да, ультразвуковая станция Rika RK900-12, работающая от солнечных панелей и аккумуляторов, может работать без сети. Она использует ультразвуковые датчики ветра, дождемер с опрокидывающимся ковшом и технологию 4G/LTE для передачи данных в режиме реального времени. Система имеет класс защиты IP65 и работает в диапазоне температур от -40°C до +80°C, что делает её идеальным решением для удалённых метеорологических и сельскохозяйственных задач.

В: Каковы размеры и вес всей метеостанции?

Ответ зависит от типа метеостанции. Современные ультразвуковые метеостанции, такие как ультразвуковая метеостанция Rika RK900-12, имеют размеры около 30 см (высота) x 20 см (диаметр) и вес около 2–3 кг. Включая датчики (ультразвуковой анемометр и опрокидывающийся ковш), они портативны, имеют класс защиты IP65 и совместимы с солнечной энергией для удалённых метеорологических и сельскохозяйственных исследований, а также поддерживают передачу данных по 4G/Wi-Fi.