Устройство для измерения направления и скорости газового потока Советский патент 1984 года по МПК G01P5/18 

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к приборам ионизационного типа, и может быть Использовано для измеренич направления и скорости газового потока при исследованиях течения в аэродинамических трубах при больших значениях скоростного напора и высоких числах Маха набегающего потока. Известно устройство для измерения направления и скорости потока, содержащее источник меток, криволине ные приемники в виде металлических проводников и измерительную схему, при этом метки в потоке создаются в виде облачка положительно заряженных ионов с помощыб разрядника и движутся в направлении потока и со скоростью потока L13 . Использование в качестве источник меток разрядника усложняет конструкцию устройства, а злектрическое поле от разрядника создает дополнительные помехи при измерении слабых токов между проводниками, за счет чего снижается точность измерения направления и скорости потока. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо му результату является устройство с ио1-гизационньм датчиком для измерения направления и скорости газоврго потока, содержащее сферический насадок, изготовленный из тонких металлических колец, на внутренней поверх ности которых содержится радиоактивный препарат, в центре насадка на изоляторе расположены по крайней мере шесть злектродов, равноудаленных друг от друга и подключенных к усилительной схеме и анализирующей аппаратуре L23. Использование в качестве источник меток радиоактивного препарата упрощает конструкцию устройства, не создает дополнительных злектрических помех, влияющих на работу ионизацион ного датчика. Недостатками такого устройства являются невысокая точность измерени направления и скорости газового пото ка из-за слабой чувствительности сфе рического насадка к углам скоса пото ка вследствие вносимых в поток возмущений металлическими кольцами и изол тором с электродами, а также малая прочность конструкции при использо81вании в аэродинамических трубах с высокими скоростными напорами. Целью изобретения является повышение точности измерения при малых углах атаки вектора скорости от продольной оси рабочей части аэродинамической трубы. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения направления и скорости газового потока, содержащем насадок, закрепленный на державке, источник меток в виде радиоактивного препарата, находящийся на -насадке, равноудаленные i друг от друга приемники, связанные через измерительную схему с анализирующей аппаратурой, насадок выполнен в виде двух параллельных дисков, имеющих форму усеченных конусов, жестко связанных по центрам меньпшх оснований со стержнем, закрепленным симметрично на державке, причем диски установлены на расстоянии одного-двух диаметров друг от друга, имеют толщину не более 0,06 диаметра, угол наклона образующей конической поверхности 10-15°, при этом источник меток расположен на больших основаниях конусов в центрах, а приемники равномерно распределены по дуге окружности на том же основании со стороны державки. На фиг.1 приведена общая схема устройства; на фиг.2 - насадок, разрез, на фиг.З - большее основание насадка, вид сверху. Устройство состоит из двух параллельных дисков 1, имеющих форму усеченных конусов и расположенных на расстоянии диаметра насадка друг от друга. Диски соединены центрами меньших оснований конусов посредством пустотелой перемычки 2 цилиндрической формы, которая закреплена по середине на специальной державке 3. На внешних, больших основаниях насадков в середине расположен в качестве источника меток радиоактивный препарат 4 на основе плутония с радиоактивностью не более 1QO мкКю. Приемники 5 и 6 в виде металлических проводников установлены в пазы на поверхности изолятора 7 в одной плоскости с источником меток 4. Приемник 5 является общим, приемники 6 равномерно распределены вдоль общего приемника 5. Источник меток 4 устанавливается в центральное отверстие изолятора 7 и припаивается к переходнику 8, за- крепленному на .металлической части насадка 1. Изолятор 7 со своей внутренней стороны имеет резьбовые отвер тия и при помощи винтов с потайными головками 9 привинчивается к корпусу насадка 1 в точках 10. С обратной ст роны изолятора 7 имеются отверстия 11 для вывода от приемников 5 и 6 электрических изолированных проводов 12, проходящих через пустотелую перемычку 2 и полую державку к контрольно-измерительной аппаратуре. Над радиоактивным препаратом постоянно образуется облачко вылетающих альфа-частиц, которые сносятся потоком в сторону приемников, между прие никами 5 и 6 создается разность потенциалов до 100 В. Пролетающие над приемниками альфа-частицы замыкают электрическую цепь между общим прием Уником 5 и одним из приемников 6, сил тока в цепи измеряется для каждой па ры приемников. Направление и скорост газового потока определяются по вели чине максимального сигнала между при емниками. -Отсчет угла вектора скорости газового потока ведется от продольной оси устройства, совпадающей с продол ной осью рабочей части трубы при нулевом угле атаки устройства. Лпя измерения составляющих трехмерного вектора скорости потока достаточно повернуть устройство на 90 относительно его продольной оси. Предлагаемое устройство, выполнен ное в виде двух одинаковых насадков, расположенных на расстоянии друг от друга,имеет следующие преимущества по сравнению с применением одного такого же насадка. Державка, поддерживающая насадки устройства, оказыва ет минимальное влияние на подпор потока в области перед насадками в случае применения одного насадка он обычно устанавливается на державке, расположенной Б следе насадка, и вследствие этого существенной оказьгеается интерференция полей скоростей набегающего потока около передне и задней кромок насадка, что снижает точность определения направления и скорости газового потока при малых углах отклонения вектора скорости от продольной оси рабочей части аэро динамической трубы. Применение одного насадка, установленнЪго на изогнутой державке так чтобы отсутствовало взаимовлияние полей течения около державки и насадка, приводит к деформации державки и к ошибке в измерениях из-за деист-; вующих насадок боковых сил при исследовании потоков с большими скоростными напорами. В предлагаемом устройстве это не происходит из-за высокой жесткости конструкции устройства. Угол отклонения вектора скорости от продольного направления и величина вектора скорости определяются как среднее по результатам одновременных измерений двумя ионизационными датчиками, что повышает надежность получения результатов в области, ограниченной поперечными размерами устройства. При Использовании одного насадка для определения поля скоростей потока в области, ограниченной поперечными размерами устройства, необходимо произвести двукратную установку насадка, что приводит к появлению дополнительньпс погрешностей измерения. При установке устройства в рабочей части аэродинамической трубы под нулевым углом атаки, т.е. когда продольная ось устройства совпадает с продольной осью трубы, производятся измерения углов отклонения вектора скорости газового потока от продольной оси трубы. Среднее значение угла скоса потока находят как среднее арифметическое по двум полученнь1М результатам. Для определения инструментальной погрешности устройства его переворачивают на 180°, и аналогичным образом определяют по среднему арифметическому угол скоса потока. Разность полученных значений углов скоса потока при измерениях в прямом и перевёрнутом положениях есть величина инструментальной погрешности устройства. Эта погрешность учитывается во всех последующих измерениях, производимых данных устройством. При установке устройства в рабочей .части под некоторым известным углом атаки в результаты измерений входит величина этого установочного угла, которая затем вычитается из полученных значений углов отклонения вектора скорости потока от продольной оси трубы. Использование данного устройства повышает точность измерения углов скоса потока примерно в 2 раза по сравнению с коническим насадком давлеиий, который имеет погрешность измерений углов скоса потока ±6 мин. Погрешность измерения углов скоса потока данным устройством составляет примерно ±3 мин. Использование в качестве источника меток радиоактивного препарата обеспечивает стабильность работы устройства в широком диапазоне давлений в рабочей части трубы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА, содержащее насадок, закрепленный на державке, источник меток в виде радиоактивного препарата, нахо.дящийся на насадке, равноудаленные друг от друга приемники, связанные через измерительную схему с анализирующей аппаратурой, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения при малых углах атаки, насадок выполнен в виде двух параллельных дисков, имеющих форму усеченных конусов, жестко связанных по центрам меньщих оснований со стержнем, закрепленным симметрично на державке, причем диски установлены на расстоянии одного-двух диаметров друг от друга, имеют толщину не более 0,06 диаметра, угол наклона образующей конической поверхности 10-15°, при этом источник меток расположен на больщих основа- ниях конусов В центрах, а приемники (Л равномерно распределены по дуге окружности на том же основании со стороны державки. «t «5 , L СО М оо

6

(риг.2 7

фиг. 3