Преобразователь скорости и направления потока Советский патент 1987 года по МПК G01C17/02 

Изобретение относится к приборостроению и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в ,векторно-осредняющих измерителях скорости потока, которые измеряют две взаимно ортогональные составляющие скорости потока в подвижной системе координат, вычисляют широтную и меридиональную составляющие вектора скорости потока и осредняют их за опре- деленньй промежуток времени.

Цель изобретения - упрощение конструкции преобразователя за счет снижения аппаратурных затрат,

На фиг.1 представлен преобразователь скорости, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3-принципиальная электрическая схема преобразователя скорости и направления потока.

Внутри цилиндрического корпуса 1 С герметичной крышкой 2, заполненного демпфирующей жидкостью 3, подвешена картушка 4 с магнитами 5, причем кар- тушка 4 подвешена на шпиле 6 оси 7, жестко закрепленной на корпусе 1, с помощью сферического или конического подпятника 8, в свою очередь, жестко закрепленного выше центра тяжести на оси симметрии картушки 4„ Картушка 4 имеет свободу вращения только вокруг своей оси симметрии, совпадающей с осью 7. Шпилька 9, закрепленная на крышке 2, предохраняет картушку 4 от выпадания. Для получения максимальной чувствительности и минимального угла застоя используются магниты 5, изготовленные из таких материа

лов, как сплав SaCoj, обеспечивающий индукцию в зазоре и максимальный момент картушки 4.

ОХ, OY и OZ - три оси, образующие прямоугольную систему координат, связанную с корпусом преобразователя.

На оси 7 в центральной части зазора между двумя разноименными полюсами магнитов фрезерованием выполнены два взаимно ортогональных паза 10 шириной, равной удвоенной толщине элементов Холла. Элементы Холла 11 и 12 склеены друг с другом по рабочим плоскостям и вклеены в один из пазов 10. Аналогично выполнена установка элементов Холла 13 и 14. При этом рабочие плоскости всех четырех элементов Холла лежат на оси OZ, а их магниточувствительные оси перпендикулярны этой оси. Элементы Холла 11

0

5

0

0

и 13 соединены последовательно с управляемым генератором тока, например резистором 15, а элементы Холла 12 и 14 соединены Ьоследовательно с аналогичным управляемым генератором 16 тока. Управляемые генераторы 15 и 16 тока служат измерителями взаимно ортогональных составляющих вектора скорости потока. Два разноименных потенциальных электрода элементов Холла 11 и 14 соединены последовательно, остальные их электроды подключены к выходным клеммам 17 и 18 преобразова- g теля. Соединены последовательно и два одноименных потенциальных электрода элементов Холла 12 и 13. Два других одноименных потенциальных электрода . элементов Холла 12 и 13 подключены к выходным клеммам 19 и 20,

Преобразователь скорости и направления потока работает следующим образом.

Если в начальный момент времени ОХ корпуса 1 была параллельна магнитному меридиану, то при повороте корпуса 1 компаса на угол об относительно магнитного меридиана картушка 4 с магнитами 5 остается неподвижной, а элементы Холла 11 - 14 поворачиваются вместе с корпусом 1 на угол oi . При этом через элементы Холла 11 и 13, включенные последовательно с управляемым генератором 15 тока, протекает ток, пропорциональньм составляющей вектора скорости течения по оси ОХ, а через элементы Холла 12 и 14, включенные последовательно с управляемым генератором 16 тока, протекает ток, пропорциональньй составляющей вектора, скорости течения по оси OY:

I, nV,;(1)

1 nV,(2)

где 1 и 1„ - токи соответственно управляемых генераторов 15 и 16 тока; составляющие вектора скорости движения среды относительно корпуса преобразователя, нап- равл:енные соответственно по осям ОХ и OY; коэффициент пропорциональности, нормирующий номинальный ток элементов Холла.

Таким образом, на потенциальныхо электродах элементов Холла возникают следующие разности потенциалов:

5

0

5

0

5

i

V

X

v,i п 1355870

&U,,,eosct;(3)

iU,,KBoI,sinc6;(4)

uU,j KBol cosci;(5)

uU, sinei, (6)

К - коэффициент преобразования

элементов Холла; В - величина вектора йагнитной

индукции в центре зазора между полюсами магнитов; ( - угол поворота корпуса преобразователя.

Так как элементы Холла 11 и 14 динены последовательно разноимени потенциальными электродами, то выходных клеммах 17 и 18 появляетразность потенциалов

,7-,а КВд(1 со8Л-1цз1по1) , используя формулы (1) и (2), uU.,g ()i-V.sinoi.) . (7) Так как элементы Холла 12 и 13 сонены последовательно одноименными енциальными электродами, то на ммах 19 и 20 появляется разность енциалов

т т с g чи со о с сн

10 из

аз и ро эл

15 на це го ма ка

20 пр че ля то го

25 со ле те эл ды

ди,..,,, KnB..(V.,sinot-V,.cosai) . (8)

is-ao

Таким образом, из формул (7) и (8) следует, что на выходных клеммах 19

25 собой и взаимно ортогональны с пар лельными между собой магниточувств тельными осями третьего и четверто элементов Холла, причем токовые вь ды первого и третьего, второго и ч

и 20, 17. и 18 появляются разности по- зо вертого элементов Холла соединены

тенциалов, пропорциональные соответственно зональной (широтной) и меридиональной составляющим вектора скорости течения.

Формула изобретения

Преобразователь скорости и направления потока, содержащий измеритель

тора скорости потока в подвижной системе координат, компас, измеритель синуса и косинуса угла азимута, вы- числитель меридиональной и широтной составляющих вектора скорости потока, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции за счет снижения аппаратурных затрат, компас,

измеритель синуса и косинуса угла

азимута и вычислитель меридиональной . и широтной составляющих вектора скорости потока выполнены на четырех элементах Холла, жестко закрепленных

на оси вращения картушки компаса в центре симметрии зазора, образованного разноименными полюсами введенных магнитов, установленных на концах картушки симметрично ее оси вращения,

причем магниточувствительные оси всех четьгрех элементов Холла перпендику-. лярны оси вращения картушки, а магниточувствительные оси первого и второго элементов Холла параллельны между

собой и взаимно ортогональны с параллельными между собой магниточувстви- тельными осями третьего и четвертого элементов Холла, причем токовые вьшо- ды первого и третьего, второго и четвертого элементов Холла соединены

последовательно с первым и вторым соответственно измерителями взаимно ортогональных составляющих вектора скорости потока в подвижной системе 35 координат, два потенциальных одноименных вьшода первого и четвертого элементов Холла соединены между собой и два потенциальных разноименных вывода второго и третьего элементов

двух ортогональньк составляющих век- 40 Холла также соединены между собой.

А

т

Фиг.З

Редактор А.Огар

Составитель В.Агапова Техред И.Верес

За:каз 5767/37 Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

cpue.Z

Т.

Корректор М,Шароши

Изобретение может быть использовано в векторно-осредняющих измерителях скорости потока, которые измеряют две взаимно ортогональные составляющие скорости потока в подвижной системе координат, вычисляют широтную и меридиональную составлякицие вектора скорости потока и осредняют их за определенный промежуток времени. Целью изобретения является упрощение конструкции за счет снижения аппаратурных затрат. Для этого компас, измеритель синуса-косинуса угла азимута и вычислитель составляющих вектора скорости потока выполнены на четьфех элементах Холла, жестко закрепленных на оси вращения картушки компаса в ценТ ре симметрии зазора. Он образован разноименными полюсами магнитов, установленных на концах картушки симметрично ее оси вращения. Элементы Холла, попарно склеенные по рабочим плоскостям, установлены в пазах на оси вращения картушки в центральной части зазора. Токовые вьшоды первого и третьего, второго и четвертого элементов Холла последовательно соединены соответственно с первым и вторым измерителями взаимно ортогональных составляющих вектора скорости потока в подвижной системе координат. Два потенциальных одноименных вывода первого и четвертого элементов Холла и два потенциальных разноименных вывода : второго и третьего элементов Холла соединены между собой, благодаря чему на выходе устройства появляются разности потенциалов, пропорциональные соответственно зональной и меридиональной составляющим вектора скорости течения. 3 ил. (Л 00 ел СП 00