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Vorrichtung zum Anzeigen verschiedener Bestimmungsmerkmale von Gewässern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen verschiedener Bestimmungsmerkmale
von Gewässern. Es sind solche Vorrichtungen bekannt, insbesondere zum Anzeigen der
Tiefe, der Temperatur und des Salzgehaltes, bei der die Meßvorrichtungen in einem
wasserdichten Tauchkörper eingeschlossen sind und die Anzeige durch ein Kabel auf
je ein Meßinstrument übertragen wird. Demgegenüber besteht die vorliegende Erfindung
darin, daß bei Verwendung eines zweiadrigen Kabels und eines einzigen Meßinstruments
an der Meßstelle in dem Tauchkörper ein Schalter,, der die Meß-. vorrichtungen wahlweise
an das Kabel anschließt und dadurch mit dem Meßinstrument verbindet, sowie Mittel
vorgesehen sind, mittels deren sich der Schalter von der Meßstelle aus betätigen
läßt.
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Die weitere Erfindung besteht darin, daß bei Übertragung der Anzeige
durch Wechselstrom oder pulsierenden Gleichstrom demselben vermittels Sperrkreise
ein Gleichstrom überlagert ist, durch den mittels an der Meßstelle vorgesehener
Schaltmittel sich der mit einer elektromagnetischen Vorrichtung versehene Schalter
steuern läßt. Die Erfindung ist auf der Zeichnung in sechs Abbildungen dargestellt.
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Abb. i zeigt schematisch die Gesamtanordnung. Abb.2 zeigt eine abgeänderte
Form des Flüssigkeitsbehälters.
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Abb.3 zeigt schematisch eine Ausführungsform mit einer Wechselstrom-Dynamo
als Stromquelle.
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Abb. q. ist ein Schaltbild.
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Abb. 5 zeigt eine andere Schaltung, bei der die Meßvorrichtungen in
Brückenschaltung angeordnet sind und durch einen Summer gespeist werden.
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Abb.6 zeigt einen nahezu geschlossenen Elektromagneten mit einem keilförmigen,
verschiebbaren Eisenkern.
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Bei der Anordnung gemäß Abb. i befinden sich die Teile, die auf die
verschiedenen Eigenschaften des Wassers ansprechen, im Innern eines starren, wasserdichten,
torpedoällnlichen Metallmantels z, der in drei Kammern unterteilt ist. In der ersten
Kammer 2, die an ihrem Umfang mit Ansätzen 3 versehen ist, die einerseits eine größere
Berührungsfläche mit dem Wasser und andererseits eine größere Steifigkeit ergeben,
befindet sich eine Flüssigkeit von guter Wärmeleitfähigkeit und großem Ausdehnungskoeffizienten,
die sich gegenüber Metall neutral verhält, z. B. Toluen. Diese Flüssigkeit füllt
den Raum zwischen dem Metallmantel der Kammer 2 und einem nachgiebigen Metallbehälter
q. mit gewellten Seitenwänden aus,
an dem sich ein Stift 5 befindet,
der in die zweite Kammer 6 hineinragt.
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Bei der abgeänderten Ausführungsform gemäß Abb. 2 ist der Raum 2,
der die Flüssigkeit enthält, am Umfang des Tauchkörpers ringförmig angeordnet und
durch den Kanal 7 mit dem Innern des den Stift 5 tragenden nachgiebigen Behälters
4 verbunden.
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Die zweite Kammer 6 des Tauchkörpers enthält ein Manometerrohr 8,
das an seinem offenen Ende 9 mit dem Wasser in Verbindung steht, während das innere
geschlossene und bewegliche Ende zo einen Stift ii trägt. Diese Kammer enthält außerdem
die elektrischen Apparate, die durch die Bewegungen des Stiftes 5 des Behälters
4 und des Stiftes ii des Manometers io betätigt werden; die Stifte 5, 1i tragen
Weicheisenkerne, die in von dem Meßstrom durchflossenen Spulen 12, 13 beweglich
angeordnet sind. Außerdem befinden sich in der Kammer 6 noch Schalter 34 und 44,
die die Spulen 12 und 13 mit der Stromquelle verbinden.
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In der dritten Kammer 16 des Tauchkörpers befindet sich eine Einrichtung
zum Messen des Salzgehaltes des Seewassers mit zwei Elektroden 18 und iq, die sich
mit Hilfe der Schalter 34 und 44 mit der Stromquelle verbinden lassen.
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Der Hauptmeßstrom (Wechselstrom oder pulsierender Gleichstrom) sowie
der Hilfsstrom zur Betätigung der Schalter wird in den Raum 6 durch ein zweiadriges
Kabel 32, 33 durch eine Stopfbüchse 2o hindurch eingeführt; dieses Kabel ist vorteilhaft
armiert und dient gleichzeitig als Schleppseil des Tauchkörpers und als Rückleitung
für den Hilfsstrom. Das Kabel 32, 33 ist an die Stromquellen 25 und 37 angeschlossen,
die die elektrische Einrichtung im Inneren des Tauchkörpers i mit Strom versorgen.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn der Tauchkörper eine gewisse
Tiefe erreicht hat, wo das Wasser eine bestimmte Temperatur, einen bestimmten Druck
und einen bestimmten Salzgehalt besitzt, erwärmt sich oder kühlt sich die Flüssigkeit
im Raum 2 ab, so daß durch die Volumänderungen der Behälter 4 seine Form ändert
und den Stift 5 verschiebt; ebenso verschiebt sich vermöge der geänderten Krümmung
des Manometerrohres 8 der Stift ii, schließlich tritt eine Änderung des elektrischen
Widerstandes zwischen den beiden Elektroden 18 und i9 auf, entsprechend der Konzentration
des im Wasser aufgelösten Salzes.
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Durch die Verschiebungen der Stifte 5 und ii werden die Kerne in den
Spulen 12 und 13 verschoben und damit Stromänderungen in derselben hervorgerufen,
die an einem geeigneten Gerät 35 oberhalb der '%.Vasseroberfläche ablesbar sind.
An dem gleichen Meßinstrument läßt sich auch die Stromänderung in der Einrichtung
zur Bestimmung des Salzgehaltes ablesen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 3 wird der Meßstrom durch einen
Umformer geliefert, bestehend aus einem Gleichstrommotor 24, der mechanisch mit
einer Wechselstromdynamo 25 gekuppelt ist. Der Motor 24 wird unter Zwischenschaltung
eines Anlassers 27 und eines Regelwiderstandes 28 sowie von Meßgeräten 29 und 3o
durch eine Akkumulatorenbatterie 26 gespeist-Die Wechselstromdynamo 25 arbeitet
auf die zwei Leitungen 32 und 33, die unter Vermittlung eines Gleichstromrelais
34 abwechselnd die Spulen 12 oder 13 speisen.
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Jn die Leitung 33 ist das Anzeigegerät 35 eingeschaltet. In die Leitung
32 ist ein Kondensator 36 eingeschaltet, der den Durchtritt von Gleichstrom verhindert
und es gestattet, den Meßkreis mit der Frequenz des Wechselstroms in Resonanz zu
-bringen, was vorteilhaft, aber nicht unumgänglich notwendig ist.
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Die Leitung 32 ist mit dem beweglichen Anker des Relais 34 verbunden,
das beim Schließen des Unterbrechers 38 von der Batterie 37 erregt wird; als Rückleitung
für den Gleichstrom dient die Belegung 31 des Kabels, die an die Außenwand des Tauchkörpers
angeschlossen ist.
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Der Anker des Relais 34 schließt in der Ruhestellung unter der Wirkung
einer Feder 39 einen Kontakt 40.
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In dieser Stellung wird die Spule z.2 von der Wechselstrommaschine
25 gespeist. Wenn das Relais 34 erregt ist, wird der Kontakt 40 unterbrochen und
der Kontakt 41 geschlossen, wodurch der Wechselstrom durch die Spule 13 fließt.
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Das Relais 34 ist bei einer anderen Ausführungsform, die Abb.4 zeigt,
mit magnetischen Ankern 34a und 3e versehen, die so eingestellt sind, daß in ihrer
Ruhestellung die Stromquelle 25 von den Spulen 12 und 13 abgeschaltet ist. In diesem
Fall gestattet das Hineinschicken eines Gleichstromes mit Hilfe des zweipoligen
Umschalters 42 in das Relais 34, die Leitung 32 des Kabels entweder mit. der Spule
12 oder mit der Spule 13 zu verbinden. Ein Kondensator 43 blockiert den Gleichstrom
und gestattet die Abstimmung auf Resonanz. Die beiden Leitungskabel sind außerdem
mit dem Salzmeßwiderstand 17 durch ein weiteres Relais 44 verbunden, das durch einen
zweipoligen Unterbrecher 45 über die Leitung 33 betätigt wird. Eine Drosselspule
46 hindert den Eintritt des Wechselstromes in den Gleichstromkreis und ein Kondensator
47 den Eintritt des Gleichstroms in die elektrolytische Zelle 17.
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Das Instrument 35 ist ein elektrisches Präzisionsinstrument, das zweckmäßig
mit mehreren
Meßbereichen ausgestattet ist, um eine möglichst große
Empfindlichkeit und genaue Ablesung zu erzielen; es ist vorteilhaft gleich in den
gewünschten Einheiten geeicht.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb.5 ist 'der Meßstrom ein pulsierender
Gleichstrom, der beispielsweise durch einen Summer 48 und eine Batterie 49 erzeugt
wird. Diese Batterie liegt in einer der Diagonalen 50 einer elektrischen
Brücke, deren andere Diagonale beispielsweise ein Telephon 51 enthält, während die
Brückenzweige durch zwei gleiche Widerstände 52 und 53 und zwei gleiche Spulen 54
und 55 gebildet werden. Diese Spulen umschließen Eisenkerne, von denen der eine,
55a, durch ein mechanisches Organ betätigt wird, das dem Einfluß des zu prüfenden
Wassers ausgesetzt ist. Die Spule 55 und der Widerstand 53 liegen in dem Tauchkörper
z; die metallische Verbindung mit den anderen Organen der Schaltung wird durch das
zweiadrige, armierte Kabel hergestellt, dessen Armierung 31 als Rückleitung dient.
Bei der Messung wird die Stellung des Kernes 54d so lange geändert, bis im Telephon
nichts zu hören ist; in diesem Augenblick sind die Werte der Selbstinduktions-Koeffizienten
der Spulen 54 und 55 gleich, und der Kern 54d nimmt in der Spule 54 dieselbe relative
Stellung ein wie der Kern 55d in der Spule 55; diese Stellung entspricht
genau einer bestimmten Eigenschaft des zu untersuchenden Seewassers und gibt demnach
die entsprechenden Werte an. Der Weg des Kernes 54a kann gleich nach Temperaturen
oder Tiefen geeicht sein.
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In gleicher Weise kann man mittels einer Widerstandsbrücke den Salzgehalt
messen.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Gesamtanordnung einfacher und billiger,
da die elektrische Apparatur und die Meßgeräte fortfallen.
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An Stelle der die beweglichen Eisenkerne umschließenden Spulen lassen
sich auch gemäß Abb. 6 nahezu geschlossene Elektromagnete N benutzen, zwischen deren
Polen die Eisenkerne 111 verschiebbar angeordnet sind. Auf diese Weise erhält man
große Änderungen der Selbstinduktion durch eine kleine Verschiebung der Eisenkerne
M.
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Unter diesen Bedingungen kann die Wirkung der Ausdehnung oder Zusammenziehung
des Wassers unter dem Einfluß der Temperatur viel einfacher als durch den Behälter
4 mechanisch übertragen werden. Beispielsweise kann man temperaturempfindliche Membranen
in' verwenden, an die der verschiebliche Kern ?l1 im Punkt P angelenkt ist.
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Man kann auch den Wert der Selbstinduktion, und damit die Temperatur
und Tiefe, mit einem Kraftlinienflußmesser messen, indem man die Zeiten der Entstehung
eines Selbstinduktionsstromes in den Spulen mißt. An Stelle des Behälters 4 läßt
sich auch ein gekrümmtes unsymmetrisches Manometerrohr benutzen, dessen bewegliches
Ende mit dem Eisenkern verbunden ist.