Научная статья на тему 'Развитие методов и средств измерения расхода жидкости с древнейших времен до XIX века'

Развитие методов и средств измерения расхода жидкости с древнейших времен до XIX века Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
185
50
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
расходомер / расход / история науки и техники / объемный расходомер / турбинный расходомер / flow meter / flow rate / history of science and technology / volumetric flow meter / turbine flow meter

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Севницкий Сергей Анатольевич, Уметбаев Фанис Сагитович, Мастобаев Борис Николаевич, Валеев Анвар Рашитович, Габдинуров Галинур Рашитович

В статье рассмотрено развитие методов и средств измерения расхода жидкости с древнейших времен до XIX века, а также отмечены ученые, внесшие наибольший вклад в этой области. История измерения методов и средств измерений расхода начинается более тысячи лет назад, но первые принципы их работы начали пониматься только в последние четыре столетия. В статье показано, как произошло изменение задач для средств измерения расхода: первые расходомеры были направлены на учет воды при ее продаже потребителям, а ближе к концу XIX века стали использоваться для промышленных и коммунальных целей. Методы измерения расхода, изобретенные в XIX веке, фактически определили принципы работы большинства современных расходомеров. Построение целостной историко-технической картины развития методов измерения расхода является важной задачей в истории науки и техники.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Севницкий Сергей Анатольевич, Уметбаев Фанис Сагитович, Мастобаев Борис Николаевич, Валеев Анвар Рашитович, Габдинуров Галинур Рашитович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF METHODS AND MEANS OF MEASURING FLOW RATE FROM ANCIENT TIMES TO THE 19TH CENTURY

The Paper is devoted to development of methods and means of measuring fluid flow from ancient times to the XIX century, and also notes the scientists who have made the greatest contribution in this field. The history of measuring methods and means of measuring flow begins more than a thousand years ago, but the first principles of their work began to be understood only in the last four centuries. The study shows how the tasks for flow measurement tools changed: the first flow meters were aimed at accounting for water when it was sold to the consumer, and towards the end of the 19th century, they began to be used for industrial and municipal purposes. Flow measurement methods invented in the 19th century actually determined the principles of operation of most modern flow meters. Creating a holistic historical and technical overview of the development of flow measurement methods is an important task in the history of science and technology.

Текст научной работы на тему «Развитие методов и средств измерения расхода жидкости с древнейших времен до XIX века»

УДК 53.082

https://doi.org/10.24412/2226-2296-2022-2-3-37-43

I

I

Развитие методов и средств измерения расхода жидкости с древнейших времен до XIX века

Севницкий С.А.1 , Уметбаев Ф.С.1, Мастобаев Б.Н.2, Валеев А.Р.2, Габдинуров Г.Р.2

1 ФБУ Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Республике Башкортостан, 450006, г. Уфа, Россия

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9682-4463, E-mail: sevnizkii@rambler.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4310-1613, E-mail: fan2006@mail.ru

2 Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5379-9520, E-mail: mastoba@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7197-605X, E-mail: anv-v@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9115-2733, E-mail: gaberloft@gmail.com

Резюме: В статье рассмотрено развитие методов и средств измерения расхода жидкости с древнейших времен до XIX века, а также отмечены ученые, внесшие наибольший вклад в этой области. История измерения методов и средств измерений расхода начинается более тысячи лет назад, но первые принципы их работы начали пониматься только в последние четыре столетия. В статье показано, как произошло изменение задач для средств измерения расхода: первые расходомеры были направлены на учет воды при ее продаже потребителям, а ближе к концу XIX века стали использоваться для промышленных и коммунальных целей. Методы измерения расхода, изобретенные в XIX веке, фактически определили принципы работы большинства современных расходомеров. Построение целостной историко-технической картины развития методов измерения расхода является важной задачей в истории науки и техники.

Ключевые слова: расходомер, расход, история науки и техники, объемный расходомер, турбинный расходомер. Для цитирования: Севницкий С.А., Уметбаев Ф.С., Мастобаев Б.Н., Валеев А.Р., Габдинуров Г.Р. Развитие методов и средств измерения расхода жидкости с древнейших времен до XIX века // История и педагогика естествознания. 2022. № 2-3. С. 37-43. DOI:10.24412/2226-2296-2022-2-3-37-43

DEVELOPMENT OF METHODS AND MEANS OF MEASURING FLOW RATE FROM ANCIENT TIMES TO THE 19TH CENTURY Sergey A. Sevnitsky1, Fanis S. Umetbayev1, Boris N. Mastobaev2, Anvar R. Valeev2, Galinur R. Gabdinurov 2

1 FBU State Regional Center for Standardization, Metrology and Testing in the Republic of Bashkortostan, 450062, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9682-4463, E-mail: sevnizkii@rambler.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4310-1613, E-mail: fan2006@mail.ru

2 Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5379-9520, E-mail: mastoba@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7197-605X, E-mail: anv-v@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9115-2733, E-mail: gaberloft@gmail.com

Abstract: The Paper is devoted to development of methods and means of measuring fluid flow from ancient times to the XIX century, and also notes the scientists who have made the greatest contribution in this field. The history of measuring methods and means of measuring flow begins more than a thousand years ago, but the first principles of their work began to be understood only in the last four centuries. The study shows how the tasks for flow measurement tools changed: the first flow meters were aimed at accounting for water when it was sold to the consumer, and towards the end of the 19th century, they began to be used for industrial and municipal purposes. Flow measurement methods invented in the 19th century actually determined the principles of operation of most modern flow meters. Creating a holistic historical and technical overview of the development of flow measurement methods is an important task in the history of science and technology.

Keywords: flow meter, flow rate, history of science and technology, volumetric flow meter, turbine flow meter. For citation: Sevnitsky S.A., Umetbayev F.S., Mastobaev B.N., Valeev A.R., Gabdinurov G.R. DEVELOPMENT OF METHODS AND MEANS OF MEASURING FLOW RATE FROM ANCIENT TIMES TO THE 19TH CENTURY. History and Pedagogy of Natural Science. 2022, no. 2-3, pp. 37-43.

DOI:10.24412/2226-2296-2022-2-3-37-43

Интерес к определению расхода потока жидкости зародился за тысячи лет до нашей эры в Египте, где орошение водой было жизненно важным видом деятельности для выживания. Вероятно, первым примитивным счетчиком воды, использовавшимся египтянами, была грубая форма плотины, сооруженная около 3 тыс. лет назад. Китайцы, греки и египтяне использовали астрономические наблюдения и солнечные часы для определения времени, но из-за

2-3 • 2022 История и педагогика естествознания

непостоянства погоды необходимо было изобрести другие методы. Первые часы, изобретенные ранними египтянами, управлялись потоком воды (клепсидра) и датируются, по меньшей мере 1400 годом до нашей эры (рис. 1) [1].

Они состояли из чаши, наполненной водой, которая вытекала через небольшое отверстие, и время измерялось по падению уровня воды. По-видимому, было оценено, что неправильная конструкция чаши может привести к «нелиней-

37

ному» измерению времени при снижении уровня, поэтому чаше стали придавать коническую форму. Чаши такой формы все равно были неточными, но они были все же лучше, чем прежние. Затем было обнаружено, что если в чашу непрерывно подавалась вода со скоростью, которая вызывала переполнение, то поток через отверстие был постоянным. Это позволяло измерять время в прямой зависимости от уровня воды при сборе в параллельном сосуде.

Стоит отметить, что еще в римские времена (с 75 г. н.э.) не было широко известным, что расход потока зависит от напора и формы отверстия. Хотя установлено, что Герон Александрийский, живший около 150 г. до н. э., четко понимал, что расход определяется как произведение площади сечения на скорость [2].

Примерно до 1500 года н.э. существует только скудная историческая информация об измерении расхода жидкости. Вероятно, значимый прогресс в эти годы отсутствовал, потому что существенные взаимосвязи между напором, площадью и расходом были явно еще не известны. Однако начиная с XVI века знания о течении воды начали интенсивно развиваться благодаря трудам ряда выдающихся ученых.

Даже Леонардо да Винчи (1452-1519), по-видимому, не понимал полной взаимосвязи между напором и расходом потока, но он смог развить интерес к гидравлическим явлениям, который сохранялся на протяжении последующих столетий. В 1502 и 1503 годах в качестве главного инженера Леонардо да Винчи руководил работами по строительству каналов и портов на большой территории Италии, а затем участвовал в строительстве каналов во Франции. Во время своей деятельности он отметил особенности течения потока и соответствующие завихрения, образуемые на выходе из суженной плотины. Также Леонардо да Винчи изучал вихри, образуемые при обтекании тел. Он отмечал, что вихри одновременно обладают двумя видами движений: поступательным совместно с движением потока, и вращательным [3].

Бенедетта Кастелли (1578-1643) также имел четкое понимание взаимосвязи расхода, площади и скорости потока но, по-видимому, не понимал взаимосвязи между напором и скоростью. Его ученик Евангелиста Торричелли (16081647) смог понять, что расход истечения через отверстия изменяется в зависимости от квадратного корня из напора. В 1641 году он сформулировал закон истечения воды из отверстия в открытом сосуде и получил формулу для определения скорости потока, названную впоследствии его именем [4]. Его утверждение было следующим: «скорость V истечения жидкости через отверстие в тонкой стенке, находящееся в емкости на глубине от поверхности, такая же, как и у тела, свободно падающего с высоты II», то есть:

Рис. 1. Древние клепсидры: а - клепсидра из египетского храма Карнака. XIV век до н.э.; б - эскиз клепсидра

ную природу. Также он отмечал, что если струя жидкости вытекала из отверстия в резервуаре, то рядом со стенкой резервуара была точка, где площадь поперечного сечения струи была минимальной [54].

Несмотря на то что Ньютон определил импульс и силы трения в потоках жидкости, большинство теоретиков XVIII века предпочли пренебречь элементом трения.

Доменико Гульельмини (1655-1710) изучал течение воды в реках и определял расходы в них. Изобрел расходомер для измерения речных потоков. Его устройство состояло из шара, который был подвешен на нити к раме и опущен в реку. Поток воды отклонял шарик и нить от их вертикального положения, а угловое отклонение измерялось с помощью шкалы, откалиброванной в единицах скорости [6].

Эдме Мариотт (1620-1684) был настоятелем монастыря близ Дижона, Франция, и среди его многочисленных вкладов в научные вопросы была статья под названием «Работа о движении воды и других жидких тел», которая была опубликована в Париже в 1686 году, через два года после его смерти. В данном труде были приведены его собственные экспериментальные наблюдения, включая взаимозависимость скорости и площади поперечного сечения. Был отмечен эффект неравномерности потока и самое главное, факт, что сила струи воды пропорциональна квадрату ее скорости. Он попытался установить расход для сечения с диаметром в один дюйм для различных напоров. Он также выступал за измерение скорости жидкости в открытых каналах путем определения времени прохождения поплавком заданного расстоянии [6-7].

Даниэль Бернулли (1700-1782) широко известен благодаря закону, опубликованному им в 1738 году и получившему его имя [7]:

--тЩдй,

(1)

где д - ускорение свободного падения.

Фактически это исследование заложило основу фундамента гидравлики, построение которого 100 лет спустя завершил Даниэль Бернулли.

Исаак Ньютон (1642-1727) применил разработанные им же законы движения и вязкости к потоку жидкости и попытался разработать теорию, включающую импульс жидкости и сопротивление движению тела, проходящего через нее. Ньютон подчеркнул факт, выявленный Галилео Галилеем, что силы, возникающие из-за инерции, и силы, возникающие из-за эффектов трения или вязкости имеют различ-

рд 2д

=

рд 2д

(2)

где z1 и z2 - высотная отметка сечений 1 и 2; Р1 и Р2 - давление жидкости в сечениях 1 и 2; у1 и - скорость течения в сечениях 1 и 2; д - ускорение свободного падения; р - плотность жидкости.

Согласно данному закону, сумма потенциальной энергии, энергии давления и кинетической энергии постоянна. Бернулли вывел только неполную форму уравнения, носящего его имя. Леонарду Эйлеру (1702-1783) было поручено разработать на основе второго закона движения Ньютона общую форму уравнения для невязких жидкостей. Оба этих

(38)

История и педагогика естествознания

2-3 ■ 2022

рд

пьезометрическая / трубка

VI 29

_Р_

рд

V.

трубка Пито

¿1

Рис. 2. Средство измерения скорости потока - трубка Пито: а - пьезометрическая трубка;

б - трубка Пито

Рис. 3. Расходомер Вольтмана (1790)

Рис. 4. Современная интерпретация расходомера Вольтмана - турбинного расходомера

ученых учились в знаменитой школе физики Базельского университета в Швейцарии. В работах Бернулли и Эйлера игнорировались эффекты вязкости - это упущение позже было исправлено Навье и Стоксом.

Джованни де Полени (1683-1761) был профессором математики в университете Падуи и интересовался гидродинамикой [8-9]. В частности, в 1716 году он изучил вертикальную острую гребенчатую плотину без боковых сужений и предложил формулу для определения расхода через плотину в зависимости от ее геометрических параметров:

Стоит отметить, что Джованни де Полени также внес значительный вклад в основную теорию истечения жидкости через отверстие.

До начала XVIII века прогресс в измерении расхода был в основном теоретическим, но в 1732 году Анри Пито (1695-1771) предложил эскиз устройства для измерения скорости воды и скорости движения судов [9], а Генри Дарси (1803-1858), английский физик, воплотил его в жизнь в 1848 году [10] Данное устройство известно сегодня как трубка Пито (рис. 2) [11].

Другое устройство для измерения расхода изобрел Рейнхард Вольтман (1757-1837) из Гамбурга в 1790 году. Оно представляло собой многолопастный вентилятор для измерения речных потоков [12]. Это был предшественник семейства измерительных приборов и турбинных счетчиков, некоторые из которых до сих пор носят его имя (рис. 3-4).

Джованни Баттиста Вентури (17461822) в 1797 году написал труд «Экспериментальные исследования принципа латеральной связи движения в жидкостях, применимые к объяснению различных гидравлических явлений» [13], в котором был предложен закон, ныне известный под его именем. Эффект Вентури является следствием действия закона Бернулли и заключается в падении давления, когда поток жидкости или газа протекает через суженную часть трубы [14].

На основе данного закона можно вывести формулу для определения расхода:

Q

(4)

Q = 0,67^ЬН

3/2

(3)

где Q - расход через плотину; Ь - ширина плотины; Н - высота плотины; д - ускорение свободного падения.

где А1 и А2 - площади поперечного сечения потоков соответственно в широкой и узкой частях потока; р1 и р2 -давления соответственно в широкой и узкой частях потока; р - плотность жидкости.

Клод Луи Мари Анри Навье (1785-1836) был инженером и математиком, который объединил существовавшие на тот момент теорию и практику гидродинамики. В 1823 году он разработал систему уравнений для несжимаемой жидкости, включающую оператор, связанный с вязкостью [15].

Жан Луи Мари Пуазейль (1799-1869), французский врач и ученый, занимался вопросами кровообращения и дыхания животных и людей [16]. В 1840-1841 годы он экспериментально установил закон истечения жидкости через тонкую цилиндрическую трубку, который впервые был сформулирован в 1839 году Готтхильфом Хагеном. Впоследствии данный тип ламинарного течения стал называться его именем. Именем Пуазейля в 1913 году названа единица динамической вязкости (пуаз) [17].

2-3 ■ 2022

История и педагогика естествознания

[39]

б

а

Сэр Джордж Гэбриел Стокс был ученым, изучавшим вязкость жидкости, и в его честь было названа единица кинематической вязкости [18]. Исследования Стокса по поведению жидкостей, выполненные в 1845 году, позволили дополнить работы Навье, что привело к созданию уравнения, названного именем этих ученых - уравнения Навье-Стокса.

В векторном виде для жидкости уравнение Навье-Стокса записывается следующим образом:

дУ 1 ^

— = -(V. V) V + уАу --Ур + f, дt р

(5)

где V - оператор набла; А - векторный оператор Лапласа; t - время; V - коэффициент кинематической вязкости, р -плотность, р - давление, V - векторное поле скорости, f -векторное поле массовых сил.

В XIX веке темпы развития теории измерения расхода и средств измерений значительно ускорились.

Первые опыты по измерению расхода воды электромагнитным методом проводил Майкл Фарадей (1791-1867), который в 1832 году сообщил о неудачном эксперименте по измерению расхода реки Темзы. В опыте магнитное поле создавалось естественным образом землей, а электроды представляли собой большие металлические пластины, сброшенные с моста Ватерлоо в Темзу. Ему не удалось добиться удовлетворительных результатов. Вероятно, поляризационные сигналы заглушали сигналы, вызванные потоком, а его электроизмерительное оборудование имело недостаточную чувствительность [19]. Однако Уильяму Хайду Волластону в 1851 году удалось провести аналогичный эксперимент. Но именно фундаментальные исследования Фарадея в области электромагнетизма заложили основы для электромагнитных расходомеров [19].

Осборн Рейнольдс (1842-1912), профессор инженерии в колледже Оуэнса (который позже стал Манчестерским университетом), оказал значительное влияние на развитие гидравлики и средств измерения расхода [20]. Его именем названо безразмерное выражение, описывающее режимы течения. В 1883 году он опубликовал работу, описывающую параметры, ответственные за обтекание, переходный и турбулентный потоки [21-22]. Его эксперименты по демонстрации закономерностей течения были проведены в стеклянном резервуаре размером 2 на 0,5 м, заполненном водой, где в качестве маркера использовалась струя красителя. Он также был одним из первых работников в области моделирования, который построил масштабную модель туннеля Мерси и показал, как можно предсказывать характеристики реальных объектов.

Клеменс Гершель (1742-1830) продолжил исследования Вентури в практическом ключе. Он представил прибор, известный ныне как счетчик Вентури. Данный прибор позволил инженерам водоснабжения и водоотведения решать проблемы, влияющие на экономику и эффективность их работы, способом, ранее невозможным. Гершель назвал прибор именно в честь Вентури, чтобы подчеркнуть его вклад в развитие теории измерений. Первая трубка Вентури, созданная Гершелем в 1887 году, имела диаметр 108 дюймов и длину 87-89 футов [23]. В 1888 году опубликован его патент на данное устройство [24].

Он также сделал 12-метровый расходомер для канала Холиоак. Эксперименты Гершеля были описаны в трудах Американского общества инженеров-строителей в 1888 году.

Для коммерческих целей было необходимо измерение не мгновенного расхода, которое обеспечивало, в частности, трубка Вентури, а суммарный расход за определенное время, иначе говоря счетчики. Первый газовый счетчик,

Рис. 5. Запатентованное устройство Гершеля для измерения расхода

включавший вращающийся барабан с водяным уплотнением, был изобретен в 1815 году Сэмюелем Клеггом и примерно на пять лет опередил первый счетчик вод. А в 1843 году Уильям Ричардс изобрел счетчик сухого газа мембранного типа со скользящими клапанами, аналогичный газовому счетчику, используемому сегодня.

В целом коммерческие конструкции счетчиков воды можно проследить примерно с 1820 года. В период с 1820 по 1850 год было выдано около 13 патентов, описывающих конструкции счетчиков воды. С 1850 по 1855 год был зарегистрирован еще 61 патент [1].

Вероятно, первый коммерческий прибор, используемый для учета воды в домашних условиях, был изобретен в 1825 году Сэмюелем Кроссли. Позже он был перестроен Мидом. Он состоял из двойного ковша, который может вращаться вокруг вала, и был разделен на равные части пластиной. Прямо над этим качающимся центром находилась подводящая труба, попеременно заполнявшая два ведра. За счет веса воды наполненное ведро наклонилось и выливало свое содержимое в резервуар внизу. Затем начиналось наполняться второе ведро, и цикл повторялся. Качание ведра приводило в действие счетчик с помощью храповика и собачки.

Эти счетчики воды были дешевыми и точными, но неудобными в использовании, так как они не могли работать

¿40

История и педагогика естествознания

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2-3 • 2022

1. Расходомер Томаса Кеннеди (1824)

под гидравлическим давлением. В результате их пришлось размещать над самой высокой комнатой в доме, что могло потребовать дорогостоящей установки.

Второй старейший и самый известный счетчик в середине XIX века - счетчик Паркинсона, который был адаптацией счетчика влажного газа. Его также можно рассматривать как опрокидывающееся ведро, но он имел тот же недостаток, что и ранее описанное устройство. Напорный резервуар поддерживал постоянный уровень воды в точке, где она сливалась в барабан корпуса счетчика и последовательно поступала в каждый из четырех отсеков вращающегося барабана. Барабан свободно вращался и сбрасывал воду в резервуар подачи. Вращение барабана приводил в движение счетчик. Точность этого измерителя была превосходной для того времени.

Необходимость в счетчиках воды для работы при давлении в магистрали привела к изобретению счетчика переменной площади, разработанного Карлом Вильгельмом Сименсом (1823-1883). Он измерял расход по угловому отклонению шарнирного затвора в прямоугольном канале [25].

Один из самых ранних объемных расходомеров объемного типа с использованием поршней был разработан Томасом Кеннеди в 1824 году и имел один поршень (фото 1) [1]. Поршневой шток приводил в действие реечную передачу, которая поворачивала четырехходовой кран, служащий в качестве клапана подачи и выпуска. У него была примечательная поршневая насадка, представлявшая собой катящееся кольцо из гуттаперчи. Это минимизировало трение о цилиндр и при этом обеспечило надежную герметизацию. Счетчик был шумным и вызывал гидравлический удар при каждом развороте. Кроме того, если реверсивный клапан заедало в середине переключения, счетчик не работал и вода проходила без регистрации. Сообщалось, что этот счетчик требует технического осмотра каждые две недели.

Хорошо известный современный бытовой счетчик воды объемного типа использует принцип вращения диска (дисковой расходомер - камерный расходомер, в котором в качестве преобразовательного элемента применяется диск с

2-3 ■ 2022 История и педагогика естествознания

Рис. 6. Дисковой расходомер

Рис. 7. Расходомер Вортингтона (1850)

центральной шаровой пятой, совершающий сложно-колебательное движение внутри камеры специальной формы). История этих расходомеров начинается с 1830 года, когда Эдвард и Джеймс Дакейны получили патент на насос и гидравлический двигатель, работающий по тому же принципу (рис. 6) [26-27].

Примерно в 1850-х годах был период больших инноваций в конструкциях расходомеров, тогда было изобретено множество объемных и турбинных расходомеров. Примечательно, что в период 1850-1900 годов было выдано больше патентов на изобретения, касающиеся измерения расхода жидкости, чем на любую другую сопоставимую отдельную область техники.

Считается, что первый объемный счетчик для воды создал Генри Росситер Вортингтон (1817-1880) в 1850 году. Коммерческое производство этих счетчиков началось в 1855 году на базе его компании Worthington Pump Co (рис. 7) [28-29].

В 1856 году первый патент на счетчик воды был выдан Уильяму Сьюэллу. Серийное производство счетчиков воды началось одновременно в США и Европе в начале 1870-х годов.

Другой широко распространенный расходомер объемного типа использует поршни. Впервые подобные расходомеры были внедрены в Англии в 1889 году. Поршни были либо круглыми, либо эллиптическими.

Год спустя компанией Frost был разработан двухшпин-дельный поршневой расходомер, получивший название Manchester Meter. У него был один цилиндр вертикальный, а другой горизонтальный. За период 1850-1890 годов было разработано много известных дуплексных счетчиков объемного типа (Тайлер, Уортингтон, США, Фрейджер, Франция, Шрайбер, Абсолют Кента, Гудвин, Шмид). Успешность данных расходомеров во многом зависела от способа уплотнения поршня и надежности обратных клапанов. В 1888 году В. Шонхевдер разработал трехцилиндровый горизонтальный измеритель, который обеспечивал устойчивый поток и безударную работу. В то время это считалось большим достижением инженерного дела. Он был усовершенствован Messrs Beckand Company и продавался под торговой маркой Imperial. Семь лет спустя, в 1895 году, Дж. Бернейс представил свой четырехцилиндровый расходомер, напоминающий роторный двигатель и похожий на современный четырехцилиндровый расходомер объемного типа, используемый для измерения количества масла [1].

Разработка расходомеров объемного типа в историческом плане происходила параллельно с разработкой расходомеров турбинного типа. Хотя второй тип измерения был известен уже давно, коммерчески он был применен примерно с 1850 года сэром Уильямом Сименсом [30]. Им было предложено два типа. В первом случае, названном turbinetype, то есть непосредственно турбинного типа, жидкость поступала в центр ротора и отводилась из каналов в форме турбины в диагональном направлении, что вызывало вращение за счет реакции. Ротор был оснащен демпфирующими лопастями для обеспечения линейной

калибровки и предотвращения превышения скорости. Во втором случае, названном fantype (дословно: веерного или вентиляторного типа), рабочий орган имел вертикально вращающийся ротор, оснащенный лопастями, на которые падали струи воды и обеспечивали движущую силу (рис. 8) [31].

Стоит отметить разработку У. Гормана в 1856 году, направленную на поддержание постоянной скорости потока в роторном расходомере вне зависимости от расхода. Для реализации этой задачи он добавил небольшие задвижки к входным форсункам, таким образом изменяя площадь струи и поддерживая скорость по мере необходимости. Он утверждал, что это позволило счетчику пропускать воду со скоростью всего 4 г/ч с точностью ±0,5% - производительность, которой сегодня многие бы позавидовали [1].

Другая важная с исторической точки зрения разработка - это расходомер Карла Вильгельма Сименса, представленный в 1850 году. Расходомер являлся двухроторным турбинным счетчиком, использующим принцип работы, идентичный современным конструкциям.

Заключение

Теория измерения расхода жидкости начала зарождаться в конце XVIII века. Но уже в XIX веке были разработаны ключевые методы и средства определения количества жидкости: трубки Вентури, трубки Пито, расходомеры объемного типа, турбинные расходомеры. В период 1850-1900 годов было выдано больше патентов на изобретения, касающиеся измерения расхода жидкости, чем на любую другую сопоставимую отдельную область техники. Поэтому изучение основных этапов развития методов и средств измерения расхода жидкости является крайне важным с точки зрения истории науки и техники.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Medlock, R. The Historical Development of Flow Metering. Measurement and Control, 1986: 12 p.

2. Зворыкин А.А., Осьмова В.И., Чернышев С.В., Шухардин Н.И. История техники. М.: Наука, 1962. С. 58.

3. Анцелиович Е.С. Леонардо да Винчи: Элементы физики. М.: Учпедгиз, 1955. 88 с.

4. Храмов Ю.А. Торричелли Эванджелиста. Физики: биогр. справ. / под ред. А.И. Ахиезера. М.: Наука, 1983. С. 265.

5. Черный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988. С. 414.

6. Maffioli, C.F. Domenico Guglielmini, in Professori e scienziati a Padovanel Settecento, a cura di Sandra Casellato e Luciana Sitran Rea / C.F. Maffioli. - Treviso: Antilia, 2002, pp. 505-530.

7. Храмов Ю.А. Мариотт Эдм. Физики: биогр. справ. / под ред. А. И. Ахиезера. М.: Наука, 1983. С. 179.

8. Храмов Ю.А. Бернулли Даниил. Физики: биогр. справ. / под ред. А.И. Ахиезера. М.: Наука, 1983. С. 30.

9. C. Le Gall, Giovanni Poleni (1683-1761) et l'essor de la technologie maritime au siècle des Lumières, Brepols (Turnhout), 2019, 578 p.

10.Pierre Humbert. L'œuvremathématiqued'HenriPitot // Revue d'histoire des sciences et de leurs applications. Paris: Armand Colin, 1953. Octobre (vol. 6, no 4). P. 322-328.

11.Simmons, C. T. Henry Darcy (1803-1858): Immortalised by his scientific legacy / C. T.Simmons //. Hydrogeology Journal, 2008. Vol. 16 (6). 1023-1038 p.

12.Frazier, A. H. Robert Hooke's Water Current Meter, Circa 1663 / A. H. Frazier //Journal of the Hydraulics Division, 1969. - Vol. 95 (1). 439-576

История и педагогика естествознания

2-3 • 2022

13.Venturi, J.B.RecherchesExperimentalessur le Principe de la Communication Laterale du Mouvementdans les Fluides appliqué a l'Explication de Differ-ensPhenomènesHydrauliques / Paris, France: Houel et Ducros and ThéophileBarrois, 1797.

14.Venturi, J.B.Experimental researches concerning the principle of the lateral communication of motion in fluids, applied to the explanation of various hydraulic phenomena / J.B. Venturi, W. Nicholson // Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, 1799. vol. 2: 172-179, 273-276, 422-426, 487-494 ; vol. 3: 13-22, 59-61 p.

15. Cannone,M. Navier: Blow-up and Collapse / M. Cannone, S. Friedlander. Notices of the American Mathematical Society, 2003 . Vol. 50(1). - pp. 7-13.

16.Brillouin, M. Jean Leonard Marie Poiseuille / MarcelBrillouin //Journal of Rheology, 1930. Vol. 1 (4). 345 p.

17. Sutera, S. The History of Poiseuille's Law / S.P.Sutera, R.Skalak // Annual Review of Fluid Mechanics, 1993. Vol. 25. p. 1-19.

18.Храмов Ю.А. Стокс Джордж Габриэль. Физики: биогр. справ. / под ред. А.И. Ахиезера. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Наука, 1983. С. 254.

19.Храмов Ю. А. Фарадей Майкл // Физики : биогр. справ. / под ред. А.И. Ахиезера. М.: Наука, 1983. С. 271.

20.Храмов Ю.А. Волластон Уильям Хайд. Физики: биогр. справ. / под ред. А.И. Ахиезера. М.: Наука, 1983. С. 66.

21.Храмов Ю.А. Рейнольдс Осборн. Физики: биогр. справ. / под ред. А.И. Ахиезера. М.: Наука, 1983. С. 231.

22.Allen, J. Osborne Reynolds and Engineering Science Today: Papers Presented at the Osborne Reynolds Centenary Symposium / J. Allen, J. McDowell, D. Malcolm, J. D. Jackson // University of Manchester, September 1968. Manchester University Press, 1970.

23. Invention of the Venturi Meter. Nature, 1935. Vol. 136. p. 254.

24. Herschel, C. Apparatus for measuring the quantity of water flowing through a pipe / U.S. Letters Patent no. 381373 (filed: 1887 December 12; issued: 1888 April 17).

25.Thurston, R. H. Charles William Siemens / R. H.Thurston // Proceedings of the Royal Society of London, 1884. Vol. 37 (49).

26. Korakianitis, T.One-disk nutating-engine performance for unmanned aerial vehicles/ T. Korakianitis, L. Meyer, M. Boruta, H.E. McCormick //Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2004. Vol. 126 (3). p. 475-81.

27.Glover, S. The History of the County of Derby / London, Henry Mozley and Sons Publisher, 1829. pp. 354, 363.

28. Mechanical Engineers in America Born Prior to 1861: A Biographical Dictionary /ASME History and Heritage. New York: ASME, 1980.

29. Ross, E. B. Water Meters / B. Ross E. // Van Nostrand's Engineering Magazine, 1885. vol. XXXIII. p. 1.

30. Ewing A. Siemens Sir William / A. Ewing //Encyclopœdia Britannica, 1887. Vol. 9. p. 37-38.

31. Crainic M. A short history of residential water meters part I mechanical water meters with moving parts / M. Crainic // Installations for Buildings and Ambiental Comfort Conference XXI- editionTimisoara - ROMANIA 18-20April 2012, 2012. - pp. 27-35

REFERENCES

1. Medlock R. The historical development of flow metering. Measurement and control. 1986. 12 p.

2. Zvorykin A.A., Os'mova V.I., Chernyshev S.V., Shukhardin N.I. Istoriya tekhniki [History of technology]. Moscow, Nauka Publ., 1962. p. 58.

3. Antseliovich YE.S. Leonardo da Vinchi: Elementy fiziki [Leonardo da Vinci: Elements of Physics]. Moscow, Uchpedgiz Publ., 1955. 88 p.

4. Khramov YU.A. TorrichelliEvandzhelista. Fiziki: Biograficheskiy spravochnik [Torricelli Evangelista. Physicists: Biographical directory]. Moscow, Nauka Publ., 1983. p. 265.

5. Chërnyy G.G. Gazovaya dinamika [Gas dynamics]. Moscow, Nauka Publ., 1988. p. 414.

6. Maffioli C.F. Domenico Guglielmini, Professors and scientists in Padovanel Settecento. Treviso, Antilia Publ., 2002. pp. 505-530.

7. Khramov YU.A. Mariott Edm. Fiziki: Biograficheskiy spravochnik [Marriott Edm. Physicists: Biographical directory]. Moscow, Nauka Publ., 1983. p. 179.

8. Khramov YU.A. Bernulli Daniil. Fiziki: Biograficheskiy spravochnik [Bernoulli Daniel. Physicists: Biographical directory]. Moscow, Nauka Publ., 1983. p. 30.

9. C. Le Gall. Giovanni Poleni (1683-1761) and the rise of maritime technology in the Age of Enlightenment. Brepols (Turnhout), 2019. 578 p.

10. Pierre Humbert. The mathematical work of Henri Pitot. Revue d'histoire des sciences et de leurs applications, 1953, vol. 6, no 4, pp. 322-328.

11. Simmons C. T. Henry Darcy (1803-1858): Immortalised by his scientific legacy. Hydrogeology Journal, 2008, vol. 16 (6), pp. 1023-1038 .

12. Frazier A. H. Robert Hooke's water current meter, Circa 1663. Journal of the Hydraulics Division, 1969, vol. 95 (1), pp. 439-576.

13. Venturi J.B. Experimental research on the principle of lateral communication of movement in fluids applied to the explanation of different hydraulic phenomena. Paris, Houel et Ducros and Théophile Barrois Publ., 1797.

14. Venturi J.B., Nicholson W. Experimental researches concerning the principle of the lateral communication of motion in fluids, applied to the explanation of various hydraulic phenomena. Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts, 1799, vol. 2, pp. 172-179, 273-276, 422-426, 487-494, vol. 3, pp. 13-22, 59-61.

15. Cannone M., Friedlander S. Blow-up and Collapse. Notices of the American Mathematical Society, 2003, vol. 50(1), pp. 7-13.

16. Brillouin M. Jean Leonard Marie Poiseuille. Journal of Rheology, 1930, vol. 1 (4), 345 p.

17. Sutera S., Skalak R. The History of Poiseuille's Law. Annual Review of Fluid Mechanics, 1993, vol. 25, pp. 1-19.

18. Khramov YU.A. Stoks Dzhordzh Gabriel'. Fiziki: Biograficheskiy spravochnik [Stokes George Gabriel. Physicists: Biographical directory]. Moscow, Nauka Publ., 1983. 400 p.

19. Khramov YU. A. Faradey Maykl. Fiziki: Biograficheskiyspravochnik [Faraday Michael. Physicists: Biographical directory]. Moscow, Nauka Publ., 1983. p. 271.

20. Khramov YU.A. Vollaston Uityam Khayd. Fiziki: Biograficheskiy spravochnik [Wollaston William Hyde. Physicists: Biographical directory]. Moscow, Nauka Publ., 1983. p. 66.

21. Khramov YU.A. Reynolds Osborn. Fiziki: Biograficheskiy spravochnik [Reynolds Osborn. Physicists: Biographical directory] Moscow, Nauka Publ., 1983. p. 231.

22. Allen, J., McDowell J., Malcolm D., Jackson J. D. Osborne Reynolds and engineering science today: papers presented at the Osborne Reynolds centenary symposium. Manchester, Manchester University Press Publ., 1970.

23. Invention of the Venturi Meter. Nature, 1935, vol. 136, p. 254.

24. Herschel C. Apparatus for measuring the quantity of water flowing through a pipe. Patent U.S., no. 381373, 1888.

25. Thurston R. H. Charles William Siemens. Proceedings of the Royal Society of London, 1884, vol. 37 (49).

26. Korakianitis T., Meyer L., Boruta M., McCormick H.E. One-disk nutating-engine performance for unmanned aerial vehicles. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2004, vol. 126 (3), pp. 475-481.

27. Glover S. The History of the County of Derby. London, Henry Mozley and Sons Publ., 1829. pp. 354, 363.

28. Mechanical Engineers in America Born Prior to 1861. A Biographical Dictionary. New York, ASME Publ., 1980.

29. Ross E. B. Water meters. Van Nostrand's Engineering Magazine, 1885, vol. XXXIII, p. 1.

30. Ewing A. Siemens, Sir William. Encyclopœdia Britannica, 1887, vol. 9, pp. 37-38.

31. Crainic M. A short history of residential water meters part I mechanical water meters with moving parts. Proc. of Installations for Buildings and Ambiental Comfort Conference XXI- edition Timisoara - ROMANIA. 2012, pp. 27-35.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

2-3 • 2022

Севницкий Сергей Анатольевич, директор, ФБУ Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Республике Башкортостан.

Уметбаев Фанис Сагитович, к.т.н., начальник отдела поверки информационно-измерительных систем, ФБУ Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Республике Башкортостан.

Мастобаев Борис Николаевич, д.т.н., проф., завкафедрой транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Валеев Анвар Рашитович, д.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

Габдинуров Галинур Рашитович, аспирант, инженер-исследователь кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.

История и педагогика естествознания

Sergey A. Sevnitsky, Director, FBU State Regional Center for Standardization, Metrology and Testing in the Republic of Bashkortostan. Fanis S. Umetbayev, Cand. Sci. (Tech.), Head of the Information and Measurement Systems Verification Department, FBU State Regional Center for Standardization, Metrology and Testing in the Republic of Bashkortostan. Boris N. Mastobaev, Dr. Sci (Tech.), Prof., Head of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.

Anvar R. Valeev, Dr. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University. Galinur R. Gabdinurov, Postgraduate Student, Research Engineerof the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Ufa State Petroleum Technological University.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.