Способ измерения скорости потока среды

 

О П И С А Н И Е (,ie>roe()

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСК©МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Соцкапистнческии

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 170430 (21) 2909929/18-10 с присоединением заявки И (23)Приоритет

Опубликовано 300 382 . Бюллетень Юа 12

Дата опубликования описания 300382 (5t jM. Кл.

С 01 Р 5/18

6 01 Р .13l00

3Ьеударстеаивй комитет

СССР по делан иэобретеиий и открытий (53) УДК 532 574 (088. 8}

Ф.А.Ганеев и В.А.Ференец 1 т т ."., t

Казанский ордена Трудового Красного Знаме и

1 авиационный институт им. А.Н.Туполева (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА СРЕДЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может найти приме" нение при измерении величины и направления вектора скорости потока, например, при проведении аэрогидродинамических измерений и исследований.

Известны способы измерения скорости потока среды с помощью меток, ос- нованные на определении времени прохождения естественной или искусствен10 но созданной неоднородностью среды контрольного участка пути (базы). В качестве меток при этом используют флюктуации электропроводности. Длярегистрации таких меток необходимо

15 использовать соответствующие приемники, устанавливаемые в контролируемом потоке и имеющие непосредственный контакт со средой (1 ).

Однако указанные методы регистрации меток не всегда приемлемь. в реальных условиях работы устройства, измеряющих скорость потока или par," ход. Например, из за нарушения непо-, 2 средственного контакта приемника со средой, в частности, вследствии засорения, коррозии приемника и т.д. такой способ регистрации метки не может быть осуществлен.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являетсяспособ измерения скорости потока сре" ды с помощью меток, обладающих полем распределения физической. величины, например, электрического потенциала.

Такими метками являются локальные области среды, несущие электрический заряд, например ионные метки.

В этом случае регистрацию поля метки производят с помощью приемника, реагирующего на характерный параметр этого поля, например потенциал или напряженность электрического поля.

При этом приемник может быть изолирован от среды, скорость которой измеряется с помощью материалов, "прозрачных" для данного поля. Для

Lq COSA

Л1„

45 где L

3 917090 электрического поля такими материалами являются диэлектрики.

Укаэанный способ состоит в том, что осуществляют фиксацию временного интервала между моментом введения метки в поток и моментом достижения максимума потенциала поля метки зоны чувствительности приемника, расположенного на определенном расстоянии от точки ввода метки. фиксируют вре- 10 менное положение максимума наведенного заряда, величина которого пропорциональна потенциалу движущегося поля метки в точке расположения приемного электрода (2). 15

Указанный способ регистрации не позволяет определять величину угла отклонения траектории метки от оси, соединяющей источник с приемником, т.е. направление измеряемого потока, р0 так как не полностью используется информативность сигнала, возникаю", щего на выходе приемника. Последнее важно при измерениях в двухмерном . или трехмерном потоке, особенно при 25 точных аэрогидродинамических измерениях.

Цель изобретения - устранение указанных недостатков, т.е. определение величины угла направления потока и З0 повышение точности измерения вектора скорости.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно измеряют вре- З5 менной интервал между максимумами потенциала поля метки на приемнике и его первой производной, при этом угол и скорость направления потока вычисляют соответственно по формулам g0 базовое расстояние от места создания метки до приемника;

50 временной интервал между моментом создания метки и моментом достижения максимума сигнала на приемнике, временной интервал между максимумами сигнала на приемнике и его первой производной;

P< - постоянная величина, зависящая от вида приемника (определяется углом между вектором скорости метки и радиус-вектором, соединяющим метку с приемником, при котором первая произ. водная потенциала поля метки достигает максимума).

В этом случае более полное использование информативности сигнала, возникающего в результате взаимодействия приемника с полем метки, позволяет определить по приведенным формулам угол отклонения траектории движения метки от оси, соединяющей источ.ник с приемником, и повысить точность измерения вектора скорости потока среды.

Для достижения поставленной цели необходимо ввести в контролируемый поток метку, обладающую потенциальным полем распределения физической величины, например электрического потенциала, зарегистрировать сигнал, возникающий на приемнике в результа- те его взаимодействия с движущимся полем метки, по сигналу на выходе приемника определить временной интервал между моментом ввода метки в.поток и моментом, соответствующим максимуму потенциала поля метки, дополнительно определить временной интервал между моментами времени, соответствующими максимумам потенциала поля метки и его первой производной, по полученным значениям временных интервалов произвести вычисление угла отклонения траектории метки от оси, соединяющей источник с приемником, по полученному значению угла 0L провести вычисление скорости потока.

На чертеже изображена функциональная схема устройства,.реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 меток, приемник

2, два измерителя 3 и 4 временных интервалов и блок 5 вычисления.

Метки в виде облачка одноименно заряженных ионов создаются в потоке с помощью искрового пробоя разрядника генератора 1 меток. Эти ионы движутся в контролируемом потоке со скоростью и по направлению последнего. При прохождении такой метки око5 91709 ло точечного металлического электрода на него будет наводиться заряд, что вызовет появление тока во входной цепи усилителя приемника. Очевидно, что момент t пересечения нуля . наведенным током соответствует максимуму заряда, наведенного на элект" роде, величина которого пропорциональна потенциалу поля меток. Импульс тока достигает своих экстремальных значений при углах f5„ = 54,73 и

12= 125,62 . Из чертежа видно, что угол отклонения траектории метки от оси определяется так го

g -- arctg—

Ьtg, С 9 „ . 0,707

).

6 4 где L — базовое расстояние от места создания метки до приемника; дй,1 - временной интервал между моментом создания метки и моментом достижения макси" мума сигнала на приемнике; временной интервал между

2 максимумами сигнала на приемнике и его первой произ, водной;

,1- постоянная величина, зависящая от вида приемника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение", 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

И 655975, кл. G 01 P 5/18, 1977 (прототип).

Значение 1" можно найти иэ выражения

Ê4 Чь л г или r 9 4 ая(- P ) Так как угол $4 имеет постоянное значение, то для данного типа электрода имеем tg f4 = 0,707. Расстояние E вы- 25 ражается через временной интервал да4 следующим образом

t= Vht4.

Подставляя полученные результаты, зо окончательно получим

Таким образом, определяя временные интервалы d t< и д t< посредством

35 измерителей 3 и 4 и производя вычисления по полученной формуле, в блоке

5 вычисления находят значение угла

4-. По вычисленному значению угла с величина измеряемой скорости опреде40 ляется по формуле

Ч 1-в.

Д вычисление которой производится так- 4 же в блоке 5.

В предлагаемом способе измерения скорости потока среды по сравнению с известными способами, благодаря определению длины пути прохождения . меткой до регистрации приемником макФ

I симума потенциала .поля измерение скорости потока производится с более высокой точностью, что имеет большое практическое значение при проведении Б аэро- и гидродинамических исследований, Кроме того, возможность определения параметров скорости, характеризующих ее на векторную величину, т.е. измерение ее модуля и угла направления, существенно расширяет область использования предлагаемого способа. За счет более полного использования информативности сигнала, существенно снижается требование к форме и размещению приемников меток, что позволяет в широких пределах варьировать конструктивным оформлением устройств, реализующих предлагаемый способ, что также имеет большое практическое значени

Формула изобретения

Способ измерения скорости потока среды, состоящий в том, что в потоке создают электростатическую метку, измеряют временной интервал между моментом создания метки и моментом достижения максимума потенциала поля метки на приемнике и по этому времени определяют искомый параметр, отличающийся.тем, что, с целью определения угла направления потока и повышения точности измерения скорости, дополнительно измеряют временной интервал между максимумами потенциала поля метки на приемнике и его первой производной, при этом скорость и угол направления потока определяют из соотношений

Ьtg, ос= arctg

7 2

9I7090

Составитель Е.,Сыс

Редактор Н.Гришанова Техред М. Рейвес Корректор С.Шекмар

Заказ 1879/64 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ .Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

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