Способ измерения скорости течения жидкости и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01P5/26 

(серпа), вьшуклая часть которого обращена навстречу вектору скорости, а ось сн№- етрии параллельна указанному векторуо Из-за неоднородного нагрева части жидкости, занятой пучком, в ней возникает дополнительное движение - наведен11 я пучком (так называемая фотоабсорбционная) конвекция. Для центральной части пучка, где поле скорое- тей фотоабсорбционной конвекции можно считать однородным, рвзультиру ю; щая скорость жидкости равна ,, г,е Vjj - измеряемая скорость потока; V;, - направленная вверх характерная скорость фотоабсорбционной конвекции (см, фиг.,I), которую можно вычислить по известной формуле

v.K&S,|.(|5..e...),

(I)

где

Ti аN 3&

К

коэффициент термического рас гпкрания;

характерный поперечный размер луча;

коэффициент поглощения; мощность лазера; температуропроводность, кинематическая оязкость, ускорение своОодного падения I

универсальная функция поперечных координат, обращаюв а яся в постоянную величину ,цля центральной части пучка Если принять, что поле скоростей фотоабсорбционной конвекции однород- noj то проходящий через ЖИДКОСТЬ пучок в поперечном сечении принимает форму полумесяца (серпа), ось симметрии которого направлена вдоль результирующего вектора скорости жидкости, откз да следует, что

tg VK/Vo,(2)

Таким образом, предлагаемые спосо Hi устройство пригодны для измерения скоростей соизмеримых со скоростями фотоабсореидиОнной конвекции, т.е. порядка нескольких метров в час, при этом точность измерения тем выше, чем ближе измеряемая скорость к V.

При npaKTF iecKoM использовании способа преп. зарительно получают град ировочный ггафик (см. фиг. 2) для ка

кои-то одной жидкости, по которому устанавливают соответствие между скоростью течения и углом отклонения оси симметрии в поперечном сечении пучка от горизонтали для любой другой жидкости с нзвестны1-1и свойствами. Угол у по градуировочному графику дает значение скорости исследуемой жидкости.

Устройство для реализации способа содержит мощный лазер 1, ослабляющий светофильтр 2 на входе исследуемой жидкости 3, а на выходе ее прозрач- ньй диск 4 со шкалой углов, полупрозрачное зеркало 5, за ним вращающуюся маску 6 с переменной линейной прозрачностью, затем линзу 7 и фотоэлектронный умножитель 8 с индикатором тока 9.

Устройство работает следующим образом.

Мощньй лазерный пучок направляется поперек движения исследуемой жидкости в Горизонтальной плоскости. Проходя через жидкость, лазерньй пучок нагревает ее, создавая тем самым конвективное двгасение жвдкости в поперечном направлении снизу вверх, что вместе с основным горизонтальным течением жидкости приводит к дефокусировке лазерного пучка на вьпсоде поперечного сечения жвдкости. Пере- меЩая по горизонтали и вертикали в. поперечном движению жидкости направлении вращающуюся маску, находим / центр тяжести деформированного лазерного пучка. Угол наклона деформированного пучка определяется по угловой шкале прозрачного диска, центр которого совмещен с центром маски. Начальные координаты п;1гчка определяются таким же образом при ослаблении лазерного пучка путем введения ослабляющего светофильтра. При этом не происходит конвективного движения жидкости. При вращении маски пучок модулируется, а при совмещении центра маски и лазерного пучка сигнал на ФЭУ равен нулю, ,

Таким образом определяется центр Тяжести и угол наклона деформированного пучка, по которым судят о скорости потока.

у.

ФигЛ

Фиг.г

1. Способ измерения скорости течения жидкости путем облучения ее ла- зерным пучком в направлении, ортогональном направлению потока, и регист-- рации параметров лазерного пучка, провзаимодействующего с жидкостью, по Изобретение относится к измерительной технике и может быть использова- но для измерения очень малых скоростей течения жидкости, не имеющей неодно ро дно ст ей . Целью изобретения является снижение погрешности измерения жидких скоростей, сравнимых со скоростью авто- конвекдии. На фиг. 1 и 2 представлены диаграммы, поясняющие существо способа; которым судят о скорости потока, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности измерения скоростей, сравнимых со скоростью автоконвекции, измеряют угол наклона деформированного лазерного пучка у , а скорость V определяют из соотношения : ,/V где V - максимальная скорость автоконвекции. 2. Устройство для измерения скорости течения жидкости содержащее сооснр установленные в направлении, ортого- . напьном вектору скорости потока, лазер-нагреватель, линзу и фотоприемник, подключенный выходом к регистратору фототока, отличающееся тем, что в него введены маска с переменной в азимутальном направлении прозрачностью, установленная перед линзой с возможностью углового смещения вокруг оптической оси, и угловая щкала поворота маски. i W INO 00 ел СО на фиг. 3 - схема устройства для реализации способа. Способ и устройство основаны на использовании нелинейного эффекта теплового самовоздействия света в поглощающей среде. При движении среды как целого поперек пучка в условиях теплового самовоздействия сечение пучка на достаточно высоких относительных уровнях интенсивности имеет форму полумесяца

Редактор М.Кузнецова

Составитель Ю.Власов Техред Л,Сердюкова

Заказ 6799Тираж 788Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Корректор М.Пожо