DE43932C - Verfahren und Apparat zur direkten Messung der mittleren Stromgeschwindigkeit in Wasserläufen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 42: Instrumente.

ALBERT FRANK in MÜNCHEN.

in Wasserläufen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 4. Januar 1888 ab.

Das Verfahren umfafst sowohl die directe Messung der mittleren Geschwindigkeit in einer einzelnen Stromverticalen oder Stromhorizontalen, wie derjenigen in einem ganzen Querprofil. Es besteht darin, dafs man einseitig mit Löchern (oder Schlitzen) versehene Röhren mit den Löchern dem Strom entgegenhält, hierdurch in den Röhren den mittleren Geschwindigkeitsdruck herstellt und diesen mifst.

Stellt man nämlich eine solche Röhre, unten geschlossen, oben offen (Fig. 1), mit den Löchern gegen den Strom senkrecht in den Wasserlauf, so dafs die Luft in ihr entweichen kann, so drückt das Wasser je nach seiner Geschwindigkeit verschieden stark durch die einzelnen Löcher in das Innere der mit Wasser gefüllten Röhre. Die verschiedenen Drucke gleichen sich im Innern der Röhre aus, und es stellt sich, sofern die Löcher gleich weit von einander entfernt sind, der der Stromverticalen entsprechende mittlere Geschwindigkeitsdruck her, der sich durch Steigen des Wassers in der Röhre über den äufseren Wasserspiegel als Geschwindigkeitsdruckhöhe (h_m) zu erkennen giebt.

Die Röhre kann aber auch statt der senkrechten jede beliebige andere Lage im Querprofil einnehmen, nur mufs sie dann an beiden Enden geschlossen sein. Führt man von einer solchen Röhre eine geschlossene Röhre vertical bis über den Wasserspiegel, so ergiebt die in dieser erfolgende Uebersteigung des Wasserspiegels die mittlere Geschwindigkeitsdruckhöhe der auf die durchlöcherte Röhre einwirkenden Stromfäden.

Wendet man anstatt einer solchen Röhre zwei oder mehrere an und verbindet dieselben unter sich durch eine geschlossene Röhre, die über den Wasserspiegel reicht, so erhält man in dieser wiederum die mittlere Geschwindigkeitsdruckhöhe der sämmtlichen auf das Röhrensystem wirkenden Stromfäden (Fig. 2, 3 bis 5).

Sind die Röhren bezw. Löcher so vertheilt, dafs diese die Fläche des Querprofils repräsentiren (d. h. dafs immer auf eine gleich grofse Theilfläche des Querprofils ein gleich grofses Loch trifft), so stellt die erzielte Geschwindigkeitsdruckhöhe die mittlere des ganzen Querprofils dar.

Der Apparat, der in den einzelnen Fällen zur Herstellung des mittleren Geschwindigkeitsdruckes dient, ist somit sehr einfacher Art. Er besteht aus den den Geschwindigkeitsdruck auffangenden Röhren (A) und aus den diesen Druck ausgleichenden und auf den Druckmesser übertragenden Röhren (U).

Die ersteren sind Metallröhren, die einseitig mit Löchern, gewöhnlich von gleichem Abstande (== ι dm) und gleicher Weite, versehen sind. Kommen dieselben ganz unter Wasser zu liegen, so müssen sie an beiden Enden geschlossen sein; ragen sie dagegen mit einem Ende über den Wasserspiegel, so kann dieses offen bleiben; es sind aber dann die unmittelbar über dem Wasserspiegel liegenden Löcher zu schliefsen, damit sich die Geschwindigkeitsdruckhöhe bilden kann. Dieses Schliefsen von Löchern kann

durch übergeschobene GummischlauchstUcke geschehen.

Die Ausgleichungs- und Uebertragungsröhren U sind geschlossene Röhren und bestehen entweder aus Metall oder aus Gummi.

Ihre Verbindung mit den Auffangröhren kann eine feste oder lösbare und in einfachster Weise constrain sein; sie kann in beliebige Höhe gelegt werden, auch über Wasser, in welchem Falle die Ausgleichsröhren als Heberleitungen wirken. Bedingung ist nur, dafs die Verbindung einen genügend weiten und dichten Kanal zwischen Auffang- und Ausgleichsröhren herstellt.

In Fig. 3 bis 5 ist die Anwendung für einen 4 m breiten Kanal dargestellt. Die Auffangröhren A aus Messing sind in Abständen von je ι m mit einer über der Sohle laufenden Messingröhre Z/durch Verschraubung verbunden. Oben werden sie durch eine einfache Holzlatte L im richtigen gegenseitigen Abstand gehalten. Das ganze Röhrensystem wird durch Schnüre JV, die oberhalb des Meisprofils an den Ufern befestigt sind, in der senkrechten Stellung festgehalten. Ist ein Steg vorhanden, so lehnt uran die Röhren oben gegen den Steg. Ein von dem einen Ende der waagrechten Röhre in die Höhe führender Gummischlauch S_n überträgt den Geschwindigkeitsdruck auf den Druckmesser.

Die Messung des mittleren Geschwindigkeitsdruckes, wie er durch den im Vorhergehenden beschriebenen Apparat hergestellt wird, kann in derselben Weise wie diejenige des Geschwindigkeitsdruckes in einem einzelnen Punkte (bezw. Stromfaden) erfolgen, und sind die verschiedenen hierfür in Gebrauch stehenden Instrumente (wie Pitot'sche, Darcy'sche Röhre, Frank'sehe Differentialröhre etc.) auch hier anwendbar (in Fig. 2 ist die Anwendung einer Darcy'sehen Röhre angegeben).

Es empfiehlt sich jedoch für den vorliegenden Zweck der im Folgenden beschriebene neue Apparat des Erfinders, der in den Fig. 3 bis 7 dargestellt ist.

Derselbe besteht im wesentlichen aus einem Druckmesser und einem auf dem Wasserspiegel schwimmenden Gefäfs.

Der Druckmesser D kann beliebiger Construction sein und entweder ein Flüssigkeitsoder ein Metall-(Feder-)Druckmesser sein.

Das Schwimmgefäfs F ist ein einfacher geschlossener Cylinder aus Metallblech, der durch einen Korkring halb über Wasser gehalten wird. Dieses Gefäfs steht durch Gummischläuche einerseits mit dem Druckmesser, andererseits mit der Ausgleichsröhre in Verbindung.

In beide Verbindungen sind Hähne eingeschaltet, die zur Druckausgleichung bezw. zur Eliminirung des hydrostatischen Druckes im Schwimmgefäfs dienen, so dafs bei der Messung nur der hydraulische Druck auf den Druckmesser übertragen wird.

Beide Hähne H₁ H_n haben den in Fig. 7 dargestellten Horizontalschnitt. Vor Beginn der Messung werden die folgenden Hahnstellungen vorgenommen:

1. H₁ erhält Stellung 3, H_n Stellung 1 (Stellung ι = Fig. 7),

2. H₁ erhält Stellung 1, H_n Stellung 2 (Stellung 2 = Fig. 8),

3. H₁ erhält Stellung 3, H_n Stellung 3 (Stellung 3 = Fig. 9).

Zu ι. Die Luft kann aus dem Schlauch S_n durch den Hahn H_n entweichen, so dafs sich ersterer mit Wasser füllen kann.

Zu 2. S_n wird abgeschlossen; das Schwimmgefäfs communicirt mit dem äufseren Wasserspiegel und füllt sich bis auf die Höhe desselben, während die Luft in S₁ und D durch H₁ mit der atmosphärischen Luft communicirt.

Zu 3. Die Hähne kommen beide in die Durchgangsstellung und schliefsen die Communication nach aufsen ab.

Sobald letztere Stellung vorgenommen ist, wirkt der hydraulische Druck auf das Innere des Schwimmgefäfses, drückt in demselben die Luft über dem Wasserspiegel zusammen und bewirkt durch die Schlauchleitung S₁ die Uebertragung dieses Druckes auf den Druckmesser D.

Das Zifferblatt des letzteren ist nicht getheilt nach dem übertragenen Druck, sondern nach der diesem entsprechenden Geschwindigkeit, so dafs man an dem Zeiger des Druckmessers unmittelbar die mittlere Geschwindigkeit abliest. Der Zeiger bleibt natürlich nicht ruhig an einer Stelle stehen, sondern schwankt langsam und zwischen engen Grenzen hin und her; es ist jedoch leicht, das Mittel aus den Schwankungen zu ziehen.

Man erhält also durch eine einzige Beobachtung die mittlere Geschwindigkeit des ganzen mit Auffangröhren besetzten Querprofils oder Querprofiltheiles,' zu deren Bestimmung man bei Anwendung der bisherigen Instrumente, die nur die Einzelmessung in einem Profilpunkt gestatten, vielleicht einige Dutzend Beobachtungen nothwendig hat.

Die Messung wird hierdurch nicht nur bedeutend einfacher, sondern auch genauer, da das Wasser selbst das Mittel zieht und die Messung wirklich den gewünschten Abflufsverhältnissen entspricht, während sonst bei länger andauernden Messungen nicht selten Aenderungen in der Wasserführung eintreten.

Zu den Zeichnungen ist nur noch zu: bemerken, dafs das Schwimmgefäfs mit einer Schnur an einem in die Wand geschlagenen, doppelt umgebogenen Eisen E angehängt ist, das zugleich den Hahn H_n sammt den Schlauch S_n trägt.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:
   Das Verfahren, die mittlere Geschwindigkeit in einer oder mehreren Stromverticalen oder -Horizontalen oder in einem ganzen Stromquerprofil dadurch direct zu messen, dafs man einseitig mit Löchern versehene Röhren mit den Löchern dem Strome entgegenhält, hierdurch den mittleren Geschwindigkeitsdruck herstellt und diesen mifst.
   Zur Ausführung dieses Verfahrens den zur Herstellung des mittleren Geschwindigkeitsdruckes dienenden Apparat, bestehend aus einer einseitig mit Löchern versehenen Röhre oder einem System von solchen, welche unter sich und mit dem Druckmesser in leitender Verbindung stehen.
   Zur Messung des so hergestellten mittleren Geschwindigkeitsdruckes die Combination eines Druckmessers (Manometers) mit einem auf dem Wasser schwimmenden geschlossenen Gefäfse, durch welches der hydrostatische Druck eliminirt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.