ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ ИЛИ ВОЗДУХА Советский патент 1927 года по МПК G01P5/02 

Предлагаемое изобретение предназначается для измерения как горизонтального угла, образуемого направлением потока воды или воздуха, с заданным направлением, так и угла между направлением потока и горизонтальной плоскостью, а также для определения скорости движения потока при помощи приспособления любого из известных типов.

На чертеже фиг. 1 изображает наружный вид прибора сбоку, фиг. 1^а - вид нижней части прибора спереди, фиг. 1^б - то же вид сверху, фиг. 2 - вид прибора сверху, фиг. 3 - вертикальный разрез нижней части прибора, фиг. 4 - вертикальные проекции верхней части прибора, фиг. 5 - вертикальный разрез мерного цилиндра, фиг. 6 - наружный вид отсчетного приспособления, фиг. 7 - то же, вид сверху, и фиг. 8 - деталь приспособления для измерения угла направления потока в вертикальной плоскости.

Вертушка 1 с электрической сигнализацией 2-2′-2′′ и вертикальное рулевое перо 3 укреплены на цилиндрической оправе 4, которая может вращаться вокруг вертикальной оси на шариковых подшипнике 5 и подпятнике 6; к оправе, в передней ее части, позади вертушки, укреплен вертикальный стерженек 7, несущий на своем конце, на плоской пружинке 8, металлический контактный ролик 9 с вертикальной осью вращения (фиг. 1, 3). Основой всего прибора служит цилиндрический стержень 10, 16, поддерживающий в средней своей части упомянутые шариковые подпятник и подшипник и снабженный в нижней части донным контактом 11, в виде сплошного диска со стерженьком 12, вдвигающимся, преодолевая давление спиральной пружины 13, в основной стержень. Верхний конец стержня 16 скрепляется помощью гайки 14 с концом трубчатой штанги 15 и представляет собою полое, обточенное снаружи цилиндрическое тело, вдоль образующей которого прострогана сквозная щель 17 (фиг. 3 и 1), служащая направляющей для кулачка 18, входящего внутрь основного стержня 16 (фиг. 5) кулачек скреплен с тяжелым цилиндром 19, охватывающим точеную часть основного стержня и имеющего возможность легко передвигаться вверх и вниз вдоль последнего. Кулачок 18 исключает возможность вращения цилиндра 19 и, вместе с тем, служит для подвески последнего к концу тонкой стальной ленты, проходящей внутри трубчатой поддерживающей прибор штанги 15; сюда же подведен и изолированный электрический провод 20. На цилиндр 19 опирается контактный ролик 9, совершающий повороты вокруг вертикальной оси вместе с оправой вертушки. Поверхность цилиндра 19 разделена по винтовой линии 21 на две части - по одну сторону линии 21 поверхность 22 сделана непроводящей электрический ток, а по другую - 23 - проводящей его, при чем проводящая часть изолирована от остальных металлических частей прибора и соединена с подведенным к кулачку 18 цилиндра изолированным проводом 20. Вверху и внизу поверхность цилиндра заканчивается круговыми изолирующими поверхностями эбонитовых колец 24; между верхним из этих колец и верхним концом винтовой линии имеется металлический «контрольный поясок» 25, соединенный с проводящей частью поверхности цилиндра. Контактный ролик 9 касается верхнего из изолирующих колец 24 при, наинизшем положении цилиндра и нижнего кольца - при наивысшем положении цилиндра. При движении цилиндра вверх и вниз контактный ролик 9 скользит по образующей и встречает винтовую линию раньше или позднее, сообразно углу своего отклонения (вместе с вертушкой, ее оправой и рулем) от начального положения в плоскости АВ (фиг. 2), проходящей через геометрическую ось штанги 15 и устанавливаемой перед производством измерений нормально к исследуемому профилю реки помощью визира 28 (фиг. 1), ориентируясь по заранее установленным на местности топографическим знакам (вехам). В гальваническую цепь контактного ролика и изолированной проводящей поверхности 23 на цилиндре вводится обыкновенный электрический звонок 19′′, подающий сигнал о моменте пересечения винтовой линии контактным роликом 9 при и опусканиях цилиндра 19. Визир 28 с градусным кольцом и уровнем для вертикальной установки укрепляется в средней части трубчатой штанги 26 (фиг. 1), с нанесенными на ней делениями для отсчета глубин погружения прибора в воду и с укрепляемым на верхнем ее конце шкивом 27. Штанга 26 закрепляется помощью клиньев 32′ и 32′′ между двумя выступающими вперед стрелами 32 штангодержателя (фиг. 1, 2), снабженного тремя 30 и тремя закрепительными винтами 31.

Для и опускания цилиндра. 19 служит приспособление 33 (фиг. 1, 6, 7), закрепляемое на штанге 15 и состоящее из валика 34, длина окружности которого приблизительно равна высоте мерного цилиндра 19, и тонкой стальной ленты 35, наматываемой на валик 34 и натягиваемой переставным грузиком 36, несколько более легким, чем цилиндр 19, погруженный в воду. Лента 35 огибает шкив 27, проходит, затем, внутри штанги 26 и присоединяется к кулачку 18 мерного цилиндра 19. На оси 37 валика, помощью зажимной гайки 38, укрепляется стрелка 39, конец которой скользит вдоль дуги цыферблата 40, поддерживаемого станиной 41, несущей также и подшипники оси валика. Поворотами валика помощью ручки 42 измеряется длина ординаты винтовой линии, соответствующая величине горизонтального угла α (фиг. 2) отклонения геометрической оси вертушки с контактным роликом 9 от начальной вертикальной плоскости АВ, нормальной к профилю, для чего ранее употребления прибор должен быть протарирован путем нанесения на цыферблате делений, соответствующих различным углам поворота α.

В приборе имеется три самостоятельные цепи гальванического тока: одна-11′-11′′ со звонком 11′′, проходящая через донный контакт 11, другая-2′-2′′ со счетчиком или звонком 2′′, проходящая через контакт вертушки 2, и третья-19′-19′′′ со звонком 19′′, проходящая через изолированную, проводящую поверхность 23 на мерном цилиндре 19. Обратным проводом для всех трех цепей служат металлические неизолированные части прибора и в том числе штанга 26.

Точность показаний прибора зависит от шага винтового хода и размеров мерного цилиндра 19 и надлежащим подбором их может быть доведена до желаемых размеров.

Для производства измерений описанным прибором, его устанавливают в данном профиле реки CD (фиг. 2), на данной вертикали и в данной точке потока так, чтобы геометрические оси штанги и прибора были вертикальный чтобы начальная плоскость АВ прибора была расположена под определенным углом, например, в 90°, к створной линии профиля; с этой целью пользуются визиром 28 с уровнем и градусным кольцом. Затем, замыкают цепи, наблюдают обычным способом величину скорости воды и одновременно приступают к измерению угла α (фиг. 2), образуемого течением в пункте наблюдения с начальной плоскостью АВ. С этой целью, вращая рукоятку 42, производят сначала небольшие цилиндра 19 до момента замыкания тока (звонок) на контрольном пояске 25 и устанавливают в момент замыкания стрелку 39 33 на контрольном штрихе К цыферблата 40. После этого, поворачивают несколько раз ручку 42 взад и вперед на некоторую часть полного оборота, каждый раз замечая в моменты начала или окончания звонкового сигнала показания стрелки 39 на цыферблате 40. Средняя величина из сделанных отсчетов и может быть принята за среднюю величину угла α, образуемого наблюдаемой струей воды с начальной плоскостью АВ.

Видоизменение прибора для производства метеорологических ветровых наблюдений заключается, во-первых, в упразднении донного контакта, во-вторых, в постановке и укреплении штанги, повернутой шкивом 27 вниз, а прибором вверх, и. в-третьих, в постановке в промежутке между гайкой 14 и мерным цилиндром 19 (фиг. 4) спиральной пружины, уравновешивающей с небольшим избытком силы вес мерного цилиндра 19. В случае надобности как для гидрометрических, так и для ветровых наблюдений прибор дополняется приспособлением для измерения вертикальных углов β образуемых направлением течения воды или воздуха и отсчитываемых от горизонтальной плоскости EF, т.-е. перпендикулярной к штанге 15 (фиг. 1). С этой целью прибор снабжается горизонтальной осью вращения, помощью укрепления вертушки и крестообразного, взамен вертикального, рулевого пера на овальном кольце 42₁, качающемся на двух боковых приливах 43 муфты 4, перпендикулярных как оси вращения лопастей вертушки, так и геометрической оси штанги 15, при чем вертушка и руль уравновешиваются в воде (фиг. 8). Сбоку к овальному кольцу 42₁ перпендикулярно горизонтальной оси вращения прибора неподвижно прикрепляется диск 19₁, с нанесенной на поверхности архимедовой спиралью 21₁, служащей границей между проводящей 23₁ и непроводящей 22₁ электр. ток поверхностями, при чем, по другую сторону овального кольца для уравнения веса и давления от течения среды устанавливается подобный же, но фальшивый диск. К муфте 4 со стороны контактного диска 19₁, выше и ниже его, на лапках 44 прикрепляются неподвижно два направляющих кольца 45, вдоль которых, с внешней стороны диска, может продольно перемещаться вертикальный стержень 46, несущий на нижнем своем конце контактный ролик 9₁, подобный ролику 9, непрерывно опирающийся на контактный диск 19₁. Стержень 46 имеет Г-образную форму и своей верхней вилкообразной раздвоенной горизонтальной частью 47 охватывает с боков цилиндрическую часть 16 прибора. Опираясь на верхний торец мерного цилиндра 19 в наинизшем его положении, стержень 46 все время остается как бы в свободно подвешенном к последнему состоянию; участвуя же во вращениях муфты 4. он своей раздвоенной горизонтальной частью скользит по верхнему гладкому торцу цилиндра 19. У нижней цапфы стержень 46 снабжается спиральной пружинкой 48, оттягивающей его вниз. Таким образом, мерный цилиндр при своих будет производить также и Г-образного стерженька с роликом и будет вызывать в добавочной цепи электр. тока контакты и их прекращения в моменты пересечения роликом 9₁ архимедовой спирали. К оси вращения 33 прикрепляется с задней стороны вторая стрела 39 (фиг. 6) и второй цыферблат 40, протарированный предварительно на градусы поворотов диска 19₁ по контактам вдоль архимедовой спирали, а в добавочную цепь электрического тока, проходящего через мерный диск, вводится электрич. звонок, отличающийся от других звонков, включенных в прибор, своим тоном. Наблюдения могут производиться по обоим цыферблатам, одновременно двумя наблюдателями.

1. Прибор для измерения скорости и направления движения воды или воздуха, вводимый в движущуюся среду при помощи, скрепленной с ним штанги, состоящей из приспособления, служащего для измерения скорости течения воды или воздуха, любого из известных типов и специального приспособления для измерения горизонтального угла, образуемого направлением потока с наперед заданным направлением, каковой прибор отличается применением насаженного на основной цилиндрический стержень 15 подвижного в осевом направлении без вращения вокруг своей оси цилиндра 19, состоящего из непроводящей электрический ток части 22 и проводящей ток части 23, линия раздела между которыми расположена по винтовой линии, каковой цилиндр 19 подвижен в осевом направлении против контактного ролика 9, укрепленного на пружине 8 стержня 7, скрепленного с цилиндрической оправой 4, поворотной на стержне 10 и несущей вертушку, при чем основной стержень 16, 10 и проводящая ток часть цилиндра 19 включены в цепь источника тока и указателя тока (фиг. 1, 3 и 5).

2. При указанном в п. 1 приборе при применении его и для определения вертикального угла между направлением потока и горизонтальной плоскостью, при пользовании вертушкой с крестообразным рулевым пером, применение приспособления, отличающегося снабжением овального кольца 42, на котором укреплена вертушка и которое качается на двух боковых приливах 43 муфты 4, диском 19₁, с нанесенной на его внешней поверхности архимедовой спиралью 21₁, ограничивающей проводящую электрический ток часть 23₁ от непроводящей его части 22₁, против какового диска 19₁ расположен, постоянно прижимаемый к диску ролик 9₁, подвижный в вертикальном направлении, сидящий на Г-образном стержне, верхней раздвоенной вилкообразной частью опирающимся на цилиндр 19, охватывая цилиндрическую часть 16, при чем проводящая часть диска 19₁ и ролик 9₁ включены в цепь источника тока и указателя тока (фиг. 1 и 8).

3. При указанном в п.п. 1 и 2 приборе применение и отсчетного приспособления, отличающегося снабжением штанги 15 в верхней ее части обоймой 41, несущей валик 34, служащий для наматывания на него стальной ленты 35, огибающей шкив 27 и присоединенной к кулачку 18 цилиндра 19, каковой валик снабжен стрелкой 39, движущейся против цыферблата 40 с делениями (фиг. 1, 4, 5, 6. 7 и 8).