ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 1994 года по МПК G01P5/18 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения кинематических параметров газового потока, например скорости.

Известен измеритель скорости с повторным электрическим разрядом, в котором между электродами, протяженными по потоку, зажигается серия плазменных меток от импульсного генератора, причем каждая последующая метка пробивается по следу предыдущей, т.е. сдвинута по потоку на расстояние, пропорциональное скорости газа и времени между импульсами [1].

Помимо сложности импульсного устройства недостатком измерителя является невозможность измерений в реальном масштабе времени из-за фотографической регистрации и высокая погрешность определения скорости по фотографиям.

Известно устройство для измерения скорости высокоскоростных потоков газа, содержащее подключенные к блоку питания, связанного с регистратором, протяженные по направлению потока анодный и катодный электроды [2].

Недостатком данного устройства являются низкие чувствительность и точность измерений, обусловленные неустойчивым процессом горения плазменного шнура в разреженных потоках.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений.

Цель достигается за счет того, что в измеритель скорости газового потока, содержащий регистратор, подключенные к блоку питания, протяженные анодный и катодный электроды, введен поджигающий электрод, три резистора, делитель напряжения, при этом поджигающий электрод, установленный с зазором относительно поверхности катода со стороны его передней части, подключен через первый резистор к одному из входов блока питания, через первый и второй резисторы к аноду, подключенному через второй резистор, делитель напряжения и третий резистор к другому входу блока питания, к которому через третий резистор подключен катодный электрод, причем в выходной части по крайней мере одного из электродов выполнено скругление в сторону, противоположную другому электроду, при этом блок питания выполнен в виде источника постоянного тока.

На фиг.1 представлена конструкция датчика; на фиг.2 - схема измерителя скорости газового потока.

Измеритель состоит из следующих элементов. Датчик (фиг.1) включает в себя катодный 1 и анодный 2, а также поджигающий 3 электроды, закрепленные в державке 4. Гальваническая связь электродов 1, 2, 3 с источником осуществляется по проводникам 5 - соответственно К, А, П.

Катод К и анод А подключены на источник постоянного тока в виде батареи 6 (фиг. 2), поджигающий электрод П подключен к аноду через первый резистор 7. Система измерения может включать в себя делитель напряжения 8 из резисторов 9 и 10, второй и третий резисторы 11 и 12, регистрирующий прибор 13.

Измеритель работает следующим образом.

Датчик помещается в газовый поток, причем протяженный прямолинейный участок ориентируется вдоль направления измерения. При подаче напряжения происходит электрический пробой в зазоре между катодом 1 и поджигающим электродом 3 и возникает разряд постоянного тока, ограниченный резистором 7. Плазма разряда в зазоре инициирует пробой основного промежутка между катодом 1 и анодом 2, образуется плазменный столб Х₁. Под действием конвективного давления потока по направлению стрелки плазменный столб сносится от входной части (Х₁) вдоль протяженного прямолинейного участка электродов (Х₂) в выходную часть (Х₃). Ввиду скругления выходных участков электродов в сторону, противоположную друг другу, плазменная метка Х₃ растягивается и разрушается. При этом происходит скачок напряжения и тока разряда, в то время как при движении вдоль прямолинейного участка Х напряжение и ток постоянны по величине. После разрушения плазменного столба в выходной части датчика зажигается новый столб Х₁ от плазмы поджигающего электрода 3, и образовавшаяся плазменная метка в виде столба разряда между катодом 1 и анодом 2 начинает двигаться с потоком, тем самым процесс периодически повторяется, не требуя импульсного генератора.

Система измерения надежно регистрирует сигнал, так как модуляция последнего составляет 70-90% от напряжения горения и тока разряда. Последние определяются межэлектродным расстоянием, давлением газа, родом газа, материалом электродов. Так, для датчика с межэлектродным расстоянием 5 мм в воздушном потоке при статическом давлении 100 мм рт.ст. напряжение горения разряда составляло 500 В, ток устойчивого горения 10-50 мА, что определяет высокое отношение "сигнал/шум".

Окончательно скорость потока определяется по известной длине прямолинейного участка электродов Х и периоду времени между скачками напряжения или тока, который измеряется прибором 12 - осциллографом, частотомером и др.

Необходимо отметить некоторые особенности применения измерителя. Так, размеры электродов могут варьировать в широких пределах (1-10² мм) в зависимости от рода выполняемой задачи и условий измерений: скорость потока, давление и род газа, требуемая точность измерений. Радиус закругления в выходном участке электродов определяет скорость роста напряжения при растяжении плазменного столба (Х₃), однако резкое закругление или просто торцовый срез стержней повышают напряженность электрического поля в выходной части датчика, что нежелательно из-за возможности образования стационарного плазменного столба в зоне Х₃. Измеритель требует, в общем предварительной тарировки ввиду некоторого скольжения плазменной метки относительно потока, однако выбором величины тока скольжение можно скомпенсировать. В процессе работы происходит самоочистка электродов в разрядной плазме, поэтому практически измеритель не чувствителен к загрязнениям потока. В сумме перечисленные факторы позволяют надежно регистрировать сигнал плазменной метки, обеспечивая высокие чувствительность и точность измерения величины скорости потока.

Сущность изобретения: измеритель содержит 1 анодный электрод (1), 1 катодный электрод (2), 1 поджигающий электрод (3), 1 источник питания постоянного тока (6), три резистора (7, 11, 12), 1 делитель напряжения (8), 1 регистратор (13). 1-12-6-8-1; 3-7-11-2; 2-13; 13-8; 6-7. 2 ил.

ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА, содержащий регистратор, подключенные к блоку питания протяженные анодный и катодный электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в него введен поджигающий электрод, три резистора, делитель напряжения, при этом поджигающий электрод, установленный с зазором относительно поверхности катода со стороны его передней части, подключен через первый резистор к одному из входов блока питания, через первый и второй резисторы - к аноду, подключенному через второй резистор, делитель напряжения и третий резистор к другому входу блока питания, к которому через третий резистор подключен катодный электрод, причем в выходной части по крайней мере одного из электродов выполнено скругление в сторону, противоположную другому электроду, при этом блок питания выполнен в виде источника постоянного тока.