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Meßvorrichtung zur Bestimmung der Austrocknungs- und Abkühlungsgröße
Es fehlte bisher die Möglichkeit, in einfacher Weise die Wasserabgabe eines Körpers
zu bestimmen, der eine bestimmte Oberflächentemperatur aufweist, beispielsweise
der Haut- oder Körpertemperatur entsprechend.
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Alle bekannten Apparate zur Messung der Verdunstung befinden sich
unter der Einwirkung außer der Feuchtigkeit nur der umgebenden Temperatur, sei es,
daß sie in Hütten aufgestellt sind (Evaporimeter-Verdunstungsmesser) oder daß man
auf kleineren oder größeren Wasserflächen die Verdunstung bestimmt.
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Am zweckmäßigsten hat sich bisher die Verdunstungsbestimmung nach
F. Bigelow (»Las leyes de la evaporation del agua etc.« Bol. 21 de la Ofl. Met.
Arg.) erwiesen, die rein rechnerisch erfolgt, ohne aber die sämtlichen Faktoren
der Einwirkung in Betracht zu ziehen, wie z. B. den Faktor der Turbulenz, welcher
den der Windbewegung über Seeflächen, der allein in der Formel auftritt, verändert.
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Dr. W. Knoche hat, um den anthropoklimatischen Wert der Wasserabgabe
zu erhalten, gleichfalls zur Rechnung gegriffen und einen »Austrocknungswert« bestimmt.
(El valor de dececation como factor climatologico, trabajo publicado en los
Nos. 34 Y 35 de la Revista Chilena de Hystoria y Geografia
Santiago de Chile igig.) Dieser berechnete Wert ist aber gleichfalls unvollkommen,
da der Faktor der Strahlung völlig fehlt und ferner die Hauttemperatur als Oberflächentemperatur
eines gedachten Gefäßes nach der überaus unvollkommenen Vincentschen Formel bestimmt
wurde. Diese nimmt den Einfluß der Luftbewegung als lineare Funktion an. Während
zweifellos bei geringsten Geschwindigkeiten eine ganz andere Funktion zu erwarten
ist. Ferner fehlt bisher die Möglichkeit, eine Temperaturangabe, sei es als Ablesung
oder Registrierung, zu erhalten, die dem Biologen oder Mediziner genügen könnte.
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Das Frankenhäusersche HomZiotherm wird durch die kleinsten Bewegungen
des Instrumentes gestört, und auch das Katathermometer nach Hill ist ein Instrument,
das nur auf einen Teil der meteorologischen Größen anspricht.
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Das Dornosche Frigorimeter, welches die Abkühlungsgrenze angibt oder
registriert, ist wohl eines der besten Instrumente, die zur Verfügung stehen. Es
gibt den Wärmeverlust in Kalorien, jedoch nicht die Verdunstung an.
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Es muß also ein Instrument konstruiert werden, das unter dem Einfluß
sämtlicher klimatischen Elemente, die in Frage kommen, wie z. B. Lufttemperatur,
Strahlung, Wasserdampfgehalt der Atmosphäre, Windbewegung, sowohl die Verdunstung
pro Flächeneinheit als auch die Temperatur der Außenhaut angibt. Dies muß bei konstanter
zugeführter Wärmemenge geschehen, und zwar sowohl bei einer Trockenhaut als auch
bei einer benetzten
Haut. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf
ein solches Instrument, das die Verdunstungsgröße neben der Temperatur der trockenen
und feuchten Haut in Abhängigkeit von sämtlichen klimatischen Faktoren angibt.
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Ein hohler Körper in der für das jeweilige Verdunstungsgebiet zweckmäßigsten
Form (Zy-
linder, Parallelepiped, Kugel o. dgl.) mit poröser Oberfläche ist
mit Wasser gefällt. Dieses steht unter einem definierten, einstellbaren Druck. Dem
Wasserinhalt des Hohlkörpers wird eine ständig gleichbleibende Wärmemenge zugeführt.
Diese ist regulierbar und wird normalerweise so bemessen, daß die Temperatur der
Wasserfüllung des Hohlkörpers, bei dessen Aufstellung in einem Raume von 15' Außentemperatur
und ruhiger Luft (Windstille) 33' C
beträgt. ' Die Einstellung der
gewünschten Temperatur geschieht durch einen elektrischen Heizkörper, dessen Stromzufuhr
durch einen Widerstand regulierbar und mittels eines elektrischen Meßinstrumentes
(z. B. Amperemeters) kontrollierbar ist. jede gewünschte Temperatur ist auf.
diese ' Weise leicht einstellbar, wenn einmal die zugeführte Wärmemenge bzw.
die Temperatur als Funktionen der Strom-stärke bzw. Spannung festgestellt sind.
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Die durch Verdunstung aus dem Hohlkörper abgehende Wassermenge wird
nachgeliefert aus einem Vorratsgefäß, das mit dem Verdunstungsgefäß in Verbindung
sieht. Die Abnahme der Flüssigkeit im Vorratsgefäß. dient, wie bei Verdunstungsmessern
bekannt, zur Erkennung der verdunsteten Flüssigkeitsmenge. Um bei der Abnahme der
Flüssigkeit im Vorratsgefäß keine Druckänderung infolge der abnehmenden Höhe der
Flüssigkeitssäule eintreten -zu lassen, ist das Vorratsgefäß als Mariottesche Flasche
ausgebildet. Diese Konstruktion erlaubt es, dem Vorratsgefäß einen kleinen Querschnitt
zu geben, so daß schon bei geringer Abnahme der Flüssigkeit im Vorratsgefäß doch
genügend große Niveauunterschiede der Flüssigkeitssäule auftreten, um eine hinreichend
genaue Ablesung der verdunsteten Wassermenge zu gestatten.
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In der Abb. i ist tz der Hohlkörper, der als Zylinder mit poröser
Mantelfläche dargestellt ist. Auf seinem Umfang ist die Haut oder Meinbran
b.- ausgespannt, deren Verdunstung gemessen werden soll. Die Wasserfüllung
c wird mittels Heizkörpers d auf die gewünschte Temperatur (beispielsweise
33' C) gebracht. Der Hohlkörper ist durch den Schlauch c mit dem Vorratsgefäß
f verbunden, dessen Niveauunterschiede als Merkmal, der Verdunstung an der
Skala g abgelesen werden.
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Zur selbsttätigen Registrierung der Verdunstung wird die Abnahme der
Flüssigkeit im Vorratsgefäß auf folgende- Weise ermittelt (siehe Abb. 2). Durch
das Einsatzrohr der Mariotteschen Flasche f führt ein leichter Metallstab
bis nahe an den Boden des Vorratsgefässes. Starr mit diesem Stab verbunden ist ein
Tauchkörper lt aus einem Material von größerer Dichte als derjenigen der Flüssigkeit
im Vorratsgefäß. Dieser Tauchkörper ragt bei Füllhöhe des Gefässes etwas über den
Flüssigkeitssp el hinaus und hängt an einer Waage i. derungen des Flüssigkeitsniveaus
im Vorratsgefäß bewirken entsprechende Änderungen in der Belastung der Waage. Die
Anschläge der letzteren werden fortlaufend aufgezeichnet, z. B. auf einer Registriertrommel
k, und ergeben so den Gang der Verdunstungsgrößen.
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Abb. i zeigt eine Möglichkeit zur Registrierung der Hauttemperaturen,
und zwar auf elektrischem Wege. An der feuchten Außenwand des Verdunstungsgefässes
a liegen verschiebbar angeordnete Thermoelemente 1, die die »Hauttemperatur«
des feuchten Verdunstungskörpers an beliebigen Stellen desselben angeben und gegebenenfalls
registrierend aufzuzeichnen erlauben (z. B. mit Hilfe -eines schreibenden Milliamperemeters
m). Durch die Verschiebbarkeit der Thennoelemente ist die Möglichkeit gegeben, die
Temperatur auf derdem. Wind- ausgesetzten abgekehrten Seite zu messen und andere
Möglichkeiten mehr. Die Anbringung der Thennoelemente erfüllt den Zweck, die Hauttemperatur
gegebenenfalls als Ergänzung der Verdunstungsgröße aufzunehmen. Die Messung der
Temperatur allein ist nicht Gegenstand der Erfindung.
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Damit aber auch die trockenen Hauttemperaturen unter den gleichen
äußeren Bedingungen gemessen werden können wie an der feuchten Haut, trägt das Verdunstungsgefäß
einen Auf-
satz n, dessen Wand aus dem gleichen Material hergestellt ist,
ohne jedoch Flüssigkeit zu enthalten. Durch Thermoelemerite 1, kann auch
die Hauttemperatur gemessen werden, wie sie ohne Verdunstung sein würde. Der Aufsatz
it kann überdies aus verschiedenartigem Gesteinsmaterial bestehen (Schiefer, Ton,
Granit usw.), um die Brauchbarkeit des Instrumentes für physikalische und geographische
Aufgaben zu erweitern. Das Anwendungsgebiet dieses Apparates ist ein ziemlich großes.
Ist der Verdunstungskörper entsprechend dem menschlichen Körper mit einer Haut überzogen
und dauernd mit Wasser gefüllt, so wird eine Temperatur erzielt, welche der Hauttemperatur
entspricht. Man kann die Beheizung des Apparates in der Art vornehmen, daß etwa
bei 15' Lufttemperatur, unter Ausschaltung der Strahlung und Luftbewegung und bei
einem bestimmten Wasserdampfgehalt der Umgebung dadurch, daß das Instrument in einem
dunklen zugluftfreien Raum bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 5o 0/() aufgestellt
ist, eine
Oberflächentemperatur von etwa 33' oder
37'
erhalten wird, und daß auch die Möglichkeit bestehen kann, niedere oder
höhere Temperaturen einzustellen und den Apparat auch als Normalverdunstungsapparat
ungeheizt laufen zu lassen. Die Wasserabgabe erfolgt also durch die Membran bzw.
den porösen Zylinder und wird abgelesen oder registriert, wobei alle Faktoren der
Umgebung berücksichtigt werden, wenn der Apparat frei aufgestellt wird.
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Selbstverständlich ist es möglich, die Messung des einen oder anderen
Faktors der Umgebung ein- oder auszuschalten, indem man den Apparat an einem windstillen
Platz oder unter Strahlenschutz aufstellt. In bestimmten Fällen, so z. B. zur physiologischen
Untersuchung der Pflanzen, könnten auch andere Formen als die des Zylinders gewählt
werden, beispielsweise Flächenform verschiedener Größe, um damit den Einfluß der
Größenverhältnisse auf die Wasserabgabe anschaulich zu machen. Für bestimmte Zwecke
können auch Farbzusätze zu der Meinbran oder zum porösen Zylinder hinzutreten, um
die Strahlungseinflüsse zu veranschaulichen. Der Apparat registriert natürlich nur
die physikalischen Bedingungen, während die phy-
siologischen unberücksichtigt
bleiben.