Rüzgâr hızı ve yönünün yük hücreleri kullanılarak eşzamanlı olarak ölçülmesi
Measurement of wind speed and direction simultenously using load cells
Yazar: FERHAT KARAGÖZ
Danışman: PROF. DR. FERHAT DALDABAN ; DOÇ. DR. MUSTAFA SERDAR GENÇ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering
Dizin: Akış hızı = Flow velocity ; Akışkanlar mekaniği = Fluid mechanics ; Belirsizlik analizleri = Uncertainty analysis ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Rüzgar hızı = Wind speed ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Rüzgar yönü = Wind direction ; Silindir = Cylinder ; Silindirik yüzeyler = Cylindrical surface ; Ölçümleme = Measurement

Özet:
Rüzgar hızı ve yönünün doğru ve güvenilir bir şekilde ölçmek için farklı teknolojilere sahip anemometreler kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, Uluslararası Elektroteknik Komitesi (IEC)  tarafından istenen kalibrasyon aralığını da kapsayan Dünya Meteoroloji Örgütü (WMO) hız ölçüm gereklilikleri dikkate alınarak, 1.0-25.2 m/s aralığında rüzgar hızını ve 0º-360° aralığında rüzgar yönünü aynı anda ölçebilecek yeni bir anemometre geliştirilmiştir. Geliştirilen anemometre, temel olarak rüzgar algılayıcı olarak silindirik bir cisim, hassasiyeti 2 mV/V olan yük hücreleri, yük hücrelerinden alınan fark sinyallerini yükselten enstrümantal yükselticiler, bu fark sinyallerini ve çevre şartlarını izleyip değerlendiren bir mikro denetleyici ile birlikte hız ve yön ölçümlerinin görüntülemesini sağlamak üzere kullanılan bir görüntüleme biriminden oluşmaktadır. Anemometrenin hız ve yön ölçümlerine ilişkin performans testleri Erciyes Üniversitesi Rüzgar Mühendisliği ve Aerodinamik Laboratuvarı'ndaki rüzgar tünelinde gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümlerin belirsizliklerinin hesaplanması için her bir ölçüm büyüklüğü için belirsizlik bütçeleri oluşturulmuştur. Tez anemometresinin farklı hız değerleri için elde edilen hız ve yön ölçüm belirsizliklerinin Dünya Meteoroloji Örgütünün (WMO) doğruluk kriterini sağladığı görülmüştür. WMO kriterlerine göre 5 m/s den büyük hızlar için anemometrelerin ölçüm sonuçlarında %10'dan fazla belirsizlik bulunmaması gerekmekte iken tez anemometresinden farklı hız değerleri için elde edilen hız ölçüm belirsizlikleri  % 3 olarak hesaplanmıştır. 5 m/s den küçük hızlar için ise WMO tarafından belirlenen belirsizlik değeri sınırı 0.5 m/s iken, sunulan anemometrede hesaplanan belirsizlik değeri 0.1 m/s'dir. Yön ölçümleri için belirlenen belirsizlik değeri ± 5° iken tez anemometresinin belirsizlik değeri ± 3°'dir.

Abstract:
Anemometers with different technologies have been used to accurately and reliably measure the wind speed and direction. In this thesis, a new anemometer, that is able to measure speed and direction simultaneously, has been developed which can measure the wind speed between 1-25.2 m / s and the wind direction at 0-360 °, taking into account the calibration range required by the International Electrotechnical Commission (IEC) and the World Meteorology Organization (WMO) speed measurement requirements. The developed anemometer basically consists of a cylindrical object sensing wind, load cells with sensitivity of 2 mV/V, instrumental amplifiers that amplify the difference signals from the load cells, a microcontroller that monitors and evaluates these difference signals and environmental conditions and a display unit for monitoring wind speed and direction. Performance tests on speed and direction measurements of anemometry have been carried out in the wind tunnel at Wind Engineering and Aerodynamics Laboratory in Erciyes University. The speed and direction measurement uncertainties obtained for different velocity values of the thesis anemometer have found to be in line with the World Meteorological Organization (WMO) accuracy criterion. According to the WMO criteria, anemometers should not have more than 10 % uncertainty in the measurement results for the velocities greater than 5 m/s, whereas velocity measurement uncertainties for different velocities have been calculated as 3 % for the proposed anemometer. The uncertainty limit value determined by WMO for the velocities smaller than 5 m/s, is 0.5 m/s while, the uncertainty value calculated for the proposed anemometer is 0.1 m/s. The allowed uncertainty value for direction measurements is ± 5° whereas the uncertainty value of the thesis anemometer is ± 3°.