Історія винайдення та розвитку анемометра. Основні їх типи
© pixabay.com
У різних сферах народного господарства, будівництві та особливо у кліматології і метеорології дуже важливим є визначення швидкості вітру. Для цього застосовують анемометри різних конструкцій, які вимірюють швидкість повітряного потоку за одиницю часу. Силу вітру прийнято виражати у м/с, км/год, вузлах, а в англомовних країнах у милях/год.
Безпосередньо термін «анемометр» походить від грецького слова «anemos», тобто вітер. Перші згадки про такий прилад походять своїми коріннями у середину XV століття. Приблизно у 1450 році італійський архітектор Леон Баттіста Альберті (Leon Battista Alberti) винайшов перший механічний анемометр і описав його конструкцію у своїй праці «Математичні забави» (лат. Ludi rerum mathematicarum), доклавши схематичні креслення. Принцип його дії полягав у відхиленні вітром металевої дошки, що вільно висить. Такий за своєю конструкції анемометр накреслив в «Атлантичному кодексі» Леонардо да Вінчі три десятиліття потому. Пізніше протягом кількох століть ця конструкція була вдосконалена, зокрема, Робертом Гуком (Robert Hooke, 1635 – 1703 рр.). Іноді навіть його помилково сприймають як винахідця даного приладу.
У 1775 році Джеймс Лінд створив манометричний анемометр, принцип дії якого був заснований на зміні тиску вітру. Він складався зі скляної U-подібної трубки, у якій містилася манометрична рідина. Один її кінець був вигнутий у горизонтальному напрямку, щоб протистояти потоку вітру, а інший вертикальний кінець залишався паралельним вітру. Пізніше, у 1892 р. Генрі Дін удосконалив цей тип анемометра, однак, вони не набули широкої популярності і практично не використовувалися.
Також читайте
Виникнення чашкових анемометрів.
Революційно нову версію анемометра, яка широко застосовується і досі, винайшов у 1846 р. ірландський дослідник Джон Томас Ромні Робінсон (John Thomas Romney Robinson, 1792 – 1882). Це був чашковий анемометр, чутливим механізмом якого служили 4 півсфери, встановлені на осі і приводилися у рух повітряним потоком. Кількість оборотів за одиницю часу фіксувалася за допомогою набору шестерень. Отже, вдавалося обчислити точну швидкість вітру. У 1926 р. канадський метеоролог Джон Паттерсон розробив тричашковий анемометр, який був покращений Бревортом та Джойнером у 1935 році.
Саме чашкові анемометри набули найбільш активного поширення. Вони встановлюються на баштових кранах, кораблях, яхтах, на сільськогосподарських полях та на дахах різних будівель.
Різновидом чашкових анемометрів є індукційні, які у деяких випадках використовуються для визначення миттєвої швидкості вітру. Значного поширення вони набули в середині XX століття, але в наш час ця функція закладена в електронних датчиках, які застосовуються в комплекті до автоматичних метеостанцій.
Інші типи анемометрів.
Вже зовсім нещодавно, у 1994 році, геолог Андреас Пфліч (Dr. Andreas Pflitsch) розробив ультразвуковий анемометр. Даний тип анемометрів здатний фіксувати миттєву швидкість вітру та напрямок, вимірюючи швидкість поширення звукових хвиль між парами перетворювачів. Наприкінці 90-х років минулого століття був винайдений доплерівський анемометр, робота якого заснована на ефекті Доплера. Він полягає у зміні частоти сигналу в залежності від напрямку руху об'єкта (в даному випадку повітря).
На більшості метеостанцій для безперервного спостереження за швидкістю та напрямом вітру застосовуються анеморумбометри. Такий прилад складається з датчика, який фіксує не тільки швидкість вітру, а ще його напрямок і отримані дані передаються на пульт управління по спеціальних кабелях. У деяких наукових цілях важливо знати тенденцію та динаміку зміни швидкості вітру у часі. У цьому разі використовують анеморумбографи. Результати його показань на паперовому бланку називають анемограмою. Прилад має функції реєстрації та обробки даних вимірювання на персональному комп'ютері, а також роздруківки цих даних на принтері. Може мати додаткові модулі для виведення параметрів на самописець.
Менш відомим типом анемометрів є теплові (термоанемометри). Їх принцип роботи заснований на збільшенні тепловтрат нагрітого тіла при збільшенні швидкості холодного газу, що обдуває чутливий механізм. Конструктивно він являє собою відкритий тонкий металевий дріт (нитка розжарювання), що нагрівається вище температури середовища електричним струмом. Дріт виготовляється із металу з додатнім температурним коефіцієнтом опору - з вольфраму, ніхрому, платини, срібла тощо). Опір нитки змінюється від змін температури, таким чином, за опором можна виміряти температуру. Температура певним чином залежить від швидкості вітру, густини повітря, його вологості. Даний тип анемометрів широко використовується практично у всіх сучасних автомобілях у якості датчика масової витрати повітря.
Як бачимо, за більш ніж 500-річну історію, анемометри пройшли шлях суттєвого розвитку, удосконалення та розповсюдження. Різні типи без рухомих елементів (ультразвукові, доплерівські) дозволяють вимірювати з високою точністю сильні пориви вітру 60 - 80 м/с і більше. У кліматології та синоптичній метеорології швидкість вітру відіграє величезну роль, тому сучасні електронні датчики та автоматичні системи постійно розвиваються та удосконалюються для досягнення максимальної точності вимірювання.
Підготував Ігор Кібальчич, кандидат географічних наук, синоптик.
