Устройство для определения разрешающей способности измерительных преобразователей Советский патент 1984 года по МПК G01M9/00 G01M10/00 

Изобретение относится к гидрогаз динамическим испытаниям и может быт использовано для определения разрешающей способности измерительных пр образователей температуры, давления скорости и т.п. Известно устройство, в котором в потоке жидкости создают цилиндричес кие неоднородности плотности с помо щью лазера и прослеживают их движение в окрестности измерительного пр образователя 13. Недостатком данного устройства я ляется невысокая точность определения разрешающей способности измерительных преобразователей. Известно устройство для определе ния разрешающей способности измерительных преобразователей, содержаще источник цилиндрических неоднородно тей плотности, расположенных ортого нально потоку, генератор импульсов тока, соединенный выходом с входом источника цилиндрических неоднородностей плотности, теневой прибор с оптической осью, ортогональной на правлению потока и источнику цилиндрических неоднородностей плотности, фотоэлектронный умножитель, фотокатод которого установлен в плоскости формирования теневого изображения теневого прибора, фотомаску с прорезью, выполненную с возможностью углового перемещения вокруг оси, сов падающей с оптической осью теневого прибора и установленную перед фотокатодом фотоэлектронного умножителя привод фотомаски, усилитель, соединенный с выходом фотоэлектронного умножителя, управляемый источник опорных напряжений, пороговое устройство, первый вход которого подклю чен к выходу усилителя, а второй - к управляемому источнику опорных напря жений , блок управления, выход которо го Соединен с приводом фотомаски и через линию задержки - с управляемым входом генератора импульсов тока, и преобразователь аналог - код. В качестве источника цилиндрических неоднородностей плотности используетс.я лазер на неодиме, луч которого прерывается диском с отверстиями раз личного диаметра. Устанавливая, в устройстве перед выходом лазера различные отверстия диска, создают в потоке неоднороднос ти различного поперечного сечения. Затем прослеживают с помощью теневого прибора и фотоэлектронных средств поведение неоднородностей перед испы туемым преобразователем н предмет деформации неоднородности. Если деформация отсутствует, то диаметр неоднородности принимают за разрешающую способность испытуемого преобразователя С2. Недостатками известного устройства являются недостаточно высокая точность, связанная с дискретным харак- тером задания диаметров неоднородностей, а также значительная сложность устройства, связанная с необходимостью применения лазера и множества кинематических связ.ей. Целью изобретения является повышение точности и упрощение устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник цилиндрических неоднородностей плотности, расположенных ортогонально потоку, генератор импульсов тока, соединенный выходом с входом источника цилиндрических неоднородностей плотности, теневой прибор с оптической осью, ортогональной направлению потока и источнику цилиндрических неоднородностей плотности, фотоэлектронный умножитель, фотокатод которого установлен в плоскости формирования теневого изображения теневого прибора, фотомаску с прорезью, выпол-ненную с возможностью углового перемещения вокруг оси, совпадающей с оптической осью«теневого прибора, и установленную перед фотокатодом фотоэлектронного умножителя, привод фо томаски, усилитель, соединенный с выходом фотоэлектронного умножителя, управляемый источник опорных напряжений, пороговое устройство, первый вход которого подключен к выходу усилителя, а второй - к управляемому источнику опорных напряжений, блок управления, выход которого соединен с приводом фотомаски л через линию задержки с управляемым входом генератора импульсов тока, и преобразователь аналог - код, введены привод и датчик положения измерительного преобразователя, при этом привод соединен с выходом блока управления, выход датчика положения - с преобразователем аналог - код и входом управляемого источника опорных напряжений, а прорезь в фотомаске выполнена в виде архимедовой спирали с монотонно меняющейся шириной, перекрытой неподвижным экраном с прямоугольной диафрагмой, расположенной вдоль радиуса фотомаски. Причем источник цилиндрических неоднородностей плотности выполнен в виде металлической нити, расположенной в потоке. На фиг. 1 и 2 представлена схема предлагаемого устройства в двух проекциях; на фиг. 3 - фотомаска, перекрытая экраном; на фиг. 4 - диаграммы, поясняющие работу устройства. Устройство содержит гидроканал (.или аэродинамическую трубу) 1, выполненный с прозрачными стенками в плоскости yz. В гидроканале1 расположен источник цилиндрических неоднородностей плотности, выполненный, например, в виде металлической нити 2, натянутой поперек гидроканала 1 в плоскости yz. Металлическая нить 2 подключена к выходу генератора импульсов тока 3. В гидроканале 1 ниже по потоку и,- ротив металлической нити 2 расположен испытуемый преобразователь 4, выполненный с воз можностью перемещения вдоль гидрокан ла 1 приводом 5. Положение преобразователя 4 относительно нити 2 контролируется датчиком положения 6, например, реостатного типа, выход которого подключен к преобразователю аналог - код 7. Устройство также содержит блок управления 8. Ортогонально направлению потока и нити 2 установлен теневой прибор 9 выполненный в виде источника света 10 (фиг. 2), конденсорной линзы 11, диафрагмы 12, передающего объектива 13, приемного объектива 14, ножа Фуго 15 и проектируещего объектива 16. В плоскости формирования теневого изображения теневого прибора 9 установлен фотокатод фотоэлектронного умножителя 17, перекрываемый фотомас кой 18, с прорезью, выполненной в ви де архимедовой спирали 19 с монотонно меняющейся шириной (фиг. 3). Спираль 19 в свою очередь перекрыта неподвижным экраном 20 с прямоугольной прорезью 21, расположенной вдоль фотомаски 18 (экран 20 перекрывает пол ностью архимедову спираль 19, на фиг. 3 показано иначе для наглядности ), Фотомаска 18 выполнена с возмож ностью углового перемещения вокруг оси, совпадающей с оптической осью теневого прибора 9. Угловые перемеще ния фотомаски 18 и элементов 10 и 16 синхронизированы с продольным перемещением преобразователя 4. Для этого привод фотомаски 18 (на фиг. 2 не показано ) и привод 5 преобразователя 4 (фиг. 1 ) соединены с блоком управления 8. Выход фотоэлектронного умножителя 17 подключен через усилитель к перво му входу порогового устройства 22, второй вход которого соединен с выхо дом управляемого источника опорных напряжений 23, управляемый вход кото рого соединен с выходом датчика поло жения 6. I Работа генератора импульсов тока 3 через управляемый вход осуществляется через линию задержки 24 от блок управления 8, соединенного обратной .связью с выходом порогового устройст ва 22, Показания датчика положения 6 могут быть предварительно сопоставлены с диаметром неоднородности плотности получаемого для данного положения датчика 4. Эти показания в цифровом виде фиксируются выходным прибором преобразователя аналог - код 7 (фиг. 1). Устройство работает следующим об азом. На металлическую нить 2 от генеаторов импульсов тока 3 подают дозиованые порции электрической энергии. При каждом импульсе тока с нити 2 потоком смывается температурный фронт в виде цилиндрической неоднородности плотности. За счет молекулярной диффузии диаметр неоднородности со временем увеличивается, что дает возможность путем изменения расстояния между нитью 2 и преобразователем 4 регулировать диаметр подаваемой на. преобразователь неоднородности. Поскольку плотность жидкости однознач-но связана с ее показателем преломления, движущиеся в потоке неоднородности плотности можно визуали зировать теневым прибором 9 в поле визуализации, (фиг. 1). Теневой прибор 9 предварительно настраивают в режим насыщения, характеризующийся тем, что изображение неоднородностей получается в виде белых линий на темном фоне. Изображение неоднородности перемещается вдоль прорези 21 неподвижного экрана 20 и в момент совпадения с областью пересечения 25 прорези 21 с архимедовой спиралью 19 на выходе фотоэлектронного умножителя 17 появляется сигнал, подаваемый через усилитель на пороговое устройство 22, на второй вход которого подается калиброванное опорное, напряжение с управляемого источника опорных напряжений 23. Величина опорного напряжения задается выходным сигналом датчика положения б, соединенным с управляемым входом источника опорных напряжений 23. Опорное напряжение для каждого положения преобразователя 4 заранее подбирается равным напряжению фототока, снимаемого с фотоэлектронного умножителя 17 и усиленного усилителем. Поскольку линейное перемещение преобразователя 4 и угловое перемещение фотомаски 18 происходит синхронно, то предварительно всегда можно настроить кинематику систем так, что область 25, пропускающая свет, будет располагаться перед изображением лобовой части преобразователя 4. В предлагаемом устройстве, так же как в известном, если неоднородность перед преобразователем 4 деформируется, то на два входа порогового устройства 22 подаются неодинаковые напряжения и последнее выдает сигнал на блок управления 8, который в свою очередь запускает привод измерительного преобразователя 5, перемещающий, его на определенное расстояние вниз

по потоку. Затем через интервал времени, определяемый линией задержки 24, на генератор 3 импульсов тока полается сигнал, запускающий работу последнего. При этом на металлическую нить 2 от генератора 3 поступает очередная порция дозированной энергии, приводящей к образованию цилиндрической неоднородности плотности перед преобразователем 4, но уже большего диаметра по сравнению с предыдущим опытом. Если деформация неоднородности перед преобразователем 4 не произойдет, все перечисленные операции на одном устройстве повторяются вновь до тех пор, пока при одном из диаметров цилиндрической неоднородности сигналы с управляемого источника опорных напряжений 23 и с усилителя фотоэлектронного умножителя 17 не сравняются. Это будет говорить об отсутствии деформации неоднородности перед преобразователем 4. При этом сигнал с порогового устройства 22 на блок управления 8 будет отсутствовать, а преобразователь аналог-код 7 покажет величину разрешающей способности преобразователя 4, равной по существу диаметру последней цилиндрической неоднородности плотности.

Диаграммы (фиг. 4) поясняют работу устройства: кривые 26 - 29 показывают распределение температуры.

плотности и показатели преломления по сечению цилиндрической неоднородности для различных у; кривая 30 характеризует уровень фона; кривые 31 - 33 - характеризуют изменение градиента показателя преломления в цилиндрических неоднородностях вдоль координаты для линейного режима работы теневого прибора (распределение показателя преломления неоднородности, описываемой кривой 29, не будет зарегистрировано теневым прибором 9, поскольку выходит за область его чувствительности); кривые 34 - 36 характеризуют распределение освещенности его сечению изображения неоднородности, когда теневой прибор работает в режиме насыщения; облассти 37 - 39 изображают формы области пересечения 25 архимедовой спирали с прорезью неподвижного экрана для данных изображений 34 - 36 неоднородностей (области 37 - 39 будут в форме трапеций, а не прямоугольников, но при достаточно большом соотношении радиусов

архимедовой спирали и ширины прорези в экране этим можно пренебречь.).

Предлагаемое устройство имеет более высокую точность, так как позволяет задавать практически любой диаметр цилиндрической неоднородности, а также проще известного, поскольку в нем отсутствует необходимость использования лазеров.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее источник цилиндрических неоднородностей плотности расположенных ортогонально потоку, генератор импульсов тока, соединенный выходом с входом источника цилиндрических неоднородностей плотности, теневой прибор с оптической осью, ортогональной направлению потока и источнику цилиндрических неоднородностей плоскости, фотоэлектронный умножитель, фотокатод которого установлен в плоскости формирования теневого изображения теневого прибора, фотомаску с прорезью, выполненную с возможностью углового перемещения вокруг оси, совпадающей с оптической осью теневого прибора, и установленную перед фотокатодом фотоэлектронного умножителя, привод фотомаски, усилитель, соединенный с выходом фотоэлектронного умножителя, управляемый источник опорных напряжений, пороговое устройство, первый вход которого подключен к выходу усилителя, а второй - к управляемому источнику опорных напряжений, блокуправления, выход которого соединен с приводом фотомаски и через линию задержки с управляемым входом генератора импульсов тока, и преобразователь аналог -т код, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, в него введены привод и датчик положения измерительного S преобразователя,при этом привод сое(Л динен с выходом блока управле11ия, вы-; ход датчика положения - с преобразователем аналог - код и входом управляемого источника опорных напряжений а прорезь в фотомаске выполнена в виде архимедовой спирали с монотонно меняющейся шириной, перекрытой непрдвижным экраном с прямоугольной диафрагмой, расположенной вдоль радиуса фотомаски. со 2. Устройство по п. 1, отли00 чающееся тем, что источник цилиндрических неоднородностей плотсо ности выполнен в виде металлической 00 нити, расположенной в потоке.

11

От damvuxa/ГсСлулу

по оженияб упра ения

фиг. 2

18

П

I IIf

I 1 I

Ж HJ

JL

f2B

,30

-I-II I

I t

J фиг и

-