DE43932C

DE43932C - Method and apparatus for the direct measurement of the mean flow velocity in watercourses

Info

Publication number: DE43932C
Application number: DENDAT43932D
Authority: DE
Original assignee: A. FRANK, Privatdocent an der Kgl. technischen Hochschule in München
Anticipated expiration: 1908-01-04

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

KLASSE 42: Instrumente.CLASS 42: Instruments.

ALBERT FRANK in MÜNCHEN.ALBERT FRANK in MUNICH.

in Wasserläufen.in watercourses.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 4. Januar 1888 ab.Patented in the German Empire on January 4, 1888.

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.The method includes both the direct measurement of the mean speed in one individual stream verticals or stream horizons, like the one in a whole cross-section. It consists in using tubes with holes (or slits) on one side holds the holes against the current, thereby the mean velocity pressure in the tubes manufactures and 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.If one places such a tube, closed at the bottom and open at the top (Fig. 1), with the holes perpendicular to the stream, so that the air can escape in it, the water presses through the water to different degrees depending on its speed individual holes in the inside of the tube filled with water. The various pressures are equalized inside the tube, and, provided the holes are equidistant from each other, the mean velocity pressure corresponding to the current vertical is established, which is expressed as the velocity pressure altitude when the water in the tube rises above the outer water level ( h _m ) gives to recognize.

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.However, the tube can also be any other position in the transverse profile instead of the vertical one take, only it must then be closed at both ends. If you are led by a such a tube a closed tube vertical to above the water level, the in this resulting rise in the water level is the mean velocity pressure the current filaments acting on the perforated tube.

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).Instead of using one such tube, one uses two or more and connects them below through a closed tube that extends above the water level, one obtains in this, in turn, the mean velocity pressure level of the entire system on the pipe system acting stream filaments (Fig. 2, 3 to 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.Are the tubes respectively. Holes so distributed that they represent the surface of the transverse profile (i.e. that there is always an equally large area of the transverse profile on an equally large area Hole hits), the achieved velocity pressure level represents the mean of the entire cross profile represent.

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). The apparatus used in the individual cases to produce the mean velocity pressure is therefore very simple. It consists of the tubes (A) which absorb the velocity pressure and the tubes (U) which equalize this pressure and transmit it to the manometer.

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 kannThe former are metal tubes, the ones with holes on one side, usually equally spaced (== ι dm) and the same width are provided. If they come to lie completely under water, they must be closed at both ends be; if, on the other hand, one end protrudes above the water level, this can remain open; but then the holes immediately above the water level must be closed, so that the velocity pressure level can form. This closing of holes can

durch übergeschobene GummischlauchstUcke geschehen. happen by pushing over pieces of rubber tubing.

Die Ausgleichungs- und Uebertragungsröhren U sind geschlossene Röhren und bestehen entweder aus Metall oder aus Gummi. The compensation and transmission tubes U are closed tubes and consist either of metal or rubber.

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.Their connection with the collecting tubes can be fixed or detachable and in the simplest possible way Way to be constrain; it can be placed at any height, even above water, in in which case the equalizing tubes act as siphon lines. The only condition is that the Connect a sufficiently wide and tight channel between the collecting and compensating tubes manufactures.

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. In Fig. 3 to 5 the application for a 4 m wide channel is shown. The collecting tubes A made of brass are connected at intervals of ι m with a brass tube Z / running above the base by screwing. At the top they are held at the correct mutual distance by a simple wooden slat L. The entire pipe system is held in the vertical position by cords JV, which are attached to the banks above the corn profile. If there is a footbridge, the uranium tubes will lean against the footbridge at the top. A rubber hose S _n leading upwards from one end of the horizontal tube transmits the speed pressure to the pressure gauge.

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).The measurement of the mean velocity pressure as indicated by the previous one described apparatus can be produced in the same manner as that of the velocity pressure take place in a single point (or streamline), and are different Instruments used for this purpose (such as Pitot tubes, Darcy tubes, Frank's differential tubes, etc.) are also used here applicable (in Fig. 2 the use of a Darcy's tube is indicated).

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.However, we recommend the one described below for the present purpose novel apparatus of the inventor shown in FIGS. 3 to 7.

Derselbe besteht im wesentlichen aus einem Druckmesser und einem auf dem Wasserspiegel schwimmenden Gefäfs.It consists essentially of a pressure gauge and one on the water level floating vessel.

Der Druckmesser D kann beliebiger Construction sein und entweder ein Flüssigkeitsoder ein Metall-(Feder-)Druckmesser sein. The pressure gauge D can be of any construction and be either a liquid or a metal (spring) pressure gauge.

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.The floating vessel F is a simple closed cylinder made of sheet metal, which is held halfway above the water by a cork ring. This vessel is connected to the pressure gauge on the one hand and to the compensation tube on the other hand through rubber hoses.

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.In both connections taps are switched on, which BEZW for pressure equalization. to the Eliminate the hydrostatic pressure in the floating vessel, so that during the measurement only the hydraulic pressure is transmitted to the pressure gauge.

Beide Hähne H₁ H_n haben den in Fig. 7 dargestellten Horizontalschnitt. Vor Beginn der Messung werden die folgenden Hahnstellungen vorgenommen:Both taps H ₁ H _n have the horizontal section shown in FIG. Before starting the measurement, the following tap positions are made:

1. H₁ erhält Stellung 3, H_n Stellung 1 (Stellung ι = Fig. 7),1. H ₁ receives position 3, H _n position 1 (position ι = Fig. 7),

2. H₁ erhält Stellung 1, H_n Stellung 2 (Stellung 2 = Fig. 8),2. H ₁ receives position 1, H _n position 2 (position 2 = Fig. 8),

3. H₁ erhält Stellung 3, H_n Stellung 3 (Stellung 3 = Fig. 9).3. H ₁ receives position 3, H _n position 3 (position 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.To ι. The air can escape from the hose S _n through the tap H _n , so that the former can fill with water.

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.To 2. S _n is concluded; the floating vessel communicates with the outer water level and fills up to the same level, while the air in S ₁ and D communicates with the atmospheric air through H _1.

Zu 3. Die Hähne kommen beide in die Durchgangsstellung und schliefsen die Communication nach aufsen ab.To 3. The taps both come into the through position and close the communication outwards.

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. As soon as the latter position is made, the hydraulic pressure acts on the inside of the floating vessel, compresses the air above the water level in it and causes this pressure to be transmitted to the pressure gauge D through the hose line S _1.

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.The dial of the latter is not divided according to the pressure transferred, but according to the speed corresponding to this, so that one can see directly on the pointer of the pressure gauge reads the average speed. Of course, the pointer does not stay still on one Stand, but fluctuates slowly and back and forth between narrow limits; it is but easy to get the remedy from the fluctuations.

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.One thus obtains the mean speed of the whole by a single observation transverse profile or parts of the transverse profile fitted with collecting tubes, for the determination of which one when using the previous instruments, only the individual measurement in one profile point allow perhaps a few dozen observations.

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.This not only makes the measurement significantly easier, but also more accurate because the water itself draws the agent and the measurement really gives the desired drainage conditions corresponds, while otherwise changes in the water flow often occur with longer-lasting measurements.

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.The only thing left to do with the drawings is to note that the floating vessel is attached to a double-bent iron E , hammered into the wall, with a cord, which at the same time carries the tap H _n together with the hose S _n.

Claims

Patent Claims:
The method of directly measuring the mean velocity in one or more current verticals or horizontals or in an entire transverse profile by holding tubes with holes on one side against the current, thereby establishing the mean velocity pressure and measuring it.
To carry out this process, the apparatus used to produce the mean velocity pressure, consisting of a tube provided with holes on one side or a system of such, which are in conductive connection with each other and with the pressure gauge.
To measure the mean speed pressure thus produced, the combination of a pressure gauge (manometer) with a closed vessel floating on the water, through which the hydrostatic pressure is eliminated.

For this purpose ι sheet of drawings.