Opublikowano dnia 23 marca 1961 r. ¦o. ^ %% Kii POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr43624 KI. 74 b, 1 Panstwowy Instytut Hydrologiczno-Meteorologiczny Zaklad Oceanografii *) Gdynia, Polska Miernik elektryczny wodostanu Patenit trwa od dnia 31 grudnia 1959 r.Wynalazek dotyczy miernika elektrycznego wodostanu, który sluzy do dokladnych pomia¬ rów wzglednego stanu wody w rzekach i otwar¬ tych zbiornikach wody jak: jeziora, zalewy, morza, itd. Miernik elektryczny wodostanu za¬ projektowany zostal glównie z mysla o zastoso¬ waniu go do pomiarów poprzecznych wychylen lustra wody na skutek dzialania sil Coriolisa i odsrodkowej.Miernik elektryczny wodostanu wedlug wy¬ nalazku pozwala mierzyc wzgledny stan wody z dokladnoscia dwudziestokrotnie wieksza od dokladnosci, uzyskanej przy stosowaniu lat wo- dowskazowych, wodowskazów plywakowych, cisnieniowych itp.Fig. 1 uwidacznia budowe i uklad pomiarowy miernika elektrycznego wodostanu, fig. 2 wy¬ jasnia sposób pomiaru poprzecznego wychylenia lustra wody za pomoca dwóch mierników elek- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest mgr inz. Kazimierz Rózdzynski. trycznych wodostanu, a fig. 3 przedstawia bu¬ dowe i uklad pomiarowy samoczynnego mier- nika elektrycznego wodostanu, wyposazonego w rejestrator.Miernik elektryczny wodostanu wedlug fig. 1 sklada sie z mostka Wheatstone'a, utworzonego z ramion o opornosciach stalych R3 i R< oraz opornosci elektrolitu (wody) Ri i R2, z galwa- nometru G, zródla pradu U, sprzezonych elek¬ trod pretowych li 2, zaopatrzonych w skale milimetrowa 9, obudowy 3, bedacej jednoczesnie elektroda doprowadzajaca i studzienka pomia¬ rowa,, oraz lozysk 6, 7 i 8.Zanurzenie elektrod 1 i 2 w wodzie mozna regulowac recznie w sposób ciagly pokretlem przekladni ciernej 4. Dlugosc elektrody 1 jest wieksza od dlugosci elektrody 2 o 0,5 mm.Podczas ruchu elektrod ku powierzchni wody wyodrebniaja sie trzy zasadnicze stany ukladu mostkowego,' jak to wyjasniono ponizej.W momencie gdy obie elektrody znajduja sie nad powierzchnia wody: R2 = <*, R2 = °° i pr4d, plynacy przez galwanometr wynosi ig! = 0.W chwili gdy na skutek prz&stwiiecia elek¬ trod w pionie, pokretlem recznym, elektroda 1 zanurzy sie w elektrolicie-wodzie, opornosc elek¬ trolitu ma wartosc skonczona, zalezna od wla¬ sciwosci elektrolitu na skutek: zasolenia, tem¬ peratury itp. Wówczas prad, plynacy przez'gal--, wanometr, równa sie: i R3 , "*2~ Ri + Ra + Rs W wyniku dalszego przesuwania elektrod wzdluz osi pionowej zanurzy sie w elektroli¬ cie elektroda 2—krótsza od elektrody 1 o 0,5 mim. )W tym przypadku zarówno opornosc Ru jak i opornosc R2 maja skonczona wartosc. Na¬ tezenie pradu igj, plynacego przez galwanometr, bedzie: i (R2 \R3 — Rx • R4) Ig3~ R5 (R^Rj+Rs+RJ ' (R1+R3) * R2+R4) Z powyzszych danych wynika, ze ig. < ig3 < ig Na podstawie wychyien galwanometru mozna ustalic fakt kontaktu z powierzchnia wody elek¬ trody 1 lub 2, co zatem idzie odczytac wzgled¬ ny stan wody z skali milimetrowej. Najwieksze poczatkowe natezenie pradu, plynacego przez galwanometr, utrzymywac sie bedzie od chwili kontaktu elektrody 1 z elektrolitem do chwili zanurzenia w nim elektrody 2t a wiec na dlu¬ gosci sprzezonej z elektrodami skali równej 0,5 mm.Czynniki postronne, j*«. temperatura i zasole¬ nie elektrolitu, zmieniajace wartosc jego opor¬ nosci, nie maja wplywu na dokladnosc pomiaru, g)dyz pomiar oparty jest na fakcie zmiany na¬ tezenia pradu, plynacego przez galwanometr, a nie na wartosci tego pradu. Opornosc miedzy- elektrodowa R« (fig. 1), równiez nie ma wply¬ wu na wynik pomiaru, gdyz wlaczona jest rów¬ nolegle w stosunku do mostka.Pod wplywem temperatury zmienia sie, prak¬ tycznie liiniowo, dlugosc obudowy 3 miernika elektrycznego wodostanu. To wydluzenie ter¬ miczne konstrukcji nie ma jednak wplywu na dokladnosc pomiaru dzieki systemowi zawiesze¬ nia i umocowania uwidocznionego na fig. 1.Pod wplywem zmian temperatury otoczenia o- budowa 3, wykonana w postaci rury od spodu zamknietej, osadzona suwliwie w lozu 6, posia¬ da dzieki -podparciu w lozu 7 tylko jeden kie¬ runek swobodnego wydluzania, mianowicie ku górze. Elektrody 1 i 2 natomiast, wykonane z materialu; posiadajacego ten sam wspólczynnik rozszerzalnosci liniowej co obudowa 3, zawie¬ szone w lozysku 8, wydluzac sie beda wzdluz swej osi ku dolowi. Wobec tego blad, powsta¬ jacy na sku(tek wydluzenia termicznego kon¬ strukcji, skompensuje sie.Wplyw falowania powierzchni wody zbiorni¬ ka, w.którym dokonuje sie pomiarów, jest rów¬ niez znikomo maly, gdyz powierzchnie otworu wlewowego 5 dobrano w oparciu o doswiadcze¬ nie, jako- l!/soo czesc powierzchni wewnetrznej rury-obudowy 3. Zakres pomiarowy miernika elektrycznego wodostanu wynosi 1000 mm.Przykladem zastosowania miernika elektrycz¬ nego wodostanu wedlug wynalazku jest pomiar wychylenia poprzecznego lustra wody w rze¬ kach, Wtóre wystepuje na skutek dzialania sil: Coriolisa, odsrodkowej oraz sily parcia wiatru.Sytuacje taka przedstawiono na fig. 2. Dwoma miernikami elektrycznymi wodostanu Mi i M2, ustawionymi na sasiednich brzegach w profilu poprzecznym rzeki, mozna zmierzyc wzgledny stan wody, a z róznicy odczytów obliczyc wy¬ chylenie poprzeczne lustra wody. Znajac pred¬ kosc pradu wodnego w rzece V, predkosc wia¬ tru Vi i jego kierunek, szerokosc i glebokosc rzeki oraz promien krzywizny jej koryta moz¬ na znanymi metodami ulozyc bilans, okreslaja¬ cy poprzeczne wychylenie lustra wody na sku¬ tek dzialania sil okreslonych wyzej. Przy zna¬ nej sile Coriolisa i sile parcia wiatru mozna równiez zmierzyc wychylenie od sily odsrodko¬ wej, bedace miara sil erozyjnych w korycie rzeki.Metoda ta zostala opracowana w celu spraw¬ dzenia teoretycznego bilansu wychylenia lu¬ stra wody na skutek dzialania sil Coriolisa, odsrodkowej i parcia wiatru. Bilans ten nie byl dotad sprawdzony pomiarami.Innym przykladem zastosowania miernika e- lektrycznego wodostanu jest zastosowanie go w zmienionej nieco formie konstrukcyjnej w postaci limnigrafu lub mareografu. W tym celu dwie elektrody pretowe 1 1.2 z fig. 1 zastapiono drutami niklowymi V i 2\ nawijanymi na bebny silnikiem elektrycznym, sterowanym przekaznikami. Ruch obrotowy bebnów jest przekazywany przekladnia na urzadzenie reje¬ strujace stan wody. Uklad kinematyczny i schemat rejestratora elektrycznego wodostanu przedstawia fig. 3.Elektryczny silnik nawrotny S w chwili, u- widocznionej na fig. 3, jest zalaczony parami styków przekazników Pi i P2 do zródla pra¬ du U2 w taki sposób, iz powoduje odwijanie elektrod V i 2' z bebnów 12 i 13 oraz nawija¬ nie na beben 14 drutu napinajacego 10, odizo¬ lowanego od elektrod 12 i 13 listwa izolacyjna — 2 —1$, biegnacego poprze krazek 16, umocowany do dna obudowy do bebna 14. Nastepuje wiec opuszczanie elektrod ku powierzchni wody, któ^ re Itrwac bedzie do chwili zetkniecia ostrza e- letotrody V z lustrem wody. W tej chwili zamk¬ niety zostaje obwód pradu przekaznika Pl9 w wyniku czego nastapi jego zadzialanie i otwar¬ cie pary styków ku co spowoduje wylaczenie silnika S i zatrzymanie ruchu elektrod. Jezeli stan wody sie podniesie, zanurzona zostanie równiez elektroda 2', powodujac zamkniecie ob¬ wodu przekaznika P2 i jego zadzialanie. Zespól par styków k:, k3, ki i k3 zmieni biegunowosc napiecia, podanego na wzbudzenie silnika, a para styków kG zbocztnikuje otwarta pare kt.Silnik bedzie sie obracal w przeciwnym do po¬ przedniego kierunku, powodujac wynurzanie elektrod. Podnoszenie elektrod trwac bedzie do czasu wynurzenia ostrza elektrody 2' z Wody.W tej chwili, na skutek przerwania obwodu przekaznika Pr, jego zwora styków wróci do polozenia pierwotnego zmieniajac ponownie bie¬ gunowosc zasilania wzbudzenia silnika i wy¬ laczajac go. W przypadku opadniecia pozio¬ mu wody i wynurzenia ostrza elektrody V na¬ stapi ponowne wlaczenie silnika przekaznikiem Pi i opuiszczanie elektrod opisane wyzej. Z beb¬ nami 12, 13 i 14, które sa osadzone na wspól¬ nym wale, lecz sa wzajemnie odizolowane, sprzezony jest uklad rejestrujacy oraz poten¬ cjometr przekazywania zdalnego R7.Rejestrator elektryczny wodosianu zostal za¬ projektowany dla badan ekspedycyjnych w ce¬ lu zaoszczedzenia budowy studni limnigraficz- nych oraz zwiekszenia dokladnosci pomiarów. PL