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Meteorologische Registrierapparate

[697] Meteorologische Registrierapparate, Instrumente zur selbsttätigen Auszeichnung der Änderungen der meteorologischen Elemente. Über die allgemeinen Grundsätze der Registrierung vgl. Registrierapparate; hier sollen nur einige im meteorologischen Dienste weitverbreitete Apparate beschrieben werden.

Fig. 1. Thermograph von Aßmann-Fueß.

Für die Registrierung der Temperatur werden am meisten die Thermographen der Gebrüder Richard in Paris angewendet, denen Aßmann und Fueß die in Fig. 1 und 2 dargestellte Form gegeben haben. Den thermischen Motor bildet eine fast kreisförmig gebogene Neusilberröhre T (Bourdonröhre), die linsenförmigen Querschnitt hat und mit Amylalkohol gefüllt ist. Das eine Ende ist an den Halter a gelötet, während am andern der Übertragungshebel b c d sitzt.

Fig. 2. Schema des Richardschen Thermographen nach Aßmann.

Bei sinkender Temperatur zieht sich die Röhre zusammen, wodurch das freie Ende von d sinkt, während es bei[697] Erwärmung steigt, es trägt eine Schreibfeder, die ihre Bewegungen auf dem um die Walze M gelegten, mit Zeit- und Gradeinteilung versehenen Papier auszeichnet.

Fig. 3. Richardscher Barograph.

Durch ein inneres Uhrwerk wird die Walze M in einer Woche einmal um ihre Achse gedreht, so daß die Kurve die Temperatur für jeden Augenblick in dieser Zeit angibt.

Unter den den Luftdruck auszeichnenden Apparaten sind gleichfalls die Richardschen Barographen am weitesten verbreitet. Der barische Motor besteht aus sieben flachen elastischen Dosen (Fig. 3), deren jede die in Fig. 4 im Querschnitt wiedergegebene Form hat. Sie sind aus ringförmig gewelltem Neusilberblech hergestellt und luftleer gemacht; damit sie aber den Druck der Atmosphäre besser aushalten können, sind die Spannfedern f eingesetzt. Steigt der Luftdruck, so wird jede Dose etwas eingedrückt, nimmt er ab, so weitet sich jede; da sie alle auseinander sitzen und nur die unterste fest ausruht, versiebenfacht sich die Bewegung des an der obersten Dose befestigten Hebels. Von dort wird die Bewegung auf die Schreibfeder übertragen, die sie wie beim Thermographen auf der Walze aufzeichnet. Dieser Barograph ist aber kein selbständiges Instrument, sondern muß von Zeit zu Zeit mit einem Normalbarometer verglichen werden. Im Gegensatz dazu ist der Wagebarograph von Sprung und Fueß (Fig. 5) ein Normalinstrument, das zudem den Luftdruck bis auf 0,001 mm angeben kann. Der Motor ist hier das Barometer B, das durch g ausbalanciert ist, an dem kurzen Hebelarm L eines Wagebalkens hängt und die Luftdruckänderungen mittels der Schreibfeder S auf die Platte T als Kurve aufträgt.

Fig. 4. Querschnitt einer Federdose des Barographen.

Diese Platte sinkt durch ihre Schwere und treibt dabei mittels einer Zahnstange eine Uhr, die wiederum das gleichmäßige Sinken der Tafel reguliert. Das Quecksilber im Barometer B wird durch den Druck der Atmosphäre auf die Oberfläche des Gefäßes unten stets im Gleichgewicht gehalten; darüber befindet sich die Torricellische Leere (s. Barometer). Mithin ändert sich mit wechselndem Luftdruck auch der Druck auf das am Wagebalken hängende Rohr, und zwar genauer der Druck auf den Rohrquerschnitt. Nehmen wir an, daß der Luftdruck steigt, dann wird B und damit L herabgedrückt, während sich der Hebelarm t' hebt. Das Laufrad R, an dem der Schreibstift S hängt, geht zwar nach rechts, rollt aber nicht bis zum Drehpunkt von l', sondern wird daran durch einen vom Träger v herabgehenden Stift gehindert, der in einer Rille der Spindel c c' läuft. Am rechten Ende der Spindel sitzen zwei konische Räder, in die abwechselnd ein drittes, auf der Achse t sitzendes und von der Uhr gedrehtes, gleichfalls konisches Rad eingreift.

Fig. 5. Wagebarograph von Sprung-Fueß.

Hebt sich nämlich l', so wird durch die Stellschraube s ein Quecksilberkontakt bei e[698] geöffnet; dann lassen die Elektromagneten E den Hebel a los, und dieser drückt durch die Spannfeder f das Rad auf der Triebstange t an das rechte konische Rad der Spindel. Hierdurch wird die Spindel so gedreht, daß der Stift in der Rille und somitv, R und S nach links geht, bis das Gleichgewicht hergestellt ist. Dann tritt der Kontakt 8' und e ein; die Elektromagnete ziehen a an, t legt sich links an, und S geht auch nach rechts. Je nachdem der Luftdruck im Steigen oder Fallen anhält, geht S mehr oder weniger lange nach links oder rechts. Durch verschiedene Belastung von g kann man die Kurve auf verschiedenen Teilen der Schreibplatte auftragen lassen; ein andres Gewicht des Laufrades R bewirkt Änderung der Amplitude. Ein Lot an der linken Seite des Gestells soll die richtige Stellung des Apparats sichern; ein auf einem Metallstab verschiebbarer Nonius gestattet direkte Ablesung des Quecksilberstandes in B. Sprung hat auch nach dem gleichen Prinzip einen Thermobarographen konstruiert, bei dem der thermische Motor ein mit Stickstoff gefülltes Kupfergefäß ist.

Die Luftfeuchtigkeit kann man durch den Hygrographen der Gebr. Richard registrieren, der nach Art des Richardschen Thermographen gebaut ist. Als Motor dient ein Bündel entfetteter Haare, das je nach dem Feuchtigkeitsgrade der Luft seine Länge ändert, den Schreibhebel bewegt u. auf der Walze die jeweilige relative Feuchtigkeit angibt (vgl. Hygrometer, S. 700).

Fig. 6. Pluviograph von Hellmann-Fueß.

Ein Apparat, der gleichzeitig Luftdruck, Lufttemperatur und Feuchtigkeit auszeichnet, ist der Aspirationsmeteorograph (s. d.).

Die Niederschläge werden jetzt häufig durch den Pluviographen von Hellmann und Fueß (Fig. 6) ausgezeichnet, da er leicht zu überwachen ist; allerdings beschränkt man sich dabei nur auf die Sommerszeit, weil bei Heizvorrichtungen im Winter, die auch oft versagen, Schmelzwasser des Schnees durch Verdunstung verloren geht. Der Niederschlag fließt durch das Auffanggefäß A in das Gefäß G, in dem ein Schwimmer ist; er trägt die Stange S und durch sie eine Schreibfeder, die auf der durch Uhrwerk gedrehten Trommel T schreibt. Sind 10 mm Niederschlag gefallen, so entleert sich das Gefäß G mittels eines Hebers in die Sammelkanne K; dabei sinkt der Schwimmer und die Schreibfeder bis zur Nullstellung.

Fig. 7. Registrierprobe des Hellmannschen Pluviographen.

Die Fig. 7 enthält eine Probe der Aufzeichnungen dieses Apparats. Danach fielen von 12 bis 1)° Uhr 2 mm Regen, wodurch 10 mm voll wurden und der Apparat abheberte; letzteres wiederholte sich um 4¹⁰ Uhr noch einmal. Der Wind wird nach seiner Richtung und Stärke entweder durch mechanische oder elektrische Übertragung ausgezeichnet.

Fig. 8. Schreibapparat des Anemographen von Sprung-Fueß.

Will man nur die Richtung notieren, so wird ein mit Papier überzogener Zylinder direkt mit der Windfahnenachse verbunden und ein fester Schreibstift leicht dagegen gedrückt. Ein sehr vollkommener Apparat ist der von Sprung und Fueß für das meteorologische Observatorium in Potsdam konstruierte mechanische Windapparat, der gleichzeitig Richtung, Geschwindigkeit und Druck auszeichnet. Häufigere Verwendung fand der elektrisch registrierende Anemograph von Sprung und Fueß. Nach je 300 Umdrehungen eines Robinsonschen Anemometers (s. d.) erfolgt ein Kontakt, durch den der Elektromagnet E (Fig. 8), das Echappement A und das Steigrad A' in Tätigkeit gesetzt werden; dadurch wickelt sich von der Rolle V ein Stück des Papierstreifens P ab. und[699] die Schreibfeder F, die durch das Uhrwerk (links) und die Stange S von links nach rechts bewegt wird, macht einen kurzen senkrechten Strich, worauf sie bis zum nächsten Kontakt wagerecht nach rechts geht und schreibt. Durch den Uhrkontakt B wird S und F am Schluß jeder Stunde rasch nach links bis nahe zum Rande des Streifens gezogen und beginnt dann wieder langsam nach rechts zu gehen. Es entstehen so treppenartige Aufzeichnungen (Fig. 9), wo jede Stufe 300 Umdrehungen bedeutet; es wird daher nur so viel Papier verbraucht, als der jeweiligen Windgeschwindigkeit entspricht.

Fig. 9. Registrierprobe des Sprungschen Anemographen.

Zur Registrierung der Richtung schleift ein an der Fahnenachse befestigter, messingener Achtelbogen auf vier voneinander isolierten Viertelbogen von Messing, von deren jedem ein Draht zum Registrierteil geht und mittels der Elektromagneten e mit einer der Federn f verbunden werden kann. Der Achtelbogen kann auf einem oder auch zwei Viertelbogen schleifen und die Kontakte schließen; dann schreibt eine oder zwei Federn und registriert eine oder zwei der vier Haupthimmelsrichtungen. Im letztern Falle, wo z. B. die Süd- und Westfeder (S und W in Fig. 9) gleichzeitig schreiben, herrscht Südwestwind; aber schreibt die Südfeder dauernd u. die Westfeder mit Pausen, so ist Südsüdwestwind.

Fig. 10. Sonnenscheinautograph.

Für die Registrierung der Bewölkung existiert noch kein brauchbarer Apparat, wohl aber bilden eine Ergänzung dazu die Sonnenschein-Autographen, die entweder die optische Wirkung der Sonnenstrahlen (photographische Methode) oder die aktinische (Brennmethode) benutzen. Apparate letzterer Gattung sind die leichtest bedienbaren und daher am meisten verbreitet. Der Autograph von Campbell-Stokes (Fig. 10) sammelt die Wärmestrahlen der Sonne mit einer als Brennglas nach allen Seiten gleichmäßig wirkenden Glaskugel in einem Brennpunkte, der auf einer zu ihr konzentrischen Kugelschale dem wechselnden Sonnenort entsprechend herumwandert und auf einem dort angebrachten und mit Stundenlinien versehenen Kartonstreifen eine Brennspur hinterläßt. Gemäß dem Sonnenstande werden diese Streifen im Frühling und Herbst in die Nuten a, a (Fig. 11), im Winter in w, w und im Sommer in s, s eingeschoben. Endlich muß noch die Kugelschale mittels eines Gradbogens an ihrem Trägerfuß auf die geographische Breite des Beobachtungsortes eingestellt werden.

Fig. 11. Querschnitt der Schale.

Bei Nacht kann die Bewölkung teilweise dadurch registriert werden, daß ein photographischer Apparat nach dem Himmelspol gerichtet wird; dann werden die Sterne infolge der Drehung der Erde als Lichtkreisbogen auf der Platte erscheinen, wofern klarer Himmel war, während Wolken durch Unterbrechungen kenntlich sind (Pol-star-recorder von Pickering).

Für Drachen- und Ballonbeobachtungen sind die Konstruktionsbedingungen für m. R. naturgemäß andre als für die Zwecke fester Stationen am Erdboden. Von der großen Zahl solcher Instrumente sei zunächst der Aspirations-Rohrthermograph oder Baro-Thermo-Hygrograph von Hergesell und Bosch (Fig. 12) genannt.

Fig. 12. Baro-Thermo-Hygrograph von Hergesell und Bosch.

Da der Apparat sich im Ballon mit dem Winde bewegt, so muß, um die Luft an den Motorteilen vorbeizuführen, künstliche Ventilation angewendet werden. Durch Akkumulator und Elektromotor wird ein Flügelrad (in der Figur unten) getrieben, das die Luft durch ein Vertikalrohr[700] saugt. In diesem Rohr steckt ein zweites, unten befestigtes, dessen Längenänderungen mit der Temperatur durch ein Hebelwerk auf die oberste Schreibfeder übertragen werden. Der zweite Schreibhebel wird durch ein luftleeres Bourdonrohr (gekrümmtes Rohr von linsenförmigem Querschnitt), das sich mit Änderung des Luftdrucks mehr oder weniger krümmt, bewegt. Auf die dritte Schreibfeder wirkt mittels Hebelübertragung ein im Thermometerrohr ausgespanntes Haarbündel, das sich je nach der Luftfeuchtigkeit dehnt oder zusammenzieht. Eine vierte Feder kann zur Austragung einer Nullinie oder der Bewegungen eines Anemometers etc. dienen.

Fig. 13. Drachen-Anemometer nach Aßmann.

Das Gewicht des Instruments beträgt nur 1,5 kg. Das Drachen-Anemometer von Aßmann (Fig. 13) dient zur mechanischen Registrierung der Windgeschwindigkeit in der Höhe des Drachens. In einer trompetenartig sich erweiternden Röhre bewegt sich ein Rad mit acht Flügeln und überträgt die Zahl seiner Umdrehungen durch Zahnräder auf den Registrierapparat.

Vgl. die Einleitungen zu den »Ergebnissen der meteorologischen Beobachtungen in Potsdam, 1893 ff.« (Berl. 1895 ff.) und zu den Veröffentlichungen der andern Observatorien; »Zeitschrift für Instrumentenkunde«; die meteorologischen Zeitschriften (s. oben, S. 697); »Fortschritte der Physik«, III. Abschnitt: Meteorologische Instrumente (Berl., Braunschw.); Abbe, Treatise of meteorological apparatus (Washington 1887).