HOCdocs‎ > ‎

Equipment

Op deze pagina vindt u enkele artikelen uit de serie historische methoden en technieken zoals ook gepubliceerd in de afleveringen van ad HOC. Naast de artikelen op deze pagina wordt er door de HOC ook gewerkt aan een overzicht van apparatuur en instrumenten.


Bathythermograaf

Geplaatst 10 apr. 2011 03:14 door Historie van de Oceanografie Club   [ 2 nov. 2011 02:08 bijgewerkt ]

Apparaat voor het registreren van de temperatuur van zeewater als functie van de diepte.

 

[klik voor een groter beeld]

Locatie:
Mermayde (Bergen). Ca. 1988 aangeschaft op de vlooienmarkt in Lissabon. Het ‘Manual’ en een gecoat glasplaatje zijn verkregen via het Instituto Hydrográfico, Lisboa (PT).

Specificaties:
Fabrikant: Wallace & Tiernan, Belleville, New Jersey
Bouwjaar: onbekend
Model: OC-1C/S
Serial Nr: 12713
Depth range: 0-200 ft
Max speed: without nose sleeve 15 knots; with: 22 knots
Bourdon tube: 45-50 ft
Temperature range: –2.2 to 32.2 ºC
Depth element: spring loaded piston
Automated stylus lifter, skunk oil.


Principe:

De ‘Bathythermograph’ kan gebruikt worden vanaf een varend schip; met een liertje wordt het apparaat neergelaten en opgehaald. Deze bathythermograph of BT (ook MBT, mechanical BT) betaat uit een temperatuurelement (een Bourdon-buis met een 45-50 ft lang capilair gevuld met xyleen) en een drukelement (zuiger met veer). Elk element stuurt mechanisch een registratieas aan, waarbij een kraspennetje de temperatuur (y-as) tegen de druk (=diepte, x-as) weergeeft op een goudgecoat glasplaatje.

Gebruik:
Vanaf de jaren 1940 tot 1990 intensief gebruikt voor het opnemen van temperatuur-diepte profielen (met behulp van een veelheid van fabrikanten en typen). De World Ocean Database (WOD, 2009) bevat 2.340.765 registraties.

Uit: Boyer et al., 2009

Geschiedenis:
De Zuid-Afrikaan Athelstan Frederick Spilhaus (1911-1998) was in 1934 student bij Woods Hole’s Carl G. Rossby (1898-1957) aan boord van de R/V Atlantis. Rossby maakte gebruik van de samen met Karl Lange ontworpen ‘Oceanograph’, een groot zwaar apparaat om een temperatuur-diepte grafiek te krassen op een beroete koperplaat. Spilhaus bedacht dat dat kleiner en lichter moest en met een snellere respons. In 1936, na terugkeer op WHOI, verbetert hij het concept en krijgt van Henry B. Bigelow (1879–1967) en Columbus O'D. Iselin (1904-1971) scheepstijd om het ontwerp te testen. In 1936/37 is er dan de eerste werkende ‘Bathythermograph’ (BT). Hoewel initiëel bedoeld voor oceanografen/biologen die weinig bruikbare informatie kregen uit de puntmetingen met kantelthermometers, voorziet Iselin militaire toepassingen met name voor het opsporen van onderzeeboten met asdic/sonar, en in 1938 worden testen i.s.m. US Navy uitgevoerd.

In datzelfde jaar wordt US patent 2,297,725 gedeponeerd door Spilhaus voor de submarine Signal Company of Boston. Deze BT betaat uit een bimetaal voor de temperatuurmeting en een drukelement (piston zuiger met veer). Een kraspennetje schrijft een temperatuur (y-as) vs druk (=diepte, x-as) op een beroet glasplaatje. Nadeel van het bi-metaal was de trage temperatuur-respons. Deze wordt in 1937 verbeterd door toepassen van een zogeheten ‘Bourdon buis’, wat tevens zorgde voor verminderde vatbaarheid voor vibraties. Dit leidde in 1941 tot het deponeren van US patent 2,396,724, waar de Bourdon buis nog gevuld is met kwik. De patenten lopen wat achter bij de werkelijke technische ontwikkelingen want in 1939 wordt de respons nog meer verbeterd door het aanbrengen van een capilair gevuld met xyleen (vergelijk de capilair met het reservoir van een thermometer).

Tot dan wordt een BT gebruikt vanaf een stilliggend schip d.m.v. een vertikale ‘cast’. Een doorbraak in de toepasbaarheid komt als William M. Ewing (1906-1974) en Allyn C. Vine (1914-1996) een gesleept model ontwikkelen en in 1944 wordt US patent 2,515,034 gedeponeerd door Ewing en Vine voor de USA Secretary of the Navy. De capilaire buis van 40-60 ft en gevuld met xyleen zit gewonden om de staart van het apparaat dat gesleept bruikbaar is tot 20 knopen. Dit is uiteindelijk de versie van de BT zoals de meesten van ons die kennen.

De opkomst en neergang van de BT (of MBT, mechanical bathythermograph) wordt fraai weergegeven in de World Ocean Database. Vanaf begin jaren 1940 neemt het gebruik snel toe tot >100,000 profielen in 1966; dan neemt het aantal profielen per jaar strek af, en in 1990 is het gebruik van de (M)BT nagenoeg gestopt. Reden is het opkomen van de ‘Expendable BT’, of XBT, ontwikkeld begin 1960s door The Sippican Corporation. De XBT is een torpedovormig apparaatje voorzien van een thermistor; het is met het schip verbonden door een dunne koperdraad. Aan boord bevindt zich het electronisch registratieapparaat. Bij gebruik wordt de XBT in het water gelanceerd met behulp van een houder; als de koperdraad is afgewikkeld is de meting gedaan en gaat de XBT verloren. De diepte wordt niet gemeten maar berekend(!) uit een valsnelheidvergelijking, opgegeven door de producent.

Andere ontwikkelingen zijn de ‘submarine-launched XBT’ (SSXBT) en de ‘airborne’ (AXBT) versies. Nog weer later volgen de ‘expendable CTD’ (XCTD) en de ‘profiling float’ (PFL, zie bijvoorbeeld het Argo project). Een vooralsnog laatste ontwikkeling lijkt de gesleepte ‘Underway CTD’ (UCTD).

Referenties:
  • Boyer, T.P., J.I. Antonov, O.K. Baranova, H.E. Garcia, D.R. Johnson, R.A. Locarnini, A.V. Mishonov, T.D. O‘Brien, D. Seidov, I.V. Smolyar and M.M. Zweng, 2009. World Ocean Database 2009. In: NOAA Atlas NESDIS 66. S. Levitus, Ed. U.S. Gov. Printing Office, Wash., D.C., 216 pp., DVDs
  • LaFond, E.C. and B.K. Couper, 1972. The Bathythermo-graph. Proc. Roy. Soc. Edinburgh (B), 72: 433-448
  • Rudnick, D.L. and J. Klinke, 2007. J. Atmos. Oceanic Technol., 24: 1910-1923
  • Ryan, P.R., 1987/1988. Athelstan Spilhaus: Renaissance man. Oceanus, 30(4): 99-104
  • Spilhaus, A., 1938. A bathythermograph. J. Marine Res. 1: 95-100
  • Spilhaus, A.F., 1987. On reaching 50: An early history of the bathythermograph. Sea Technol: 28: 19-28.
Kees Kramer

Dorrestein-vis

Geplaatst 19 feb. 2011 03:59 door Historie van de Oceanografie Club   [ 9 apr. 2013 04:29 bijgewerkt ]

Een sleepbare, registrerende elektrische zoutgehalte- en temperatuurmeter voor gebruik op zee. Onder de naam ‘zoutgehalteschrijver’ wordt het instrument vermeld in (1). In de praktijk vaak Dorrestein-vis genoemd naar Richard Dorrestein (1915-1991).

 
[klik voor een groter beeld]
 
Links:    “Dorrestein-vis” met registratieapparatuur. Bron: (2)
Rechts:  “Dorrestein-vis”, zonder registratieapparatuur. Foto: KNMI (Frits Koek, 2010)
Het instrument werd op het KNMI ontwikkeld in de vijftiger jaren van de vorige eeuw en gebruikt bij een aantal onderzoekingen in de Nederlandse estuaria.

Locatie
Huidige locatie is in het ‘oude instrumenten-depot’ van het KNMI in De Bilt. De toestand is echter zorgwekkend. Vooralsnog ontbreekt het aparte registratieapparaat.

Uitvinder/Fabrikant
De Dorrestein-vis is ontwikkeld en gebouwd door de technische dienst van het KNMI. Waarschijnlijk is er slechts één exemplaar gebouwd onder verantwoordelijkheid van Richard Dorrestein, medewerker KNMI (1949-1980), Hoogleraar Oceanografie Utrecht (1970–1980). De opzet was afkomstig van R.R. Vierhout, medewerker KNMI (1947-1950) (2).

Bouwjaar, Type/serienummer
1955. Niet bekend.

Principe:
Door een buis met koolstofelektroden stroomt het water. De elektrische weerstand van het water en van een temperatuurgevoelige weerstand worden gemeten en aan boord servomechanisch geregistreerd. De invloed van de temperatuur op het zoutgehalte van het zeewater wordt in een Wheatstone-brug gecompenseerd.
De nauwkeurigheid van de saliniteitsmeting was ca. 0,1 promille, en regelmatige kalibratie met titraties was nodig, in verband met vervuiling van de elektroden.
Voor een gedetailleerde beschrijving, zie (2) en (3).

Gebruik:
De zoutgehalteschrijver is getest tijdens een tocht in de Zuidelijke Noordzee aan boord van het Duitse onderzoekingsschip Gauss (1) en onder meer gebruikt bij het Eemsonderzoek(1954, 1956) (4) en tijdens een verkenningstocht in het Deltagebied in 1957  met de Max Weber van het Zoölogisch Station.

Referenties:
  1. Dorrestein, R., 1954. Aan boord van het Duitse onderzoekingsschip “Gauss” in de zuidelijke Noordzee. Colloquiumverslag 19 april 1954.
  2. Dorrestein, R., 1954. Een registrerende electrische zoutgehalte- en temperatuurmeter voor gebruik op zee. In: Gedenkboek KNMI 1854-1954, p.387-402.
  3. Dorrestein, R., 1956. An electrical recorder of salinity and water temperature for use at sea. Internat. Hydrogr. Review 33(2): 177-189.
  4. Dorrestein, R., 1960. On the distribution of salinity and of some other properties of the water in the Ems-estuary. Verh. Kon. Ned. Geol. Mijnb.k. Gen. 19: 43-74.
  5. Otto, L. en M.P. Visser (red.), 1980. Het KNMI en de zee. Bijdragen bij zijn afscheid van het KNMI op 28 ,aart 1980 aangeboden aan Prof.Dr. R. Dorrestein. KNMI publ. nr. 157.
Leo Otto en Frits Koek

Kleurenschaal

Geplaatst 12 feb. 2011 10:38 door Historie van de Oceanografie Club   [ 2 nov. 2011 02:10 bijgewerkt ]

Eind 19e eeuw beschrijft Zwitserse onderzoeker en ‘uitvinder’ van de limnologie François Alphonse Forel (02-02-1841 Morges – 07-08-1912 Morges) de meest uiteenlopende onderzoekingen aan het Meer van Genève. In zijn 3-delige limnologische monografie ‘Le Lémanbeschrijft hij onder andere zijn onderzoek naar het ontstaan van de kleur van het water van het Meer van Genève.

Een van de simpelste maar effectiefste manieren om de kleur vast te leggen is de door hem in 1887 ontwikkelde en naar hem genoemde ‘Forel-schaal’ (ook wel Xanthometer) om de kleurnuances tussen indigoblauw (een 0.5% oplossing van Cu(NH3)4SO4.H2O) en geelgroen (0.5% oplossing van K2Cr2O7) in 11 stappen vast te leggen.

Twee jaar later breidde de Duitser Wilhelm (Willi) Ule (09-05-1861 Halle-Saale - 13-02-1940 Rostock) de schaal uit met de groenbruin tot bruine kleuren met behulp van bijmenging van kobaltsulfaat in 10 extra stappen. De totale schaal, nu de Forel/Ule schaal genoemd, bevat zodoende 21 buisjes.
 
 
 
[klik voor een groter beeld]
 
Rondom de Forel schaal (11 kleuren van indigoblauw tot geelgroen) de chemicaliën voor het verkrijgen van het juiste kleurenpallet (foto ca. 1905). Inzet rechts de Forel/Ule schaal heden ten dage. Foto rechts: François Alphonse Forel (1841-1912)
 
Marcel Wernand

Waterscheppers van Marcet

Geplaatst 28 sep. 2009 12:38 door Historie van de Oceanografie Club   [ 2 nov. 2011 01:47 bijgewerkt ]

In de linker figuur is een van de eerste waterscheppers weergegeven, die van Alexander Marcet uit 1818. Bij andere waterscheppers was het probleem dat de afsluiting te wensen overliet en er bij het ophalen kans was op uitwisseling van het monster met de omgeving. Bij dit ontwerp werd de waterschepper gesloten door de waterdruk op de luikjes bij het ophalen. Het bovenste luikje in het ontwerp van Marcet werd na sluiting geborgd.

Een tweede, verbeterde versie staat in de figuur rechts. Deze is met name interessant doordat de basis principes van een goede waterschepper, zoals ook nog heden ten dage in gebruik, reeds aanwezig waren: de mogelijkheid de waternemer geopend te laten zakken, een goede doorstroming, en een mechanisch sluitmechanisme dat wordt aangestuurd door een valgewicht of, voor het nemen van bodemwatermonsters, doordat het gewicht w de bodem raakt. 

 
[klik voor groter beeld]

Literatuur:

  • Marcet, A., 1819. On the specific gravity, and and temperatures of seawaters, indifferent parts of the ocean, and in particular seas; with some accounts of their saline contents. Phil.Trans.Roy.Soc. London, 109: 161-208 (plates XI, XII)
  • McConnell, A., 1982. No sea too deep. The history of oceanographic instruments. Adam Hilger, Bristol, p 43-44.

Kees Kramer

1-4 of 4