Principe
L'anémomètre
est un capteur important dans une station de météorologie.
Nous
vous proposons une réalisation simple à mettre en œuvre et qui vous permettra
de faire la mesure de la vitesse du vent pendant de nombreuses années. Cette
description est à intégrer dans la construction globale de la station météo
automatique.
Le
choix du montage a été dicté à la suite de plusieurs expériences sur le
sujet, dans le but de garantir une mesure fiable tout en protégeant
l'ordinateur.
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Photo 1
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schéma électronique de l'anémomètre
Schéma de principe
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schéma 1
schéma
2
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L'électronique de l'anémomètre
Il
se décompose en deux parties : Erreur! Source du renvoi introuvable.
et schéma 2
La première partie du montage est très simple. Sa
fonction est limitée à la prise de
l'information de rotation de l'anémomètre, à l'aide de la fourche
photoélectrique CNY 37 et la
-
mise en forme du signal dans une porte inverseur d'un CD 4049. Cette
solution permet de transporter l'information sur une longue distance. Ici;
L'anémomètre se trouve en haut du pylône radioamateur soit environ 20 m de câble. La liaison
entre l'anémomètre et la carte de traitement de l'information se fera à l'aide
d'un câble à 3 conducteurs (le +, la
masse et le signal de comptage).
-
La seconde partie du montage à deux fonctions, isolement galvanique et
mise en forme du signal compatible avec le port série RS 232.
Le signal d'entrée sur le CNY 17 provient de la sortie 2 de la porte inverseur du
CD 4049 de l'anémomètre. Dans l'alimentation du CNY 17, une LED est placée en
série afin de visualiser la rotation de l'anémomètre (cette LED peut être mise
avantageusement sur la face avant de la station météorologique automatique). Le
signal de sortie de l'optocoupleur CNY 17 est mis en forme dans deux portes
inverseurs du CD 4049 avant d'entrer dans le MAX 232. La sortie du MAX 232 est connectée à la borne
6 (DSR) de la DB 9
ou DB 25 cf. 11.1Ports
Série
Schémas de câblage
Schéma du câblage de l'interface de l'anémomètre
Cas d'utilisation d'un ILS
Il
existe une autre solution plus simple pour détecter la rotation d'un
anémomètre, avec l'utilisation d'un ILS, cette méthode a été abandonnée. L'ILS
présente des défauts mécaniques (rebonds…) et à grande vitesse de l'anémomètre la
prise en compte des impulsions est moins fiable.
Montage de l'anémomètre
Après
avoir rassemblé l'ensemble des composants, nous passons à l'assemblage du
capteur de mesure de la vitesse du vent.
Plusieurs
photos ont été réalisées afin de faciliter l'ensemble du montage.
Tout
d'abord il faut fixer les roulements à l'intérieur des embouts (dans mon cas
les passes fils du tube du microphone de récupération). L'assemblage dos à dos
des deux embouts avec la tige filetée permet de bien centrer la position des
roulements (Photo
2). Attention lors de la mise en place de la colle
epoxy pour la fixation des roulements, il faut prendre soin de ne pas mettre de
colle sur la partie mobile des roulements.
Après avoir percé un couvercle du manchon PVC au diamètre du tube, coller celui-ci avec de la colle epoxy, le but est de garantir une excellente étanchéité. Laisser sécher l'ensemble. Photo 3
Photo 3
Monter
la tige filetée de 3 mm
de diamètre avec des écrous et des rondelles éventails sur les roulements,
s'assurer pendant le serrage que la rotation de la tige est toujours libre et
sans résistance, cette condition est importante pour un bon fonctionnement de
l'anémomètre. Il faut limiter au maximum le couple résistant.
Réaliser
le support des demi-sphères des balles de ping-pong, cette partie est assemblée
par brasure d'écrous en bout des tiges filetées et au centre pour la fixation
sur l'axe. Photo
4. Mettre en place le bouchon (type produit ménager de
couleur verte sur la photo 6) et fixer la croix de support des balles de
ping-pong.
Découper
un morceau de plaque d'essai de 30 sur 45 mm. Cette plaque sera montée à l'intérieur
du manchon PVC dans l'anémomètre. Câbler les deux résistances et le support du
CD 4049. Y insérer le circuit intégré, Photo 5. Tester ce montage sous tension et vérifier que la
sortie 2 du CD4049 passe bien de l'état 1 à zéro lors du passage d'une lame de
métal dans la fourche du CNY37.
Percer
quatre trous de 4.5 mm
de diamètre dans le second couvercle du manchon PVC, et fixer les 3 fiches
bananes pour l'alimentation de l'anémomètre, le quatrième trou sert
d'évacuation d'une éventuelle condensation. Fixer la plaque d'essai avec le CD
4049 sur le fond du couvercle, Photo
6.
Photo 5
Coller
les embouts du manchon PVC avec de la colle spéciale "plastique
vidange". Au préalable il faut bien nettoyer les surfaces afin de garantir
une étanchéité parfaite de l'ensemble.
Sur
la partie inférieure de la tige filetée, fixer la lamelle avec des écrous et
des rondelles de blocage, puis ensuite mettre en place en bout du tube la
barrière photoélectrique CNY37 à l'aide d'une vis de 3 mm de diamètre et 30 mm de longueur.
Prendre
une plaque d'essai de 105 sur 55
mm et réaliser le câblage des composants. Photo 7, Photo
8, Schéma
4. On peut noter qu'une réserve existe pour le
traitement des signaux du pluviomètre, cette description sera traitée au
chapitre "CONSTRUCTION
DU PLUVIOMETRE".
Photo 7
Photo 8
Etalonnage de l'anémomètre
Pour
effectuer une mesure précise de la mesure de la vitesse du vent avec notre
anémomètre nous devons prendre en compte deux paramètres importants.
1) La mesure de vitesse
circulaire ou vitesse linéaire de l'anémomètre. Cette valeur est calculée à
partir de la formule suivante :
V = (n*2 * p* R)/ T
V = vitesse en mètre par seconde
n = Nombre de tours comptés
R = rayon du cercle décrit par l'anémomètre
T = est le temps mis pour faire "n" tours
en seconde. Dans l'application météo que nous avons développé ce paramètre est
dénommé "temps de lissage"
Dans notre cas nous devons saisir dans l'application
informatique météo le rayon du cercle décrit par les demie balles de ping pong
et le temps pendant lequel nous voulons compter les tours de l'anémomètre
(temps de lissage). En effet la mesure de vitesse sur un tour n'est pas
représentative de la réalité. Le vent se déplace en permanence par rafale, ceci
nous impose de faire une moyenne sur un temps donné.
1) L'anémomètre tourne du fait
que le coefficient de traînée Cx des demi-sphères des balles de ping-pong, côté
creux est plus grand que celui côté ventre C'x. Il est aussi démontré que le
rapport entre Cx et C"x est 4/3, 1/3, ce qui simplifiera grandement nos
calculs.
Si nous prenons un exemple schéma !!, il existe deux
forces qui lorsque l'anémomètre est dans la position indiquée prennent pour
valeur maximale F = F1 = F2 tel que :
F1 = 0.5.r.Cx.S(v-vM)
F2 = 0.5.r.C'x.S(v+vM)
r = masse volumique de l'air
S= section du disque des demi sphères des balles de
ping pong
v = vitesse du vent
vM = vitesse linéaire du point M
En simplifiant cette équation nous pouvons calculer
le coefficient à entrer dans l'application météo.
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