Ideen für Windsensor

OP #6689810
Hi

Fur eine Selbstbau-Wetterstation suche ich Ideen für einen Windsensor,
der Windstärke und -richtung feststellt.

Da ich kein Freund von beweglicher Mechanik bin, fallen Propelloren und 
Eiskellendreher aus.

Ultraschallsensoren finde ich zwar pfiffig, aber ich traue mir nicht zu, 
soetwas zu bauen.

Meine Idee ist nun:
Ich befestige eine Kugel oder Zylinder an einer Stange.
Der Wind lenkt dann die Kugel/den Zylinder in eine Richtung aus.
Die Stärke der Auslenkung wird mit einem Abstandssensor erfaßt,
die Richtung durch 2 dieser Abstandssensoren um 90° versetzt.

Würde das funktionieren?
Welche Abstandssensoren mit einer Auflösung <1mm gibt es?

Gibt es noch andere Ideen?
Gast
Hallo Peter,

ich mein, dass ich mal in einem Datenblatt von einem Temepratursensor 
als Application Example gelesen habe, dass man mit einem Heizwiderstand 
in der Mitte und mehreren Temperatursensoren außen rum 
(N/NE/E/SE/S/SW/W/NW) auch als Windsensor verwenden kann.

Wenn das so geht wäre es auch eine rein passive Lösung.

Soll nicht mehr wie ein Denkanstoß sein ;-)

Schöne Grüße
Gast
Peter N. schrieb:
> Meine Idee ist nun:
> Ich befestige eine Kugel oder Zylinder an einer Stange.
> Der Wind lenkt dann die Kugel/den Zylinder in eine Richtung aus.
> Die Stärke der Auslenkung wird mit einem Abstandssensor erfaßt,
> die Richtung durch 2 dieser Abstandssensoren um 90° versetzt.
Das ist keine Mechanik? Wenn das funktionieren soll dann wäre dies 
Mechanik vom Feinsten.
Wenn Du Windrichtung und Geschwindigkeit haben willst, dann bleibt für 
den Selbstbau eigentlich nur ein Ultraschallanemometer. Da gibt es auch 
recht gute Bauanleitungen im Netz, die sich mit mit einfach 
beschaffbaren Materialien umsetzen lassen. Eine recht gute Bauanleitung 
gibt es hier https://www.dl1glh.de/ultraschall-anemometer.html.

Für die reine Bestimmung der Windgeschwindigkeit ist ein klassisches 
Schalenanemometer eigentlich leicht umsetzbar. Da kann man z.B. einen 
kleinen Gleichstrommotor (z.B. aus einem Kassettenbandgerät) nehmen. Zur 
Herstellung des Rotors ist es gut wenn man Zugriff auf eine Drehbank 
hat. Ich habe mir den Rotor aus Kunststoffrundmaterial gedreht. Das habe 
ich auf einer Seite ausgedreht, sodas er wie eine Kappe über den Motor 
gestülpt werden kann. Auf der anderen Seite habe ich etwa 8mm Material 
stehen lassen und dann seitlich alle 120° Bohrungen angebracht. Dort 
werden Stäbe aus Alurundmaterial eingeklebt. An die Enden der Stäbe 
kommen Halbschalen aus Kunststoff. Dafür eignen sich Dekokugeln aus dem 
Bastlerbedarf hervorragend. Da nicht unbedingt den größten Durchmesser 
nehmen. Die Alustäbe sollten auch nicht zu lang sein.
Ach so, der Motor wird in einem Stück 30'er Abflussrohr befestigt 
(bedeutet die erwähnte Kappe muß auf ca. 32-33mm ausgedreht werden, 
damit sie etwas über des Rohr reicht). Mit der Muffe des Ablußrohres 
wird das Ganze auf den Mastaufgesteckt.
Um alles zu fertigen braucht man ca. einen halben Tag.

Ein viel größeres Problem wird das Eichen des Anemometers sein.

Ganz ohne Mechanik geht es beim Wetterstationsbau leider auch nicht 
nicht. Die nächste Herausforderung wird der Regenmesser werden. Die dazu 
erforderlichen Wägewippe sieht zwar recht simpel aus, aber läßt sich 
nicht ganz einfach herstellen.
Gast
Ach ja zwei um 90° versetzte Sensoren werden nicht reichen, da wird die 
Auflösung der Sensoren einfach zu gering sein. Du solltest wenigstens 16 
Richtungen sicher detektieren können.
(Firma: Hobbytheoretiker)
In den Zeitschriften gab es früher die Varianten mit Temperatursensor 
und Heizelement verbunden. Abhängig von der Windrichtung und Stärke war 
mehr oder weniger Nachheizenergie notwendig, die ausgewertet wurde. Zum 
Beispiel wurden dafür zwei Transistoren verwendet.
Gast
Mit der praktischen Umsetzung dieser Idee haben sich schon vor 30 Jahren 
Diplomanden an der FH Kiel auseinandergesetzt. Das Teil war dort in 
einer Vitrine ausgestellt. Da damals Diplomarbeiten noch mit der 
Schreibmaschine geschrieben werden mußten (Verwendung von PC und Drucker 
wurde erst später zugelassen), findet man davon leider nichts im 
Internet.
Hier gibt es aber doch etwas zum Thema: 
https://eldorado.tu-dortmund.de/bitstream/2003/23026/1/omartens.pdf
Peter N. schrieb:
> Da ich kein Freund von beweglicher Mechanik bin, fallen Propelloren und
> Eiskellendreher aus.
Ultraschall, Termoanemometer, Lidar.. . möglich ist viel. Sinnvoll ist 
nicht alles.
Ich nehme nicht an, das du dieselben Ambitionen hast, wie 
https://windenergy.dtu.dk/english/research/research-facilities/windscanner

Halbschalenanemometer sind günstig und stabil. Das ist Stangenware, wie 
sie in der Gebäudetechnik üblich ist. 24V Versorgung und du bekommst ein 
0...10V Signal. Ultraschallanemometre gibt es auch von der Standge.
Beides gibt es beim GLT Ausrüster.

Die Idee mit der Prallplatte macht geringe Auslenkungen und somit hohe 
Messungenauigkeiten. Das Prinzip hat sich nicht durchgesetzt.
Gast
Zeno schrieb:
> Ach ja zwei um 90° versetzte Sensoren werden nicht reichen, da wird die
> Auflösung der Sensoren einfach zu gering sein. Du solltest wenigstens 16
> Richtungen sicher detektieren können.

Warum sollte die Auflösung der Sensoren dazu zu gering sein?
Vielleicht hast du die komplexe e-Funktion (Sinus-, Cosinusfunktion) zur 
Abbildung zwischen Polar- und Kartesische Koordinaten nicht verstanden.
Ich habe vor sehr langer Zeit (tm) mal etwas von folgendem Konzept 
gelesen habe:
Ein Temperatursensor für die aktuelle Temperatur
Ein Widerstand|NTC|PTC der mit Strom etwas geheizt wird und dessen 
Temperatur/Strom überwacht wird.
Eine Luftführung, die dafür sorgt, dass - wenn es Luftbewegung gibt, 
diese am Referenzwiderstand vorbeistreift.
Die "Kühlung" (Wärmeabfuhr) des Widerstandes zusammen mit der gemessenen 
Lufttemperatur dienen als Referenzsignal für die Stärke der 
Luftbewegung.
...oder so.
Habe das Ganze aber nicht weiter verfolgt.
Gast
Dieter D. schrieb:
> Es ginge auch mit Drucksensoren. Auf der Seite an der der Wind
> gegendrückt, sind die höheren Messwerte.

Theoretisch hast du Recht. Praktisch kommt bei Wind die Luftströmung aus 
unterschiedlichen Richtungen und ohne bewegliche Mechanik würde die 
Luftströmung fast nie mit seiner druckempfindlichen Seite in die 
Windrichtung zeigen. Bei schrägem Windeinfall wird es auf Grund der 
Strömungsverhältnisse komplexer, aus dem Druck auf die 
Windgeschwindigkeit zu schließen.
Luftdrucksensoren funktionieren auch dann, wenn die Luft nicht direkt 
drauf drückt. Mit Grüssen von Bernoulli.

Baut man in den Innenraum eines Autos einen Luftdrucksensor ein, wächst 
die gemessene Höhe mit der Fahrgeschwindigkeit. Per Experiment mit einem 
üblichen Drucksensor nachgewiesen.
Jack V. schrieb:
> Möglicherweise, bei konstantem Wind (Richtung und Geschwindigkeit). In
> allen anderen Fällen (also in der Praxis: immer) wird’s wild
> umherschwingen.

Irrelevant. Die Nulllinie der Schwingung ist das, worauf es ankommt. Ist 
natürlich ein Tick komplexer auszuwerten, zumal weil nichtlinear.

Dafür hat man dann auch einen Erdbebensensor in der Kiste. Zur Ergänzung 
des vorgesehenen Tschernobyl-Sensors. Perfekt für Prepper.
(prx) A. K. schrieb:
> Die Nulllinie der Schwingung ist das, worauf es ankommt. Ist
> natürlich ein Tick komplexer auszuwerten, zumal weil nichtlinear.

Bei zufälligen Eingabewerten, wie sie Wind in der Realität nunmal 
liefert, ist es gar nicht auszuwerten. Diese Eingabewerte sind aber das, 
was der TE ausgewertet haben möchte. Er bräuchte also noch einen der 
Werte (Richtung oder Geschwindigkeit), die er überhaupt erst zu messen 
gedenkt, in sehr hoher zeitlicher Auflösung und Präzision, um den 
anderen zumindest theoretisch berechnen zu können.
Jack V. schrieb:
> Bei zufälligen Eingabewerten, wie sie Wind in der Realität nunmal
> liefert, ist es gar nicht auszuwerten.

Der Witz an schwingenden Systemen ist ihre Neigung zu Regelmäßigkeit.

Wenn der Wind völlig unregelmäßig ist und alles nur wild rumhüpft, sind 
andere Sensoren genauso aufgeschmissen. Sie lügen höchstens besser.
(prx) A. K. schrieb:
> Der Witz an schwingenden Systemen ist ihre Neigung zu Regelmäßigkeit.

Ist Chaos ’ne Regelmäßigkeit? Du könntest mal eine längere Antenne mit 
einem gut sichtbaren Ball oder so an der Spitze ausstatten, und das bei 
entsprechender Windstärke beobachten – vielleicht wird das Problem dann 
deutlicher.

Aber nehmen wir kurz an, es würde eine konstante, regelmäßige Schwingung 
geben. Dann hättest du unendlich viele 
Richtung/Geschwindigkeitskombinationen für ein gegebenes Schwingmuster.
Und ich hatte geschrieben, dass sie ohne die Kenntnis zumindest einer 
der Größen nicht möglich ist, wobei diese Größen ja erst über die 
Methode bestimmt werden sollten. Und das geht einfach nicht – selbst, 
wenn man alle anderen, in der Realität vorhandenen, Einflüsse 
ausblendet, die das System chaotisch schwingen lassen.
OP
Jack V. schrieb:
> Möglicherweise, bei konstantem Wind (Richtung und Geschwindigkeit). In
> allen anderen Fällen (also in der Praxis: immer) wird’s wild
> umherschwingen.

Ich habe hier so einen Eiskellendreher mit Windfahne.
Die Drehgeschwindigkeit ändert sich ständig, und die Fahne schwingt 
lustig in alle Richtungen. Also auch nichts anderes als "wild 
umherschwingen".

Zeno schrieb:
> Wenn Du Windrichtung und Geschwindigkeit haben willst, dann bleibt für
> den Selbstbau eigentlich nur ein Ultraschallanemometer. Da gibt es auch
> recht gute Bauanleitungen im Netz

Dazu habe ich zwar eine Menge Grundlagen und Formeln gefunden aber keine 
Bauanleitungen.
Ich bräuchte so ein Teil (komplett) mit einem Ausgang für Windstärke und 
einem für Windrichtung.

Thermoanemometer sind immer mit beheizten Brückenschaltungen aufgebaut, 
warum?

Ich würde das so machen:
Ein Temperatursensor mit analoger Ausgang, thermisch gekoppelt mit einem 
Transistor als Heizkörper. Per OP wird das auf konstanter Temperatur 
gehalten.
Kühlt der Wind dieses Gebilde, steuert der OP den Transistor weiter auf. 
Dieses Signal zeigt somit die Windstärke.
 Spricht was dagegen?

Zum Prallkörper:
Was gäbe es da für Möglichkeiten, die Auslenkung zu messen?

Dehnungsmeßstreifen an einer runden Stange? Funktioniert das? In Waagen 
sind quaderförmige Klötze mit mehr oder weniger komplizierten 
Ausfräsungen, damit eine parallele Verformuung erreicht wird...

Bechleunigungssensor?

Abstandssensor mit Auflösung <1mm? Was gäbe es da für Sensoren?

Analoge Hallsensoren mit Magnet?

Weitere Ideen?



Nebenbei: Wie kann ich in diesem Fließtexteditor eine neue Zeile 
beginnen, ohne gleichzeitig eine Leerzeile einzufügen?
Gast
> Dazu habe ich zwar eine Menge Grundlagen und Formeln > gefunden aber keine 
Bauanleitungen.

Ad Peter N.: liest du überhaupt die Antworten in deinem Faden? Ich habe 
oben einen link zu meinem Ultraschallanemometer angegeben. Dort ist 
alles (quasi for dummies) erklärt...
Es gibt für Automotoren Luftmassenmesser.
Die funktionieren (zumindest in meinem Golf) letztlich mit zwei 
beheizten Drähten, an denen ein Teil des Luftstroms entlang geleitet 
wird.
Der eine Draht ist direkt angeströmt, der andere im Windschatten.
Aus der Widerstandsdifferenz kann man auf die Anströmung schließen.

Solche Sensoren gibt es fertig für kleines Geld (nicht von VW, sondern 
wesentlich billiger von etlichen Herstellern).

Davon drei oder vier in unterschiedlichen Richtungen ergäbe einen 
Vektor, der Windrichtung und -geschwindigkeit liefert.

(Statt mit Drähten gibt es die auch mit Filmen.)

https://www.mein-autolexikon.de/motor/luftmassenmesser.html
Peter N. schrieb:
> Die Drehgeschwindigkeit ändert sich ständig, und die Fahne schwingt
> lustig in alle Richtungen. Also auch nichts anderes als "wild
> umherschwingen".

Kannst du so nennen. Aus den Werten kannst du aber immerhin noch was 
ableiten, während du bei dem anderen System eine chaotische Schwingung 
hast, aus der sich einfach nix zurückrechnen lässt.
Gast
Christoph E. schrieb:
> Meines reagiert aber schon auf kleinste Luftströmungen.

Eben genau das ist der Vorteil von Hitzdrahtanemometern. Bei niedrigen 
Windgeschwindigkeiten (ab 0,1m/s), wo ein Schalenanemometer noch 
Anlaufschwierigkeiten hat, ist das Hitzdrahtanemometern voll in seinem 
Element. Darunter stört die selbst generierte Konvektion auf Grund der 
erhöhten Sensortemperatur die Messung zu sehr. Grundlegende Arbeiten zu 
dem Thema hat L. V. King schon 1914 durchgeführt.
Gast
Christoph E. schrieb:
> Meines reagiert aber schon auf kleinste Luftströmungen. Kann man aber
> sicher mit anderer Stromstärke unempfindlicher machen...

Schöne Idee, das kann man evtl. kombinieren. Einfach ein paar im Kreis 
aufstellen und mit vor und hinten offenen Kammern voneinander 
abschirmen.

Peter N. schrieb:
> Wolfram ist ziemlich spröde.

Lässt sich auch als "ziemlich hart" interpretieren.

> Wie lange würde es ein ungeschützter Wolframdraht draußen bei Regen und
> Sturm aushalten?

wenn der bei -20 bis 1000°C ++ beim Fahrradfahren nicht sofort bricht 
sehe ich da gute Chancen.
OP
Christoph E. schrieb:
> Ad Peter N.: liest du überhaupt die Antworten in deinem Faden? Ich habe
> oben einen link zu meinem Ultraschallanemometer angegeben. Dort ist
> alles (quasi for dummies) erklärt...

Ich habe mir das nochmal angesehen.
Ich finde keine Schaltung, wie man die Sensoren am Arduino anschließt.
Desweiteren kann ich keinen Arduino programmieren, geschweige denn etwas 
mit dem Code anfangen.

Als Bauanleitung kann man das nur für weit Fortgeschrittene bezeichnen.
Gast
Peter N. schrieb:
> Es geht ja auch darum, wie reaktionsfreudig ungeschütztes Wolfram mit
> Feuchtigkeit/Wasser ist...

Wikipedia meint:
Wolfram ist ein chemisch sehr widerstandsfähiges Metall, das selbst von 
Fluorwasserstoffsäure und Königswasser (zumindest bei Zimmertemperatur) 
kaum angegriffen wird

Könnte reichen.
Peter N. schrieb:
> Fur eine Selbstbau-Wetterstation suche ich Ideen für einen Windsensor,
> der Windstärke und -richtung feststellt.
>
> Da ich kein Freund von beweglicher Mechanik bin, fallen Propelloren und
> Eiskellendreher aus.
>
> Ultraschallsensoren finde ich zwar pfiffig, aber ich traue mir nicht zu,
> soetwas zu bauen.

Sag Mal, willst Du hier die Leute verarschen?

Erst ein Regensensor, der nur "naß" detektieren soll und was brauchst
Du sonst noch?

Einen speziellen Erdbebensensor ohne Elektronik zum Selbstbau?
OP
Mani W. schrieb:
> Erst ein Regensensor, der nur "naß" detektieren soll und was brauchst
> Du sonst noch?

Für eine eigene private Wetterstation hättest du ja wohl gerne die Daten 
in einem Format das dir etwas sagt, und nicht in den vorgeschriebenen 
Werten?
ZB. sagt mir Druck in Pascal oder sonstwas überhaupt nichts. Ich brauche 
Bar.

> Einen speziellen Erdbebensensor ohne Elektronik zum Selbstbau?

Hättest du dafür eine Idee? :)
Oder Gewittersensor, aber dafür gibts ja schon fertige Sensoren...

Ein Elektrostatiksensor wäre auch nicht schlecht: Es gibt ja das 
Phänomen, daß einem alle Körperhaare kribbeln und Kunststoffschnipsel am 
Körper haften...
OP
Dirk E. schrieb:
> Da war doch mal was ...
> 
https://www.mikrocontroller.net/attachment/58437/ELV_Hitzdraht-Anemometer_3.._2_.pdf

Ich habe mir mal überlegt, wie man damit die Windrichtung feststellen 
könnte:
4 Hitzdrähte senkrecht im Quadrat angeordnet. In der Mitte einen runden 
Abschirmkörper.
Aber je nach Windrichtung werden 3 oder 4 Hitzdrähte gleichmäßig 
gekühlt...

Die Hitzdrähte mittig an den Seiten eines quadratischen Anschirmkörpers.
Je nach Windrichtung werden dann 2 oder 3 Hitzdrähte gleichmäßig 
gekühlt...
Gast
Peter N. schrieb:
> Die Hitzdrähte mittig an den Seiten eines quadratischen Anschirmkörpers.
> Je nach Windrichtung werden dann 2 oder 3 Hitzdrähte gleichmäßig
> gekühlt...

Aber wie die Verwirbelungen in den Griff bekommen? Das sind ja alles 
Störer des zu messenden Luftstroms.
Peter N. schrieb:
> Ein Elektrostatiksensor wäre auch nicht schlecht: Es gibt ja das
> Phänomen, daß einem alle Körperhaare kribbeln und Kunststoffschnipsel am
> Körper haften...

Da solltest du mal nach "Feldmühle" suchen. Aber da ist leider etwas 
Mechanik dabei. Allerdings welche, die sogar Leute mit drei Daumen an 
einer Hand hinbekommen (z.B. Lehrer, hi).
Gast
Peter N. schrieb:
> [Klugscheißermodus]
> Glühlampen sind Kaltleiter, also PTC
> [/Klugscheißermodus]
Falsch, da Verallgemeinerung. Es gibt Glühlampen mit zwei Glühwedeln und 
drei Kontakten. Wenn man hier die Glühwedeln in Reihe schaltet, erhält 
man einen NTC! Glühwedel 1 erwärmt sich = relativer(!) Widerstand von 
Glühwedel 2 sinkt. T↑ → R↓ ↔ NTC.

Christoph db1uq K. schrieb:
> [Zerknirschtmodus]
> stimmt!
> [/Zerknirschtmodus]
Nein
Ganz ehrlich:
Kauf einen mechanischen von Thies/Lambrecht/Vaisala auf Ebay!
Um 50-150 Euro bekommt man ein stabiles Profiteil.

Peter N. schrieb:
> Da ich kein Freund von beweglicher Mechanik bin,

Unkritisch

Peter N. schrieb:
> Ultraschallsensoren finde ich zwar pfiffig, aber ich traue mir nicht zu,
> soetwas zu bauen.

Kann man machen, ist aber ein extremer Aufwand.
https://www.dl1glh.de/ultraschall-anemometer.html

mfg
Peter N. schrieb:
> Bei Feldmühlen wird doch nur ein Scheibenkodensator ständig aufge- und
> entladen.
> Bekommt man sowasnicht auch ohne Mechanik hin?

Warum heißen die wohl FeldMÜHLE? Weil sich da was dreht! Und wenn es nur 
ein Spielzeugmotor ist, der die Platten eines Plattenkondensators dreht, 
so ist's doch Mechanik!
Gast
Peter N. schrieb:
> ZB. sagt mir Druck in Pascal oder sonstwas überhaupt nichts. Ich brauche
> Bar.

Dann lerne dich mit dem aktuellen Einheitensystem auseinander zu setzen. 
Eine Multiplikation mit dem Umrechnungsfaktor 1000 hPa/bar sollte 
vielleicht auch dir möglich sein.
OP
Helmut -. schrieb:
> Warum heißen die wohl FeldMÜHLE? Weil sich da was dreht!

Ja, da dreht sich was, aber es wird nichts gemahlen.
Was sich da dreht, ist die Abschirmplatte über dem Kondensator. Deckt 
die Abschirmplatte den Kondensator ab, wird dieser entladen, gibt die 
Abschirmplatte den Kondensator frei, wird er aufgeladen.
Man könnte aber doch auch den unabgedeckten Kondensator durch 
kurzschließen entladen. Ohne Mechanik...
Gast
Peter N. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Dann lerne dich mit dem aktuellen Einheitensystem auseinander zu setzen.
>
> Fahrrad- und Autoreifen werden in Bar aufgepustet.
> (Airbrush-)Kompressoren benutzen ebenfalls Bar. Der Druckanzeiger an
> meiner Wasserleitung zeigt ebenfalls Bar an. Also ist das wohl aktuell?

Solange du dich nicht über die Amis mit ihrem Einheitensystem beschwerst 
...
Gast
Idee1: Frei hängender Beschleunigungs + Lage-Sensor

Idee2: Um 90° versetzte Schaukeln mit Sensoren für Auslenkung

Beides natürlich mit ausgefeilter Software zur Auswertung :-)

Antwort schreiben

Eine eigene Frage? Dieser Thread ist über 5 Jahre alt. Stell sie in einem eigenen Thread – dort lesen mehr Leute mit, und sie wird öfter und schneller beantwortet.

Neuen Thread starten

Eine Lösung, Ergänzung oder Rückmeldung zu diesem Thread? Dann antworte hier.

Formatierung
  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] – Link zu einem Artikel
  • Verweis auf einen anderen Beitrag: Rechtsklick auf dessen Beitrags-ID (#8078628), „Adresse kopieren“, in den Text einfügen

Mehr zur Formatierung

Längeren Sourcecode als Anhang, nicht in den Text. JPG nur für Fotos und Scans; Zeichnungen und Screenshots als PNG oder GIF. Siehe Bildformate.

Schon registriert? Anmelden

Wird nicht angezeigt. Wir schicken dir einen Link; sobald du damit bestätigst, erscheint dein Beitrag.

Mit dem Abschicken legst du einen kostenlosen Account an und erkennst die Nutzungsbedingungen und die Datenschutzerklärung an.