Батометр Советский патент 1940 года по МПК G01N1/14 

При экспериментальном исследовании режима взвешенных наносо;в встречается необходимость иметь такой измерительный прибор, который позволял бы производить одно1Бременйые и весьма точные измерения всех элементов твердого расхода взвешенных наносов в условиях потока небольших размеров.

В виду того, что среди существуюiJinx приборо в и методов изобретатель пе нашел способных удовлетворить всем предъявленным выше требованиям, ИМ был разработан, состав.тяющии предмет настоящего авторского свидч тельства прибор, названный и-м «уравнительным батометром.

Уравнительный батометр позволяет производить одновременные измерения средней скорости, средней мутности и ряда непрерывно изменяющихся или выборочных значений мгновенной мутности в «точке потока. Слово «точка взято в ковычки в связи с относительно большими размерами приемной части прибора.

В основу действия прибора положен принцип отсасывания воды из потока при помощи насоса или сифона со скоростью, не отличающейся от естественной скорости потока в месте отсасывания пробы.

Этот принцип, обеспечивающий возможность одновременного измерения скорости и мутности, гарантирует и максимальную точность измерения пос.медней. Действительно, в «точках потока, где градиент мутности велик, и особенно в «точках потока, близких к размываемому дну, несовпадение скоростей перед входом и внутри отсасывающей трубки может пос. ужить причиной значительного несовпадения .му гностн во взятой пробе воды с действительной мутностью в данной «точке потока.

Последнее вытекает из следующих э; ементарных соображений: если скорость внутри трубки будет меныпе скорости потока у входа в трубку, то трубка не сможет пропустить всего расхода воды, проходящего через соотвегствуюпд,ий элемент живого сечения потока, в результате чего потоК перед входом в трубку будет расходиться. Наоборот, если скорость ненарушенного потока перед входом в: отсасывающую трубку будет меньше скорости внутри нее, то- упомянутыйрасход воды окажется недостаточным для

заполнения всего поперечного сечения приемной части трубки и, следовательно, поток перед входом в трубку будет сходиться.

Таким образом, тфи скорости потока перед входом в отсасывающую трубку, меньшей скорости внутри трубки, последняя будет частично захватывать мутность из слоев потока, расположенных соответственно выше и ниже занимаемого ею пространства. Вследствие этого эпюра измеренной мутности будет сглажена больше, чем прн измерении мутности в условиях равенства скоростей вперед входо м и внутри отсасывающей трубки. Кроме того, если отсасывание воды производится вблизи размываемого дна, то сходящийся перед трубкой поток будет уве.тичивать интенсивность размыва дна, в связи с чем измеренная мутность окажется значительно завышенной. Наоборот, поток, расходящийся перед трубкой, бултет уменьшать интенсивность размыва дна выше прибора и увеличивать интенсивность выпадения здесь нанооов. В последнем случае измеренная мутность окажется заниженной.

В уравнительном батометре приннип отсасывания воды с естественной скоростью потока реализован на базе следующих очевидных положе1п- Й.

Рассмотрим течение вблизи приемной части всасывающей трубки (фиг. 1 чертежа) в условиях, когда скорости потока непосредственно перед трубкой и внутри ее одинаковы.

Такое равенство скоростей обеспечивает отсутствие сжатия струи при входе и нотому можно нренебрег-ать потерей энергии на малой длине 1.

Уравнение баланса энергии для участка 1-2 потока можно написать в виде

Р, : (1)

Г,г, 2 ,2k-l/

Так как по условиям работы прибора

Vj -- V ,

то уравнение () удовлетворяется при равенстве

Р - Р

I- г .

давлений в точках 1 и 2.

хМалая длина рассматриваемого участка позволяет пренебрегать перераспределением скорости, вызываемым

действием стенок трубки на поток, как внутри, так и вне трубки, и считать распределение скоростей, при условии достаточно малой толщины стенок одинаковым, а распределение давлений - следующим гидростатическому закону.

ПоЭтому давление Р.. в сечении 2 внутри трубки может быть определено как давление на внутреннюю поверхность трубки, а дав.чение Р, вне ее определяется давлением на внешнюю поверхность трубки.

Таким образом, совнадение скоростей течения перед трубкой и внутри трубки ЛЮжет быть установлено по равенству давлений па внешнюю и внутреннюю поверхности трубки на малом расстоянии от входа.

Схема прибора изображена на фиг. 2 чертежа. Искомая величина скорости отсасывания воды устанавливается регулированием расхода воды в отсасывающей трубке (а) посредством винта (г), сжимающего трубку (а) в ее j-ибкой части (а ).

Необходимый при этОМ контрол1 правильности установки скорости отсасывания воды осуществляется с помощью приспособлення, позволяющего фиксировать равенство давлений на внутреннюю и внешнюю поверхности приемной части трубки.

Это приспособление состоит из тонких трубок (б) и (б ), соединя.ющих статические отверстия на внешней и внутренней поверхностях нриемной части трубки (а). Прн удалении из трубок (б) и (б ) воздуха, что достигается его отсасыванием через трубку (с), в них возникает течение воды, направление которого определяется превышением давления в том или другом статическом отверстии а. или и.

Течение воды в трубках (б) и (б ) может быть легко обнаружено в их прозрачных частях (б) посредством введения через трубку (д) относительно небольших объемов подкрашенной воды.

Так как искомой величине скорости отсасываемой воды соответствует равенство давлений на внутреннюю и внешнюю поверхности приемной частг; отсасывающей трубки, то рабочее состояние нрибора характеризуется отсутствце.м течения воды в частях (б) трубок. образом, регулирование прибора состоит в уравнивании упомянутых давлений, вследствие чего прибор и назван изобретателем «уравнительным батометром. Описа«ное приспособление для контроля равенства давлений весьма выгодно отличается от манометра тем, что в нем отсутствует сопротивление сил по зерхностното натяжения жидкости. Благодаря оно делает прибор одинаково пригодным для работы как :при больших, так и при весьма малых скоростях потока и обеспечивает возможность достаточно быстрого измерения скорости. Последнее позволяет производить точные измерения мутности как в случае установившегося течения, так и в условиях .медленного изменения режима потока. Тщате.тьное и одинаковое выполнение статических отверстий х и 3 исключает необхадимость тарировки прибора. Однако, как показали опыты автора, строгое выполнение этого условия при .малых скоростях не является обязательным. Измерение средней .мутности и средней скорости в «точке потока с помощью уравнительного, батометра производится объемпым способом. Средняя скорость v определяется из формулы ) где Q - объе.м взятой пробы, t - вре.мя взятия пробы, f - площадь входного отверстия прие.мной части всасывающей трубки. Для определения средней .мутности у слзжит формула: где m -.- 1 - р - коэфициент статическоГ сплошности осажденных в пробе наносов (р - коэфициент порозности), ;- - объем осажденных наносов. Определение выборочных или непрерывно сменяющихся значений мгновенной мутности в «точке потока при применении уравнительного батометра сводится к их из.мерению в определенно.м .месте отсасывающей трубки. Такой способ основан на предположении, что неравномерность поступления .мутности в отсасывающую трубку, являющаяся результатом пульсации мутности у входа в последнюю, :в основном сохраняет свой характер и в любом сечении отсасывающей трубки, не слищком удаленном от входа. Измерение выборочных величин мгновенной мутности в фиксированном сечении отсасывающе трубки производится путе.м фотографирования на пленку пучка света от светового источника постоянной силы, пропущенного сквозь поток в отсасывающей трубке через специальные окна (в). Различные выборочные величины мгновенной MyTHOCTji у окощка всасывающей трубки, характеризующие поле мгновенных мутностей в «точке- всасывания воды, фиксируются на фотопленке в виде отдельных кадров различной прозрачности. Условные числовые выражения прозрачности полученных кадров могут быть найдены посредством фотометрического и фотоэлектрического анализа их. Переход от условных числовых выражений прозрачности кадров пленки к долям единипы. выражаюишм .vryTHocTb, может быть получен путем сопоставления среднего арифметического значения характеристики прозрачности с величиной средней мутности, измеренной объемным способом. Предмет изобретения. 1. Батометр, основанный на принци пе отсасывания жидкости из потока при по.мощи насоса или сифона и испoльзye тый для измерения скорости и yтнocти потока, отличающийся те.м, что, с целью повышения точности измерений путем отсасывания жидкости со скоростью, не отличающейся от естественной скорости потока в месте отбора пробы, к погружаемом) в поток приемному концу всасывающей трубки присоединены две тонкие трубки, соединенные с коленами диференциального манометра и открытые - одна внутрь всасывлрощей трубки, а другая - наруж - (в поток) с тем, чтобы по показанию манометра можно ; 2. В батометре по п. 1 аримененне было установить скорость отсасыва- приспособления для фотозаписи :.у7} ия равной скорости течения.пости жидкости.

ij.

Фиг1