Известны способы определения направления газового потока с помощью устройств, выполненных в виде электротермоанемометра и состоящих из термонасадка, измерительного моста с источником питания постоянного тока и электронного усилителя с устройством для компенсации тепловой инерцииПредлагаемый способ определения направления газового потока отличается от известных тем, что для получения показаний, не зависящих от скорости потока вследствие исключения неравномерности прогибов нитей, последние располагают в потоке одну за другой, а совмещение плоскостей потока и нитей определяют -по максимуму рассогласования измерительного моста.
Устройство для исследования структуры потока отличается тем, что для обеспечения независимости измерений среднего значения и пульсаций скорости потока от его температуры, термонасадок снабжен нитью и спиралью, выполненными из одного и того же материала, например вольфрама, и располагаемыми в исследуемом потоке так, чтобы они не затеяяли друг друга.
Для измерения разности падений напряжения на нити и спирали применен трехцепный измерительный мост, причем автоматическая регулиров ка моста производится таким образом, что ток изменяется однозначно в функции скорости потока- Для обеспечения равенства постоянных времени тепловой инерции нагретой нити и ненагретой спирали при любых средних скоростях и температурах потока выбрано соответствующее соотнощение диаметров проволоки, образующей спираль, и проволоки, образующей нить.
Для компенсации технологического разброса в параметрах нити и спирали включенные последовательно с ними сопротивления выполнены регулируемыми. Регулирование измерительного моста осуществляется
№ 145785- 2 таким образом, чтобы обеспечивалась возможность непосредственного отсчета температуры газового потока по рычагам магазина сопротивлений без дополнительных пересчетов.
Для правильного воспроизведения пульсаций скорости и температуры при медленно меняющейся скорости пото«а путем авто.матической регулировки постоянной времени компенсирующей цепи усилителя в устройстве применен соответствующий нелинейный элементНа фиг- 1 показан комбинированный насадок для измерения температуры и скорости газового потока; на фиг. 2 - трехцепный измерительный мост; на фиг- 3 - насадок для определения направления вектора скорости газового потока.
Описываемое устройство для изучения структуры газового потока содержит термонасадок, измерительный мост с источником питания постоянного тока и электронный усилитель. Термонасадок для измерения температуры и скорости выполнен в виде полхого держателя, заканчивающегося ножками 1, 2 к 3. Ножка 2 электрически связана с держателем, а ножки и 3 изолированы и соединяются с выводными проводниками, проходящими через держатель. На концах ножек с помощью стоек 4 и 5, покрытых изолирующим слоем, укреплена спираль 6, служащая для измерения температуры потока и для температурной компенсации моста при измерении скорости потока. Скорость потока измеряется с помощью нити 7, закрепленной между стойками 8 н 9.
Нить и спираль выполняются из одного и того же материала, например вольфрама, с отнощением диаметров проволоки
AI ;п 1 + а, Д Г„,
где Ор - температурныйКоэффициент сопротивления материала нити; ДТо выбра ый базисный перегрев нити.
Спираль по отношению к нити располагается таким образом, чтобы при установке насадка рабочей частью навстречу исследуемому потоку, витки спирали не попадали в струю, нагретую нитью.
Измерительный мост состоит из трех параллельных цепей I, II и ///, питаемых через регулируемое сопротивление 70 от источника // постоянного токаВ цепь / входят сопротивление /2 (ГУ), рассчитанное на ток нагрева нити, нить 9 насадка (Rv) и амперметр 13, позволяющий измерять ток нагрева нити. В цепь // входят сопротивление 14 (Г() и спираль 6 {jRt), насадка. Цепь /// состоит из постоянного сопротивления 15 (г) и регулируемого сопротивления 16 (R), состоящего из неизменной части 77 (,,) декадного магазина 18 сопротивлений (Кмаг)- В диагонали моста между цепями / и // и // и /// через переключатель 19 включается гальванометр 20. Нитание моста осуществляется через трехпозиционный переключатель 21. В положении а цепь питания разомкнута. В положении b питание подается через высокоомное сопротивление 2-2Это положение служит для настройки моста при включении нового насадка с неизвестными параметрамиСопротивления 17, 14 и /2 плеч моста (,,; « и г) выбираются следующим образом.
Нри Известной температуре 4 окружающей среды, принятой за базисную температуру, спираль имеет сопротивление ..о, а нить при обтекании малым (ненагревающим) током - сопротивление /,.,o- Сопротивление R устанавливается на значение R (декадный магазин закорочен). Отношение определяется конструкцией моста. Тогда Г(
определится из условия, что при базисной температуре о цепи // и /// должны быть сбалансированы.
/
Р 17- 1 IJ
«ач ta
После этого при любой другой температуре t окружающей среды, эта температура может быть прочтена по показанию при балансе моста и неизменном значении г.
f нач X.«7
I - a и о
Очевидно, что Кнач целесообразно выбирать таким, чтобы ар / ,, л, где я - число, удобное для пересчетов. Тогда новое значение температуры потока может быть непосредственно отсчитано по положению рычагов магазина сопротивлений.
После установки требуемого значения г|(, задавшись перегревом нити при базисной температуре АГо Т - to, при t to можно определить необходимое значение г,- Для этого используют соотношение, вытекающее из баланса цепей / и // при заданном 4 и А7 ДГо
г. ( Д о) г, - т Однако практически задаются не А7о, а m 1 + а ,; АГо, согласуя это
значение с --- из условия равенства тепловой инерции спирали и
нити- Последнее существенно при измерении пульсаций С1 орости потока. Численное определение г,, выполняется на мосте; поставив переключатель 21 в положение Ь, при котором АГ О, при балансе цепей / и //, отсчитывают показание сопротивления г„о, выполненного также в виде декадного магазина. Это значение г,.о увеличивают в т раз и набирают значение Гр m на том же магазине. При этом баланс цепей /-// нарушается и восстанавливается лишь тогда, когда переключатель 21 будет .переведен в положение с (работа), а регулируемое сопротивление 10 увеличит ток моста настолько, чтобы ток i нити нагрел ее до температуры TQ при t Ь ИЛИ Т При t t.
Значение тока i, прочитанное по амперметру При балансе цепей / и //, однозначно связано со скоростью потока и не зависит от его температуры. Таким образом, для измерений скорости при различных температурах перестройки моста не требуется. Независимость показаний средней скорости от температуры потока вытекает из рассмотрения уравнения теплового баланса нагретой нити и уравнения баланса цепей f и II моста при произвольной температуре Отсюда вытекает, что при изменении среднего значения скорости, условие независимости тока моста 1 02 от температуры. Это условие будет: J,. К (Тд - i), где К - коэффициент пропорциональности.
Из этого условия вытекает требование.
All АГо (1 + GO .
Таким образом, можно быстро и просто измерить в данной точке потока скорость, а также -перепад температуры по отношению к некоторой базисной температуре /о. однажды принятой при настройке моста.
- 3 -№ 145785
п пр
«о Кнач «о ,
№ 145785- 4 Для исследования пульсаций окорости потока электронный усилитель 23 с соответствующей комтенсирующей характеристикой К - Ко + fA включается в диагональ моста между цепями / и IIПри этом, если соблюдено условие - т, то пульсаци1и температуры потока не влияют на усилитель. Поэтому для автоматической компенсации тепловой инерции при разных скоростях потока может быть использоваи ток i нити, например, путем подмагничивания дросселя в компенсирующем каскаде усилителя черезсоответствующий нелинейный элемент, поддерживающий закон
Ж -L. 1
-- i; -7
где 02 - Коэффициент теплоотдачи нити.
Для измерения пульсаций температур тот же усилитель быть включ-ен в диагональ //-/// моста.
Для определения направления вектора скорости газового потока с одновременным получением показаний, независящих от скорости потока, вследствие исключения неравномерности прогибов нитей ;к измерительному мосту подключают насадок, состоящий из двух нитей из одинакового материала с равными диаметрами, лежащих в одной плоскости и параллельных между собой. Нить 24 включается в цепь / моста; нить 25 - в цепь // моста; сопротивления г и г„ устанавливаются на одинаковое значение, а гальванометр включается в диагональ /-//. Ток моста снижают для получения незначительного перегрева нитей. Пока нить 25 не затеняется нитью 24, гальванометр находится в положении, близком к нулю (мост сбалансирован)- Как только плоскость нитей совпадает с плоскостью потока, равновесие моста резко нарушается и направление потока однозначно читается по шкале 26, связанной со стержнем насадка.
Описываемые устройство и способ обеспечивают возможность исследовать структуры газовых потоков с большей степенью точности, чем известные способы и устройства, и могут найти полезное применение.
Предмет изобретения
1.Способ определения направления газового потока при помощи термонасадка с двумя параллельными нитями, включенными в схему измерительного моста, отличающийся тем, что, с целью получения показаний, не зависящих от скорости потока-за счет исключения неравномерности прогибов нитей, последние располагают в потоке друг за другом, а совмещение плоскостей потока и нитей определяют по максимуму рассогласования измерительного моста.
2.Устройство для исследования структуры газового потока, выполненное в виде электротермоанемометра и состоящее из термонасадка, измерительного моста с источником питания постоянного тока и электронного усилителя с устройством для компенсации тепловой инерции, отличающееся тем, что, с целью обеспечения независимости измерений среднего значения и пульсаций скорости потока от его -температуры, термонасадок снабжен нитью и спиралью, выполненными из одного и того же материала, например вольфрама, и располагаемыми Б ис; следуемом потоке так, чтобы они не затеняли друг друга.
3- Устройство по п- 2, отличающееся тем, что измерительный мост состоит из трех параллельных цепей, в одну из которых включена нить, в другую-спираль и в третью-регулируемое сопротивление, служащее для отсчета температуры потока по сопротивлению Спирали, причем ток моста, регулируемый вручную или автоматически по балансу гальванометра, сравнивающего падение напряжения на нагретой электрическим током нити и на практически ненагретой спирали, поддерживается независимым от температуры потока, но изменяющимся однозначно в функции его скорости, а перегрев нити по отнощению к газовому потоку следует при этом закону ATi ДГо (1 + а ), где ДГо - выбранный базисный перегрев нити, ар-температурный коэффициент сопротивления материала нити и спирали, а Дг1 - приращение температуры газового потока.
4- Устройство по пп. 2 и 3, отл ич а ю ще:еся тем, что, с целью обеспечения равенства постоянных времени тепловой инерции нагретой нити и ненагретой спирали при любых средних скоростях и температурах потока, что необходимо для правильного воспроизведения пульсации скорости последнего, отнощение диаметра ороволоки, образующей спираль, к диаметру нити выбрано равным 1 -f Ор ДТо, причем при измерении пульсаций скорости вход усилителя включен в диагональ моста между нитью и спиралью, а при измерении пульсаций температуры- в диагональ между спиралью и регулируемым сопротивлением5.Устройство по пп. 2-4, отличающееся тем, что, с целью компенсации технологического разброса в параметрах нити и спирали насадка, включенные последовательно с ними сопротивления выполнены регулируемыми, причем после балансировки цепей моста при известной температуре для приведения моста в рабочее состояние найденное исходное значение сопротивления, включенного последовательно с нитью, увеличивают в т раз, где m 1 -f а-, ДГо.
6.Устройство по пп. 2-5, отличающееся тем. что, с целью обеспечения возможности непосредственного отсчета значений температуры потока по положению рычагов магазина сопротивлений, сопротивление RH цепи магазина при балансе моста выбрано из условия ар RH где п - число, удобное для пересчетов.
7.Устройство по ПП. 2-6, отличающееся тем, что для правильного воспроизведения пульсаций скорости и температуры при медленно меняющейся скорости потока путем автоматической регулировки постоянной времени компенсирующей цепи усилителя, осуществляемой подмагничиванием компенсирующего дросселя усилителя током, пропорциональным току нити, в нем применен соответствующий нелинейныи элемент, поддерживающий соотнощение M..f.- н - , где ао-
коэффициент теплоотдачи нити, а / - ток нити.
- 5 № 145785
,11
а, г
fuzt
Vue.S
