Устройство для измерения направления двухмерного парового потока
ОП ИКАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН Ия
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
C 0l P 13/00 с присоединением заявки J% Гоаудэрсткнный комитет СССР (23) Приоритет ло делам изобретений н открытий Опубликовано 23 04 82 ° Бюллетень № 15 Дата опубликования описания 25. 04.82 (53) УQK 532.574 (088. 8) (72) Авторы изобретения О. В. Денисенко, К. И. Богатыренко и Харьковский ордена Ленина политехн институт им. В. И. Ленина (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ДВУХМЕРНОГО ПАРОВОГО ПОТОКА Изобретение относится к измерениям параметров движения, например, газовых и паровых потоков и может быть использовано для проведения аэродинамического эксперимента. Известно устройство для измерения направления двухмерного парового потока, содержащее комбинированный многоканальный зонд, подключенный приемником полного давления к манометру, каждой угломерной парой каналов к соответствующему дифференциальному манс метру и перемещаемый специальным двухстепенным координатным устройством (в экваториальной плоскости и вдоль оси зонда). От источника продувки че.— 15 рез дроссели наддува осуществляется постоянная продувка угломерных каналов ориентируемой плоскости и периодическая продувка перед каждым заме20 ром всех остальных каналов 1. . Недостатком этих устройств является высокая погрешность измерения углов - 1,5...2 (по сравнению с измерениями в газовых потоках 0,1,... 0, 3" ), обусловленная необходимостью осуществлять непрерывную продувку угломерных каналов ориентируемой плоскости. Такая погрешность является следствием разбаланса пневматическсй измерительной схемы и возникает при измерении гидросопротивпений ее отдельных участков 1 каналов зонда и дросселей наддува). Подобные измерения гидросопротивлений измерительной схемы происходят под воздействием конденсируемой в каналах зонда влаги, вследствие загрязнения отдельных участков пневмотракта и отсутствия баланса расходов продувки через оба угломерные канала. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения направления двухмерного потока, содержащее угломерный зонд, подключенный к манометру и соединенный с электромеханическими узлами углового и линейного пе-. 3 92264 ремещения, а также нелинейный блок, выход которого соединен со входом электрического узла линейного перемещения, Подключение к угломерной паре линий обратной продувки позволяет использовать устройство для изме". рений направления двухмерного парового потока .2J. Недостатком этого устройства является высокая погрешность в измере- >о нии углов вследствие влияния йзменения гидросопротивлений пневмотракта на точность измерений. Общий недостаток известных устройств — наличие методической погреш- 15 ности при измерении направления в потоке, где измеряются градиенты давления. Эта погрешность вызвана тем, что направление скорости определяют не по давлению, замеренному в одной щ точке, а по разности давлений в двух точках, отдаленных друг от друга. Именно по этой причине возникает угловая погрешность в установке насадка по потоку, так как разность давле- 2s ний на отборах угломерной пары из-за удаления приемных отверстий друг от друга воспринимается как следствйе неправильной ориентации Чем больше разнесены трубки угломерной пары и чем неравномернее по давлению поток, тем значительнее будет погрешность. Расстояние между трубками является конструктивным и не может быть произвольно уменьшено. Ь 4 вого положения трубки, а его выходсо входами нелинейного блока и электромеханического узла углового перемещения зонда. Выполнение угломерного зонда с вращающейся передней частью в виде трубки с косым срезом и установленным на неподвижной державке индукционным датчиком, а также введение в устройство фазочувствительного демо= дулятора и соединение элементов между собой вышеуказанным образом позволяет повысить точность измерений направления двухмерного парового потока. Использование для измерений направления парового потока всего одного пневмометрического канала позволяет одновременно исключить методическую ошибку в измерениях угла, присущую угломерным парам, а также исключить угловую погрешность, связанную с осуществлением обратной продувки двух каналов. Введение в устройство фазового выпрямителя позволяет по сигналам с манометра и датчика углового положе» ния трубки осуществлять автоматическую ориентацию зонда по потоку и непрерывно измерять направление потока вдоль линейной координаты. На фиг.. l и 2 изображена конструкция предлагаемого угломерного зонда, в двух проекциях; на фиг. 3 - блоксхема устройства. Цель изобретения — повышение точности измерения направления исследуемого потока. Поставленная цель достигается тем, 40 что в устройстве для измерения направления двухмерного потока пара, содержащее угломерный зонд, подключенный к манометру и источнику продувки и соединенный с электрическими узлами углового и линейного перемещения, а также нелинейный блок, выход которого соединен со входом электромеханического узла линейного перемещения, приемная часть угломерного зонда выполнена в виде трубки с косым срезом, 5О установленной с возможностью вращения. вокруг продольной оси, причем в устройство введены датчик углового положения трубки относительно :оси вращения и фазочувствительный выпрямитель, при этом входы фазочув ствительного выпрямителя соединены с выходами манометра и датчика углоДержавка 1 угломерного зонда 2 заканчивается вращающейся приемной частью 3, коаксиально расположенной с ней и имеющей косой срез свободного конца. Приемная часть 3 снабжена крьЫьчаткой 4 и имеет датчик углового положения среза трубки относи-. тельно экваториальной плоскости, выполненным, например, в виде постоянного кольцевого магнита 5 и закрепленного на державке 1 индукционного датчика 6, расположенного в плоскости вращения постоянного магнита. Соединение державки зонда 1 с приемной частью 3 осуществляется через герметичный подшипник. Для приведения во вращение приемной части 3 угломерного зонда 2 может использоваться дополнительный двигатель, например электромотор. Устройство содержит угломерный зонд 2 с индукционным датчиком б,манометр 7, электромеханические узлы 5 92264 углового 8 и линейного 9 перемещений, источник продувки 10, нелинейный блок 11 и фазочувствительный выпрямитель 12. Угломерный зонд 2 своим выходом . подключен к манометру 7 и источнику продувки 10 и соединен с выходами эяектромеханических узлов 8 и 9. Входы фазочувствительного выпрямителя 12 соединены с выходами ма- 10 нометра 7 и датчика 6, à его выход подключен ко входам узла 8 непосредственно и узла 9 - через нелинейный блок 1!. Датчик 6 предназначен для получе- >s ния опорного напряжения Uo, несущего информацию о расположении среза приемной части 3 относительно плоскости углового вращения зонда (экваториальной плоскости). Поскольку 20 срез приемной части 3 строго ориентирован с полюсом М постоянного магнита 5 то при движении приемной части У 3 на выходе датчика 6 имеется сигнал!> U = Kg созЯ „ 25 максимальное положительное значение которого соответствует моменту перехода полюсом N магнита 5 экваториальной плоскости в месте расположения катушки. Здесь Ко — коэффиент преоб- зв разования индукционного датчика; 63круговая частота (угловая скорость вращения приемной части 3). Входные цепи фазочувствительного выпрямителя 12 имеют разделительные элементы, позволяющие в самом блоке оперировать с переменной составляющей сигналов цр манометра 7 и U« датчика 6. С выхода блока 12 получают постоян-,о ное напряжение, величина и знак которого зивисят не только от величины входного напряжения 13р, но и фазового сдвига между входным и опорным U напряжениями U .< = К,р, Up созф, где Кср„ — коэффициент преобразования фазочувствительного выпрямителя; Ч разность фаз между. входным и опорным напряжениями. Устройство работает следующим образом. Предположим, что угломерный зонд 2 помещен в поток, направление которого не совпадает с осью приемной части 3. Если бы приемная часть 3 не имела косого среза, то при ее враще0 6 нии картина обтекания насадки не изменялась бы и, следовательно, давление в манометре 7 сохранялось постоянным ° Напичие косого среза на передней части приемника 3 приводит к пульсациям давления на отборе зонда и в ма нометре 7, синхронным с вращением приемной части. Так, в положении, когда плоскость среза перпендикулярна направлению потока, давление будет максимальным, когда параллельна .- минимальным. В первом случае это давление близко к полному напору, во втором - к статическому. Эти случаи являются предельными, но важно то, что в любом положении зонда 2, не совпадаю-. щем с направлением потока, в приемной трубке наблюдается периодическое изменение давления. Пульсация давления с частотой вращения приемной части 3 является признаком ориентации зонда по потоку и служит сигналом для управления координатным устройством. B случае разориентации зонда по потоку на вход фазочувствительного выпрямителя 12 поступает переменная составляющая сигнала манометра 7, величина которого определяет степень разориентации зонда. Поскольку исследуемый поток является двухмерным и изменяет направление только в плоскости углового вращения зонда, то раз-.. ность фаз между переменной составляющей сигнала манометра U< и опорного сигнала Uotl может принимать только наибольшие положительные и отрицательные значения, соответствующие 0 и = Г. В этом случае на выходе блока 12 появляется сигнал, пропорциональный амплитуде переменной составляющей Up, а его знак определяет направление вращения зонда в сторону нулевого рассогласования зонда по потоку. Сигналом с блока 13 зонд 2 через электромеханический узел 8. приводится во вращение к.направлению ориентации по потоку. Узлы 8 и 9 содержат электродвигатели и усилители мощности к ним, а также механизмы преобразования вращения двигателей в угловое и линейное перемещение зонда соответственно. При работе устройства осуществля-. ется постоянная продувка канала зон922640 Формула .изобретения да от источника продувки 10, предотвращающая проникновение в канал зонда влаги, потока и его закупорку. При этом колебания расхода на продувку или изменения гидросопротивлений 5 отдельных участков пневмотракта не приводят к появлению погрешности в измерении углов, поскольку эти факторы не сказываются при измерении дав- лений на отборе зонда. о Предла гаемое устрой ст во произ водит измерение направления па отбору давления в одной точке и поэтому не имеет погрешности, связанной с неоднородностью потока по давлению. 15 Устройство для измерения направления двухмерного парового потока, содержащее угломерный зонд, подключенный к манометру и источнику продувки и соединенный с электромеханическими узлами углового и линейного перемещения, а также нелинейный блок, выход которого соединен со входом электромеханического узла ли| нейного перемещения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем приемная часть угломерного зонда выполнена в виде трубки с косым срезом, установленной с возможностью вращения вокруг продольной оси, причем, в устройство введены датчик углового положения трубки относительно экваториальной плоскости и фазочувствительный выпрямитель, при этом входы фазочувствительного выпрямителя соединены с выходами манометра и датчика углового положения трубки, à его выход - со входами нелинейного блока и электромеханического узла углового перемещения зонда. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Дронник Ю. М. и др. Методика зондовых измерений пространственного потока пара в моделях сопловых аппаратов последних ступеней турбин.— "Энергетическое машиностроение". Харьков, вып. 25, 1978, с. 79-85, 2. Авторское свидетельство СССР lf 66 1345, кл. 5 01 P 13/00, 1978 (прототип). 922640 Корректор О. Билак Подписное Составитель В. Чубиков Редактор A. Козориз Техреду А. Бабинец Заказ 2573/59 Тираж 883 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий )13035 Москва Ж-Я Раушская наб. g. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 
