Способ измерения скорости течения жидкости и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения скорости течения жидкости путем облучения ее лазерным пучком в направлении, ортогональном направлению потока, и регист-- рации параметров лазерного пучка, провзаимодействующего с жидкостью, по которым судят о скорости потока, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения скоростей, сравнимых со скоростью автоконвекции , измеряют угол наклона деформированного лазерного пучка у , а скорость V определяют из соотношения : ,/V где V - максимальная скорость автоконвекции . 2. Устройство для измерения скорости течения жидкости содержащее сооснр установленные в направлении, ортого- . напьном вектору скорости потока, лазер-нагреватель , линзу и фотоприемник , подключенный выходом к регистратору фототока, отличающееся тем, что в него введены маска с переменной в азимутальном направлении прозрачностью, установленная перед линзой с возможностью углового смещения вокруг оптической оси, и угловая щкала поворота маски. i W INO 00 ел СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (И) (5D 4 G 01 P 5/00

ОПИСАНИЕ 83OEPETEHI4R

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 3888533/24-10 (22) 24. 04. 85 (46) 15.09.89. Бюл. 1"- 34 (71) Горьковский государственный университет им. Н.И,Лобачевского (72) Н.И.Муравьев, Ю.Y..Ñîðoêèí и С.Е.Финкельштейн (53) 532.574(088.8) (56) Власов Ю.Н. и др. Оптический визуальный метод исследования течений жидкости. — Теплофизика высоких температур 1972, Щ, 1(- 5, 1135-1137.

Авторское свидетельство СССР

9 875943, кл. G 01 F 1/704, 1980— непубл. (54.) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ измерения скорости течения жидкости путем облучения ее лазерным пучком в направлении, ортогональном направлению потока, и регистрации параметров лазерного пучка, провзаимодействующего с жидкостью, по

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения очень малых скоростей течения жидкости, не имеющей неоднородностей, Целью изобретения является снижение погрешности измерения жидких скоростей, сравнимых со скоростью автоконвекции.

На фиг. 1 и 2 представлены диаграммы, поясняющие существо способа;

2 которым судят о скорости потока, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения скоростей, сравнимых со скоростью автоконвекции, измеряют угол наклона деформированного лазерного пучка 1(, а скорость 7 определяют из соотноо шения:

tg)=V„/V, где V — максимальная скорость авток конвекции.

2. Устройство для измерения скорости течения жидкости, содержащее соосно установленные в направлении, ортогональном вектору скорости потока ла« с

Э щ зер-нагреватель, линзу и фотоприемник, подключенный выходом к регистратору фототока, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что в него введены маска с переменной в азимутальном направлении прозрачностью, установленная перед линзой с возможностью углового ) вил смещения вокруг оптической оси, и угловая шкала поворота маски.

90 на фиг. 3 — схема устройства для реализации способа.

Способ и устройство основаны на использовании нелинейного эффекта теплового самовоэдействия света в поглощающей среде.

При движении среды как целого поперек пучка в условиях теплового самовоздействия сечение пучка на достаточно высоких относительных уровнях интенсивности имеет форму полумесяца

1285907 (сер; а), выпуклая часть которого обращена навстречу вектору скорости, а ось си|петрин параллельна указанному вектору. Иэ-за неоцнородного нагрева части жидкости, занятой пучком, в ней возникает дополнительное движение— наведенная пучком (так называемая фотоабсорбционная) конвекция. Для центральной части пучка, где поле скорос- g тей фотоабсорбционной конвекции можно считать однородным, результирующая скорость жидкости равна Ч=Ч +V о гце 1, — измеряемая скорость потока;

V — направленная вверх характерная скорость фотоабсорбционной конвекции (см, фиг.,1}, которую можно вычислить по известной формуле

7 *=1(- --. — K f (Ý6„,, ),, P à.jlN

| с где 8 — коэффициент термического рас| шнрения; а — характерный поперечный размер луча; 25 — коэффициент поглощения, N — мощность лазера;

Ч» — температуропроводность; — кинематическая вязкость;

g - ускорение свободного паде-. ния;

К - универсальная функция поперечных координат, обращающаяся в постоянную величину дпя центральной части пучка.

Если принять, что поле скоростей фотоабсорбционной конвекции однородно, то проходящий через жидкость пучок н поперечном сечении принимает форму полумесяца (серпа), ось симмет- <О рии которого направлена вдоль результирующего вектора скорости жидкости, откуда следует, что

Таким образом, предлагаемые способ ,:. устройство пригодны для измерения скоростей, соизмеримых со скоростями фотоабсор6 ционной конвекции, т.е. порядка нескольк этом точность измерения тем выше, чем ближе измеряемая скорость к V

П эи практик еском использовании способа пред чарительно получают градуировочный г афик (см, фиг. 2) для ка55 кой-то одной жидкости, по которому устанавливают соответствие между скоростью течения и углом отклонения оси симметрии в поперечном сечении пучка от горизонтали для любой другой жидкости с известными свойсгвами.

Угол по градуировочному графику дает значение скорости исследуемой жидко с ти

Устройство для реализации способа содержит мощный лазер 1, ослабляющий светофильтр 2 на входе исследуемой жидкости 3, а на выходе ее прозрач-. ный диск 4 со шкалой углов,. полупрозрачное зеркало 5, за ним вращающуюся маску 6 с переменной линейной прозрачностью, затем линзу 7 и фотоэлектронный умножитель 8 с индикатором тока 9.

Устройство работает следующим образом.

Мощный лазерный пучок направляется поперек движения исследуемой жидкости в горизонтальной плоскости.

Проходя через жидкость, лазерный пучок нагревает ее, создавая тем самым конвективное движение жидкости в поперечном направлении снизу вверх, что вместе с основным горизонтальным течением жидкости приводит к дефокусиравке лазерного пучка на выходе поперечного сечения жидкости. ПеремеШая по горизонтали и вертикали в поперечном движению жидкости направлении вращающуюся маску, находим, центр тяжести деформированного лазерного пучка. Угол наклона деформированного пучка определяется по угловой шкале прозрачного диска, центр которого совмещен с центром маски. Начальные координаты пучка определяются таким же образом при ослаблении лазерного пучка путем введения ослабляющего светофильтра. При этом не происходит конвективного движения жидкости. При вращении маски пучок модулируется, а при совмещении центра маски и лазернсго пучка сигнал на ФЭУ равен нулю.

Таким образом определяется центр тяжести и угол наклона деформированного пучка, по которым судят о скорости потока, )285907

Фий Г

Составитель Ю.Власов

Техред Л. Сердюкова

Редактор М. Кузнецова

Корректор М. Пожо

Заказ 6799 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101