Датчик для определения газосодержания в пристенном слое газожидкостного потока

 

Изобретение-относится к технике для измерения газосрдержания в пристенном слое газожидкостного и, в частности, аэрированного водного потока . Многоэлектродный датчик включается в измерительную цепь (имеющую линеаризующее сопротивление) прибора, работающего согласно электрическому резистийному методу. За счет придания угла наклона измерительной плоскости датчика и размещения нескольких электродов по линии,- направленной поперек потока, повышена точность измерения газосодержания, а также появляется возможность оценки градиента газосодержания по нормали к обтекаемой поверхности . 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц 0 01 Р 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4629720/25 (22) 02. 01. 89 (46) 07.02,92. Бюл, 1" 5 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И. Калинина (72) FJ.Â. Кокорин, В.П. Троицкий и А.Ф. Чернышев ,(53) 543.247(088.8) (56) Гутников В.С., Кокорин 10.В, и др. Электрический прибор для измерения воздухосодержания в аэрированных потоках воды. — Изв. ВНИИГ, 1970, т. 92.

Гальперин Р,С,, Осколков А.Г. и др. Кавитация на гидросооружениях.—

М.: Энергия, 1977, с. 22.

Изобретение относится к технике для измерения газосодержания в пристенном слое газожидкостных потоков.

Известны следующие методы определения газосодержания в газожидкостных потоках. дискретного отбора гидросмеси, непрерывного отбора гипросмеси, электрический импульсный, термоанемометрический, гаммаскопический, электрический резистивный метод. Определять величину газосодержания в пристенном слое газожидкостного потока с достаточной степенью точности позволяет только электрический резистивный метод. Электрическ п1 резистивный метод определения величинь1 газосодер„„SU„„ 1711092

2 (54) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОСОДЕРЖАНИЯ В ПРИСТЕННОМ СЛОЕ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА (57) Изобретение .относится к технике для измерения газосодержания в пристенном слое газожидкостного и, в частности, аэрированного водного потока. Многоэлектродный датчик включается в измерительную цепь (имеющую линеаризующее сопротивление) прибора, работающего согласно электрическому резистивному методу, За счет придания угла наклона измерительной плоскости датчика и размещения нескольких электродов по линии, направленной поперек потока, повышена точность измерения газосодержания, а также появляется возможность оценки градиента газосодержания по нормали к обтекаемой поверхности. 2 ил, жания состоит в измерении электропроводности гидросмеси в исследуемой области (эЬАективного электрического поля), которая изменяется в зависимости от концентрации гидросмеси в этой области. 11о конструкции различают следующие типы датчиков, входящих в комплект прибора, в основу которого положен электрический резистивный способ: KoGKcHGJlbHbUI концентрический, штыревой, пластинчатый и бифилярный. Проведенный анализ показал, что существенным недостатком всех перечисленных датчиков являются значительные гидродинамические погрешности при определении величины газо- .

17110 12

Указанная цель достигается применением эпектрического резистивного метода и датчика новой конструкци -. содержания в высокоскоростных потоках. Кроме того, применение их в натурных исследованиях осложнено тем, что, например, при сбросе вместе с водой льда, плавающих предметов, час-, тиц наносов возможно механическое повреждение этих датчиков. К недостаткам этого типа датчиков, кроме бифилярного, из-за конструктивных особенностей, следует отнести доста;точно большие размеры эффективного электрического поля (15-20 мм от центра датчика). Это обстоятельство не

: позволяет проводить измерения непосредственно в пристенном слое, Би. Ьилярный датчик позволяет выполнять ,измерения на расстоянии от стенки 11 2 мм, но применим только в лабораторных условиях при скоростях потоков не больше 10 м/с.

Наиболее близким к предлагаемому является дисковый датчик аэрации, предусматривающий совмещение с обтекаемой потоком поверхностью измеритель- 25 ной плоскости датчика, в пределах которой имеются пластины-электроды, выполненные заподлицо с названной плоскостью.. Электроды включаются в, электрическую цепь прибора, измеряю щего электропроводность гидросмеси в исследуемой области, Такая конструкция датчика позволяет проводйть измерения в пристенном слое и не подвержена механическим воздействиям со стороны потока.

Недостатками известной конструкции являются двухэлектродная схема (две крайние пластины, соединенные электрическим проводом, представляют 4р как бы один электрод, а центральная пластина — другой), взаимное влияние условий обтекания потоком одной пластины-электрода на обтекание другой, обусловленное близким рясположе- 45 кием этих пластин, фиксированный размер измерительной области.

1!ель изобретения — повьппение точности измерений и надежности работы датчика, увеличение толщины пристенного слоя (в котором измеряется воздухосодержание), оценка существования градиента концентрации (воздухосодержяния) по нормали к поверхности

55 (плоский датчик). Измерительная плоскость датчика совмещается с обтекаемой потоком поверхностью, электроды, выполненные заподлицо с измерительной поверхностью, включаются в электрическую цепь прибора, измеряющего электропроводность гидросмеси в исследуемой области. В предлагаемой конструкции предусмотрено устройство трех — пяти электродов, тяк как. большее количество электродов ведет к увеличению размеров датчика и делает невозможным его практическое применение из-за трудностей установки, позволяющих при разных расстояниях между парой задействованных при измерении электродов (например, пеpBbN второй, первый и третий и т.д.), получать и разную толщину эффективного электрического поля, в котором измеряется электропроводность (я значит, и воздухосодержяние), при этом повышается и надежность датчика, так кяк случайный обрыв провода к любому электроду оставляет возможность использовать для измерений остальные электроо

pbr придание угла наклона О = 3-5 измерительной плоскости датчика относительно поверхности водосброся (именно в этих пределах обеспечивается минимальная погрешность измерения воздухосодержания в придонной области и безотрывное обтекание этой плоскости высокоскоростным потоком).

Иа *иг. 1 приведен датчик, общий вид (стрелкой показано направление потока); ня *иг, 2 — разрез Л-А на фиг. 1.

Датчик состоит из электродов 1, корпуса 2, изолятора 3, кабеля 4.

Электроды представляют собой шпильки диаметром 3-5 мм, выполненные из нержавеющей стали. Электроды жестжо крепятся в цилиндрическом корпусе (из неэлектропроводного гидрофобного материала) так, что торцовые части электродов устанавливаются заподлицо с плоскостью корпуса. Этот корпус, например, с помощью винтовой резьбы совмещается с обтекаемой потоком поверхностью. К внутренним концам электродов датчика подсоединяется кабель, включающий датчик в измерительную цепь известного прибора.

Для проверки достижения цели изобретения были проведены экспериментальные исследования предлагаемой конструкции и известной в лабораторных и

1711092 натурных условиях. Сравнение, провепенное между измерениями, выполненными предлагаемым и бифилярным датчиками в аэрированном потоке в наклон- .

5 ном лотке, имитирующем низовую грань водосливной плотины, показало совпадение результатов в пределах прибор;ной погрешности «+1X. Бишилярный дат-! чик является наиболее приемлемым 1О для локальных измерений в плавноиэменяющихся лабораторных потоках.

При измерениях предлагаемой конструкции датчика задействовались разные пары электродов, что позволяло оценить изменение концентрации воздуха по нормали к плоскости датчика. Использование известного датчика для определения градиента газосодержания из-за его конструкции принципиально невозможно.

Исследования выявили, что двухэлектродная схема, взаимное влияние . условий обтекания потоком одной пластины-электрода на обтекание другой, 25 а также отрывы потока над пластиной (при. скорости жидкой фазы больше 34 м/с) не позволяют получать надежные результаты в натурных условиях.

Погрешность измерения газосодержания достигала 402., а при отрыве потока от плоскости датчика и образовании газовой каверны — 1007. В ходе исследований на специально изготовленном экспеРиментальном стенде, суть 35 которых состояла в определении эпюры воздухосодержания в водовоэдушном потоке при его набегании на поверхности с различным углом наклона к оси потока, был сделан вывод о том, 40 что угол 9 = 3-5 позволяет обеспе-, о чить безотрывное обтекание потоком плоскости с таким наклоном и олновременно не оказывает влияние на эпюру воздухосодержания по сравнению с невозмущенным потоком. Скорости течения, при которых выполнялись измерения, достигали 45 м/с, что соответствует скоростям, встречающимся в натурных условиях. Испытания датчика в натурных условиях показали.его надежность (за счет многоэлектронной схемы), точность измерения концентрации воздуха в припонном (пристенном) слое и градиента воэдухосодержания по нормали к поверхности датчика с точностью +5 .

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования позволяют утверждать,что в предлагаемом техническом решении повышается точность измерений и надежность работы датчика, а также возможно получение Результатов измерений в слоях с разной толщиной.

Ф о р м у л а изобретения

Датчик для определения газосодержания в пристенном слое газожидкостного потока, содержащий электроды, выполненные заподлицо с измерительной поверхностью, включенные в измерительную цепь электрического прибора, выполненного на основе резистивного метода измерения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, датчик содержит по крайней мере 3-5 электродов, размещенных по прямой линии, направленной навстречу потока, угол наклона а измерительной плоскости 3-5, в измерительной цепи дополнительно установлено линеаризующее сопротивление.

1711092

Составитель А. Величко

Техред ММоргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор Е, Папп

Заказ 337 Тираж 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