Способ измерения скорости разреженного потока газа

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАЗРЕЖЕННОГО ПОТОКА ГАЗА, путем создания в нем светящейся метки и ее регистрации в неподвижной среде и в потоке, отличал-щийся тем, что, с целью повышения точности измерений, метку регистрируют в длинах волн монохроматического излучения, соответствующих коротко и долгоживущему состояниям, и по отношению интенсивностей свечения в этих длинах волн определяют скорость потока газа.(Л006tiex >&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECflVSJlHK

O% 03) 3(Я) 01 P 5 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТРЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2852504/18-10 (22) 17.12.79 (46) 30.11. 83. Бюл. М 44 (72) З.Т.Орлова (53) 532.574(088.8) (5á) 1. Авторское свидетельство СССР

В 134495, кл. Gi Ol P 5/00 1960.

2. Авторское свидетельство СССР

М 458284, кл. Ci 01 Р 5/18, (прототип). (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ CKOPOCTH

РАЗРЕЖЕННОГО ПОТОКА ГАЗА, путем создания в нем светящейся метки и ее регистрации в неподвижной среде и в потоке, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, метку регистрируют в длинах волн монохроматического излучения, соответствующих коротко и долгоживущему состояниям, и по отношению интенсивностей свечения в этих длинах волн определяют скорость потока газа.

81626 8

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения местной скорости разреженного потока газа в аэродинамических установках при давлении меньшем 10 2 мм рт. ст. злектреннооптичес- 5 ким методом.

Известен способ измерения скорости газового потока путем создания метки с помощью импульсного воздействия, например, пучка быстрых электро- г0 нов и измерения времени, за которое, метка проходит заданное расстояние (1) . Зремя определяют по 2 импульсам на осциллограмме, полученной при прохождении метки перед ФЭУ, диа-г5 фрагмированного двумя малыми отверс" тиями, с известным расстоянием между ними. Интенсивность свечения в метке убывает со временем по экспоненциальному закону, а также происходит размытие метки, даже на небольшой базе, что приводит к боЛьшой погрешности измерения скорости этим способом.

Известен также способ измерения скорости газового потока,.взятый эа прототип, заключающийся в том, что .метку создают и регистрируют дваждыг в неподвижной среде и в потоке газа. Затем производят сравнение положения и формы меток, полученных в обоих случаях, через один н тот же промежуток времени после их создания, после чего по разнице положения меток в неподвижной среде и в потоке измеряют смещение метки.

Зная величину смещения и время определяют скорость потока (2) . Недостатками прототипа являются малые смещения профиля метки в потоке и необходимость точного контролирования по-40 ложения электронного пучка в пространстве в процессе эксперимента, что представляет техническую трудность.

Смещение электронного пучка, вызванное случайными факторами может при" 45, вести к большой систематической погрешности измерения скорости.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости потока разреженного газа. 50

Поставленная цель достигается тем, что метку регистрируют в двух длинах волн монохроматического излучения, соответствующих коротко- и долгоживущему состояниям, и по отно- 55 шеиию интенсивностей свечения в этих длинах волн определяют скорость потока газа.

На фиг. 1 изображена схема устрой-.:50 ства для реализации способа; на фиг. 2 - экспериментальные световые профили в неподвижной среде и в потоке в двух длинах волн для азота(на фиг. 3 - расчетная зависимость выноса относительного свечения из метки от скорости. .Способ реализуют, например, в аэродинамической трубе (см. фиг. 1)г рабочая камера 1 которой оснащена электронной пушкой 2, специальным оптическим окном 3 для вывода свечения из рабочей камеры, конденсатором 4, спектрографом 5, преобразователем светового сигнала в электрический 6 и регистрирующей аппаратурой с самописцем 7.

Способ осуществляют следующим образом.

Создают в рабочей камере 1 разрежение порядка 10 4мм рт. ст, и с помощью электронной пушки формируют пучок быстрых электронов 8, регистрируют полученную .световую метку в двух длинах волн, соответствующих коротко Я„ и долгоживущему Д состоянию. Для азота в качестве долгоживущего состояния берут полосы (1+ ) системы азота, для которойг 5.10 с.

Для короткоживущего состояния полосы Й (1- ) либо И2 (2+ ) системы, г этйх переходов равны соответственно 4.10 8 и 6 ° 10 З с (см. фиг. 2) .

Затем создают поток и регистрируют метку в установившемся потоке в этих же длинах волн. Параметры потока

1 5 10 То=290 К (B — давление остаточного газа, Ро-- давление торможения, T0 — температура торможения) °

Иэ этого графика находят относитель-. ное уменьшение интенсивности Я в потоке.

Если возбудить молекулу до некоторого состояния, то возврат в основное невоэбужденное состояние с излучением соответствующей длины волны происходит. не мгновенно, а существует средняя продолжительность нахождения частицы в возбужденном состоянии, так называемое время жизни возбужденного состояния — ь . В связи с этим, если в газе с помощью электронного пучка создать импульсную метку, то убыль возбужденных молекул в метке л через время г после ее создания выразится зависимостью Й (1) "oe где,Ио - начальное число молекул.

При этом убыль возбущценных частиц в метке пропорциональна свечению из метки при условии отсутствия тушащих соударений. Последнее условие выполняется для давления газа мень-2 шее 10 мм рт. ст. Если метку создавать постоянно, но в присутствии пот<же, движущегося со .скоростью V, то образуется пространственная разв ертк а свечения метки, и соотношение интенсивности для свечения на расстоянии 6 от места возбуждения имеет видг

816 268

Время жизни различных состояний может различаться на порядки. К короткоживущему состоянию отнести состояния с таким " что все возбужденные молекулы высветятся в области метки в широком диапазоне иэмеряе- э ьых скоростей потока газа, а к долгоживущим состояниям такие, которые для этих скоростей потока имеют существенный вынос излучения из метки.

Для измерения скорости рассчитывают !О относительное уменьшение свечения метки для взятой скорости, находят относительное уменьшение интенсивности в 3g, и строят расчетную зависимость выноса относительного свечения иэ метки от скорости. Пример такой зависимости приведен на фиг. 3. Зная из эксперимента относительное уменьшение интенсивности о свечения в потоке, определяют скорость. Полученное значение скорос» ти согласуется с расчетной. Сделанный анализ факторов, влияющих на измерение скорости, показал, что точность измерения скорости этим способом не превосходит

+5%.

816 268

0 / Р 3

ФИГ у.tp 5 CM

CCN ФиаЯ

ВНИИПИ 3акаэ 10750/4 Тираж 873 Подписное

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