Устройство для измерения направления и скорости течения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЙ И СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ, содержащее пропеллерную вертушку, в ОДНОЙ лопасти которой установлен постоянный магнит, закрепленную на оси в неподвижной раме., электромагнитный датчик, установленный на раме, выход которого соединен через преобразователь времени в код.-с вычислителем, и блок управления, соединенный с преобразователем и вычислителем, отличающееся тем, , с целью обеспечения возможности измерения третьей составляющей скорости потока и повьяиения точности, оно снабжено тремя дополнительнЕЛМи электромагнитными датчика1ми и флюгаркой, жестко.закрепленной на одной оси с вертушкой, причем эта осьи продольная ось лопасти, в которой установлен магнит, расположены в плоскости флюгарки, а все электромагнитные датчики установлены на раме попарно i по двум взаимно перпендикулярным (Л осям симметрично относительно оси вертушки. 00 оь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

У5Н С 01 Р 5/07

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPGMOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3366809/18-10 (22) 27.11.81

° ° ° ° ° °

46) 30.03. 83. Вюл, 9 12

72) В.A. Гайский, A. В. Клименко и, Г.А. Сафонов (72) Морской гидрофизический институт AH Украинской ССР (53) 532,574(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 342133, кл. G 01 Р 5/07, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 670891, кл С 01 Р 5/07, 1979 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

НАПРАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ, содержащее пропеллерную вертушку, в одной лопасти которой установлен постоянный магнит, закрепленную на оси в неподвижной раме, электромагнитный

„„gg„„1008661 датчик, установленный на раме, выход которого соединен через преобразова-, тель времени в код,с вычислителем, и блок управления, соединенный с преобразователем и вычислителем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения третьей составляющей скорости потока и повышения точности, оно снабжено тремя дополнительными -электромагнитными датчиками и флюгаркой, жестко, закрепленной на одной оси а вертушкой, причем эта ось и продольная ось лопасти, в которой установлен магнит, расположены в плоскости флюгарки, а все электромагнитные датчики установлены,на раме попарно g по двум взаимно перпендикулярным осям симметрично относительно оси вертушки.

1008661

F=P-Q.-LkD

Изобретение относится к приборо- строению и может быть использовано для измерения составляющих течения с движущегося носителя.

Известно устройство для измерения . направления и скорости течения, снаб- 5 женное датчиком мощности, служащим датчиком скорости ветра, чувствительный элемент которого выполнен в виде флажка, закрепленного на валу электродвигателя. Изменение сопротивления 10 вращению флажка вызывает изменение мощности электродвигателя, воспроизводимой датчиком мощности f1/.

Недостатками этого устройства являются сложность съема выходного сиг-, 15 нала, необходимость энергопитания и отсутствие измерения продольной составляющей скорости течения.

Известно также устройство для измерения направления и скорости течения; содержащее пропеллерную вертушку, в одной лопасти которой установлен постоянный магнит, закрепленную на оси в неподвижной раме, электромагнитный датчик, установленный на раме, выход которого соединен через преобразователь времени в код с вычислителем, и блок управления, соединенный с преобразователем н вычислителем (2).

Недостатками данного устройства являются невозможность одновременного измерения трех составляющих скорости потока и относительно невысокая точность из-за воздействий турбулентных пульсаций потока, Цель изобретения — обеспечение возможности измерения третьей составляющей скорости потока и повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения направ- 40 ления и скорости течения, содержащее пропеллерную вертушку, в одной лопасти которой установлен постоянный магнит, закрепленную на оси в неподвижной раме, электромагнитный датчик,45 установленный на раме, выход которого соединен через преобразователь времени в код с вычислителем, и блок управления, соединенный с преобразователем и вычислителем, снабжено тре-50 мя дополнительными электромагнитными датчиками и флюгаркой, жестко закрепленной на одной осн с вертушкой, причем эта ось и продольная ось лопатки, в которой установлен магнит, расположенны в плоскости флюгарки, а все электромагнитные датчики установле-, ны на раме попарно по двум взаимно перпендикулярным осям симметрично относительно оси вертушки.

На чертеже показана схема предла- 60 гаемого устройства.

Устройство содержит пропеллерную вертушку 1, на горизонтальной оси 2 которой жестко посажена флюгарка 3, размещенная в одной плоскости с пос- 65 тоянным магнитом 4, помещенным на одной из лопастей вертушки 1 ° На раме 5 по ортогональным осям расположены электромагнитные датчики 6-9, выходы которых поданы на преобразователь 10 временных интервалов в код, соединенный с вычислительным устройством 11 и блоком 12 управления.

Вертушка.1 служит для восприятия продольной составляющей 0Х вектора Ч скорости течения, а флюгарка 3 предназначена для восприятия поперечных (горизонтальной Чу и вертикальной

V ) составляющих вектора течения при нахождении ее в секторах (О, 180О1 и (180О, 360 )для Ч и (90, 270 Яи 270, 90 3для Ч2 соответственно.

Датчики 6-9 предназначены для преобразования угловой скорости вращения вертушки 1 во временной интервал путем фиксации моментов времени прохождения их постоянным магнитом

4, расположенным на лопасти вертушки. Устройство устанавливают на подвижном носителе, причем направление общей горизонтальной оси 2 вертушкафлюгарка совпадает с направлением движения носителя.

Устройство работает следующим образом.

При движении носителя на вертушку

1 и флюгарку 3 действует встречный поток, имеющий вектор V и составляющие по осям V» V> и Ч (см. чертеж) . Если поперечные составляющие скорости V> и V> не равны нулю, то воздействуя на флюгарку, они модулируют скорость вращения общей оси 2 флюгарка - вертушка.

Допустим, что Чт О, а Чу) О.

В верхней полуокружностй направление движения флюгарки 3 по часовой стрелке совпадает с направлением V а в нижней полуокружносчи эти направления противоположны, вследствие этого мгновенная скорость вращения оси 2 увеличивается в верхней полуокружности и уменьшается в нижней. Эти.изменения угловой скорости фиксируются моментами времени прохождения магнита 4 на лопастй вертушки 1 и магнитных датчиков 6 и 8. При этом отрезок времени ь 68 обратно пропорционален средней угловой скорости cat4> в верхней полуокружности, а отрезок времени ь86 об,ратно пропорционален средней угловой скорости в нижней полуекружности юа, Установим аналитическую связь средней на полуокружности угловой скорости оси вертушка - флюгарка с составляющими Ч и. V> скорости течения.

Результирующая сила, действующая на вращающуюся вертушку,. где P - сила разгона лопасти;

Q - сила торможения лопасти:

1008661 м Вг Ь8+ 8Ь

"ЬЭ щие потока. Прй Ч Ф 0 и Ч Ф 0 приведенные выше вившемся вращении м=щ 40 соотношения остаются справедливыми поскольку при изменении средних на ,2 полуокружностях скоростей, несущих (с тат х " с1 И "(шс/ - ияфосщалию о составляющих Чт или 4 взаимный вклад последних в соответ.45 ствующие отсчеты времени равен .нулю|

Ы); H 1+ tg26 Например на значения .Ь8 и .8Ь

С„ С несущие информацию о Vyу не влияет ея вйражение (2) наличие составляющей V поскольку

Г Ф(2 .,2 в левой полуокружности составляющая

0) м и () 50 V действует на флюгарку встречноу а в правой — согласно с направлением вращения, -что приводит к взаимной ц% компенсации ускорения и замедления

-конструктивный вращения флюгарки за один, оборот.

Аналочгино на значенйя ь- .и ь, числитель и знаменатель 55 несущие информацию о составляющей выражения.(3) íà RM, V, не влияет составляющая Чэ .

2 ., таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможноть одно" о временного. измерения трех составляю о Ч 2 60 щйх скорости. потока и повышение точ/

/ уг 2 ности за счет исключения влияния турбулентных пульсаций потока..

ВНИИПИ Заказ 2330/55, Тираж 871 Подписное

°

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4

L - сила торможения флюгарки

D — - средняя на верхней или нижней (левой или правой) полуокружности сила разгона (торможе.ния) флюгарки от составляющей

Ч (или V- ), равная 4 в -ой 5

Л части от максимальной силы при синусоидальном законе из- . менения силы при вращении флюгарки и неизменном значении скорости за один оборот 10 последней.

Момент гидродинамических сил, дей . ствующих на вращающуюся вертушку (беэ учета снл трения на оси)

N ZrC -5ооэ 9 -ии.к . 15

J 2 Х

Сх э . х . Су с„ х Ч В -шт 1i — Ь В 2-5+к(В.Я+2г. В яЧ2 2 - Я "=„„„У где ви — частота вращения вертушки на верхней или нижней полуокружностях;

Z — число лопастей вертушки;

S — площадь лопасти вертушки;

S+ — площадь флюгарки

r,R — приведенные радиусы вертушки и флюгарки;

О - угол наклона .лопастей вер- 30 тушки;

С - коэффициент гидродинамической силы, направленной перпендикулярно лопасти;

С вЂ” коэффициент гидродинамической силы, направленной вдоль 35 сечения лопасти

y — плотность среды (воды);

М (,V>- продольная и боковая составляю

При устано

М= О, тогда Zsrcos e +

Х и — 3 RV. 0

2 %. Я где А = tg8(1

Преобразу

АЧ =Вга —

Х 0 2

1 Обозначим К = параметр, Разделим

:правой части

Поскольку (†- ) ».(-)

V f . r p

К 2

Х

TBK KaK ЮЬб = -Рз — и 86 —, то из

Tf

2 2 8Ь

-2 Я KR 3- . 2 2

АЧя= Brv = — — — Kvr, (5) хььв 2 У М

ВЬ

Дпя нахождения R) сложим уравнения (5)и (б), откуда

2А <8+ ВЬ

Используя уравнение (5) или (б),.определим составляющую Ч, скорости течения

Аналовйчно можно показать, что приrV> ) О осуществляется положительная модуляция угловой скорости оси вертушка - флюгарка в левой полуокружности и отрицательная модуляция в правой полуокружности.

Используя отрезки времени или можно записать

2 Я"