Возросший интерес к возобновимым источникам энергии, вызванный ростом затрат на ископаемое топливо и проблемами глобального потепления, привел к появлению интереса к соответствующему вспомогательному оборудованию и измерителям. Эта идея конструкции «вскакивает в уходящий поезд», благодаря своей способности просто провести прямое измерение важного возобновляемого источника энергии: энергии ветра. Портативное устройство для быстрого и простого определения места возможного размещения ветряного двигателя, оно состоит из преобразователя скорости ветра, состоящего из анемометра с крыльчаткой с оптическим способом измерения и датчика температуры, состоящего из транзистора в диодном включении (рис.1).
Данные компоненты подключены к гибридной цифровой/аналоговой схеме вычисления. Совместно, они обеспечивают линейное, температурно-компенсированное измерение энергии ветра в реальном масштабе времени. Количество ветровой энергии составляет ½×плотность воздуха (кг/м3)хскорость ветра (м/с)3. Таким образом, для ее вычисления требуется оценить плотность воздуха, которая обратно пропорциональна абсолютной температуре; измерить скорость ветра и вычислить куб. Теперь о том, как измеритель энергии ветра это выполняет. Транзистор в диодном включении Q1 имеет ток смещения 550 мкА при 25 °C (298 K) напряжение база-эмиттер 600 мВ и его температурный коэффициент –2 мВ/°C. Таким образом, Q1 формирует опорное напряжение, которое отслеживает приблизительную температурную зависимость плотности идеального газа: –0,3 %/°C.
В свою очередь, оптический датчик O1, совместно с вращающейся крыльчаткой анемометра формирует частоту, зависящую от скорости ветра: F W=10Гц/м/с. Преобразованием VQ1 и FW в выходной сигнал 1-мВ=1Вт/м2 занимается функция умножения третьего порядка XхYхZ реализованная на трех каскадных КМОП-импульсных генераторах накачки заряда FVC (преобразователях напряжение-частота): S1, S2, и S3. FVC S1/IC1A вырабатывает отрицательное напряжение –0,17×VQ1×FW; FVC S2/IC1B вырабатывает V2=–VхFW =0,17хVQ1хFW2; а FVC S3/IC1D вырабатывает –V3=–0,17хVQ1хFW3. Окончательно, дифференциальный инвертер IC1C нормирует напряжение –V3 к выходному напряжению VOUT=0,42хVQ1хFW3=1V/kW/m2.
Вы можете легко откалибровать измеритель энергии ветра с помощью автомобиля движущегося в безветренный день со скоростью 18,6 м/с=41,5 м/ч=66,8 км/ч. При выдвинутом через форточку автомобиля в набегающий поток анемометре, отрегулируйте калибровочный потенциометр так, чтобы получить выходное напряжение величиной 4 В, или, для получения повышенной точности, напряжение соответствующее выражению VOUT=1,14Vхдавление воздуха в миллибарах/(273+температура окружающей среды в градусах Цельсия) которое учитывает текущую плотность воздуха.
