Регистратор меток потока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()885896 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 070380 (21) 2891119/18-10 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Опубликовано 3011.81, Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 30.11.81 (51)М. Клз

G 01 P 5/18

Государственный комитет

СССР по дедам изобретений н открытий (53) УДК 532. 574 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Ф.А.Ганеев, С.К.Бальцер, В.M.Ñoëäàòêèí и В.A.Ôåpåíåö

Казанский ордена Трудового Краси го Знамени авиацйонный институт им. А.Н.ТуполейЕ--(71) Заявитель (5 4 ) РЕГИСТРАТОР МЕТОК ПОТОКА

Изобретение относится к измерительной технике„и .может найти применение в устройствах для измерения параметров движения, в частности величины и направления скорости потока газа или жидкости, расхода, а также при аэро- и гидродинамических исследованиях.

Известны устройства для бесконтактного измерения расхода, скорости и направления потока жидкости и газа, в основу работы которых положено определение времени переноса метки IIQTQKQM между точками баэового расстояния. Одним из основных узлов, определяющих точность измерения в таких устройствах, является регистратор метки, который выдает сигнал на измерительную схему в момент времени, когда метка пересекает границу базового расстояния. Регистрация меток в известных устройствах производится по моменту начала реагирования приемника на появление метки, т.е. в момент времени, когда сигнал приемника превышает заданный пороговый уровень.

Основным недостатком такой реги.страции является несоответствие пространственного положения метки и уровня выходного сигнала приемника вследствие возможной йестабильности параметров формируемых меток, Известны также устройства, в которых регистрация метки обеспечивается по среднему моменту времени между началом и концом реагирования приемника на пролетающую метку (11 .

Этим устройствам также присущи погрешности, обусловленные временной зависимостью характерных параметров метки. Эти погрешности особенно существенны при малых скоростях измеряемых потоков, когда временной ин15 тервал между началом и концом реагирования оказывается сравнительно большим.

Известны устройства регистрации меток по максимуму выходного сигна20 ла.приемника или по нулевому значению производной этого сигнала по времени (2).

Недостатком известных устройств является их малая точность.

25 Наиболее близким к предлагаемому является регистратор меток, содержащий точечные электроды, расположенные вдоль потока, усилитель, дифференциальную схему, соединенную с

30 компаратором. При этом электро3

885896

20

60 ды размещены на расстоянии П,ЬЬ длины меток. В этом устройстве посредс гвом дифференциальной схемы производится выделение разностного сигнала между разнесенными во времени вы ходными импульсами приемников,,разнесенных в пространстве. Далее с помощью компаратора производится формирование импульсов, временное положение переднего фронта которого соответствует моменту пересечения разностного сигнала через нулевой уровень (3 .

Однако это устройство также не обеспечивает высокой точности регистрации меток при наличии флюктуаций сигналов На входе компаратора, которые имеют место в реальных условиях работы (турбулентность потока, случайные пульсации и т.п.), При этом погрешность регистрации обуславливается малой крутизной пересечения разностного сигнала нулевого уровня, особенно при низких скоростях контролируемого потока. Кроме того, выбор расстояния разнесения приемников вдоль потока на 0,66 длины меток для ряда типов меток не является оптимальным с точки зрения обеспечения высокой точностн регистрации, а сле. довательно, и измерения параметров движения.

Цель изобретения — повышение точности регистрации метки.

Поставленная цель достигается тем, что в регистраторе меток потока, содержащем точечные электроды, расположенные вдоль потока, усилители и дифференциальную схему, соединенную с компаратором, введена вторая дифференциальная схема, соединенная с компаратором, при этом электроды подключены к разнополярным входам дифференциальных схем и расположены на расстоянии = Э7 ro где ro — наикратчайшее расстояние между траекторией движения метки и линией, соединяющей электроды.

Введение дополнительной дифференциальной схемы и указанное его включение позволяет сформировать так называемый опорный сигнал компаратора, изменяющийся в противофазе основном сигналу. Благодаря этому крутизна пересечения основного сигнала с опорным увеличивается вдвое, что за счет снижения дисперсии погрешности отсчета времени приводит к повышению точности регистрации меток в условиях случайных пульсаций и турбулентности измеряемого потока. Выбор расстояния разнесения приемников по указанному выражению при регистрации меток, обладающих электростатическим зарядом, обеспечивает максимальную крутизну сигналов на выходе приемников в равносигнальной зоне, что также увеличивает крутизну разностного сигнала и повышает точность регистрации.

На фиг. 1 представлена схема -егистратора; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Регистратор содержит два разнесенных на расстоянии идентичных приемника 1 и 2, состоящих из регистрирующих металлических электродов, расположенных на поверхности, ограничивающей контролируемый поток, и преобразователей заряд — напряжение, входы которых связаны с упомянутыми электродами. Выходы приемников 1 и 2 связаны через две дифференциальные схемы 3 и 4 с компаратором 5.

Регистратор работает следующим образом..

Ионная метка в результате своего движения совместно с контролируемым потоком проходит сначала около приемника 1, а затем около. приемника 2.

В результате этого на выходе приемников 1 и 2 соответственно появляются сигналы Sq и S . Эти сигналы подаются на соответствующие входы дифференциальных схем 3 и 4, на выходе которых формируются сигналы Ь5„ и д5 1 соответствующие -разности (S

5 ), причем сигнал д5Л является инверсным по отношению к сигналу ь51.

С выходов схем 3 и 4 сигналы д5 и

4Sy поступают на соответствующие входы компаратора 5, в котором происходит формирование импульса в момент равенства сигналов д5 и 6 Sg . При этом разностный сигнал их равен д5

hS y dSg - (- p Sq) = 2М, т е. увеличивается в 2 раза. Временное положение переднего фронта импульса на выходе компаратора соответствует моменту прохождения меткой точки, равноудаленной от приемных электродов. Этот импульс используется в измерительной схеме для определения времени прохождения меткой заданного базового расстояния.

45 В результате пролета метки около точечного металлического электрода на последнем возникает заряд ц, обусловленный наведенным зарядом.

Величина наведенного заряда н опре5р деляется из известного выражейия и =Ч Чм где .Ч - потенциал фиктивного поля точечного электрода в точке нахождеHHH метки. Продифференцировав это соотношение по времени, получим выражение, .описывающее импульс наведенного тока ф COSP> г

1 е где V — скорость движения метки;

r - наикратчайшее расстояние межо ду электродом и траекторией движения метки;

Ф вЂ” угол между траекторией метки и радиус вектором, соединяющим метку с электродом.

885896

Фиг./ .

Экстремальные значения i соответствующие максимальной крутизне изменения заряда цн, имеют место прн значениях угла, которые находятся из условия 4„/dt = О. В результате решения этого уравнения получим tg p = Y2, т.е. р „. = 54 44, (Ъ,щг = 126 16.

Расстояние между электродом и проекцией метки на плоскость расположения электродов, когда наступает максимум крутизны наведенного сигнала, опре делится как (фиг. 1) rg

1 9 1" От <,9.

Очевидно, если расположить приемники на расстоянии 21 = h L друг от друга, то наведенные сигналы на них будут пересекаться в точке, имеющей максимальную крутизну. Следовательно, можно определить оптимальную величину разнесения приемниых электродов. 20

Поскольку для точечных электродов а9 ©„ = У, то это.расстояние .определяется высотой пролета метки г0 и авно р 1. = 2rg /f2 = 72 го 25

В общем случае значение углов 5onr при которых достигается наибольшая крутизна сигнала цн, зависит от геометрии электрода приемника и может быть расчитана для каждого конкрет- Зо ного случая.

Таким образом, размещение двух идентичных приемников на указанном расстоянии и введение дополнительной дифференциальной схемы позволяет значительно увеличить точность регистрации меток.

Формула изобретения

Регистратор меток потока, содержащий точечные электроды, расположенные вдоль потока, усилители, диференциальную схему, соединенную с компаратором, о т л и ч à s6 щ и.й с я тем, что, с целью повьвиения точности, в него введена вторая дифференциальная схема, соединенная с компаратором., при этом электроды подключены к разнополярным входам диф" ференциальных схем и расположены иа расстоянии (-1 г го, где r — н аи кратчайшее расстояние между траекторией движения метки и линией, соединяющей электроды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кремлевский Т.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., "Машиностроение", 1975, с. 577-578.

2. Там же, с. 588-591.

3. Авторское свидетельство СССР

9 657352, кл. G 01 Р 5/18, 1979 (прототип).

885898

Составитель Ю. Власов

Редактор Н.Кешеля Техред И.Асталош Корректор М.П»

Заказ 10534/65 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретейий и открытий

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

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