Способ измерения скорости потока

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА путем генерации меток с часто той f пропорциональной скорости потока , и последующим измерением этой частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазо на измерения и функциональных возмож ностей путем измерения динамических параметров потока, формируют импульс ный сигнал постоянной амплитуды, передний фронт каждого из импульсов Y//7///A /// соответствует моменту генерации метки , а,задний - моменту ее регистрации , выделяют среднее значение этого импульсного сигнала и путем изменения частоты генерации меток доводят величину среднего импульсного сигнала до задаваемого порогового уровня, причем соотношение амплитуды импульсного сигнала и величины задаваемого порогового уровня выбирают, исходя из крутизны преобразования измеряемой скорости в частоту, а скорость потока определяют по формуле где L - базовое расстояние; AQ - амплитуда импульсов; ГЛ DO - задаваекий по|)оговый уровень среднего значения импульсного сигнала; f частота генерации меток, при S которой среднее значение импульсных сигналов равно вели чине Оо. ///Л « У//Л.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) 01), Э(5)) GOl P 5 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;:

К АВТОРСИОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) Ао%

) ()о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,(21) 3417921@18-10 (22) 07 ° 04.82 (46) 23.08.83. Бюл. Р 31 (72) Ф.A. Ганеев, В.И. Солдаткин и В.A. Ференец (71) Казанский ордена Трудового

Красного Знамени авиационный институт им. A.H. Туполева (53) 532.574(088.8) (56) 1. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. M. — Л., Машиностроение™, 1965, с. 382-386.

2, Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1975, с. 573. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

ПОТОКА путем генерации меток с частотой, пропорциональной скорости потока, и последующим измерением этой частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и функциональных возможностей путем измерения динамических параметров потока, формируют импульсный сигнал постоянной амплитуды, ередний фронт каждого из импульсов соответствует моменту генерации метки, а задний — моменту ее регистрации, выделяют среднее значение этого импульсного сигнала и путем изменения частоты генерации меток доводят величину среднего импульсного сигнала до задаваемого порогового уровня, причем соотношение амплитуды импульсного сигнала и величины задаваемого поро" гового уровня выбирают, исходя из крутизны преобразования измеряемой скорости в частоту, а скорость потока определяют по формуле где Ь вЂ” базовое расстояние;

А — амплитуда, импульсов)

0„ — задаваемый пороговый уровень среднего значения импульсно- С го сигнала;

f — частота генерации меток, при которой среднее значение импульсных сигналов равно вели чине О .

1037183

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерении скорости и связанных с ней параметров потока газа, или жидкости, например, при проведе", нии азрогидродинамических измерений и исследований в расходометрии, а также при определении параметров движущегося относительно среды объекта., Известны способы измерения скорос- 10 ти потока газа или жидкости-с помощью меток, в качестве которых используют искусственно создаваемые флуктуации температуры, концентрации вещества, коэффициента преломления, микро-и 15 макрочастиц, электропроводностИ и т.п. 513.

Согласно этим способам для определения скорости потока производят измерение временного интервала, в тече-ъ0. ние которого метка проходит фиксированное базовое расстояние.

Недостатком указанных способов является нелинейность Зависимости длительности временного интервала от скорости потока. Кроме того, выходной сигнал в виде временного интер. вала в ряде практических случаев оказывается неприемлемым для непосредственного использования или преобразования.

Известен также способ измерения» скорости потока, при котором генерацию каждой последующей метки производят в момент регистрации приемников предыдущей, т.е. в -этом случае часто-З5 та генерации меток пропорциональна . скорости потока и определяется соотношением

Ч

40 .где V — скорость потока;

Ь вЂ” базовое расстояние между ис-точником и приемником меток P2) . ,Из соотношения (9 видно, что устрой-4 ство, реализующее этот способ, имеет линейную выходную характеристику с крутизной, обратно пропорциональной величине.

Недостатками такого способа явля- 0 ются узкий диапазон измерения, обус- ловленный сложностью регулировки крутизны преобразования величины измеряемой скорости в частоту, и слож- ность, осуществления функциональных преобразований скорости, например получение выходного сигнала, пропорционального квадрату скорости.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения и функциональных возможностей путем измерения динами- 60 ческих параметров потока.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости потока путем генерации меток 65 с частотой, пропорциональной скорости, потока, и последующим измерением этой частоты формируют импульсный сигнал постоянной амплитуды, передний фронт каждого из импульсов соответствует моменту генерации метки, а эадниймоменту ее регистрации, выделяют среднее значение этого импульсного сигнала и путем изменения частоты генерации меток доводят. величину среднего значения импульсного сигнала до задаваемого порогового уровня, причем соотношение амплитуды импульс- . ного сигнала и величины задаваемого порогового уровня выбирают, исходя из крутизны преобразования измеряе» мой скорости в частоту, а скорость потока определяют по формуле

4Ао

".о где Ь вЂ” базовое расстояние ;

A 0 — амплитуда импульсов

ti — э адаваеьый пороговый уровень среднего значения импульсного сигналау — частота генерации меток, при которой среднее значение импульсного сигнала равно величине06.i

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что частота генерации меток прямб пропорциональна скорости потока, причем крутизна этой зависимости определяется соотношением амплитуды нормированных импульсов A о к заданному пороговому уровнюО,, которое можно легко изменять в значительных пределах. Кроме тогО, обеспечивая функциональную связь величин

Ао и Оо с другими параметрами потока, возможно осуществить функциональное преобразование скорости потока в частоту. Так, например, при формировании последовательности импульсов, амплитуда которых пропорциональна их дли- . тельности, можно получить выходной сигнал в виде частоты, пропорциональной квадрату скорости. Для определения расхода газа или жидкости необходимо устанавливать величину порогового уровня постоянной составляющей, пропорциональной произведению сечения потока на плотность газа или жидкости. При изменении величины пропорциональнО,углу атаки можно определять подъемную силу движущегося относительно среды объекта и т.д.

Для осуществления предлагаемого способа необходимо выполнить,следуз щие операции: обеспечить периодический ввод меток в контролируемый ток; зарегистрировать сигнал, возникающий на приемнике в результате его взаимодействия с меткой;сформировать импульсный сигнал с импульсами, например, прямоугольной формы, передний

1037183

ВНИИПИ Заказ 6002 47 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород,ул.Проектная,4 фронт которых соответствует моменту генерации метки, а задний — моменту ее регистрации приемником;выделить среднее значение импульсного сигнала, например, с помощью интегрирующей

R С-цепи; довести величину среднего значения импульсного сигнала . посредством изменения частоты генерации меток до заданного порогового уровня> зафиксировать частоту генерации меток, при которой достигается равен- 10 ство среднего значения импульсного сигнала задаваемому пороговому уровню; вычислить. скорость или другой параметр потока по формуле (2).

Яа чертеже представлено устройст- 15 во, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит генератор ме-. ток, включающий в себя, например, искровой разрядник.1, подключенный к генератору высоковольтных импульсов 2, частота выходных импульсов которого может регулироваться внешним сигналом, подаваемым на управляющий вход. Генератор 2 имеет информационный выход, с которого снимается .сигнал в виде частоты -импульсов f> .

Приемник меток 3, выполненный в виде электрода, удален от разрядника 1 на расстояние Ь и связан через усилитель 4 с формирователем импульсов 5, второй вход которого подключен к ге- нератору 2. В качестве формирователя прямоугольных импульсов целесообразно использовать триггер. Выход триг- гера подключен к интегратору б, роль (которого может выполнять интегрирую- З5 щая КС-цепь с большой постоянной времени. Выход интегратора 6 связан с первым входом сравнивающего устройства 7, на второй вход. которого подается опорное напряжение, определяю-4() щее пороговый уровень Uo постоянной. составляющей. Выход сравнивающего

- устройства связан с управляющим входом генератора 2.

При работе устройства за счет 45

BcKposoFQ пробоя между электродами разрядника 1 в потоке создается метка, которая уносится потоком в сторону приемника 3. В результате взаимодействия метки с приемным электро- 5() дом на последнем индуцируется сигнал, который усиливается усилителем 4 и поступает на формирователь 5. На другой вход формирователя в мемент образования метки поступает импульс с генератора 2. Таким образом, на выходе формирователя 5 образуются импульсы прямоугольной формы, передний фронт которых соответствует моменту искрового разряда, а задний фронт— моменту регистрации метки приемником6О

У при этом длительность импульса определяется соотношением (.н@ Ь/V. Эти импульсы поступают на вход интегратора, где выделяется постоянная составляющая последовательность импульсов. В данном елучае величина постоянной составляющей определяется выражением () АоЧ.к и где A, — амплитуда импульсов) р

T = — — период следования меток

f (импульсов) .

Напряжение U„ с выхода интегратора поступает на вход сравнивающего устройства 7, на выходе которого форми- . руется напряжение, соответствующее разности среднего значения V è напряжения 0,,определяющего заданный пороговый уровень. Под действием на» пряжения hV происходит изменение частоты генерации генератора 2 таким образом, чтобы разность AU компенсировалась до нуля за счет изменения

U0.éðè нулевом значении AU обеспечивается частота генерации fv при которой выполняется равенство

А o Ñ

Оо=Uï

Т

=Ао (-иЬ

Полученное выражение можно переписать в виде, Оо-- —, АоЬЬ

Ч откуда найдем зависимости частоты посылки меток fv от скорости потока . 4()о —ч- Aob

Таким о6раэом, частота генерации меток линейно зависит от скорости потока, причем крутизна этой зависимости определяется отношением

Uo/АрЬ, которое может легко изме-. няться в широких пределах за счет регулирования величины П или Aol

При обеспечении Условия Ao = Ч;к которое достигается включением в схему дополнительного преобразователя длительности импульсов в амплитуду, можно получить квадратичную выходную .характеристику, описываемую выражением, ) ()р (р

Таким образом, предлагаемый спо» соб позволяет расширить диапазон из мерення в сторону больших скоростей и обеспечить высокую экономичность и надежность измерителя. Кроме того, автоматическое изменение крутизны выходной характеристики пропорцио нально соответствующему параметру потока (плотность, сечение, скорость . и т.д.) позволяет достаточно просто осуществить функциональное преобразование скорости потока в частотный вы« ходной сигнал (массовый расход, объемный расход, квадрат скорости и т. д.) .