Измерительный преобразователь поперечных компонент пульсаций скорости потока

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для одновременного измерения в одной точке двух ортогональных компонент турбулентных пульсаций скорости движущихся сред. Целью изобретения является повышение точности измерения поперечных компонент пульсаций скорости потока. Преобразователь содержит размещенные в корпусе две пары ортогонально располо-женных чувствительных элементов, выполненных в виде равных частей сферического пояса, ограниченного телес-/ ными углами q, и Cf , удовлетеоряющийи условию О ср, . 84 i 1 Уг - 12611°, В связи с противоположной поляризацией этих элементов происходит сложение электрических зарядов , которые подаются на соответствующий вход электрической схемы, Чувствительные элементы обращены к потоку выпуклой стороной, на которой нанесено термозащитное покрытие. 4 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) - (5I) 4 С 01 Р 5/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3763765/24-10 (22) 02.07.84 (46) 07.04.86. Бюл. N- 13 (72) А,А. Сангалов (53) 532.574(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 679878, кл. G 01 Р 5/08, 1976.

Авторское. свидетельство СССР

N- 1144055, кл. G 01 P 5/02, 1983. (54) ИЗИЕРИТЕЛЬНЫИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПОПЕРЕЧНЫХ КОМПОНЕНТ ПУЛЬСАЦИИ СКОРОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для одновременного измерения в одной точке двух ортогональных компонент турбулентных пульсаций скорости движущихся сред. Целью изо" бретения является повышение точности измерения поперечных компонент пульсаций скорости потока. Преобразователь содержит размещенные в корпусе две пары ортогонально располо.женных чувствительных элементов, выполненных в виде равных частей сферического пояса, ограниченного телес-. ными углами Ч<< и (, удовлетворяющийи условию 0 ñð с 84+ 1 с (Р с с126+ 10. В связи с противоположной поляризацией этих элементов происходит сложение электрических зарядов, которые подаются на соответ ствующий вход электрической схемы.

Чувствительные элементы обращены к потоку выпуклой сторсной, на которой нанесено термозащитное покрытие.

4 ил.

1223150

Изобретение относится к приборам контрольно-измерительной техники и прецназначено для одновременного измерения в одной точке двух ортогональных компонент турбулентных пульсаций скорости движущихся сред.

На фиг, 1 представлена схема преобразователя, проекция с разрезом; на фиг. 2 — две пары чувствите.:,и:ных элементов (без термозащитного по- 10 крытия); на фиг. 3 — схема электрических соединений пьезоэлементов; на фиг. 4 — расчет взаимодействия турбулизированного потока со сферическим чувствительным элементом, на 15 основе которого разработана конструкция преобразователя.

Преобразователь состоит из корпуса 1, пары вертикально расположенных чувствительных элементов 2 из пьезо- 20 керамики, пары аналогичных горизонтально расположенных чувствительных элементов 3, и термозащитного покрытия 4. Г> преобразователе используется стандартный двухканальный усилйтель (не показан).

Работа устройства основана на преобразовании поперечных компонент пульсаций скоростного напора в электрический заряд на каждой паре пьезоэлементов, причем если один из элементов пары испытывает превышение давле- ния иад средним в потоке, то другой элемент испытывает уменьшенное давление, Б силу противоположной поляризации

35 этих элементов происходит сложение электрических сигналов, которые подаются на соответствующий вход электрической схемы.

При воздействии на преобразователь продольной компоненты ТПС или пестационарных сдвиговых течений, а также акустических сигналов с длиной волны большей, чем поперечный размер пары чувствительных элементов, происходит компенсация зарядов на каждой паре, так как воздействие па них одинаковое, а поляризация взаимно противоположная. Для сдвиговых течений компенсация электрических зарядов происходит па каждом элементе пары из-за противоположных по знаку значений пульI саций скоростного напора +Р и -Р на поверхности сферического элемента, причем в какой-то определенной величина пульсаций скоростного напора равна нулю. Это следует из закона распределения давления по поверхности сферического элемента при его обтекании потоком

Pg2 9

Р= (1- — sin 9)

Н - 2 4

Ф (1) где Р„ — давление скоростного напора, — плотность среды, V — квадрат мгновенного эначег

1 ния скорости;

8 — угол раскрыва сферического элемента (угол между направлением потока и нормалью к поверхности сферического элемента в необходимой точке) .

Из выражения (1) следует, что на поверхности сферы существует линия нулевого давления (скоростного напора), для которой Р„ = О.

Для этой линии 8 = 41 49 " 1 (Sin =

2/3).По обе стороны от этой линии величина скоростного напора имеет разные знаки. Поскольку величина и знак электрического заряда Q на пьезоэлементах пропорциональны величине и знаку давления Р, пьезомодулю Й„ и площади элемента S, то, выбирая элементарную площадку на поверхности пьезоэлемента dS (в виде сферического пояса в пределах которого изменением давления можно пренебречь) и проводя интегрирование по углу 6, получают . / где R — радиус кривизны сферического элемента, dS=27»R sine d6 °

Условием электрической компенсации сигналов от сдвиговых течений является равенство нулю электрического заряда на каждом пьезоэлементе в виде сферического пояса с углами раскрыва 8, и 8, определяющими границы этого пояса;

7»I 2 С1 r

Q = — — -" p V j (4"9 Sin 8)Sin8<

Я О»

»» R с1» 2

id О = — — — - V (5 eos9 -3 cosа8—

4 Г

»»

-5 co s 8< + co5 8 ) = О. (3)

Отсюда получают выражение, определяющее условия для конструирования чувствительных элементов преобразователя:

5(cos0< — cos Ю )=3(cos — cos & ). (4) 1223150

0«cq, < 84 + 1 асср а!26+ 1 . (5) Таким образом, рассчитывая согласно (5) 8< по выбранному В,(нли наоборот), получают размеры для конструирования пьезоэлементов преобразователя.

Так как 9, = 8< = Оо означает отсутствие чувствительного элемента вообще (вырождается в линию), то окончательно получают

cos 8, + сов 8 + Е, cos8 = — 5, 3 принимая р,= 29, и g = 28< получают

В таблице приведен ряд углов 8<

10 и 8, удовлетворяющих условию (5).

5 10 15 20 . 25 30 35 40

8>, грод 0

O,ãðàä 62,78 62,46 61,53 59,98 57,84 55, !2 51,85 48 43,57

П р и м е ч а н и е. Значения 8z даны с точностью + 0,01

Э так как при расчете предлагается условие изотропности ТПС в потоке.

Для расчета чувствительности преобразователя (предельно разрешимого

1 I значения Ч„р д или Й„р,„ измеряется шумовой заряд, .снимаемый с каждой пары пьезоэлементов Яод для конкретной конструкции преобразователя.

Формула изобретения

Практически при изготовлении преобразователя достаточно выдержать углы"9,и 2 с точностью +.1, при этом степень компенсации электрических зарядов. на пьезоэлементах от сдвиговых течений достаточно высока и ее значение на порядок меньше абсолютной ошибки измерений.

Выражение для величины электрического заряда 8 „ от воздействия поперечной компоненты ТПС (например, 30

I вертикальной V ) при средней скоро-. сти движения среды U для преобразователя с чувствительными элементами, удовлетворяющими условию (5), при углах скоса потока М 10 и с учетом закона разложения компонент пульсаФ ций скорости V u W

Q — — — — — К pUV (9(Sin 0+ йод 6 i)PÃ

$in В + $in&, Sin $ )-4) ($1п$ -$)пд, ), где ʄ— коэффициент преобразования, Ж) зависящий от материала и технологии изготовления термозащитного покрытия и спо45 соба закрепления пьезоэлементов в корпусе преобразователя (К„р 0,5-0,6) .

Для горизонтальной поперечной комI поненты W выражение (6) аналогичное, Г

Измерительный преобразователь поперечных компонент пульсаций скорости потока, содержащий корпус, двухканаль ную электрическую схему и две пары ортогонально расположенных чувствительных элементов, выполненных в виде размещенных симметрично одинаковых по форме участков сферы с попарно противоположной поляризацией, обращенных выпуклой стороной к потоку и соединенных электрически параллельно, причем со стороны потока на чувствительные элементы нанесено термозащитное покрытие, о т л и ч а ю" шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, чувствительные элементы преобразователя выполнены в виде равных частей сферического пояса, ограниченного телесными углами ц, и (р, удовлетворяющими условию

0 c q, c 84< 1 (р с!26 + 1.1223150

Puz. 1

1223150

Редактор Е. Папп

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 (Риг.

Составитель В. Назарова

Техред И.Попович

Заказ 1707/48 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор .С. йекмар

Подписное