Устройство для измерения полного давления газового потока Советский патент 1987 года по МПК G01L19/00 

113

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к устройствам контроля и измерения полного давления газового потока при проведении газодинамических исследований.

Цель изобретения - упрощение технологии изготовления и повышение точности измерения полного давления газового потока.

На фиг.1 изображен приемник полного давления с эластичной оболочкой меньшего диаметра, чем внутренний диаметр корпуса, поперечный разрез; на фиг.2 - Приемник полного давления с эластичной оболочкой, имеющей впадину в пределах упругой деформации, поперечный разрез; на фиг.З - принцип работы приемника полного давления, изображенного на фиг.1; на фиг,4 - принцип работы приемника полного дав

ления, изображенного на фиг,2.

Приемник полного давления (фиг.1 и 2) состоит из державки 1, пористо- го корпуса 2, выполненного, например из пористого металла, эластичной оболочки 3, заполненной жидкостью 4, электромеханического преобразователя 5 да вления, снабженного герметичной крышкой 6, и регулятора заполнения жидкости5 включающего стакан 7, пор шень 8 с уплотнением и регулировочный винт 9. Эластичная оболочка 3 соединена герметично с державкой 1

при помощи кольца 10, выполненного как одно целое с оболочкой 3, и резь бовой втулки 11, Державка 1 соединена с корпусом при помощи гайки 12. Конструкция приемника полного давления, являясь разборной, позволяет легко менять эластичную оболочку, которая может быть, например, рбзи- ,новой. Кроме.того, оболочка 3, изображенная на фиг.2 и 4, выполнена .с впадиной 13.

Устройство работает следующим оо- разом.

При снятой крышке 6 и крайнем левом положении поршня 8 (фиг. 1 и 2) заполняют внутреннюю полость державки 1 и эластичной оболочки 3 жидкостью. Наживляют гайку 12 и, вращая винт 9, выдавливают лищнюю жидкость с пузырьками воздуха. Затягивают, герметично гайку 12. Регулируя положение поршня 8, меняют степень заполнения эластичной оболочки 3.

0

0

5

30

Возможны три варианта заполнения эластичной оболочки жидкостью: жидкость 4 полностью заполняет внутренний объем оболочки 3 без избыточного давления, при этом оболочка 3 не полностью занимает внутренний объем корпуса 2 (фиг.1); жидкость 4 полностью заполняет внутренний объем оболочки 3 с некоторым заранее заданным избыточным давлением Р, относительно которого будет измеряться -полное давление (фиг.2), при этом внутренний объем корпуса 2 F (за исключением впадины) полностью заполнен жидкостью 4. Впадина 13 на эластичной оболочке 3 может, например, быть получена в этом случае за счет того, что- ее площадь поверхности несколько больше внутренней поверхности корпуса 2; жидкость 4 пол- ностью заполняет внутренний объем оболочки 3, которая (за исключением впадины 13) полностью заполняет корпус 2 (фиг.2). Площадь поверхности - оболочки 3 совпадает с внутренней поверхностью корпуса 2, а впадина получена за счет перемей ения поршня 8 влево (увеличение внутреннего объема всей полости, заполненной жидкостью при герметично установленной крьшке .6.

Схематично принцип обтекания сверхзвуковым газовым потоком корпуса 2 и происходящие при этом изменения с эластичной оболочкой 3 для первого варианта представлены на фиг.З. Газ, затормозившись в скачке уплотнения 1 4, .пройдя сквозь пористую стенку, окажет давление на эластичную оболочку 3. При этом давление в каждой точке по поверхности сферического корпуса 2 будет не одинаковым. Во всяком случае существует точка на сфере, где реализуется полное давление газового потока. Следовательно, существует точка и на эластичной оболочке, где реализуется полное давление Ру-. Во всех остальных

50 точках давление меньще, чем Р.. Тогда под воздействием полного давления эластичная оболочка прогнется, в результате чего.образуется полость 15, в которой установится давление. Б,

55 Дальнейщему увеличению полости 15 препятствует возникающее при этом противодавление жидкости, заполняющей оболочку 3. Очевидно,- что по закону Паскаля и третьему закону

35

40

45

Ньютона давление в каждой точке заполняющей жидкости 4 будет равно давлению в полости 15, т.е. полному давлению газа. При этом оболочка 3 под действием давления в полости 15 будет прижата по-всей остальной поверхности к корпусу 2 и не даст возможности перетекать газу в области с более низким давлением. Кроме того, для улучшения герметизации по корпусу 2 оболочка 3 может быть липкой снаружи. Таким образом, в полости 15 не будет практически тока газа и, несмотря на большой коэффициент 15 противодавления (третий закон Ньютогидравлических потерь для пористого тела, из которого выполнен корпус 2 на поверхности эластичной оболочки 3 и в заполняющей жидкости 4 будет практически реализоваться полное давление газового потока по закону сообщающихся сосудов.

На величину погрешности измерения полного давления, очевидно, будут влиять размеры зоны (полости) 15. Чем меньше ее размеры, тем меньше погрешность измерения полного давления. Действительно, идеального прекращения массообмена между полостью 15 и наружной поверхностью корпуса 2 осуществить невозможно, так как давление в лобовой точке сферы больше, чем в любой другой точке. Тогда газ, попадая в полость 15, будет через ее периферийные области стремиться вьйти нарСужу. этот переток газа практически равен нулю, если угол Ц) (фиг.З), на который оболочка 3 не соприкасается с корпусом 2, не превосходит 15-20° (это обуслов- лейо тем, что разность давлений между лобовой точкой и периферийной, отстоящей от нее на угол 10° при скорости газа, близкой к скорости звука, и плотности газа, взятой при нормальных условиях, не превышает 30 Па, когда коэффициент гидравлических потерь для пористых материало очень большой и линейно зависит от толщины пористой стенки). Этим же обусловлено и отсутствие течения газа внутри пористого корпуса 2. Естественно, что если температура измеряемой среды отличается от начальной температуры приемника полного давления, то в результате теплообмена изменится объем заполняющей жидкости 4. Так как оболочка 3 выполнена из эластичного материала, например, ре

ЗИНЫ, то она из-за изменения объема заполняющей жидкости 4 растянется или сожмется без внесения дополнительной погрешности измерения полного давления. Действительно, изменение объема заполняющей жидкости 4 вызовет некоторое изменение и внутреннего давления внутри оболочки 3. Но это изменение давления очень мало и не превышает величину полного давления измеряемой среды. А так как при измерении полного давления используется принцип уравновешенного

на) , то давление внутри оболочки будет повышаться до тех пор, пока не урав- новесит наружное избыточное (полное) давление. При этом, очевидно, уравновешивающее давление никак не зависит от начального давления заполняю- щей жидкости 4, лишь бы оно не было больше полного давления. Необходимо отметить, что некоторое изменение

жесткости эластичной оболочки 3 за счет ее растяжения или сжатия ничтожно мало и, в принципе, может быть учтено при тарировке приемника.

При заполнении эластичной оболочки 3 жидкость 4 с избыточным давлением (фиг.4) в качестве полости, где реализуется полное давление потока, выступает зона 16, образованная впадиной 13 и корпусом 2. Естественно, что впадина 13 в оболочке 3 за счет ее эластичности будет всегда расположена в зоне максимального давления, что позволяет измерять с высокой точностью малые пульсации полного давления при большой его величине по абсолютному значению. При этом существует ограничение: нужно учитывать температурную поправку и предва-. рительное избыточное давление должно быть заведено ниже минимального полного давления, реализуемого в потоке. Принцип работы предлагаемого устройства в данном случае заключается в том, что предварительно создают избыточное давление заполняющей жидкости 4 внутри оболочки 3, Затем устанавливают электромеханический преобразователь 5 давления в нулевое

положение, а

давления в его диапазон растягивают на величину максимальной амплитуды пульсации давления. Тогда в процессе измерений электромеханичес-. кий преобразователь 5 давления с вы-

13 сокой точностью отследит пульсацию полного давления.

Из вышеизложенного следует, что на точность измерения полного давления оказывает влияние размеры зоны (полости)15 фиг.З), от которой вообще полностью отказаться нельзя

из-за возникающей при этом высокой

температурной погрещности.

Третий вариант заполнения эластичной оболочки, представленный на фиг,4, существенно уменьшает размер зоны 16 реализации полного давления по сравнению с зоной 15, нред-

ставленной на фиг.З (здесь размеры эоны рассматриваются относительно угла tf) . При этом объем зон 15 (фиг.З) и 16 (фиг,4) одинаков (он определяется из условия объемного

термического р.асширения заполняющей жидкости 4,). При расширении заполняющей жидкости 4 размеры впадины 13 и, следовательно, зоны 16 (фиг,4) будут уменьшаться без возникновения (как это было показано выше температурной погрешности измерения полного давпения. Весь процесс измерения ничем не отличается от первых двух случаев заполнения оболочки 3 жидкостью.

Таким образом, иипользование пред лагаемого устройства (в отличие от известных существенно упрощает конструкцию приемника полного давления и технологию его изготовления, что позволяет сделать приемник полного давления мапого размера, применимого при измерениях в аэродинамических трубах и при испытаниях струйных и вихревых камер, при этом исключаютс влияние температуры и направления

в

потока на точность измерения полного давления, а также влияние деформаций Kopnycd на точность измерения, кроме того, исключается сложный и не всегда возможный подбор материалов, из которых из)готовлены отдельные детали устройства. Все это позволяет с высокой точностью измерять пульсацию полного давления.

Формула изобретения

1.Устройство для измерения полного давления газового потока, содержащее приемник давления в виде сферической оболочки с жидким заполнителем, закрепленный на одном конце полой державки, и электромеханический преобразователь давления, закрепленный на другом конце державки, о т - личающее.ся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и повышения точности измерения, оно снабжено подсоединенным к полой державке регулятором заполнения приемника жидкостью, а сферическая оболочка выполнена из пористого проницаемого материала, внутри которого размещена эластичная оболочка, герметично соединенная с концом полой державки, при этом эластичная оболочка заполнена жидкостью,

2.Устройство по п,1, отличающееся тем, что, с целью повьшгения точности измерения, эластичная оболочка вьшолнена диаметром, равным внутреннему диаметру сферической пористой оболочки, и имеет

на внешней поверхности впадину,.расположенную на экваториальной окружности сферы.

Фиг. 2

Ik

te.J

м

да-ЪРедактор А,Резин

Фиг

Составитель Н.Матрохина

Техред И,Попович Корректор М.Демчик

Заказ 6391/29 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет упростить технологию изготовления устр- ва и повысить точность измерений давления. В пористом корпусе 2 размещена эластичная оболочка 3, заполненная жидкостью 4. Степень заполнения регулируется поршнем 8, перемещающимся в стакане / с помощью винта 9. При обтекании корпуса 2 сверхзвуковым газовым потоком в области полного давления Р, потока оболочка 3 образует полость. По всей остальной поверхности оболочка 3 будет прижата к корпусу 2 и в полости не будет практически тока газа. На поверхности оболочки 3 и в заполняющей жидкости 4 реализуется полное давление газового потока по закону сообщающихся сосудов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Ф (Л 00 О5 to со О5