Design and realization of monitoring system for measuring air temperature and humidity, wind direction and speed

Abstract

An air humidity sensor based on the capacity principle and programmable digital air temperature sensors are designed in the work. The wind direction and wind speed sensor (anemometer) is based on the optoelectronic principle. Sensors register frequency impulses from the wind fan of the anemometer. Methods and materials conformable with modern electronics and informatics were used. The method of linear regression was used for calibration of sensors. The accuracy of an air temperature sensor was found better than 0,1 °C in the range from ‐55 to 125 °C, and an air humidity sensor was better than 1% in the range from 0 to 98%. The anemometer works in the range of wind velocity from 0 to 150 km.h⁻¹ with accuracy better than 1 % to 90 km.h⁻¹ and over 90 km/h better than 3%. First of all these sensors were proposed for automatic weather stations widely used in the sector of agriculture (microclimatic weather stations), industry and for other technological operations where monitoring of temperature, wind speed, wind direction and humidity is required. The sensors will be used as models for educational purposes at the lessons of biometeorology and climatology too.

Oro temperatūros ir drėgnio bei vėjo krypties ir greičio matavimo stebėsenos sistemos kūrimas

Santrauka. Straipsnyje aprašomi sukurtieji oro drėgnio, oro temperatūros bei vėjo krypties ir vėjo greičio (anemometras) jutikliai, pagrįsti optiniu-elektroniniu principu. Jutikliai registruoja anemometro menčių sukeliamus dažnio impulsus. Kuriant įrenginį taikyti nūdienos elektronikos ir informatikos metodai ir medžiagos. Jutikliai kalibruoti remiantis tiesinės regresijos metodu. Nustatytas oro temperatūros jutiklio, matuojant nuo –55 iki 125 ºC, tikslumas buvo didesnis nei 0,1 ºC, o oro drėgnio jutiklio, matuojant nuo 0 iki 98 % , – didesnis nei 1 %. Matavimo anemometru ribos yra nuo 0 iki 150 km/h, tikslumas – didesnis nei 1 %, kai vėjas siekia iki 90 km/h greičio, bei didesnis nei 3 %, kai vėjo greitis viršija 90 km/h. Jutiklius rekomenduota naudoti automatinėse mikroklimatinių sąlygų matavimo stotyse, plačiai taikomose žemės ūkyje, pramonėje bei kitiems tikslams, kai būtini temperatūros, vėjo greičio, vėjo krypties bei drėgnio matavimai. Jutikliai bus naudojami ir švietimo tikslams, dėstant biometeorologiją bei klimatologiją.

Reikšminiai žodžiai: oro drėgnio jutiklis, oro temperatūros jutiklis, mikroklimatinių sąlygų nustatymo stotys, vėjo krypties jutiklis, optinis-elektroninis principas.

Проектирование и реализация системы мониторинга для измерения температуры воздуха, атмосферной влажности, направления и скорости ветра

Резюме. Описаны сенсоры атмосферной влажности, температуры воздуха, а также скорости и направления ветра (анемометр), который работает по опто-электронному принципу. Сенсоры фиксируют частные импульсы, создаваемые лопатками анемометра. Для создания аппарата были применены новейшие методы и материалы современной электроники и информатики. Для калибрации сенсоров был использован метод линейной регрессии. Установленная точность сенсора температуры воздуха была больше, чем 0,1 ºC, в пределах от 55 до 125 ºC, а точность сенсора атмосферной влажности была больше, чем 1 %, в пределах от 0 до 98 %. Пределы измерения анемометра составили от 0 до 150 км/ч, точность – больше, чем 1 %, когда скорость не превышала 90 км/ч, и больше, чем 3 %, когда скорость превышала 90 км/ч. Созданные сенсоры рекомендуется использовать в качестве оборудования станций для измерения микроклиматических условий. Такие станции широко используются в сельском хозяйстве, промышленности и для других целей, требующих измерения температуры или влажности воздуха, скорости и направления ветра. Сенсоры будут также использоваться при изучении студентами курсов по биометеорологии и климатологии.

Ключевые слова: сенсор атмосферной влажности, сенсор температуры воздуха, станции для измерения микроклиматических условий, сенсор направления ветра, опто-электронный принцип.

Firstd Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : air humidity sensor, air temperature sensor, weather stations, anemometer, wind direction sensor, optoelectronic principle