Устройство для измерения гидрофизических параметров среды Советский патент 1986 года по МПК G01N11/00 

Ю

1 vj I Изобретение относится к технической физике и технике испытаний измерительных устройств и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 1200170. Цель изобретения - повышение точности измерений пульсаций скоростного напора среды за счет осуществления экспресс-градуировки и поверки измерительного преобразователя в условиях эксплуатации. На фиг.1 представлена общая схема устройства; на фиг.2 - схема ги дродинамического насадка в условиях экспресс-градуировки. Устройство содержит измерительный преобразователь 1 с державкой 2 Выход измерительного преобразовател 1 через вторичную аппаратуру (не по казана) и через перестраиваемый резонансный фильтр 3 подключен к первому входу регистратора 4 с помощью кабеля 5. Имеется также средство экспресс.градуировки измерительного преобразователя в условиях эксплуатации, выполненное в виде гидродинамического насадка 6, снабженного двумя рядами окон 7 и 8, последовательно расположенными вдоль образующих гид родинамического насадка 6. При этом окна 7 гидравлически соединены коллектором (не показан) с гидротрактом создания в насадке 6 контролиjpyeMoro потока и гидравлически со-. |гласованны с гидротрактом. Гидротракт выполнен в виде насоса 9, соединенного трубопроводом 10 через контрольный прибор 1I скорост потока в гидродинамическом насадке 6, соединенный выходом с вторым вхо дом регистратора 4. Державка 2 выполнена с возможностью смещения вдоль оси гидродинамического насадка 6с помощью уст ройства дистанционного управления, состоящего, например, из блока 12 управления и электромагнита 13, сое диненных один с другим электрически кабелем 14. С державкой 2 механически соедин на заслонка 15. Размах смещения дер жавки 2 относительно гидродинамичес кого насадка 6 подобран так, что за слонка 15 в положении экспресс-градуировки и эксплуатации измеритель ного преобразователя 1 соответствен но перекрывает окна 8 или 7. При 77 этом в положении экспресс-градуировки по с)едней скорости измерительный преобразователь 1 расположен в ламинарной части потока, сформированного конфузором 16 гидродинамического насадка 6. В положении эксплуатации измерительный преобразователь I расположен в невозмущенной гидродинамическим насадком 6 области исследуемой среды. Гидродинамический насадок 6 снабжен модулятором контролируемого потока по гидрофизическому параметру, который может быть выполнен в вивиде инжектора 17 солеврго раствора, соединенного кабелем 18 с блоком 19 управления. Модулятор контролируемого потока может быть выполнен также в виде инжектора жидкости перегретой относительно исследуемой среды, установленного ортогонально оси гидродинамического насадка 6 или в виде съемной нити, перегреваемой импульсами тока относительно исследуемой среды. Последние два варианта выполнения модулятора не показаны. Согласно изобретения модулятор контролируемого потока по гидрофизическому параметру выполнен в виде обоймы 20 цилиндрических стержней 21-23 последовательно увеличивающегося диаметра d,, расположенных ортогонально оси гидродинамического насадка 6 с возможностью управляемого смещения вдоль своих осей (элементы управления и исполнительные элементы смещением стержней 21-23 не показаны). Количество цилиндрических стержней различного диаметра (на чертеже) условно выбрано равным трем. Стержни различного диаметра расположены на различном расстоянии а„ от измерительного преобразователя 1, удовлетворяющем соотнощению5а„ i: а, где п 1,2,3 - порядковые номера цилиндров. При этом наименьцшй диаметр стержня d не менее, чем в 5-10 раз превышает размеры чувствительного элемента измерительного преобразователя. Перед измерительным преобразователем 1 в режиме экспресс-градуировки (поверки) может быть установлен сменный сеточный обтекатель. Се3

точный обтекатель, элементы управления и исполнительные элементы перемещения обтекателя не показаны.

Выбор диаметров стержней обусловлен частотами гармонического входного сигнала по пульсациям .скорости которые необходимо воспроизвести в гидродинамическом насадке 6 в условиях экспресс-градуировки (поверки) измерительного преобразователя.

Для поверки достаточно воспроизведения трех частот входного сигнала, одна из которых равна частоте среза, а две другие соответственно больше и меньше частоты среза измерительного преобразователя 1. Расстояние от измерительного преобразователя 1 до стержней 21-23 выбирается из условия формирования в окрестности чувствительного элемента преобразователя 1 устойчивой дорожки Кармана.

Устройство работает следующим образом.

Перед эксплуатацией проводят градуировку устройства по измеряемому гидрофизическому параметру на аттестованной стационарной гидродинамической установке (не показана), в условиях максимально приближенных к условиям эксплуатации прибора.

С другой стороны, гидродинамический тракт создания контролируемого потока вместе с контрольным прибором 1 1 , вторичной (не показана) и регистрирующей аппаратурой 4 проходят метрологическую аттестацию с целью их дальнейшей эксплуатации в натурных условиях.

Затем располагают устройство в исследуемой среде, например, на буксируемом носителе (не показан) в акваторщ океана 24 (фиг.1). При этом блоки управления 12 и 19, а также насос 9 и регистратор 4 с резонансным фильтром 3 располагаются на судне (не показано). Контрольный прибор 11, измеряющий скорость, создаваемую в гидродинамическом насадке 6 потока, располагается в трубопроводе 10,

через который осуществляется также сброс в океан воды, засасываемой Насосом 9 через гидродинамический наса док 6.

В качестве измерительного преоб-г разователя 1 используется преобразователь пульсаций скоростного напора пьезоэлектрического, типа. Измеритель721774

ньш преобразователь устанавливают в рабочем положении, при котором его чувствительный элемент находится вне гидродинамического насадка 6. При 5 этом окна 7 закрыты заслонкой 15, а окна 8 открыты. При буксировке устройства на выходе измерительного преобразователя 1 появляется пульсационный электрический сигнал, несу0 щий информацию о пульсациях скорости.

В процессе эксплуатации измерительный преобразователь 1 подвергается загрязнениям, старению, корро5 зии, Ътложению солей, что снижает его чувствительность к пульсациям скорости. Кроме того, измерения температуры, солености, плотности, давления исследуемой среды вносят до20 полнительную неопределенность в интерпретацию получаемых с помощью эксплуатируемого устройства результатов и приводит к снижению точности измерений.

Для устранения повышения точности измерений непосредственно в условиях эксплуатации устройства на его штатном месте проводится экспресс-градуировка или поверка изме0 рительного преобразователя I. Для этого прекращают буксировку устройства и с помощью блока 12 управления и электромагнита 13 перемещают державку 2 с измерительным преобраj зрвателем 1 и заслонкой 15 в положение экспресс-градуировки (поверки). В этом положении окна 8 закрываются, а окна 7 открываются.

0 С помощью блока управления поло.жением цилиндров (не показан) устанавливают на входе гидродинамического насадка 6 один из цилиндров, например 23. При заданной средней ско5 рости V, создаваемой гидро1рактом в гидродинамргческом насадке 6, и даметре стержня d за цилиндром создают Кармановскую дорожку, представляющую собой в идеальном случае гармо0 нические пульсации скоростного напора частоты

f Sh-V/d,

где Sh - число Струхаля, величина 5 которого определяется заранее для заданных условий обтекания перед эксплуатацией устройства. 5 Гармонический пульсационный сигнал за цилиндром 23 воспроизводится на уровне, беспорядочного фонового сигнала, обусловленного процессом вихреобразования на теле измеритель него преобразователя и появления за цилиндром более высоких пульсационных гармоник, Для снижения уровня фонового сиг нала перед измерительным преобразователем в режиме экспресс-градуиров ки целесообразна постановка сеточно го обтекателя, а на выходе измерительного преобразователя - включить разонансный фильтр 3, настроенный н заданную частоту следования первой гармоники вихрей. Если количество цилиндров равно трем, резонансный фильтр должен иметь возможность перестройки на три. частоты. Для увеличения соотношения сигнал - шум в условиях экспресс-градуировки возмо но также смещение измерительного преобразователя относительно оси ци линдров . Регистратор 4 записывает выходной сигнал с измерительного преобразователя 1, как реакцию последнего на входной сигнал известной частоты и амплитуды. Затем аналогичные операции проводятся со стерж нями других диаметров. Полученные выходные сигналы позволяют провести или динамическую градуировку измерительного преобразователя 1 на заранее выбранных частотах, или его поверку. После экспресс-градуировки (поверки) блоком 12 управления измерительный преобразователь 1 вновь переводится в рабочее положение. Пр этом измерения пульсаций скорости с 76 помощью предлагаемого технического решения проводится с повышенной точностью по сравнению с известным. Формула изобретения i. Устройство для измерения гидрофизических параметров среды по авт.св. № 1200170, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений пульсаций скоростного напора среды за счет осуществления экспресс-градуировки и поверки измерительного преобразователя в условиях эксплуатации, модулятор контролируемого потока по гидрофизическому параметру выполнен в виде п цилиндрических стержней, расположенных ортогонально оси гидродинамического насадка с возможностью дистанционно управляемого смещения вдоль своих осей, при этом расстояния от осей цилиндрических стержней до измерительного преобра зователя а„ удовлетворяют соотношению5dn 5 а, где df, - диаметры стержней; п 1,2,3... - порядковые номера цилиндров, а наименьший диаметр стержня не менее, чем в 5-10 раз превьш1ает размеры чувствительного элемента измерительного преобразователя. 2.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем что измерительный преобразователь снабжен съемным сеточным обтекателем. 3.Устройство по п 1, о т л и чающееся тем, что на первом входе регистратора установлен съемный резонансный фильтр с перестраиваемой частотой резонанса.

Изобретение относится к технике испытаний измерительных устройств, В- частности устройств, измеряющих гидрофизические параметры. Цель изобретения - повышение точности измерений пульсаций скоростного напора среды за счет осуществления экспресс-градуировки и поверки измерительного преобразователя в условиях эксплуатации. Для этого измерительный преобразователь 1 устанавливают внутри гидродинамического насадка 6, на входе которого установлен модулятор 17. Преобразователь 1 снабжен съемным сеточным обтекателем. 2 3.п. ф-лы, 2 ил.