Предлагаемый прибор для измерения разности горизонтов, скоростей течения и уклонов воды имеет назначение увеличить до практически допустимых пределов точность измерения разностей горизонтов воды, применить трубку Пито :я измерения средних и малых скоростей течения, измерение которых уже невозможно даже вертушкой, и устранить недостаточную точность прибора Амслера для измерения уклонов течения воды.
Кроме лабораторного применения прибора для указанных измерений,он дает еще возможность измерить с достаточной точностью расход воды в небольших ручьях и каналах с медленным течением, где вертушка неприменима, дает возможность изучить распределение скоростей и давлений в трубах и пр.
На фиг. 1, 2 схематически изображена измерительная часть прибора в двух положениях: в рабочем (фиг. 1) и в подготовительном (фиг. 2), в соединении с подводящей частью прибора; на фиг. 3 изображена схема установки прибора при измерениях; на фиг. 4, 5 изображена измерительная часть прибора в увеличенном масштабе; на фиг. 6 - продольный разрез по CD на фиг. 5; на фиг. 7, 8 - деталь устройства подводящей части; на фиг. 9-деталь устройства крана 3; на фиг. 10 - деталь устройства подемной лебедки и на фиг. 11 -деталь устройства соединения измерительного прибора с подводящей частью.
Предлагаемый прибор (фиг. 1) состоит из измерительной части 3-13 и W3 подводящей части 38-48, присоединенных при помощи резиновых трубок 7, 2, 14, 19; прибор этот изображен в применении к измерению скоростей течения.
Измерительная часть прибора (фиг. 1. 2, 4 и 5) состоит из двух частей: J, 4, 5 и 8-13, соединенных водомерными трубками 6, 7, из коих первая (нижняя, фиг. 1) часть 3-5 состоит из двух камер 4, 5, а верхняя часть 8-13 V13 четырех камер 8, 9, 10 и 11.
Вода из трубок 1 и 2 идет последовательно через кран 3 и камеры 4 и 5 в водомерные трубки 6 и 7, которые на конце разветвляются и переходят: трубка б в камеры S и 9, а трубка 7 в камеры 10 vi 11 (см. разрез по .4В). Камеры 8,9, 10 v( 11 ъ поперечном сечении совершенно одинаковы и расположены точно симл1етрично около общей вертикальной оси симметрии 00.
Вверху BCg,камеры общим краном 12 могут соединены или разединены. Кран 3 устроен так, что вода из трубок 1 и 2, из каждой, в отдельности,- может сообщаться 1|змерительным прибором или через больщое отверстие, или через малое, или совершенно отделяться. Для защиты от неодинакового нагревания прибор заключен в общий кожух, наполненный водой и состоящий из двух частей 73 и 20, соединенных трубкой 2/. Вну треннее пространство кожуха с подводящей частью соединяется резиновой трубкой 14, а с внутренним пространством камер-трубкой 15 с краном 16. Это соединение сделано для наполнения приборов водой. Для этой же цели служат и три трубки 17, которые соединяют камеры 4, 5 н внутреннее пространство кожуха через кран /5 с трубкой 79, которая соединяется с воздушным пространством подводящей части, где имеется вакуум.
Наполнение водой измерительного прибора делается уже после того, как подводящая часть водой наполнена (как наполняется водой подводящая часть, изложено ниже). Для этого прибор перевертывается, как показано на фиг. 2. Кран 3 закрыт, а краны 72, 16 и 18 открыты. При таком положении прибора вода начнет наполнять кожух и камеры. Когда в водомерных стеклах она дойдет до определенной высоты, краны 76 и 18 закрываются, прибор ставится в прямое положение (фиг. 1). чем и заканчивается подготовка прибора.
После того, как прибор приготовлен к работе, кран 3 открывается на большое отверстие и оставляется в таком положении некоторое время для того, чтобы горизонт воды в камерах приблизительно выровнился. Так как внутреннее пространство прибора закрыто герметически, то вода оттуда вытечь не может, а выйдет из прибора только вполне определенное количество по закону Бойля-Мариотта в зависимости от соотношения давлений в приборе при прямом его положении и при перевернутом. По той же причине, если в одной трубке горизонт воды несколько поднимается, то в другой настолько же уменьшается. Когда горизонты воды в камерах приблизительно уравняются, то кран 3 ставится на малое отверстие и оставляется в таком положении на некоторое время. Это делается для устранения влияния пульсации, волнения, толчков и т. п. Так как через малое отверстие за небольшой промежуток времени может проникнуть только незначительное количество воды, то в камеpax установится горизонт, не соответствующий данному л10Л1енту, а средний за некоторый промежуток времени. По прошествии определенного времени краны 3 и 72 закрываются и прибор перевертывается в положение фиг. 2. Если в верхних камерах оставался обем воздуха, равный обему камер 4 и 5 то после перевертывания воздух из верхних камер перейдет в камеры 4 и 5, а горизонт воды установится на некоторой высоте в водомерных стеклах. На этих стеклах нанесены давления и заранее точно определено, какой высоте в верхних камерах соответствуют деления на этих трубках. Для каждой трубки составлена табличка, в которой выписаны высоты горизонтов в верхних камерах, соответствующие каждому делению трубки.
В приборе каждые две сообщающиеся внизу, камеры 8 л 9, 10 и 11 представляют одну общую камеру. А так как обе такие двойные камеры имеют общую ось си.мметрии, то их можно рассматривать, как совпадающие между собою. Поэтому при таком устройстве ошибка от невертикального положения прибора не будет зависить от расстояния .между камерами, как в трубке Пито. При измерении малых разностей горизонтов воды можно считать, следовательно, что невертикальное положение прибора не влечет за собой никакой ошибки.
Так как прибор имеет целью измерение не высоты горизонта, а разности высот, то одинаковая ошибка в измерениях каждого горизонта не повлечет за собой никакой ошибки в определении разности. Но так как обе пары камер устроены почти одиниково, то эти.м влияние перечисленных здесь причин будет уменьшаться. От неравномерного нагревания прибор защищен посредством омывающей его воды, находящейся в кожухе.
Измерительный прибор представлен отдельно на фиг. 4 и 5. Вместо одной трубки 21, как показано на схеме, здесь устроено две для более удобного наполнения прибора. Эти трубки металлические и в то же время служат для скрепления частей прибора. Резиновые трубки 1, 2, 14 VI 19 для удобства соединены в общий наконечник и соединяются с подводящей частью как одно целое. Отдельно этот наконечник показан на фиг. /. Резиновые трубки надеты на металлические трубки, припаянные к пластинке 23. К этой пластинке при помощи винтов 24 притягивается другая пластинка 25, в которой сделаны отверстия, соответствующие трубкам , 2, 14 и 19. В углублении между этими пластинками помещается кусок резины 26, имеющий тоже соответствующие отверстия. Этими отверстиями наконечник свободно надевается на отростки трубок измерительного прибора; затем пластинка 25 притягивается винтом 24, резина от этого сплющивается и плотно прилегает к соединяющимся частя.м.
Кран 2 показан отдельно на фиг. 6. Стержень крана прижимается к втулке при помощи пружинящей шайбы 27, действие которой регулируется при помощи навинчивающейся крышки 28. Кран 3 показан отдельно в продольном и поперечном разрезе на фиг. 9. Малое отверстие 29 устроено в стержне так. что оно не касается стенок втулки, чтобы частицы смазки не засоряли его. Для установки крана на различные положения на кожухе имеется индекс 35, а на кране черточки с соответствующими обозначениями. Водомерные трубки б и 7 (фиг. 4 и 5) для чистки от прибора отнимаются и соединение устроено такого же типа, как описанное соединение с подводящей частью. Нижнее соединение изображено в разрезе на фиг. 7-8. Трубки плотно прилегают к камерам. Если по заданию можно допустить при измерениях больших
величин и большую ошибку, то водомерные трубки делаются не цилиндрические, а площадь отверстия в них имеет в сечении сплющенную форму для лучшего прохождения воздуха при переливании. Камеры 4 и 5 устроены такого размера, чтобы при перевернутом положении прибора, когда горизонт в трубке б стоит вверху, в трубке 7 должен стоять внизу и наоборот. При таком устройстве утилизируется для измерений вся длина водомерных трубок и длина шкалы равна длине двух водомерных трубок. К телу кожуха и крана 3 (фиг. 4 и 5) прикреплены металлические части 36, которые щарнирно соединяются с вилкой 37. При помощи гайки 35 прибор может закрепляться в прямом положении или в перевернутом. Вилка 37 вставляется в соответствующие гнезда 59 подводящей части (фиг. 10) и закрепляется в них винтом 64.
Устройство подводящей части показано на схематическом чертеже 1. Если прибор предназначен для измерения скорости течения, то подводящая часть представляет устройство, сходное с трубкой Пито.
Вода от исследуемой точки к прибору подводится по двум трубкам 38 и 39 (фиг. 1), назначение которых такое же, как в приборе Пито. Но так как здесь измерительный прибор остается постоянно на одинаковой высоте над поверхностью реки, .то для того, чтобы можно было измерить скорость в различных точках вертикали, трубка 39 движется внутри трубки 40, которая остается неподвижной. У поверхности воды трубки 39 и 40 плотно соединяются между собой после того, как трубка 39 установлена на нужной глубине. Трубка 3S остается неподвижной, так как уровень в ней не зависит от глубины, на которую она опущена. Для защиты от неравномерного нагревания обе трубки окружены общим кожухом 47, наполненным водой. Вверху кожух переходит в резервуар 42, имеющий обем несколько больший, чем обем кожуха подводящей части и измерительного прибора. В кожухе устроен
кран 43 для наполнения подводящей части.
Трубки 38 и 40 доходят почти до верху сосуда 42 и вверху открыты. От вершины сосуда 42 отделяется узкая трубка 44, которая соединяется (через общий наконечник) с резиновой трубкой 79 измерительного прибора. От трубок 40 и 4J отделяются в бок металлические отростки 45 и 46, которые идут к измерительному прибору. От кожуха отделяется металлический отросток 47, который соединяется с резиновой трубкой 14 измерительного прибора.
Перед наполнениел1 водой к подводящей части прикрепляется измерительный прибор. Затем кран 43 открывается, подводящая часть перевертывается и резервуар 42 опускается в воду. Когда вода через кран 43 наполнит резервуар 42, то кран 43 закрывается и подводящая часть поворачивается и ставится прямо (фиг. 1). при чем концы трубок и кожуха должны находиться в воде. Тогда воздух из трубок и кожуха устремляется вверх и заполняет часть резервуара 42, а его лтесто заполняется водой, которая частью выльется наружу. Так как весь прибор закрыт герметически, то вверху резервуара 42 образуется вакуум и вода в резервуаре установится на некоторой высоте. После наполнения измерительного прибора (описано выше), часть воздуха из измерительного прибора по трубке 44 перейдет в резервуар 42, вода в нем понизится к установится на такой высоте, что концы трубок 38 и 40 окажутся выше поверхности воды в резервуаре 42. Для наблюдения за горизонтом воды в этом резервуаре трубка 44 соединена с ртутным манометром простейшей конструкции 48. Если все соединения достаточно плотны и после наполнения в прибор не может проникать воздух, то манометр не обязателен, так как горизонт воды в сосуде 42 будет оставаться на расчетной высоте. После наполнения подводящей части, прибор готов к работе. В таком виде его можно по окончании одного измерения перенести в другое место и вновь там его наполнять не потребуется, если концы трубок во время переноски были все время в воде.
При таком устройстве все части подводящих трубок остаются все время прямыми и расположены вертикально. Если они достаточно щироки, то пузырек воздуха в них не может держаться так, чтобы заполнить в каком-нибудь месте все. сечения. А такой пузырек, который не нарушает непрерывности водяного столбика трубки, никакого влияния на высоту горизонта в трубках оказать не может. Так как отростки к измерительному прибору идут в бок, то пузырек воздуха, случайно попавший в подводящую часть, не может проникнуть в измерительный прибор, а пройдет в сосуд 42 и вызовет только большее или меньшее, но одинаковое понижение горизонта в сосуде 42 и в трубках 38 и 40, а на измерительном приборе это не отразится, так как он при помощи крана 75 отделен от резервуара 42.
Общий вид прибора, установленного для измерения скоростей течения воды, показан на фиг. 3. Подводящая часть вместе с прикрепленным к ней измерительным прибором при помощи хомутов 50 надета на штангу 49. На штанге устроена зубчатая рейка 63, по которой прибор и может передвигаться при помощи лебедки 57, прикрепленной к телу подводящей части. Лебедка отдельно показана на фиг. 10. На этой же фигуре видны гнезда 59, в которые вставляется вилка для удерживания измерительного прибора и ответвления 44, 45, 46 и 47 от трубок к измерительному прибору.
Трубке 38 придана для удобства сплющенная форма. Соединение трубки 39 и 40 показано в разрезе на фиг. 8. К стержню 53 прикреплена чашечка 54, в которую вложено резиновое кольцо 56. Стержень 53 .можно притягивать вверх винтом 54 (фиг. 3) и таким образом резиновое кольцо сдавливать между чашечкой 54 и пластинкой 55 (фиг. 10), припаянной к трубке 40. Когда винт 54 отвинчен, то трубка 39 совершенно свободно движется в трубке 40. После же завинчивания винта резина сплющится и плотно соединит трубки 39 и 40. На фиг. 7 показан
вид этого соединения сбоку и также видно соединение трубки 39 со штангой. К концу трубки 39 прикреплен хомут 55, который обхватывает штангу. При помощи струны 57 и воротка 5. (фиг. 3) трубку можно поднимать вверх, а вниз она опускается свинцовым грузом 60 (фиг. 7).
Для измерения уклонов можно воспользоваться тем же прибором, если трубку 39 вынуть, а вместо нее вставить трубку 67 (на фиг. 1 показана пунктиром). Трубка 67 имеет в длину около 4-х метров и удерживается в горизонтальном положении поплавком 62. Диаметр ее около 15-20 мм, поэтому, если ее перед измерением вместе с прибором немного наклонить, то воздух из нее выйдет в сосуд 42. Принцип измерения уклона тот же, что в приборе Амслера, но только самое устройство изменено сообразно с особой точностью измерительного прибора.
Для надежности измерения необходимо, чтобы непрерывность столбика жидкости от исследуемой точки вертикали до поверхности воды в измерительном приборе нигде не была нарушена пузырьком воздуха. Для достижения этого необходимо, чтобы трубки были достаточно широки, если же в каком-нибудь месте площадь поперечного сечения трубки нельзя сделать большою, то ее поперечное сечение в этом месте следует сделать в виде узкой щели. Там, где трубки идут не вертикально, необходимо,, чтобы они не были слишком наклонены. Трубки 74, 75, 77, 79 и 27 могут быть и узкие, так как они служат только для наполнения прибора и не влияют на точность измерения.
После того, как сделано измерение по водомерным трубкам, из таблиц выписываются горизонты, соответствующие отчетам по трубкам, и вычисляется разность горизонтов. .Если измеряется уклон, то эту разность нужно разделить на длину трубки 67. Если же определяется скорость течения, то эта разность высот вставляется в формулу: v k } 2gh.
Тппо-лвтография «Красный Печатник, Ленинград, лГоах-дуичродный, V5.
Коэффициент (k) зависит только от формы наконечника трубки 39 и определяется тарированием этого наконечника.
Для точного определения разности высот, необходимо заранее точно составить таблицы для перевода показаний водомерных стекол на высоту горизонтов в камерах прибора. Если есть другой, уже тарированный прибор, то тарирование производится сравниванием показаний приборов при изменении уровня воды в сосуде.
ПРЕДМЕТ ПАТЕНТА.
1.Прибор для измерения разности горизонтов воды, скоростей течения и уклонов, отличающийся применением камер 8. 9, 10 и 77, заключенных в кожухи 20 и 13, соединенные трубками 27, симметрично расположенных вокруг общей оси, снабженных общим соединительным краном 72 и попарно соединенных с водомерными трубками
6и 7, в свою очередь соединенными с камерами 4 и 5, которые снабжены распределительным краном 3, отростки коего при посредстве гибких трубок
7и 2 соединены с трубками 38 и 40 Пито, из коих трубка 40 - составная с внутренней выдвижной трубкой 39, каковые трубки Пито заключены в закрытый сверху резервуар 42 с верхней частью, соединенной при помощи трубки 44, несущей на боковом отростке ртутный манометр 48, и гибкой трубки 79, с краном 18, соединяющим между собой при посредстве канала 31 - камеры 4 и 5, при помощи канала 30 - кожух 20 с трубкой 79 и, наконец, при посредстве канала 32- оба конца 30 vi 31 между собой, а кроме того, средняя часть резервуара 42 при посредстве отростка 47 и гибкой трубки 14 соединена с резервуаром 20.
2.При указанном в п. 1 приборе, в случае применения его в качестве прибора для измерения уклонов, применение вместо трубки 39 длинной трубки 67, удерживаемой в горизонтальном положении при помощи поплавка 62.
т-.-f
j-ii
4u
:M iiViiR
iiHiм| и 17Л) .1
Ч,- lit -i
1 I;Of) . AI
5 Д,
H. : - И
Ц lifi
50 r1- n :
/7
.J,N У
/ W Г i
/h It
фиг.
50
4Р 5Q 
