Датчик скорости потока газа

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (») 6I3247

Со1оз советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.01.77 (21) 2440830/18-10 с присоединением заявки № (51) М. Кл G 01Р 5/10

Совета Министров СССР по оелом ивооретений и открытир (43) Опубликовано 30.06.78. Бюллетень № 24 (45) Дата опубликования описания 05.06.78 (53) УДК 533.6.08(088.8) (72) Авторы изобретения

О. М. Коробов, Л. Л. Зотов и С. Я. Сопин (71) Заявитель (54) ДАТЧИК СКОРОСТИ ПОТОКА ГАЗА

ГосУдоРственньй комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения быстроменяющихся скоростей в пространственном потоке газа, имеющем переменные температуру, давление, а также изменяющиеся состав, плотность.

Известны шаровые пневмозонды для определения параметров в пространственном установившемся газовом потоке, состоящие из координатника с приемной шарообразной головкой, в которой имеются пять пневмоканалов, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и связанных тонкими трубками с микроманометрами (11.

Недостатками этих устройств являются большая инерционность и низкая точность измерений.

Ближайшим по технической сущности является датчик скорости потока газа, содержащий стержень с приемной головкой, имеющей мембрану тензопреобразователя и два пневмоканала, соединенные с полостями у мембраны (2), Однако указанный датчик нельзя использовать для измерения направления и величины скорости в пространственном (трехмерном) потоке с переменной температурой и составом газа. Это объясняется тем, что пневмоканалы, расположенные в плоскости, проходящей через ось державки, не реагируют на вектор скорости, лежащий в плоскости, перпендикулярной осн датчика. Кроме того, тензопреобразователь чувствителен к изменению температуры.

5 Цель изобретения — определение величины и положения вектора скорости в пространственном готоке с переменной температурой и составом газа.

Поставленная цель достигается тем, что в

10 приемной головке выполнены два дополнительпы ; пневмоканала с расположеннымп в них термоанемомстрами, расположенных в плоскости, перпендикулярной плоскости размещения основных пневмоканалов, при этом

15 преобразователь выполнен в виде емкостного дифференциального преобразователя-конденсатора.

На чертеже приведена конструктивная схема датчика скорости потока газа.

20 Датчик скорости потока газа состоит из приемной головки 1 с державкой 2, между двумя полусферамп которой установлена мембрана 3.

С двух сторон мембраны находятся внут25 ренние камеры, сообщающиеся с измеряемой средой пневмоканаламп: верхняя через канал

4, нижняя — через канал 5. Эти пневмоканалы расположены в плоскости, перпендикулярной оси державки. В камерах находятся элек30 троды 6. образующие с мембраной два плос3 ких конденсатора С1 и С2, Электроды приклеены через изоляционную прокладку 7 к корпусу головки. Выводные концы от электродов через каналы в державке выходят наружу.

Головка с державкой устанавливаются в координатнике 8. В пневмоканалах 9 расположены термоанемометры 10.

Датчики скорости потока газа работает следующим образом.

Емкость верхнего и нижнего конденсаторов зависит от положения мембраны 3, прогиб которой определяется перепадом давления в камерах. Конденсаторы, будучи включенными в разные плечи моста, образуют дифференциальный емкостный преобразователь, сигнал с которого пропорционален перепаду давлений между пневмоканалами. Положение вектора скорости в плоскости, перпендикулярной оси державки, определяется поворотом державки вокруг своей оси. Вращение производится до тех пор, пока перепад давлений между пневмоканалами 4 и 5 не станет наибольшим. Угол поворота измеряется по отсчетному устройству координатника. Положение вектора скорости в плоскости оси державки определяется с помощью термоанемометров, размещенных в пневмоканалах 9. Термоанемометры расположены с таким расчетом, что они изменяют свои параметры в зависимости от величины угла между направлением вектора скорости потока, расположенного в плоскости пневмоканалов 9, и оси пневмоканалов

4. Если отношение сигналов от двух термоанемометров, включенных в мост, равно 1, то вектор скорости потока направлен по оси центрального пневмоканала и тогда его величина соответствует перепаду давлений. Если имеется разность в показаниях термоанемометров (отношение сигналов не равно 1), то вектор скорости направлен под углом к пневмоканалу 4. Определить величину этого узла можно с помощью тарировочной кривой, полученной в результате предварительной градуировки датчика в стационарном потоке.

Величину скорости в этом случае можно определить по формуле

613247

4 преобразователям. Действительно, емкость каждой половины дифференциального конденсатора определяется формулой

1- .5

5 С1 2: — + ЬСу где в — диэлектрическая проницаемость зазора между обкладками конденсатора;

3 — площадь обкладок;

d — расстояние между обкладками, которое изменяется от прогиба мембраны от перепада давлений;

ЛС,— изменение емкости конденсатора при воздействии на датчик температуры.

15

Поскольку половинки дифференциального конденсатора в мостовой схеме включены в смежные плечи, то изменение любого из пара20 метров преобразователя в одну и ту же сторону не вызывает разбаланса моста, т. е. такой датчик практически не чувствителен к изменению параметров в, 5, ЛС,. Напряжение, снимаемое с моста при перемещении мембраны, 25 пропорционально только изменению расстояния между обкладками и зависит от перепада давлений в камерах преобразователя й=/(Р,— Р2). Это обстоятельство весьма существенно при измерении скоростей потоков с

50 переменной температурой и составом газа.

Формула изобретения

Погрешность измерения величины скорости в пространственном потоке в основном определяется преобразователем перепада давле35 ний, а направление составляющей вектора скорости, лежащей в плоскости пневмоканалов 4 и 5, определяется чувствительностью прибора и точностью отсчетного устройства координатника.

40 11огрешность определения составляющей вектора скорости в плоскости пневмоканалов

9 зависит от чувствительности термоанемометров и точности определения коэффициента Кб при градуировке датчика в стационарном по45 токе. где A=3 (Рз — Р4) — амплитуда сигнала в (мм), измеренная по осциллографу; т — масштаб давления на осциллограмме (мм/ат);

К; — коэффициент, зависящий от угла д, определяемый при тарировке термоэлемента.

Погрешность измерения величины пространственного потока характеризуется, в первую очередь, погрешностью замера перепада давлений. Используемый для этого дифференциальный емкостный преобразователь свободен от ряда погрешностей, присущих тензо50 Датчик скорости потока газа, содержащий стержень с приемной головкой, имеющей мембрану преобразователя и два пневмоканала, соединенные с полостями, расположенными с двух сторон мембраны, отличающийся

55 тем, что, с целью определения величины и положения вектора скорости в пространетвенном потоке с переменной температурой и составом газа, в приемной головке выполнены два дополнительных пневмоканала с установленныGp ми в них термоанемометрами, ориентированные перпендикулярно плоскости расположения основных пневмоканалов, при этом преобразователь выполнен в виде емкостного дифференциального преобразователя — конденса65 тора.

613247

Составитель В. Куприянов

Техред И. Михайлова Корректор Л. Орлова

Редактор Е. Дайч

Заказ 1126/8 Изд. № 484 Тираж 1122

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Типография. по. Сапунова, 2

Источники информации, принятые ио внимание при экспертизе

1. Повх И. Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. M.-Л., «Машиностроение», 1965 r., с. 193 — 198.

2. Тензометрический зонд для замера быстроменя|ощегося динамического перепада давления. Республиканский междуведомственный сборник, выпуск 11, Харьков, 1971.