УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА СКОРОСТИ ПОТОКА В ВЫБРАННОЙ ПЛОСКОСТИ Российский патент 1994 года по МПК G01P5/02 G01P13/02 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения величины и направления составляющей вектора скорости потока в выбранной плоскости.

Известно устройство аналогичного назначения, которое снабжено коллектором опорного давления, связанным через анемометрические преобразователи с отверстиями в корпусе, выполненном в виде двух параллельных дисков, между которыми расположено четное число введенных дефлекторов, ориентированных под равными углами к радиальным направлениям дисков, отверстия выполнены в одном из дисков и расположены между его центром и дефлекторами, блок обработки результатов измерений выполнен в виде сумматора, выходы которого подключены к электрическим выходам анемометрических преобразователей, и логометра, каждый из входов которого через соответствующий дифференциальный усилитель связан с электрическими выходами двух анемометрических преобразователей, соединенных с диаметрально противоположными отверстиями в корпусе, а выходы сумматора и логометра подключены к входам блока индикации [1]. Недостатки этого технического решения следующие: недостаточно широкий диапазон измерения величины составляющей вектора скорости потока; отсутствие возможности регулирования функциональной характеристики; низкая технологичность конструкции приемника исходных сигналов; отсутствие информационной надежности устройства; низкая чувствительность при малых скоростях потока.

Указанные недостатки устранены в устройстве, в котором приемник исходных сигналов содержит узел циркуляционной камеры, присоединенный к узлу внешних дефлекторов, узел циркуляционной камеры включает два параллельных диска, соединенных между собой измерительными модулями, каждый из которых состоит из двух установленных на платформе пластин, внутренние поверхности пластин и платформ образуют коленообразные трубки Вентури прямоугольного сечения, в узких частях которых на пластинах выполнены щелевидные заборники давления, связанные между собой через каналы с анемометрическими преобразователями, подключенными к электроизмерительной схеме обработки сигналов, при этом платформы встроены заподлицо с дисками циркуляционной камеры, а трубки Вентури и узел циркуляционной камеры ориентированы относительно внешних дефлекторов [2].

Недостатки прототипа следующие: нелинейность характеристики функции преобразования давления в электрический сигнал, обусловленная квадратической зависимостью выражения скоростного напора; отсутствие возможности варьирования крутизны функции преобразования давления в электрический сигнал; недостаточная эксплуатационная надежность и диапазон измерений устройства.

Устранение первых двух недостатков ведет к улучшению показателей чувствительности устройства, а именно: равномерности чувствительности в рабочем диапазоне изменения;
возможности варьирования чувствительности в необходимых пределах измерения.

Целью изобретения является повышение чувствительности, надежности и расширение диапазона измерений.

Цель достигается за счет того, что в устройстве для измерения величины и направления вектора скорости потока в выбранной плоскости, содержащем корпус, между кольцевыми дисками которого расположено четное число дефлекторов, ориентированных под равными углами к радиальным направлениям дисков, и узел циркуляционной камеры, диски которой связаны между собой закрепленными на платформах измерительными модулями, преобразователи которых подключены к блоку обработки сигналов, каждый из преобразователей измерительных модулей выполнен в виде пластины, консольно связанной со стойкой посредством упругих элементов с закрепленными на них тензорезисторами, при этом пластины установлены в диаметральных плоскостях платформ. Причем пластина может быть выполнена в виде флажка, тыльная часть которого закруглена, а в передней, прилегающей к стойке, и тыльной частях выполнены сквозные отверстия.

На фиг.1 показана конструктивная реализация приемника исходных сигналов устройства на основе измерительных модулей с тензорезистивными преобразователями; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - измерительный модуль с тензорезистивными преобразователями, общий вид; на фиг.4 - вариант конструктивного построения измерительного модуля; на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг. 4; на фиг.6 - пример реализации тензорезистивного преобразователя.

Устройство для измерения величины и направления составляющей вектора скорости потока в выбранной плоскости содержит приемник исходных сигналов (фиг.1), образованный узлом 1 внешних дефлекторов, который выполнен из двух параллельных дисков 2, скрепленных дефлекторами 3, и узлом 4 циркуляционной камеры, состоящим из дисков 5, стянутых между собой измерительными модулями 6. Измерительный модуль включает пластинку 7, консольно присоединенную к стойке 8 через два тензорезистивных преобразователя 9. Стойка закреплена в платформах 10, измерительного модуля с ориентацией пластинки вдоль диаметра платформы.

Пластинка (фиг. 3) выполнена в виде флажка с закруглением в тыльной части и окном, а со стороны передней кромки имеется сквозное отверстие.

Тензорезистивный преобразователь (фиг. 4) представляет собой упругий элемент 11 с наклеенным тензочувствительным элементом 12, например, из константановой проволоки. Упругий элемент крепится, с одной стороны, к пластинке, а с другой - к стойке с помощью мест 13 крепления. Выводы 14 тензорезистивных преобразователей подключены к блоку обработки сигналов, где предусмотрена возможность их соединения между собой в зависимости от требуемой крутизны функции преобразования.

Работа устройства заключается в следующем. Газовый поток, набегая на приемник первичных сигналов (фиг.1), устройства, захватывается узлом внешних дефлекторов 1 и направляется соплами прямоугольного сечения в область узла циркуляционной камеры 2, где осуществляется циркуляция газового потока. Давление циркуляционного потока действует на пластинку 7 (воспринимающий элемент) измерительного модуля 6 (фиг.2, 3), деформируя упругий элемент 11 (фиг. 4), на которую приклеен тензорезистивный элемент 12. Таким образом, деформация (растяжение или сжатие) упругого элемента 11 передается тензочувствительному элементу 12 тензорезистивного преобразователя, изменение длины которого Δ l приводит к изменению Δ R, так как известно, что
R= ρ , (ρ = const, S = const), (1) где R - активное сопротивление тензочувствительного элемента,
ρ - удельное электрическое сопротивление материала тензочувствительного элемента,
S - площадь поперечного сечения тензочувствительного элемента,
l_g - длина тензочувствительного элемента.

Из выражения (1) видно, что Δ R ~ Δ l_g.

Изменение Δ R в процессе измерения приводит к изменению параметров электрической цепи, в которую включен тензорезистивный преобразователь, например, в схеме постоянного тока вызывает изменение Δ U. Таким образом, по изменению Δ R в блоке обработки результатов измерений вырабатывается информация о величине и направлении составляющей вектора скорости потока в выбранной плоскости.

Для исключения частотной погрешности измерения величины и направления составляющей вектора скорости потока в выбранной плоскости необходимо обеспечивать высокую собственную частоту упругого элемента. Это условие выполняется при соблюдении следующего неравенства
ω_o > (8-10) ω, (2) где ω_o - собственная частота упругого элемента;
ω - частота исследуемого процесса.

Использование: измерительная техника, измерение величины и направления составляющей вектора скорости потока в выбранной плоскости. Сущность изобретения: узел внешних дефлекторов захватывает газовый поток и направляет соплами прямоугольного сечения в область узла циркуляционной камеры, где давление газового потока воздействует на пластину измерительного модуля, деформируя его упругий элемент, на который наклеены тензорезисторы. Пластина может быть выполнена в виде флажка, тыльная часть которого закруглена, а в передней, прилегающей к стойке, и тыльной частях выполнены сквозные отверстия. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА СКОРОСТИ ПОТОКА В ВЫБРАННОЙ ПЛОСКОСТИ, содержащее корпус, между кольцевыми дисками которого расположено четное число дефлекторов, ориентированных под равными углами к радиальным направлениям дисков, и узел циркуляционной камеры, диски которой связаны между собой закрепленными на платформах измерительными модулями, преобразователи которых подключены к блоку обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности, каждый из преобразователей измерительных модулей выполнен в виде пластины, консольно связанной со стойкой посредством упругих элементов с закрепленными на них тензорезистарами, при этом пластины установлены в диаметральных плоскостях платформ. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, пластина выполнена в виде флажка, тыльная часть которого закруглена, при этом в передней, прилегающей к стойке, и тыльной частях выполнены сквозные отверстия.