Hoe kun je de windsnelheid meten zonder gebruik te maken van mechani- sche hulpmiddelen? De hier beschreven methode geeft een elektronische oplossing met slechts enkele componenten.
Hoe kun je de windsnelheid meten zonder gebruik te maken van mechani- sche hulpmiddelen? De hier beschreven methode geeft een elektronische oplossing met slechts enkele componenten.
Meestal bestaan windmeters uit mechanische constructies die de windrichting (met een vaan) en de windsnelheid (met een schoe- penrad) meten. Het liefst zou je dit als elek- tronicus zonder mechanische onderdelen wil- len oplossen. Hier beschrijven we een kleine schakeling die elektronisch de windsnelheid meet. Daarbij wordt gebruik gemaakt van het feit dat een luchtstroom (in dit geval de wind) een afkoelend effect heeft op een voorwerp dat warmer is dan zijn omgeving.
Ook elke twee weken een Elektor.POST artikel in de mailbox? Schrijf u gratis in voor de nieuwsbrief!
Schakeling De sensor is in dit geval een transistor (T2 in figuur 1) die als diode is geschakeld door collector en basis met elkaar te verbinden. De doorlaatspanning van de aldus gecreëerde diode stijgt ongeveer 2 mV per graad temperatuurverlaging. Als de transistor nu enigszins wordt verwarmd, zodat zijn temperatuur iets hoger is dan die van de omgeving, dan zal de mate van afkoeling worden bepaald door de sterkte van de wind die er langs blaast. Voor de verwarming van T2 zorgt transistor T1, waardoor continu een gelijkstroom loopt. De twee transistoren zijn thermisch met elkaar gekoppeld. De spanning over T2 - en daarmee de windsnelheid - wordt gemeten door de spanning over deze transistor te vergelijken met de spanning over referentietransistor T3 die eveneens als diode is geschakeld.
De spanningen over T3 en T2 worden toegevoerd aan de inverterende en niet-inverterende ingang van opamp IC1. Deze CA3130 is ingesteld op een versterking van 1000 maal door middel van R6 en R5. De uitgang van IC1 stuurt via weerstand R1 verwarmingstransistor T1 aan. Koelt de wind nu ‘diode’ T2 af, dan stijgt de doorlaatspanning over deze diode. Daardoor stijgt de uitgangsspanning van de opamp, met als gevolg dat de basisstroom voor T1 groter wordt en er meer warmte wordt geproduceerd door deze transistor. De opamp tracht zo de temperatuurdaling te compenseren door de collectorstroom van T1 te vergroten. Door het opnemen van een stroommeter in de collectorleiding van T1 kunnen we op de meter zien hoe sterk T2 wordt afgekoeld (of beter gezegd: hoe sterk T2 moet worden bijverwarmd door T1). Die stroommeter kan een ‘ouderwets’ draaispoelmetertje van 50 mA of een digitale voltmeter- module met een voorge- schakelde stroomshunt voor 50 mA zijn.
In figuur 2 is het printje te zien dat voor de windmeter is ontworpen. De layout van de print is als gratis download beschikbaar op [1]. De weinige componenten zijn snel gemonteerd. T1 en T2 worden tegen elkaar geplaatst met een beetje koelpasta ertussen en dan tegen elkaar geklemd door middel van stukje draad er omheen (zie foto opgebouwde prototype).
Figuur 1: De mate van afkoeling van een transistor (T2) wordt bepaald door de windsterkte.
