Hidrológiai Közlöny 1970 (50. évfolyam)

5. szám - Dr. Varga Sándor: Cseppdinamikai hatások mérésére alkalmas mérőfejek tervezési szempontjai, különös tekintettel a csapadékfizikai kutatásokra és a szórófej vizsgálatokra

Dr. Varga S.: Cseppdinamikai hatások mérése Hidrológiai Közlöny 1970. 5. sz. 235 Tekintettel arra, hogy az ,,a>" valamint figyelembevételénél messzemenően biztonságosan jártunk el, a mérőfej felfogólapjára jutó és ott esetlegesen megtapadó vízcsepp, vagy vízfilm járulékos ,,m" növelő hatása elhanyagolható. Az így méretezett mérőfej elektromos — pl. mérőtranszformátoros — áttételezés után, szintíró közbeiktatásával, a felületére hulló vízcseppek kinetikai energiatartalmával arányos impulzusjeleket rajzol a megadott hibahatárral, vagy annál pontosabban. Utólagos értékelés lehetséges, hiszen a szintíróknál a papírszalag sebessége ismert, sőt több fokozatban tetszés szerint változtatható. A cseppütésmérés gyakorlati kivitelezéséhez hozzátartozik a mérőfej kalibrálása is. A már többször említett mérőtranszformátoros áttételezés nagyon egyszerű és bármikor könnyen végrehajt ható kalibrálási — ellenőrzési — lehetőséget rejt magában : statikus súlyterheléssel lehet ugyanis az egyes impulzus csúcsok (azaz az egyes cseppkinetikai energiatartalmak) összehasonlító mérőszámát megadni. Minthogy célunk elsősorban az egyes cseppek kinetikai energiatartalmával arányos, megbízható és ellenőrizhető pontosságú mérőszámot szolgáltató mérőfej kialakítása volt, a tényleges kinetikai energiatartalomra való átszámítás megoldási lehetőségeivel nem foglalkozunk, csupán utalunk arra, hogy laboratóriumi körülmények mellett az átszámítási tényező meghatározása sem okozhat különösebb nehézséget. A mérőfej mindenkori állapotának, több mérőfej azonos tulajdonságainak ellenőrzésére azonban a statikus súlyterhelés egyszerű műveletével azonnal és mostoha körülmények között is lehetőség van. Mint minden véges tömegű mechanikai szerkezetet, úgy a fentiekben leírt mérőfejet is — kialakításától függően — egy bizonyos „megszólalási szint" jellemez, azaz, bizonyos energiaszint alatt a mérőfej nem jelez, érzéketlen, ez azonban a„Bevezetés"ben megjelölt célok elérésében nem gátol bennünket: nem az abszolút, ez összes kinetikai energiatartalmat, hanem csak a nagyobb cseppek által képviseltet óhajtjuk ismert pontosságú mérőszámmal kifejezni, azokat összehasonlítani, stb. bár az eddigi idevágó kutatási munkák eredményeiből azt is tudjuk, hogy a nagyobb cseppek által képviselt kinetikai energiatartalom egy csepphalmaz energiatartalmának jelentős részét képviseli (70—90% kb). (A kicsiny cseppeket, csepphalmazokat nem kinetikai energiatartalmuk, hanem intenzitásuk teheti számunkra veszélyessé, különösen kötött talajokon). 2.2 Permetnyomásmérő-fej Ez a fej típus nem az egyes cseppek ütőerejének, a mérőfelületre hullott cseppek számának meghatározására szolgál. Tekintélyes méretű felfogólapja (100—500 cm

2) a hozzácsatlakozó csillapítórendszerrel együtt arra hivatott, hogy a lehulló csepphalmazoknak mintegy a nyomását, a eseppdinamikus hatásátlag burkológörbéjét írja le, a már említett és ajánlott mérőtranszformátoros jelátalakító segítségével. Ez a fejtípus egyaránt alkalmazható külső mérési munkáknál, terepeken. vagy mérőállomáson, laboratóriumban. Ekkor indikálóműszerül stabilizált telepfeszültséggel működő, hőmérsékletkompenzált tranzisztoros erősítő és passzív integrátorra kapcsolt tranzisztoros „csővoltmérő" szolgálhat. Ez a berendezés-komplexum a technika jelenlegi állása mellett már sem árban, sem terjedelemben nem jelentős. Segítségével a permetnyomásmérő-fej felett áthaladó szórófej sugár, vagy meghatározott ideig mért természetes csapadékcseppek kinetikai energiatartalmának integrált értékét határozhatjuk meg. Természetesen itt is érvényes az a megjegyzés, hogy a permetnyomásmérő-fej, kialakításától függően, bizonos energiaszint felett jelez esak. Kalibrálása — a cseppütésmérő fejhez hasonlóan — statikusan történhet. Szintíróra kapcsolva a mérés tartama alatti energiaszint változások is vizuálissá tehetők, felfogólap helyett edényt alkalmazva egyúttal az integrált érték is leolvasható stb. Méretezéséhez a (2) egyenlet P=P(t) időben változó erőhatás esetére az alábbi eredményeket szolgáltatja: , , 1 ahol oc = — (6) 1 mc D=a csillapítás mértéke; k=a csillapítási tényező, Ez kis sebességeknél a sebességgel arányos és ti valóságban — mint a sebességgel ellentétes irányú súrlódási erő — mindig fellép. Ennél a fejtípusnál a csillapítás mértékét 1) - 1 értékre állítjuk be; pl.: állítható légfékes csillapítóval. Ebben az ún.: kritikus vagy aperiodikus csillapítás állapotában a permetnyomásmérő fej felfogólapja a reáhulló csepphalmaz dinamikai ütőhatása következtében úgy mozog, mint egy nagysúrlódású folyadékban egyik irányban kitérített inga, amely már a másik oldalra nem lendíil ki. A D= 1 csillapítási érték beállításához — éppen a javasolt elektronikus, mérőtranszformátoros áttételezés eredményeképp — empirikus úton is hozzájuthatunk, oszcilloszkóp, oszcillográf, vagy szintíró segítségével. 3. Differcnciál-transzformátoros mérőátalakítók A differenciál-transzformátoros mérőáralakítókkal világszerte igen kedvező tapasztalatokra tettek szert. Mérési célokra először az USA-ban alkalmazták. Legnagyobb előnye abban rejlik, hogv — amint azt az alábbiakban bemutatjuk — a hídkapcsolás (műszertechnikában előszeretettel alkalmazott megoldás) itt a mérőátalakító mágneses körében került kialakításra. így megfelelő méretezés mellett igen hosszú vezetékek is alkalmazhatók anélkül, hogy az így előálló kapacitásváltozások említésre méltó hibát vinnének be a mérőrendszerbe. Az eddigi fejlesztési munkák során e mérőátalakítók három alaptípusát fejlesztették ki, amelyekkel kapcsolatban már konkrét eredmények is rendelkezésünkre állanak. A következőkben a leg* gyakrabban alkalmazott és legegyszerűbb differenciáltranszformát oros mérőátalakítót ismertet j ük,