Radiocommunicatie: meteorograaf (1934 – 1940)

Meteorograaf (1934 – 1940)

Atmosferische gegevens zijn van groot militair belang voor bijvoorbeeld grondartillerie en vliegtuigmissies. Omdat de Militaire Weervoorspelling Dienst hetzelfdegebouw deelde met het Meetgebouw (de naam voor het onderkomen van de commissie van Physische Strijdmiddelen) kan dit de oorzaak zijn geweest voor een opdracht aan het Meetgebouw in 1934. De vraag was om een zo licht mogelijke constructie te ontwikkelen voor onder een weerballon, dat een radiosignaal Morse gecodeerd zou kunnen uitzenden met de gegevens van drie meteorologische instrumenten die de Russische onderzoeker Moltchanoff (1928) ook al gebruikte.

Vergelijking met meer dan tien buitenlandse ontwerpen uit die tijd laat zien dat het eindmodel ontwikkeld door het Meetgebouw een ingenieuze combinatie vormde van een stevig mechanisch gestuurd aftastsysteem met bijbehorende Morsecodering voor drie elektronische zendersignalen. Van het verticale stijgen van de ballon werd aanvankelijk gebruik gemaakt om een propellor in beweging te brengen, die het coderingsmechanisme zou aandrijven. Deze aandrijving bleek onbetrouwbaar mede door het hoge extra gewicht van de propellor en werd daarom vervangen door een elektromotortje.

Propellor voor de stroomvoorziening van de meteorograaf
Propellor voor de stroomvoorziening van de meteorograaf

Het telkens herzien van de eisen en het geschikt maken voor civiel gebruik vertraagde de ontwikkeling. De meteorograaf – het meettoestel – hing tussen gespannen draden. De draden direct onder de weerballon fungeerden als antenne voor de elektronische zender. De accu voor de elektromotor en de zender hing aan de draden onder de meteorograaf. De accu was met kurk bedekt tegen lage temperaturen en was daarmee ook enigszins beschermd tegen de val bij het terugkomen op aarde. De meteorograaf had een gegolfde metalen omhulling ter bescherming van de instrumenten tegen regen en directe zonnestraling.

Schematische samenstelling van de weerballon met de meteorograaf
Schematische samenstelling van de weerballon met de meteorograaf

Tussen eind 1939 en de capitulatie van Nederland in mei 1940 werden er ongeveer honderd meteorografen industrieel vervaardigd door de firma Smitt te Bilthoven en de firma Waldorp. Een massaproductie van 42 tot 45 stuks per week in oorlogstijd werd voorbereid. Daarvoor werden mallen en stempels ontwikkeld. In het museum zijn nog enkele exemplaren van de meteorograaf aanwezig.

Buitenlandse meteorografen kwamen met enige regelmaat op Nederlandse bodem terecht. Vanaf het uitbreken de eerste gewapende conflicten in 1939 in Europa werden die niet meer teruggestuurd maar opgeslagen in Waalsdorp. Bij het Duitse inval lagen er zo’n vijftig stuks in de opslag, waaronder veel Duitse sondes. Die sondes zijn onverwijld vernietigd in een op de vlakte gegraven kuil nabij het Meetgebouw.

Opengewerkte radiosonde van de meteorograaf (met vernieuwde bekabeling)
Opengewerkte radiosonde van de meteorograaf (met vernieuwde bedrading)
Meteorogische zender (temperatuur, luchtvochtigheid en luchtdruk)
Meteorogische zender (temperatuur, luchtvochtigheid en luchtdruk)
Batterij van de meteorograaf ingepakt in kurk
Batterij van de meteorograaf ingepakt in kurk

 

Lancering van een weerballon met een meteorograaf er onder
Lancering van een weerballon met een meteorograaf er onder

Technische details van de Meteorograaf

De meteorograaf registreert de temperatuur met behulp van een gebogen bi-metalen thermometer, de luchtvochtigheid met een haarhygrometer en de luchtdruk met een Bourdontype barometer (een luchtdicht gebogen vaatje dat zich strekt of inrolt bij veranderende luchtdruk). Elk van deze drie meters beweegt via hefbomen een aftaster over een met 2 (barometer), 3 (hygrometer) of 4 (thermometer) draden parallel gewikkelde gebogen houder.

Een van de draden van deze houders maakt door middel van een rolletje van de aftaster verbinding met een schakelwalsje in de vorm van een cilindertje. Dit cilindertje, dat via een wormoverbrenging wordt aangedreven door een elektromotortje, draait rond met één omwenteling per seconde. De trommel van de cilinder is gemaakt van isolerend materiaal en is aan de buitenzijde bedekt met een geleidend patroon voor Morsecodering. Op dit cilindertje zijn contacten aangebracht, de zogenaamde gevers.
 

De aftasters van de verschillende instrumenten bedienen de contacten van het hierboven weergegeven schakelwalsje
De aftasters van de verschillende instrumenten bedienen de contacten van het hierboven weergegeven schakelwals

 

Schematische koppeling aftasters met aftastdraden
Schematische koppeling aftasters met aftastdraden

 

Aftasters voor de drie waarden
Aftasters voor de drie waarden

Voor de barometer, waarvan het verloop van de luchtdruk bij de stijging van de weerballon met ca 5 m/sec vrijwel exponentieel verloopt, zijn de meetmomenten voor deze luchtdruk overeenkomstig dat exponentieel verloop gekozen. Eerst na 4, daarna na 15, 32, 63 enzovoorts aftastcontacten wordt de barometerindicatie via contact 8 van het walsje doorgegeven. De hygrometer geeft bij de metingen het mogelijke wisselend verloop (buien) van de vochtigheid in nauwkeurige stappen weer. De hygrometer is opvolgend doorverbonden met de sleepcontacten 6, 5 en 7 van het walsje. Omdat het verloop van de temperatuur in de verschillende te passeren luchtlagen sterk kan verschillen, moest deze zo nauwkeurig mogelijk worden vastgelegd. Zoals aangegeven draait het schakelwalsje met één omwenteling per seconde. Per omwenteling worden er achtereenvolgens twee Morse-gecodeerde contactverbindingen gemaakt met de zender.

De hygrometer geeft in combinatie met de barometer, voorafgegaan door die van de thermometer, een volgend Morseteken door:

  Morse Schakelwalscontacten   Morse Schakelwalscontacten
D _ . . 8 en 5 S . . . 9 en 5
K _ . _ 8 en 6 U . . _ 9 en 6
G _ _ . 8 en 7 R . ­_ . 9 en 7

Morsecodes voor de thermometer:

  Morse Schakelwalscontact
I . . 1
A . _ 2
N _ . 3
O ____  4

Om het verloop in de temperatuur, zowel oplopend als afnemend, goed te kunnen onderscheiden is in het contactenbaantje de volgende volgorde van Morsetekens voor continu oplopende temperatuur opgenomen: o, i, a, n, i, a, n, o, a, n, i, a, n, i, o, n, i, a, n, i, a, o, i, a, n, enzovoorts volgens het onderstaande schakelwalsfiguur. Dus een opeenvolging van i, a, n waarbij in de zeventallen de i, a, of n door de o (4) is vervangen.

Volgorde van Morsetekens voor continu oplopende temperatuur
Volgorde van Morsetekens voor continu oplopende temperatuur

Het doorgeven naar de zender bestaat uit het door de trilleromvormer in het ritme van de Morsecode aan- en uitzetten van de batterijspanning voor de enkelvoudige triode zendbuis. De primaire wikkeling van de trilleromvormer wordt daartoe in dat ritme naar aarde geschakeld. De frequentie van 600 Hz van de trilleromvormer wordt toegevoerd aan het rooster van deze triode. Met de zendfrequentie van 50 MHz (golflengte 6 meter) wordt de Morsecode dan 600 Hz amplitude gemoduleerd verzonden.

De éénbuiszender en de coderingstrommel met motoraandrijving (1939)De éénbuiszender en de coderingstrommel met motoraandrijving (1939)
De éénbuiszender en de coderingstrommel met motoraandrijving (1939)

Thermometer en barometer werden na gemonteerd te zijn in de meteorograaf geijkt in een geëvacueerd en gekoeld vat. De thermometeraftaster was zodanig geplaatst dat deze zowel vooruit als achteruit gestuurd kon worden door de bimetalen thermometer om daarmee het gehele te verwachten temperatuurbereik te kunnen bestrijken.
De hygrometer werd afzonderlijk beproefd. Het totale gewicht van de meteorograaf met een 4,5V zaklantaarnbatterij was 465 gram hetgeen opstijgingen tot vijf kilometer toeliet. Voor metingen op nog grotere hoogten werden twee batterijen gebruikt, een voor de anode- en gloeidraadvoeding en de andere voor de elektromotor. De extra batterij liet het totale gewicht van de meteograaf toenemen tot 585 gram.

Signaalontvangst op de grond vond plaats met een eenvoudige superregeneratieve ontvanger waarmee meetafstanden tot op honderd kilometer afstand mogelijk waren. Tevens werd een speciale richtinggevoelige antenne ontwikkeld om de kaarthoek (azimut) van de uitzending te bepalen. De registratie en het verkrijgen van meetgegevens werden verzorgd door de Militaire Weerdienst. Opgelaten aan een ballon, bereikte de sonde de stratosfeer, terwijl constant meetgegevens naar de aarde werden gezonden. Nadat de ballon was gebarsten, daalde het radioapparaat aan een parachute. Een label aan de sonde verzocht de vinder om de restanten bij het laboratorium in te leveren tegen beloning van fl. 7 1/2,- , een voor die tijd hoog bedrag.

Een maand voor het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog werd een artikel van Prof. J.L. van Soest over de radiosonde gepubliceerd in het Tijdschrift van het Nederlandsch Radiogenootschap. Een overdruk is hier (pdf) te vinden.

Richtinggevoelige antenne van de ontvanger voor richtingsbepaling op het dak van de Militaire Weerdienst
Richtinggevoelige antenne van de ontvanger voor richtingsbepaling op het dak van de Militaire Weerdienst