История создания и развития анемометра. Их основные типы

В различных сферах народного хозяйства, строительстве и особенно в климатологии и метеорологии очень важным является определение скорости ветра. Для этих целей применяют анемометры различных конструкций, которые определяют скорость воздушного потока за единицу времени. Силу ветра принято выражать в м/с, км/ч, узлах, а в англоязычных странах в милях/ч.

Сам термин «анемометр» произошёл от греческого слова «anemos», т.е. ветер. Первые упоминания про такой прибор уходят корнями в середину XV века. Примерно в 1450 году итальянский архитектор Леон Баттиста Альберти (LeonBattistaAlberti) изобрёл первый механический анемометр и описал его конструкцию в своём труде «Математические забавы» (лат. Ludi rerum mathematicarum), приложив схематический чертёж. Принцип его действия заключался в отклонении ветром висящей доски. Схожий по своей конструкции анемометр начертил в «Атлантическом кодексе» Леонардо да Винчи спустя три десятилетия. Позднее в течение нескольких столетий данная конструкция была немного усовершенствована, в частности, Робертом Гуком (RobertHooke, 1635 – 1703 гг.). Иногда даже его ошибочно принимают за создателя данного прибора.

В 1775 году Джеймса Линд создал манометрический анемометр, принцип действия которого был основан на изменении давления ветра. Он состоял из стеклянной U-образной трубки, в которой содержалась манометрическая жидкость. Один её конец был изогнут в горизонтальном направлении, чтобы противостоять потоку ветра, а другой вертикальный конец оставался параллельным ветру. Позднее, в 1892 г. Генри Дин усовершенствовал данный тип анемометра, однако, они не получили широкой популярности и практически не использовались.

Возникновение и развитие чашечных анемометров.

Революционно новую версию анемометра, которая широко применяется и по сей день, изобрёл в 1846 г. ирландский исследователь Джон Томас Ромни Робинсон (JohnThomasRomneyRobinson, 1792 – 1882 гг.). Это был чашечный анемометр, чувствительным механизмом которого служили 4 полусферы, установленные на оси и приводимые в движение воздушным потоком. Количество оборотов за единицу времени фиксировалось при помощи набора шестерёнок. Таким образом, удавалось вычислить точную скорость ветра. В 1926 г. канадский метеоролог Джон Паттерсон разработал трёхчашечный анемометр, который был улучшен Бревортом и Джойнером в 1935 году.

Именно чашечные анемометры получили наиболее активное распространение. Они устанавливаются на башенных кранах, кораблях, яхтах, на сельскохозяйственных полях и на крышах различных строений.

Разновидностью чашечных анемометров являются индукционные, которые в некоторых случаях используются для определения мгновенной скорости ветра. Значительное распространение они получили в середине XXвека, но в наше время данная функция заложена в электронных датчиках, применяемых в комплекте к метеостанциям.

Другие типы анемометров.

Уже совсем недавно, в 1994 году, геолог Андреас Пфлич (Dr. AndreasPflitsch) разработал ультразвуковой анемометр. Данный тип анемометров способен фиксировать мгновенную скорость ветра и направление, измеряя скорость распространения звуковых волн между парами преобразователей. В конце 90-х годов прошлого столетия был изобретён доплеровский анемометр, работа которого основана на эффекте Доплера. Он заключается в изменении частоты сигнала в зависимости от направления движения объекта (в данном случае, воздуха).

На большинстве метеостанций для непрерывного наблюдения за скоростью и направлением ветра применяются анеморумбометры. Такой прибор состоит из датчика, который фиксирует как скорость ветра, так и его направлением и данным передаются на пульт управления по специальным кабелям. В некоторых научных целях важно знать тенденцию и динамику изменения скорости ветра во времени. В таких случаях используют анеморумбографы. Результаты его показаний на бумаге называется анемограммой. Прибор обладает функциями регистрации и обработки данных измерения на персональном компьютере, а также распечатки этих данных на принтере. Может иметь дополнительные модули для вывода измеряемых параметров на самописец.

Менее известным типом анемометров являются тепловые (термоанемометры). Их принцип работы основан на увеличении теплопотерь нагретого тела при увеличении скорости обдувающего более холодного газа. Конструктивно он представляет собой открытую тонкую металлическую проволоку (нить накаливания), нагреваемую выше температуры среды электрическим током. Проволока изготавливается из металла с положительным температурным коэффициентом сопротивления — из вольфрама, нихрома, платины, серебра и т. п.). Сопротивление нити изменяется от изменений температуры, таким образом по сопротивлению можно измерить температуру. Температура определённым образом зависит от скорости ветра, плотности воздуха, его влажности. Данный тип анемометров широко используется практически во всех современных автомобилях в качестве датчика массового расхода воздуха.

Как видим, за более чем 500-летнюю историю, анемометры прошли путь существенного развития, усовершенствования и распространения. Различные типы без подвижных элементов (ультразвуковые, доплеровские) позволяют измерять с высокой точностью сильнейшие порывы ветра в 60-80 м/с и более. В климатологии и синоптической метеорологии скорость ветра играет огромную роль, поэтому современные электронные датчики и автоматические системы постоянно развиваются и усовершенствуются для достижения максимальной точности измерения.

Подготовил Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, синоптик.