Способ измерения скорости жидкости Советский патент 1985 года по МПК G01P5/18 

СЛ

О У1

4ia Од 1 Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для измерения малых скоростей потока жидкости и для лабог аторных исследований главным образом открытых потоков жидкости. Известен способ измерения малых скоростей открытых потоков жидкостей с помощью поплавков. В качестве поплавков могут применяться твердые тела. Для измерения скоростей потоков на глубине поплавок состоит из двух частей: верхнего (поверхностного) поплавка и глубинного fij . Измерение скоростей с помощью таких поплавков связано со значительной погрешностью, так как при этом измеряется фактически средняя ркорость Глубинного и поверхностного поплавков. Указанные способы уточне ния таких измерений делают их весьм трудоемкими. Кроме того, с помощью твердьк поплавков нельзя измерить скорости жидкости в руслах, имеющих различные препятствия, например вод ную растительность в реках и каналах рассредоточенную по живому сечению. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ измерения скорости жидкости с помощью жидкого индикатора, заключающийся в определении времени прохождения жидким индикатором (например, капле подкрашенной жидкости) заданного расстояния в потоке, при этом регис рацию индикатора осуществляют путем измерения прозрачности потока {2J . Однако в любом потоке жидкости происходит расплывание (диффузия) введенной капли жидкого индикатора. Если при больимх скоростях это связано с турбулентностью потока, то при малых скоростях движение жидкости ламинарное и диффузия жидкого индикатора происходит главным образом в продольном направлении. Это обусловлено наличием сил трения между отдельными слоями жидкости, а также торможением части потока водной рас тительностью. При этом границы индикатора быстро расплываются, становятся неопределенными и их практи чески невозможно точно зафиксировать Кроме того, увеличиваются размеры Рведенной капли жидкого индикатора при ее движении вместе с потоком. 62 Причем скорости расплывания (диффузии) индикатора соизмеримы с величинами малых скоростей потоков. Цель изобретения - повьш ение точности измерения малых величин скорости жидкости. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости жидкости, включающему введение в поток жидкого индикатора, отличающегося от потока по прозрачности, непрерывное измерение прозрачности в фиксированном измерительном сечении и определение времени прохождения индикатором заданного расстояния, по которому судят о скорости, предварительно вьзделяют в потоке ограниченный объем, охватываюпц й измерительное сечение, вводят в этот объем индикатор, затем сообщают выделенному объему движение, совместно с контрЬлируемым потоком, а время прохождения индикатором заданного расстояния определяют от начала движения выделенного объема до момента удаления его из измерительного сечения. Непрерывное измерение прозрачности жидкости в зоне потока, заполненной индикатором, позволяет установить зависимость изменения прозрачности во времени m(t) при движении жидкого- индикатора через датчик измерителя прозрачности. Интеграл этой зависимости, взятый в интервале от 0 (начало измерения) до i Т, , представляет собой площадь фигуры в системе координат i и m , ограниченной кривой m (tj, Эта интегральная площадь равна площади прямоугольника в этих же координатах со сторонами, равными m (значение м (t ) при максимальном затемнении) и Т (времени прохождения индикатором расстояния Р в случае отсутствия продольной диффузии. Следовательно, выражение для Т определяет тот промежуток е, . времени t-o за который Т , жидкий индикаторпрошел бы вместе с потоком расстояние i в случае отсутствия продольной диффузии. А поскольку скорость потока жидкости ° подставляя вместо Т его выражение, получаем формулу для V На фиг. 1 схематично изображен участок потока при измерении его

скорости, продольный разрез, на фиг. 2 - то же, план.

Способ осущестиляется следующим образом.

В поток 1 опускают перегородки 2, выделяя камеру 3, в которую вводя каплю жидкого индикатора (подкрашенную жидкость той же плотности, что и жидкость в потоке). Перегородки могут опускаться до дна потока 1, как показано на фиг. 1, либо на некоторую глубину от свободной поверхности потока 1 . В камере 3 размещают датчик А устройства 5 для измерения прозрачности. В качестве датчика 4 используется, например, фотодиод, освещаемый источником света 6, Датчик 4 размещают на расстояние 6 от первой по ходу движения поперечной перегородки 2 камеры 3.

Когда жидкий индикатор заполнит всю камеру 3, убирают перегородки 2. Индикатор начинает двигаться вместе с потоком 1 через датчик 4. Из-за

наличия диффузии индикатора в продольном направлении прозрачность потока по мере перемещения индика7 тора изменяется. Соответственно изменяется сигнал, передаваемый от датчика 4 устройству 5. После полного прохождения индикатора через датчик 4 сигнал устанавливается постоянным, соответствующим прозрачности жидкости без индикатора. Непрерывная регистрация сигнала от датчика производится, например, самописцем.

В процессе движения жидкого индикатора через датчик 4 самописец опишет кривую зависимость п (i) интеграл которой затем вычисляют как интегральную площадь, например, с помощью планиметра.

Скорость жидкости определяют по формуле для V,

Данный способ позволяет измерять скорости потоков до значений порядка нескольких тысячных долей сантиметра в секунду. СГ

.

////

//:

/////////1

////////

фиг./

- //xV/// //// 6

Фиг. 2 2f / //A//V //////y/y X. , -TTzXy .. .v..-.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЖИДКОСТИ, состояп(ий в том, что в по;«5 tii. :,,.. ток вводят индикатор с отличной от потока прозрачностью, проводят непрерывное измерение прозрачности в фиксированном измерительном сечении и определяют время прохождения индикатором заданного расстояния, по которому судят о скорости., о т л ичающийс я том, что, с цепью повышения точности измерения малых величин скорости, предварительно выделяют в потоке ограниченный объем, охватывающий измерительное сечение, вводят в зтот объем индикатор, затем, сообщают выделенному объему движение совместно с контролируемым потиком, а время прохождения индикатором заданного расстояния определяют от начала движения выделенного объема до момента удаления его из измерительного сечения.