KR101288404B1 - Smart anemometer - Google Patents

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KR101288404B1 KR1020120065811A KR20120065811A KR101288404B1 KR 101288404 B1 KR101288404 B1 KR 101288404B1 KR 1020120065811 A KR1020120065811 A KR 1020120065811A KR 20120065811 A KR20120065811 A KR 20120065811A KR 101288404 B1 KR101288404 B1 KR 101288404B1
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Abstract

PURPOSE: An intelligent anemometer is provided to measure wind speed from all directions while not being damaged or effected by mechanical rotations and natural phenomena such as rain and snow. CONSTITUTION: An upper guide (110) and a lower guide (120) have edge portions open to the environs so as to form a first airflow of which speed increases in the center of a anemometer. A first pressure sensor (133) and a first temperature sensor (134) are installed at the position in which the speed of the first air flow increases. A support board (150) has an edge portion open to the environs and is positioned above the upper guide or below the lower guide so as to form a second airflow having relative wind speed in relation to the first airflow. A second pressure sensor (144) and a second temperature sensor (145) are installed a position in the second airflow. A controller (143) computes speed of wind using information from the first pressure sensor, the first temperature sensor, the second pressure sensor, and the second temperature sensor.

Description

지능형 풍속계{SMART ANEMOMETER}Intelligent Anemometer {SMART ANEMOMETER}
본 발명은 자연현상에 의한 영향이 없으며, 모든 방향의 풍속의 측정이 가능한 지능형 풍속계에 관한 것이다.
The present invention relates to an intelligent anemometer without the influence of natural phenomena and capable of measuring wind speed in all directions.
풍속계(anemometer)는 대기나 풍동을 비롯하여 기류가 적용되는 곳에서 풍속을 측정하는 장치이다. Anemometers are devices that measure wind speed in the atmosphere, wind tunnels, and other places where airflow is applied.
전통적으로 널리 사용되는 풍속계는 회전하는 컵 모양의 날개(삼배형) 또는 프로펠러를 갖는 형태로서, 날개 또는 프로펠러의 회전을 풍속으로 환산하여 측정하는 방식이다. 그러나 이러한 기계식의 경우, 지속적인 회전 운동으로 인해 장시간 사용 시 기계적인 마모로 인해 불량의 원인이 되며, 저속에서 선형성이 저하되는 문제가 있다. Traditionally used anemometers have a rotating cup-shaped wing (triple type) or propeller, and measures the rotation of the wing or propeller in terms of wind speed. However, in the case of such a mechanical, due to the continuous rotational movement is a cause of failure due to mechanical wear in a long time, there is a problem that the linearity is lowered at low speed.
열선풍속계(hot-wire anemometer 또는 hot-disc anemometer)는 공기 흐름이 가열된 물체를 냉각시키므로 이를 풍속으로 환산하여 측정한다. 이 기구는 저속의 풍속을 측정하는데 유용하나, 기준이 되는 열선이 노출되어 있으므로 강우시 실외 환경에서 사용이 어렵다는 단점이 있다.Hot-wire anemometers (hot-disc anemometers) measure the air velocity in terms of air velocity because they cool the heated object. This instrument is useful for measuring low speed wind speed, but it has a disadvantage that it is difficult to use in outdoor environment during rainfall because the standard heating wire is exposed.
초음파를 이용한 방식은 고정된 거리를 이동하는 초음파의 소요시간을 이용하여 풍속을 계측한다. 그러나, 눈, 비, 안개 등 다양한 자연환경에 의해 초음파의 속도가 불균일하게 변하므로, 기상 환경에 의해 측정정밀도가 가변적이라는 한계가 있다.In the method using ultrasonic waves, the wind speed is measured by using the time required for the ultrasonic waves to travel a fixed distance. However, since the speed of ultrasonic waves varies unevenly due to various natural environments such as snow, rain, and fog, there is a limitation that the measurement accuracy is variable by the weather environment.
한쪽 끝이 막힌 피토관(pitot tube)은 열린 끝에 기체를 부딪히게 해 관 사이의 압력이 생기게 하여 관 내부와 주위 기체 사이의 압력 차이를 측정해서 기류의 속도를 측정한다. 그러나, 피토관은 바람이 향하는 방향에 대하여만 풍속의 측정이 가능하다는 단점이 있다.
A clogged pitot tube causes gas to hit the open end, creating pressure between the tubes, which measures the velocity of the airflow by measuring the pressure difference between the tube and the surrounding gas. However, the pitot tube has the disadvantage that the wind speed can be measured only in the direction the wind is directed.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 기계적인 회전이나 강우에 의한 손상 또는, 눈이나 비 등 자연현상에 의한 영향이 없으며, 모든 방향의 풍속의 측정이 가능한 지능형 풍속계를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-mentioned point, and it is an object of the present invention to provide an intelligent anemometer which is capable of measuring wind speeds in all directions without being affected by mechanical rotation or damage caused by rainfall or natural phenomena such as snow or rain. There is this.
본 발명의 다른 목적은, 압력센서와 온도센서 또는 습도센서를 이용하여 풍향, 온도, 습도, 대기압, 풍압, 대기밀도 등 다양한 기상정보를 제공하는데 있다.
Another object of the present invention is to provide a variety of weather information, such as wind direction, temperature, humidity, atmospheric pressure, wind pressure, atmospheric density by using a pressure sensor and a temperature sensor or humidity sensor.
상기한 점을 해결하기 위해, 본 발명과 관련된 지능형 풍속계는, 가장자리 쪽이 주위에 개방되며, 상기 주위로부터 유입된 바람의 속도가 중심에서 빨라지는 제1공기흐름이 형성되도록 상하로 배치된 상부가이드와 하부가이드; 상기 제1공기흐름 상의 속도가 빨라지는 위치에 설치되는 제1압력센서 및 제1온도센서; 가장자리 쪽이 상기 주위에 개방되며, 상기 제1공기흐름에 대하여 상대 풍속을 갖는 제2공기흐름이 형성되도록 상기 상부가이드의 상측 또는 상기 하부가이드의 하측에 위치되는 지지판; 상기 제2공기흐름 상의 일 위치에 설치되는 제2압력센서 및 제2온도센서; 및 상기 제1압력센서 및 상기 제1온도센서와 상기 제2압력센서 및 상기 제2온도센서의 정보를 통하여 풍속을 산정하는 제어부를 포함한다.In order to solve the above, the intelligent anemometer according to the present invention, the upper side is arranged up and down so that the edge side is open around the first air flow is formed in the center, the speed of the wind flowing from the surroundings is accelerated in the center And lower guides; A first pressure sensor and a first temperature sensor installed at a position where the speed on the first air flow is increased; A support plate positioned at an upper side of the upper guide or a lower side of the lower guide such that an edge side thereof is opened around the upper air and a second air flow having a relative wind speed with respect to the first air flow is formed; A second pressure sensor and a second temperature sensor installed at one position on the second air flow; And a controller for calculating a wind speed based on information of the first pressure sensor, the first temperature sensor, the second pressure sensor, and the second temperature sensor.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 지지판은 상기 하부 가이드의 하측에 위치되고, 상기 상부가이드는 상기 지지판에 대하여 베어링에 의하여 회동 가능하게 설치될 수 있다.As an example related to the present invention, the support plate may be located under the lower guide, and the upper guide may be rotatably installed by a bearing with respect to the support plate.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 상부가이드는 상기 지지판에 대하여 풍향베인(vane) 의하여 연결될 수 있다.As an example related to the present invention, the upper guide may be connected to the support plate by a vane.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 지능형 풍속계는, 상기 풍향베인에 의하여 상기 하부가이드에 대하여 상대적인 회전위치를 갖도록 형성된 패턴부; 및 상기 하부가이드에 설치되며, 상기 패턴부의 회전위치를 감지하는 광학센서를 더 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the intelligent anemometer includes: a pattern unit formed to have a rotational position relative to the lower guide by the wind vane; And an optical sensor installed at the lower guide and detecting a rotation position of the pattern unit.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 하부가이드의 상기 상부가이드에 마주하는 정상부에 제1설치홀이 형성되고, 상기 제1설치홀에 상기 제1압력센서 및 상기 제1온도센서가 각각 구비되며, 상기 제1설치홀의 개구는 실리콘겔 또는 멤브레인에 의해 덮여질 수 있다.As an example related to the present invention, a first installation hole is formed in a top portion of the lower guide facing the upper guide, and the first pressure sensor and the first temperature sensor are respectively provided in the first installation hole. The opening of the first installation hole may be covered by a silicone gel or a membrane.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 지지판은 상기 하부가이드의 하측에 위치되고, 상기 하부가이드의 저면에 제2설치홀이 형성되며, 상기 제2설치홀에, 상기 제2압력센서, 상기 제2온도센서 및 상기 제어부가 설치될 수 있다.As an example related to the present invention, the support plate is positioned below the lower guide, and a second installation hole is formed on a bottom surface of the lower guide, and in the second installation hole, the second pressure sensor and the second A temperature sensor and the control unit may be installed.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 지능형 풍속계는, 상기 제2설치홀에 위치되며, 상기 제2공기흐름의 습도를 감지하기 위한 습도센서를 더 포함할 수 있다.As an example related to the present invention, the intelligent anemometer may be located in the second installation hole and further include a humidity sensor for sensing the humidity of the second air flow.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 제2압력센서의 측정치를 상기 주위의 압력에 대입하고, 상기 제1압력센서의 측정치와의 기압차이를 이용하여 상기 주위에서의 풍속을 계산하도록 구성될 수 있다.As an example related to the present invention, the control unit substitutes the measurement value of the second pressure sensor to the ambient pressure and calculates the wind speed in the surroundings by using an air pressure difference from the measurement value of the first pressure sensor. Can be configured.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제어부는, 상기 제2압력센서의 측정치, 상기 주위에서의 풍속 및 공기 밀도를 이용하여 상기 풍속에 의한 풍압을 구하고, 상기 풍압을 출력장치를 통하여 출력하도록 구성될 수 있다.As an example related to the present invention, the control unit may be configured to obtain a wind pressure by the wind speed using the measured value of the second pressure sensor, the wind speed and air density in the surroundings, and output the wind pressure through an output device. Can be.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 상부가이드가 갖는 상부프로파일과 상기 하부가이드가 갖는 하부프로파일에 의해 형성되는 단면형은 벤츄리관 형태로 형성될 수 있다.
As an example related to the present invention, the cross-sectional shape formed by the upper profile of the upper guide and the lower profile of the lower guide may be formed in the shape of a venturi tube.
상기한 바와 같이, 본 발명과 관련된 지능형 풍속계에 의하면, 풍속이 다른 상대적인 흐름을 갖도록 형성된 상부가이드, 하부가이드 및 지지판과 압력센서 및 온도센서에 의하여 모든 방향에 대한 풍속을 정확하게 제공할 수 있다.As described above, according to the intelligent anemometer according to the present invention, the wind speed in all directions can be accurately provided by the upper guide, the lower guide and the support plate, the pressure sensor, and the temperature sensor formed so that the wind speed has a different relative flow.
또한, 본 발명과 관련된 일 예로서, 습도센서를 철치함으로써, 압력센서 및 온도센서의 측정치와의 조합을 통하여 대기압, 풍속, 풍압, 대기밀도, 온도, 습도 등 다양한 기상정보를 제공할 수 있다.In addition, as an example related to the present invention, by removing the humidity sensor, it is possible to provide various weather information such as atmospheric pressure, wind speed, wind pressure, atmospheric density, temperature, humidity through combination with the measured values of the pressure sensor and the temperature sensor.
또한, 본 발명과 관련된 일 예로서, 풍향베인을 사용함으로써 풍속과 함께 풍향도 측정할 수 있는 장점이 있다.
In addition, as an example related to the present invention, by using the wind vane, there is an advantage of measuring the wind direction together with the wind speed.
도 1은 본 발명과 관련된 지능형 풍속계(100)의 개념적인 단면도
도 2는 본 발명과 관련되어 풍향을 측정하기 위한 2비트(bit) 패턴부(160)의 일 예를 보인 평면도
도 3은 도 2의 2비트 패턴부(160)의 회전 위치를 감지하는 광학센서(170)의 위치를 나타낸 도면
1 is a conceptual cross-sectional view of an intelligent anemometer 100 according to the present invention
2 is a plan view illustrating an example of a 2-bit pattern unit 160 for measuring wind direction in accordance with the present invention.
3 is a view illustrating a position of an optical sensor 170 that detects a rotational position of the 2-bit pattern unit 160 of FIG. 2.
이하, 본 발명과 관련된 지능형 풍속계를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an intelligent anemometer associated with the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명과 관련된 지능형 풍속계(100)의 개념적인 단면도이다.1 is a conceptual cross-sectional view of an intelligent anemometer 100 according to the present invention.
도 1에 의하면, 본 발명과 관련된 지능형 풍속계(100)는, 가장자리 쪽이 주위에 개방되어 있고, 중심쪽이 가장자리쪽에 비하여 폭이 좁도록 배치된 상부가이드(110)와 하부가이드(120)를 갖추고 있다. 전체적으로, 상부가이드(110)가 갖는 상부프로파일(111)과 하부가이드(120)가 갖는 하부프로파일(121)에 의해 형성되는 단면형은 벤츄리관 형태로 형성되어 있다. 그에 따라, 주위로부터 유입된 바람의 속도가 중심에서 빨라지는 제1공기흐름(101)을 형성한다.According to FIG. 1, the intelligent anemometer 100 according to the present invention has an upper guide 110 and a lower guide 120 arranged so that the edge is open around the center and the width of the center is narrower than the edge. have. Overall, the cross-sectional shape formed by the upper profile 111 of the upper guide 110 and the lower profile 121 of the lower guide 120 is formed in the shape of a venturi tube. Accordingly, the first air flow 101 is formed so that the speed of the wind introduced from the surroundings becomes faster at the center.
제1공기흐름(101) 상의 속도가 빨라지는 위치에는 제1압력센서(133) 및 제1온도센서(134)가 설치된다. 구체적으로, 도 1에 의하면, 하부가이드(120)의 상부가이드(110)에 마주하는 정상부에 제1설치홀(132)이 형성되어 있으며, 제1설치홀(132)에는 제1압력센서(133) 및 제1온도센서(134)가 각각 구비되어 있다. 이러한 제1압력센서(133) 및 제1온도센서(134)는 빨라진 제1공기흐름(101)에 의하여 영향을 받는 부분으로서, 압력 및 온도의 전달성이 양호하도록 제1설치홀(132)의 개구는 실리콘겔 또는 멤브레인(135)에 의해 덮여질 수 있다.The first pressure sensor 133 and the first temperature sensor 134 are installed at a position where the speed on the first air flow 101 increases. Specifically, according to FIG. 1, a first installation hole 132 is formed at a top portion facing the upper guide 110 of the lower guide 120, and the first pressure sensor 133 is formed in the first installation hole 132. ) And a first temperature sensor 134 are respectively provided. The first pressure sensor 133 and the first temperature sensor 134 are affected by the accelerated first air flow 101, and the pressure of the first installation hole 132 is good for the transfer of pressure and temperature. The opening may be covered by a silicone gel or membrane 135.
하부가이드(120)의 하측에는, 가장자리 쪽이 주위에 개방되며, 제1공기흐름(101)에 대하여 상대 풍속을 갖는 제2공기흐름(102)이 형성되도록 형상화된 지지판(150)이 설치된다. 제2공기흐름(102) 상의 일 위치에는 제2압력센서(144) 및 제2온도센서(145)가 장착되어 있다. 이러한 제2공기흐름(102)은 제1공기흐름(101)과 달리 주위의 풍속으로부터 보호받는 부분으로서, 제2압력센서(144) 및 제2온도센서(145)는 제2공기흐름(102)의 영향을 크게 받지 않는다. 지지판(150)은 도 1의 도시와 달리, 상부가이드(110)의 상측에 설치되는 것도 가능하며, 이 경우 제2공기흐름도 제1공기흐름의 상부에 위치하게 된다.The lower side of the lower guide 120, the edge side is open around the support plate 150 is formed so that the second air flow 102 having a relative wind speed relative to the first air flow 101 is formed. At one position on the second air flow 102, a second pressure sensor 144 and a second temperature sensor 145 are mounted. Unlike the first air flow 101, the second air flow 102 is a part protected from the surrounding wind speed, and the second pressure sensor 144 and the second temperature sensor 145 are the second air flow 102. Is not significantly affected. Unlike the illustration of FIG. 1, the support plate 150 may be installed above the upper guide 110, and in this case, the second air flow may also be located above the first air flow.
도 1에 의하면, 제2압력센서(144) 및 제2온도센서(145)가 장착되는 부분은 하부가이드(120)의 저면에 형성된 제2설치홀(141)로서, 이외에도 제2설치홀(141)에는 제어부(143) 및 습도센서(146)가 설치되어 있다. 이러한 각 센서(144, 145, 146) 및 제어부(143)는 제2설치홀(141)에 고정되는 기판(142)에 실장된 형태로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a portion in which the second pressure sensor 144 and the second temperature sensor 145 are mounted is a second installation hole 141 formed on the bottom surface of the lower guide 120, in addition to the second installation hole 141. ) Is provided with a controller 143 and a humidity sensor 146. Each of the sensors 144, 145, and 146 and the controller 143 may be configured in a form mounted on the substrate 142 fixed to the second installation hole 141.
제어부(143)는 마이컴 형태로 구성될 수 있는 것으로서, 제1압력센서(133) 및 제1온도센서(134)와, 제2압력센서(144) 및 제2온도센서(145)의 정보를 통하여 풍속을 산정하게 된다. 풍속의 계산, 대기압, 풍압 및 대기밀도의 계산에 대하여는 뒤에서 상세히 설명한다.The control unit 143 may be configured in the form of a microcomputer, through the information of the first pressure sensor 133 and the first temperature sensor 134, the second pressure sensor 144 and the second temperature sensor 145. The wind speed is calculated. The calculation of wind speed, atmospheric pressure, wind pressure, and atmospheric density are described in detail later.
다시, 도 1을 참조하면, 지지판(150)은 하부가이드(120)의 하측에 위치되어 있으며, 상부가이드(110)는 지지판(150)에 대하여 베어링(151)에 의하여 회동 가능하게 설치되어 있다. 구체적으로, 상부가이드(110)는 지지판(150)에 대하여 풍향베인(vane, 180) 의하여 연결되어 있다. 그리고, 풍향베인(180)의 내측에는 풍향베인(180)에 의하여 하부가이드(120)에 대하여 상대적인 회전위치를 갖도록 형성된 패턴부(160)가 구비되어 있다. 패턴부(160)에 대응하여, 하부가이드(120)에는 패턴부(160)의 회전위치를 감지하는 광학센서(170)가 설치되어 있다.Referring back to FIG. 1, the support plate 150 is positioned below the lower guide 120, and the upper guide 110 is rotatably installed by the bearing 151 with respect to the support plate 150. In detail, the upper guide 110 is connected to the support plate 150 by a vane 180. In addition, the inside of the wind vane 180 is provided with a pattern portion 160 formed to have a rotational position relative to the lower guide 120 by the wind vane 180. In response to the pattern unit 160, the lower guide 120 is provided with an optical sensor 170 for detecting the rotation position of the pattern unit 160.
제어부(143)는, 제2압력센서(144)의 측정치를 주위의 압력에 대입하고, 제1압력센서(133)의 측정치와의 기압차이를 이용하여 주위에서의 풍속을 계산하도록 구성된다. 또한, 제어부(143)는 제2압력센서(144)의 측정치와, 주위에서의 풍속 및 공기 밀도를 이용하여 주위의 풍속에 의한 풍압을 구하고, 구해진 풍압을 출력장치를 통하여 출력하도록 구성될 수 있다. 이하, 그러한 풍속계산의 과정을 설명한다.The control unit 143 is configured to substitute the measured value of the second pressure sensor 144 into the surrounding pressure, and calculate the wind speed in the surroundings by using an air pressure difference from the measured value of the first pressure sensor 133. In addition, the controller 143 may be configured to obtain a wind pressure based on the measured values of the second pressure sensor 144, the wind speed and air density in the surroundings, and output the obtained wind pressure through the output device. . Hereinafter, the process of calculating the wind speed will be described.
풍속은 도 1의 제1공기흐름(101)의 유입구 및 제2공기흐름(102)의 유입구에서는 같으나, 제2압력센서(144) 및 제2온도센서(145)를 통과하는 지점(②)의 풍속과 제1압력센서(133) 및 제1온도센서(134)를 통과하는 지점(①)의 풍속은 베르누이 방정식으로부터 제1압력센서(133) 및 제1온도센서(134)에서의 풍속은 증가하고 기압은 감소한다. The wind speed is the same at the inlet of the first air flow 101 and the inlet of the second air flow 102 of FIG. 1, but at the point (②) passing through the second pressure sensor 144 and the second temperature sensor 145. The wind speed and the wind speed at the point ① passing through the first pressure sensor 133 and the first temperature sensor 134 increase from the Bernoulli equation at the first pressure sensor 133 and the first temperature sensor 134. And the air pressure decreases.
이를 이용하여 제2압력센서(144)의 기압과 제1압력센서(134)의 기압의 차를 이용하여 제어부(143)에서 풍속을 계산한다. 대기압을 측정하기 위해 사용되어진 압력센서(133, 144)는 절대압을 측정하는 압력센서이며 온도센서(134, 145)는 압력센서(133, 144)의 온도편차를 보정하고 대기의 온도를 측정하기 위해 사용되어진다.The wind speed is calculated by the controller 143 using the difference between the air pressure of the second pressure sensor 144 and the air pressure of the first pressure sensor 134. The pressure sensors 133 and 144 used to measure the atmospheric pressure are pressure sensors measuring absolute pressure, and the temperature sensors 134 and 145 are used to correct the temperature deviation of the pressure sensors 133 and 144 and to measure the temperature of the atmosphere. It is used.
[수학식 1][Equation 1]
대기압=(압력×7.2345×온도×215)/(219)Atmospheric pressure = (pressure × 7.2345 × temperature × 2 15 ) / (2 19 )
수학식 1의 상관관계를 이용하여 대기압을 구한다. The atmospheric pressure is obtained using the correlation of Equation 1.
계산된 대기압, 온도, 습도를 이용하여 국제도량형국(BIPM)의 CIPM-81/91 식을 이용하여 공기밀도를 계산할 수 있다.Using the calculated atmospheric pressure, temperature and humidity, the air density can be calculated using CIPM-81 / 91 equation of BIPM.
[수학식 2]&Quot; (2) "
d =[0.0348349+1.444583 × 10 -9 ( Xco 2 -400)] P / ZT (1- 0.3780 X_v ) (5.6) d = [0.0348349 + 1.444583 × 10 -9 ( Xco 2 -400)] P / ZT (1- 0.3780 X_v ) (5.6)
여기서, here,
d: 공기밀도(kg/m3) d: air density (kg / m 3 )
P : 기압(Pa) P : Pressure (Pa)
T : 273.15 + t (°C), Xco 2 : 공기 중 CO2 의 몰분율, 정상 조건일때 400 ppmZ : 압축 계수 , Z =1- P / T [(1.58123 × 10 -6 -2.9331 × 10 -8 t +1.1043 × 10 -10 t 2 ) + (5.707 × 10 -6 -2.051 × 10 -8 t ) X v + (1.9898 × 10 -4 -2.376 × 10 -6 t ) X v 2 ] + P 2 / T 2 [1.83 × 10 -11 -0.765 × 10 -8 X v 2 ] Xv : 공기 중 수분의 몰분율 , Xv = h f(p,t)psv(t)/ P f(p,t) = 1.00062 + 3.14 × 10 -8 P + 5.6 × 10 -7 t 2 , h = u /100( u : 상대습도 %R.H.) P sv (t) =exp[1.2378847 × 10 -5 T 2 - 1.9121316 × 10 -2 T + 33.93711047 - 6.3431645 × 10 3 / T ] T : 273.15 + t (° C), Xco 2 : Mole fraction of CO 2 in air, 400 ppmZ under normal conditions: Compression coefficient, Z = 1- P / T [(1.58123 × 10 -6 -2.9331 × 10 -8 t +1.1043 × 10 -10 t 2 ) + (5.707 × 10 -6 -2.051 × 10 -8 t ) X v + (1.9898 × 10 -4 -2.376 × 10 -6 t) X v 2] + P 2 / T 2 [1.83 × 10 -11 -0.765 × 10 - 8 X v 2 ] Xv : Molar fraction of moisture in the air, Xv = h f (p, t) psv (t) / P f (p, t) = 1.00062 + 3.14 × 10 -8 P + 5.6 × 10 -7 t 2 , h = u / 100 ( u : relative humidity% RH ) P sv (t) = exp [1.2378847 × 10 -5 T 2 - 1.9121316 × 10 -2 T + 33.93711047 - 6.3431645 × 10 3 / T]
기압과 바람의 관계는 지상에서는 기압경도력, 전향력,마찰력 등이 복합적으로 작용하고 상층의 바람은 기압경도력과 전향력이 영향을 미친다. The relationship between barometric pressure and wind has a combination of atmospheric pressure gradient, turning force, and frictional force on the ground, and the upper layer wind influences atmospheric pressure gradient and turning force.
기압 경도력은 두 지점간의 기압의 차와 공기 밀도의 함수로서 다음과 같이 나타낼 수 있다.The air pressure gradient force can be expressed as follows as a function of the air pressure difference and the air pressure difference between two points.
[수학식 3]&Quot; (3) "
Figure 112012048823721-pat00001
Figure 112012048823721-pat00001
전향력은 코리올리힘(Coriolis force)으로도 불리며 지구 자전력으로 발생하는 힘으로,The turning force, also called Coriolis force, is the force generated by the Earth's magnetism.
[수학식 4]&Quot; (4) "
Fco = 2VOsinF 로 표현되며, 여기서 FCO 는 단위 질량당 전향력, V는 바람의 속도, O(= 7.29 x 10)은 지구의 자전각속도, F는 위도를 나타낸다.F co = 2VOsinF, where F CO is the forward force per unit mass, V is the wind speed, O (= 7.29 x 10) is the rotation angle of the Earth, and F is the latitude.
이렇게 구해진 두 지점의 대기압의 차를 이용하여 풍속을 계산한다.The wind speed is calculated using the difference of atmospheric pressures obtained at these two points.
즉, 바람은 기압경도력(수학식 3)과 전향력(수학식 4)와 마찰력을 고려한 벡터의 합으로 표현할 수 있다. That is, the wind can be expressed as the sum of the pressure gradient force (Equation 3), the turning force (Equation 4) and the frictional force considering the vector.
하지만 기압경도력을 이용하여 바람의 속도를 구하고자 할 경우 두 지점의 거리는 충분히 먼 거리가 확보되어야 하고 두 지점간의 거리가 먼 경우 전향력의 영향과 마찰력의 영향 등 다양한 영향을 받으므로 복잡한 계산으로 풍속과 풍향이 결정 되어진다.However, if you want to find the wind speed by using the pressure gradient force, the distance between the two points should be secured far enough. If the distance between the two points is too long, it is affected by various factors such as the turning force and the friction force. And wind direction is determined.
이 문제를 해결하기 위해 두 지점를 같은 위치에 놓게되면 전향력과 마찰력은 무시되며 기압 경도력만 고려하면 된다. 다만 같은 위치에서는 기압 경도력이 발생하지 않으므로 이를 해결하기 위해 베르누이 정리를 이용할 필요가 있다.In order to solve this problem, if the two points are placed in the same position, the turning force and the friction force are ignored and only the atmospheric pressure force is considered. However, since the pressure gradient does not occur at the same position, it is necessary to use Bernoulli's theorem to solve this problem.
수학식 3에서 기압경도력은 단위질량당 기압경도력이므로 뉴턴의 제2법칙(F = ma)에 의해 단위질량당 기압경도력은 가속도가 된다. 가속도와 속도의 관계는 In equation (3), since the pressure gradient force is the pressure gradient force per unit mass, the pressure gradient force per unit mass becomes acceleration according to Newton's second law (F = ma). The relationship between acceleration and speed
[수학식 5]&Quot; (5) "
V = V0 + atV = V 0 + at
여기서, V0 = 초기속도, a = 가속도, t = 시간이다. 0.5m/s의 풍속을 가정했을 경우, 초기 풍속이 0m/s이고, 가상의 거리 100m의 두지점의 기압차가 50pa, 공기밀도가 1이라 가정하면 가속도가 0.5m/s이 되므로, 1초 후의 풍속은 0.5m/s 가 된다.Where V 0 = initial velocity, a = acceleration, and t = time. Assuming a wind speed of 0.5m / s, the initial wind speed is 0m / s, and the pressure difference is 50m and the air density is 1 at two points of imaginary distance of 100m, the acceleration is 0.5m / s. The wind speed is 0.5 m / s.
이를 베르누이의 방정식에 대입하면,Substituting this into Bernoulli's equation,
[수학식 6]&Quot; (6) "
P(a) + pgh(a) + 0.5pV(a)2 = P(b) + pgh(b) + 0.5pV(b)2 P (a) + pgh (a) + 0.5 pV (a) 2 = P (b) + pgh (b) + 0.5 pV (b) 2
에서, in,
P(a) = A지점의 압력, p = 공기 밀도, g = 중력가속도, h(a) = A지점 높이 P (a) = pressure at point A, p = air density, g = acceleration of gravity, h (a) = height at point A
P(b) = B지점의 압력, p = 공기 밀도, g = 중력가속도, h(b) = B지점 높이P (b) = pressure at point B, p = air density, g = acceleration of gravity, h (b) = height at point B
V(a) = A지점의 속도, V(b) = B지점의 속도이므로,Since V (a) = speed at point A, V (b) = speed at point B,
밀도(p)와 높이 h, 중력가속도 g는 같으므로 식을 간략히 하면, Since density (p), height h and gravitational acceleration g are the same
P(a) + 0.5pV(a)2= P(b) + 0.5pV(b)2이다.P (a) + 0.5 pV (a) 2 = P (b) + 0.5 pV (b) 2 .
P(a) - P(b) = 0.5p(V(b)2- V(a)2 이므로 기준점을 A지점으로 설정하면,P (a)-P (b) = 0.5p (V (b) 2 -V (a) 2, so if you set the reference point to point A,
V(a)가 0.5m/s 이고, P(a) - P(b) = 50pa, 공기 밀도 p = 1 로 가정하여 풀이하면 V(b) = 10m/s 정도의 속도일 경우 Pa와 Pb 지점의 대기압차가 50pa 정도가 발생함을 알 수 있다. 이를 이용하여 도 1의 구조, 즉 벤튜리관의 형상으로 설계하여 도 1의 유입부를 기준지점 A라 하고 도 1의 제1압력센서(133)의 지점을 B라고 가정하여 기준 지점 A의 대기압을 제2압력센서(144)에서 측정하고 지점 B의 대기압을 제1압력센서(133)에서 측정하여 두 지점의 기압차를 이용하여 지점 A의 속도를 계산한다.Solving assuming that V (a) is 0.5m / s, P (a)-P (b) = 50pa, and the air density p = 1, the point Pa and Pb at V (b) = 10m / s It can be seen that the atmospheric pressure difference of about 50pa occurs. By using the structure of FIG. 1, that is, the shape of the venturi tube, the inlet of FIG. 1 is referred to as the reference point A and the point of the first pressure sensor 133 of FIG. 2 is measured by the pressure sensor 144 and the atmospheric pressure of the point B is measured by the first pressure sensor 133 to calculate the speed of the point A using the pressure difference between the two points.
벤튜리관 구조를 기준 지점 A의 속도에 비해 B지점의 속도가 20배 빠르게 설계가 되었다면 두 지점의 거리 D는 100m로 가정할 수 있고 단위질량당 기압경도력은 Fpg = (1/d) x (기압차/100m)로 계산하여 가속도(a)를 구한 후, 속도 V = V0 + at로 계산된다. 즉 도 1에서 기압차가 50pa일 경우, 지상의 공기밀도를 1이라 가정하면, Fpg = 50pa/100m = 0.5m/s로 가속도가 계산되고, 초기 풍속 V0 = 0 m/s 이므로 1초 단위로 계산하면 풍속은 0.5m/s가 된다. If the venturi tube structure is designed 20 times faster than the speed of the reference point A, the distance D between the two points can be assumed to be 100m, and the pressure gradient per unit mass is Fpg = (1 / d) x ( The acceleration a is obtained by calculating the difference in air pressure / 100m), and then the velocity V = V 0 + at is calculated. That is, when the air pressure difference is 50pa in FIG. 1, when the air density of the ground is assumed to be 1, the acceleration is calculated as Fpg = 50pa / 100m = 0.5m / s, and the initial wind speed V 0 = 0 m / s, so that the unit is 1 second. The wind speed is 0.5m / s.
상기 기술된 내용은 정리하면, 기준점 A지점의 풍속은In summary, the wind speed at the reference point A is
V = V0 + a×t 가 되고 (V0 = 초기 속도, a = 가속도, t= 시간)V = V 0 + a × t (V 0 = initial velocity, a = acceleration, t = time)
여기서 공기 밀도가 d일 때, 가속도 a는 a = Fpg = (1/d) × ((Pa-Pb)/(두 지점의 거리))가 되므로, 대기압차 Pa-Pb를 dP라 하고, 두 지점의 거리를 dD로 하면,Here, when the air density is d, the acceleration a becomes a = Fpg = (1 / d) × ((Pa-Pb) / (distance of two points)), so the atmospheric pressure difference Pa-Pb is called dP, and two points Let d be the distance of dD,
[수학식 7][Equation 7]
V = V0 + at  V = V0 + at
= V0 + Fpg × t    = V0 + Fpg × t
= V0 + ((1/d) × (dP / dD)) × t   = V0 + ((1 / d) × (dP / dD)) × t
로 계산되어 진다.It is calculated as
수학식 7에서 두 지점간의 거리(dP)는 측정하고자 하는 최저 풍속을 고려하여 벤튜리관을 설계한다. 예를 들어 0.5m/s의 풍속부터 측정하고자 할 경우, 센서의 오차 범위를 고려하여 제1압력센서(133)와 제2압력센서(144)의 대기압차가 50Pa의 차를 얻고자 할 경우 공기밀도를 1로 가정하면 수학식 3에서 거리는 100m로 계산되며, 유입부의 풍속이 0.5m/s이므로 제1압력센서(133)의 풍속이 10m/s 가 되도록 벤튜리관을 설계하면 된다. 또한, 제2압력센서(144)와 제1압력센서(133)의 기압차가 20Pa의 차를 얻고자 한다면 수학식 3에서 거리는 40m로 계산이 되며, 유입부의 풍속이 0.5m/s일 때, 제1압력센서(144)의 풍속이 6.3m가 나오도록 설계하면 된다.In Equation 7, a distance between two points (dP) is designed in consideration of the minimum wind speed to be measured. For example, if you want to measure from the wind speed of 0.5m / s, if you want to obtain a difference of 50Pa between the atmospheric pressure difference between the first pressure sensor 133 and the second pressure sensor 144 in consideration of the error range of the sensor air density Assuming that 1 is 1, the distance is calculated to be 100 m, and since the air velocity of the inlet is 0.5 m / s, the venturi tube may be designed such that the wind speed of the first pressure sensor 133 is 10 m / s. In addition, if the air pressure difference between the second pressure sensor 144 and the first pressure sensor 133 is to obtain a difference of 20 Pa, the distance is calculated as 40 m in Equation 3, and when the wind speed of the inlet is 0.5 m / s, 1 What is necessary is just to design so that the wind speed of the pressure sensor 144 may be 6.3 m.
상기 식으로 계산된 대기압, 풍속, 공기 밀도를 이용하여 풍압을 구한다.Wind pressure is calculated using the atmospheric pressure, wind speed, and air density calculated in the above equation.
풍압 P = C×F×p×V2 / 2 Wind pressure P = C × F × p × V 2/2
(C: 저항계수, F: 면적, p: 공기밀도, V: 속도)(C: resistance coefficient, F: area, p: air density, V: velocity)
도 2는 본 발명과 관련되어 풍향을 측정하기 위한 2비트(bit) 패턴의 일 예를 보인 평면도이고, 도 3은 도 2의 2비트 패턴의 회전 위치를 감지하는 광학 스위치의 위치를 나타낸 도면이다. 풍향은 베어링(151)에 의하여 회전가능하게 설치된 풍향베인(180)을 따라 회전하는 회전판에 그려진 2비트 패턴(160)을 9개의 광학센서(170)가 읽어 360도 또는 512도 단위로 제어부(143)에서 계산하여 각을 표시한다.2 is a plan view showing an example of a 2-bit pattern for measuring the wind direction in accordance with the present invention, Figure 3 is a view showing the position of the optical switch for detecting the rotation position of the 2-bit pattern of FIG. . The wind direction is controlled by the nine optical sensors 170 reading the 2-bit pattern 160 drawn on the rotating plate rotating along the wind vane 180 rotatably installed by the bearing 151 in units of 360 or 512 degrees. Calculate and mark the angle.
상기와 같이 설명된 지능형 풍속계는 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용되지 않는다. 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
The intelligent anemometer described above is not limited to the configuration and method of the described embodiments. The embodiments may be configured so that all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.
100: 지능형 풍속계 101: 제1공기흐름
102: 제2공기흐름 110: 상부가이드
111: 상부프로파일 120: 하부가이드
121: 하부프로파일 132: 제1설치홀
133: 제1압력센서 134: 제1온도센서
135: 실리콘겔 또는 멤브레인 141: 제2설치홀
142: 기판 143: 제어부
144: 제2압력센서 145: 제2온도센서
146: 습도센서 150: 지지판
151: 베어링 160: 패턴부
170: 광학센서 180: 풍향베인(vane)
100: intelligent anemometer 101: first air flow
102: second air flow 110: upper guide
111: upper profile 120: lower guide
121: lower profile 132: first mounting hole
133: first pressure sensor 134: first temperature sensor
135: silicon gel or membrane 141: second mounting hole
142: substrate 143: control unit
144: second pressure sensor 145: second temperature sensor
146: humidity sensor 150: support plate
151: bearing 160: pattern portion
170: optical sensor 180: wind vane (vane)

Claims (10)

  1. 가장자리 쪽이 주위에 개방되며, 상기 주위로부터 유입된 바람의 속도가 중심에서 빨라지는 제1공기흐름이 형성되도록 상하로 배치된 상부가이드와 하부가이드;
    상기 제1공기흐름 상의 속도가 빨라지는 위치에 설치되는 제1압력센서 및 제1온도센서;
    가장자리 쪽이 상기 주위에 개방되며, 상기 제1공기흐름에 대하여 상대 풍속을 갖는 제2공기흐름이 형성되도록 상기 상부가이드의 상측 또는 상기 하부가이드의 하측에 위치되는 지지판;
    상기 제2공기흐름 상의 일 위치에 설치되는 제2압력센서 및 제2온도센서; 및
    상기 제1압력센서 및 상기 제1온도센서와 상기 제2압력센서 및 상기 제2온도센서의 정보를 통하여 풍속을 산정하는 제어부를 포함하는, 지능형 풍속계.
    An upper side and a lower side of the upper side and the lower side, the upper side and the lower side of which are opened so as to form a first air flow in which the speed of the wind flowing from the surroundings is increased at the center;
    A first pressure sensor and a first temperature sensor installed at a position where the speed on the first air flow is increased;
    A support plate positioned at an upper side of the upper guide or a lower side of the lower guide such that an edge side thereof is opened around the upper air and a second air flow having a relative wind speed with respect to the first air flow is formed;
    A second pressure sensor and a second temperature sensor installed at one position on the second air flow; And
    And a control unit for calculating a wind speed based on information of the first pressure sensor, the first temperature sensor, the second pressure sensor, and the second temperature sensor.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지판은 상기 하부 가이드의 하측에 위치되고,
    상기 상부가이드는 상기 지지판에 대하여 베어링에 의하여 회동 가능하게 설치된, 지능형 풍속계.
    The method of claim 1,
    The support plate is located below the lower guide,
    The upper guide is an intelligent anemometer installed rotatably by a bearing with respect to the support plate.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부가이드는 상기 지지판에 대하여 풍향베인(vane) 의하여 연결된, 지능형 풍속계.
    The method of claim 2,
    The upper guide is an intelligent anemometer connected by a vane with respect to the support plate.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 풍향베인에 의하여 상기 하부가이드에 대하여 상대적인 회전위치를 갖도록 형성된 패턴부; 및
    상기 하부가이드에 설치되며, 상기 패턴부의 회전위치를 감지하는 광학센서를 더 포함하는, 지능형 풍속계.
    The method of claim 3,
    A pattern portion formed to have a rotational position relative to the lower guide by the wind vane; And
    Installed in the lower guide, the intelligent anemometer further comprises an optical sensor for sensing the rotation position of the pattern portion.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부가이드의 상기 상부가이드에 마주하는 정상부에 제1설치홀이 형성되고,
    상기 제1설치홀에 상기 제1압력센서 및 상기 제1온도센서가 각각 구비되며,
    상기 제1설치홀의 개구는 실리콘겔 또는 멤브레인에 의해 덮여진, 지능형 풍속계.
    The method of claim 1,
    A first installation hole is formed in the top portion of the lower guide facing the upper guide,
    The first pressure sensor and the first temperature sensor are respectively provided in the first installation hole,
    And the opening of the first installation hole is covered by a silicone gel or a membrane.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지판은 상기 하부가이드의 하측에 위치되고,
    상기 하부가이드의 저면에 제2설치홀이 형성되며,
    상기 제2설치홀에, 상기 제2압력센서, 상기 제2온도센서 및 상기 제어부가 설치된, 지능형 풍속계.
    The method of claim 1,
    The support plate is located below the lower guide,
    A second installation hole is formed on the bottom of the lower guide,
    Intelligent anemometer is installed in the second installation hole, the second pressure sensor, the second temperature sensor and the control unit.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2설치홀에 위치되며, 상기 제2공기흐름의 습도를 감지하기 위한 습도센서를 더 포함하는, 지능형 풍속계.
    The method according to claim 6,
    Located in the second installation hole, the intelligent anemometer further comprises a humidity sensor for sensing the humidity of the second air flow.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2압력센서의 측정치를 상기 주위의 압력에 대입하고, 상기 제1압력센서의 측정치와의 기압차이를 이용하여 상기 주위에서의 풍속을 계산하도록 구성된, 지능형 풍속계.
    The method of claim 1,
    The control unit,
    And assign the measured value of the second pressure sensor to the ambient pressure and calculate the wind speed in the ambient using an air pressure difference from the measured value of the first pressure sensor.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2압력센서의 측정치, 상기 주위에서의 풍속 및 공기 밀도를 이용하여 상기 풍속에 의한 풍압을 구하고,
    상기 풍압을 출력장치를 통하여 출력하도록 구성된, 지능형 풍속계.
    9. The method of claim 8,
    The control unit,
    The wind pressure by the wind speed is obtained by using the measured value of the second pressure sensor, the wind speed in the surroundings, and the air density.
    An intelligent anemometer, configured to output the wind pressure through an output device.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부가이드가 갖는 상부프로파일과 상기 하부가이드가 갖는 하부프로파일에 의해 형성되는 단면형은 벤츄리관 형태로 형성된, 지능형 풍속계.


    The method of claim 1,
    Intelligent anemometer, the cross-sectional shape formed by the upper profile of the upper guide and the lower profile of the lower guide is formed in the shape of a venturi tube.


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