Устройство для измерения параметров течения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соввтскик

Социалистических

Республик («)781699

К АВТЬРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 1501,79 (21) 2713727/18-10 (51)М. Кл.з с присоединением заявки Но

G 01 P 5/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 231180. Бюллетень М 43 (53) УДК 532. 574 (088. 8) Дата опубликования описания 25.1180 (72) Автор изобретения

М.М. Усенков (71) Заявитель

Ленинградский гидрометеорологический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ТЕЧЕНИЯ

Изобретение относится .к измерительной технике и может быть использовано при проведении исследований в морях и других водоемах, а также при измерениях в гидравлических лотках.

Известны измерительные преобразователи параметров течений, выполненные в виде сферического приемника течений, укрепленного на поддерживаю- щей штанге, связанной с неподвижным основанием и с преобразователем деформации штанги f1).

Недостаток такого измерительного преобразователя в том, что приемник течений выполнен сферической формы, ввиду чего он испытывает воздействие гидродинамического давления потока в ! слое, равном диаметру сферы, что не позволяет получить информацию об интегральных характеристиках течения в более мощном -слое (no вертикали), а это важно для повышения точности измерения расходов в открытых водостоках и параметров придонных течений (в зоне максимальных градиентов эпюры скоростей).

Наиболее близким к предлагаемому является измерительный преобразователь параметров течения, содержащий приемник течения в виде осесимметричного тела, укрепленный на штанге, связанной с неподвижным основанием и преобразователем деформации. В этом устройстве цилиндрический вертикально ориентированный приемник позволя- ет получить информацию об интегральных характеристиках течения в слое, равном высоте цилиндра (2 ).

Однако в таком измерительном преобразователе момент, деформирующий штангу под воздействием потока на- . — — .... — .= приемник, возрастает по мере увеличения расстояния от основания, что приводит, к неравномерности вклада различно удаленных от основания зон потока и показания прибора и к уменьшению точности измерений интегральных характеристик потока. Этот эффект особенно сказывается в зонах максимальных градиентов скоростей (эпюры скоростей) — в придонной и в пристеночной зоне водотоков.

Цель изобретения — повышение точности измерений интегральных характеристик течения.

Цель изобретения достигается тем, что осесимметричный приемник течения . выполнен в виде усеченного конуса, 81 699 большее основание которого связано со штангой, а параметры конуса выбраны из соотношения

Ю=Э—

0 + н где 0 — диаметр большего основания конуса; — диаметр меньшего основания конуса;

R — длина штанги;

Н вЂ” высота конуса.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Измерительный преобразователь параметров течения состоит из приемника 1 течения, выполненного в виде . 15 вертикально ориентированного осесимметричного тела, который укреплен на поддерживающей штанге 2, вмонтированной.нижним концом в основание 3. У основания штанги 2 размещен измерительный преобразователь 4 деформации штанги, например тензометрического типа, измеряющий составляющие сил, действующих на штангу 2 в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Измерительный преобразователь 4 деформации кабелем связан с измерительным прибором (на чертеже не указаны).

Приемник 1 течения изготовлен таким образом, чтобы площадь его миделевого сечения уменьшалась по мере увеличе- 30 ния расстояния от основанйя 3. В. простейшем и преимущественном случае приемник 1 течения выполнен в виде усеченного конуса.

Устройство работает следующим об- 35 разом.

Его устанавливают на дне в вертикальном положении. Течение воздействует на приемник 1 течения с силой F„ пропорциональной квадрату скорости течения и площади миделевого сечения S г — — casu (1) где С вЂ” безразмерный коэффициент;, — плотность воды. 45

Эта сила деформирует штангу 2.Измеряй степень деформации штанги 2 с помощью измерительного преобразователя деформации 4, например тензодатчиков, можно судить о величине суммарной си- ® лы, действующей на приемник 1. Поскольку приемник 1 выполнен в виде осесимметричного тела, площадь миделевого сечения которого уменьшается по мфре удаления от основания, то силы гйдродинамического давления потока на отдельные элементы приемника 1 не меняют своих моментов относительно основания по высоте приемника. Это приводит к тому, что в одинаковой степени учитываются все составляющие ф) скорости течения независимо от изменения эпюры скоростей и увеличивается точность измерения средней скорости течения в слое, равной высоте приемника течения. Миделево сечение эле- 65 ментов приемника по высоте выбирается из условия равенства моментов гидродинамических сил, т.е..путем изменения произведений коэффициента С и площади миделевого сечения S. Если принять значение С постоянным, то равенство моментов может быть достигнуто последовательным уменьшением диаметра приемника по линейному закону, т.е. приемник выполнен в виде усе.ченного конуса, элементы которого выбирают иэ простых геометрических соображений по соотношению

0 = 0

Е- +н (2) где D — диаметр большего основания, d — диаметр меньшего основания;

Р. — длина штанги;

Н вЂ” длина приемника (высота конуса).

Измеряя суммарную силу F посредством измерительного преобразователя 4 деформации, из соотношения (1) определяют скорость течения

2F

О = (3)

Направление течения определяют по направлению максимальной деформации чувствительного элемента.

Технико-экономическим преимуществом измерительного преобразователя параметров течения является повышение точности интегральных характеристик течения, особенно в придонной и в пристеночной зонах водотоков, примерно на 12-25%.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров течения, содержащее осесимметричный приемник, закрепленный на штанге, связанной с неподвижным основанием и с преобразователем деформации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений интегральных характеристик течения, осесимметричный приемник выполнен в виде усеченного конуса, большее основание которого связано со штангой, а параметры конуса выбраны из соотноше\ ния е где D — диаметр большего основания конуса; д — диаметр меньшего основания конуса1.

Š— длина штанги;

Н вЂ” высота конуса.

Источникй информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 513311, кл. G Ol P 5/02, 1974.

2. Вычков В.Д. и др. Гидрометрия.

JI., Гидрометеоиздат, 1972, с. 154 (прототип).

782699

Тираж 1019 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8121/48

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

Составитель В. Назарова

Редактор Н. Егорова Техред М.Петко Корректор Н. Швццкая