Датчик скорости потока газа Советский патент 1978 года по МПК G01P5/10 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения быстроменяющихся скоростей в пространственном потоке газа, имеющем переменные температуру, давление, а также изменяющиеся состав, плотность.

Известны шаровые пневмозонды для определения параметров в пространственном установившемся газовом потоке, состоящие из координатника с приемной шарообразной головкой, в которой имеются пять пневмоканалов, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и связанных тонкими трубками с микроманометрами 1.

Недостатками этих устройств являются большая инерционность и низкая точность измерений.

Ближайщим по технической сущности является датчик скорости потока газа, содержащий стержень с приемной головкой, имеющей мембрану тензонреобразователя и два пневмоканала, соединенные с полостями у мембраны 2.

Однако указанный датчик нельзя использовать для измерения направления и величины скорости в пространственном (трехмерном) потоке с переменной температурой и составом газа. Это объясняется тем, что пневмоканалы, расположенные в плоскости, проходящей через ось державки, не реагируют на вектор

скорости, лежащий в плоскости, перпендикулярной оси датчика. Кроме того, тензопреобразователь чувствителен к изменению температуры.

Цель изобретения - определение величины и положения вектора скорости в пространственном потоке с переменной температурой и составом газа.

Поставленная цель достигается тем, что в

приемной головке выполнены два дополнительных нневмоканала с располол еннымп в них термоанемомстрами, расположенных в плоскости, перпендикзлярной плоскости размещения основных пневмоканалов, при этом

преобразователь выполнен в виде емкостного дифференциального преобразователя-конденсатора.

На чертеже приведена конструктивная схема датчика скорости потока газа.

Датчик скорости потока газа состоит из приемной головки 1 с державкой 2, между двумя полусферами которой установлена мембрана 3.

С двух сторон мембраны находятся внутренние камеры, сообщающиеся с измеряемой средой пневмоканалами: верхняя через канал 4, нижняя - через канал 5. Эти пневмоканалы расположены в плоскости, перпендикулярной оси державки. В камерах находятся электроды 6. образующие с мембраной два илоских конденсатора Ci и Cj. Электроды приклеены через изоляционную ирокладку 7 к корпусу головки. Выводные концы от электродов через каналы в державке выходят наружу. Головка с державкой устанавливаются в координатнике 8. В пневмоканалах 9 расположены термоанемометры 10.

Датчики скорости потока газа работает следующим образом.

Емкость верхнего и нижнего конденсаторов зависит от положения мембраны 3, прогиб которой определяется перепадом давления в камерах. Конденсаторы, будучи включенными в разные плечи моста, образуют дифференциальный емкостный преобразователь, сигнал с которого пропорционален перепаду давлений между пневмоканалами. Положение вектора скорости в плоскости, перпендикулярной оси державки, определяется поворотом державки вокруг своей оси. Вращение производится до тех пор, пока перепад давлений между пневмоканалами 4 и 5 не станет наибольшим. Угол поворота измеряется по отсчетному устройству координатника. Положение вектора скорости в плоскости оси державки определяется с помощью термоанемометров, размещенных в пневмоканалах 9. Термоанемометры расположены с таким расчетом, что они изменяют свои параметры в зависимости от величины угла между направлением вектора скорости потока, расположенного в плоскости пиевмоканалов 9, и оси пневмоканалов 4. Если отнощение сигналов от двух термоанемометров, включенных в мост, равно 1, то вектор скорости потока направлен по оси центрального пневмоканала и тогда его величина соответствует перепаду давлений. Если имеется разность в показаниях термоанемометров (отнощение сигналов не равно 1), то вектор скорости направлен под углом к пневмоканалу 4. Определить величину этого узла можно с помощью тарировочной кривой, полученной в результате предварительной градуировки датчика в стационарном потоке.

Величину скорости в этом случае можно оиределить по формуле

1/ 2йте

V Г рЛ-о

где /1 /()-амплитуда Сигнала в (мм), измеренная по осциллографу;

т - масщтаб давления на осциллограмме (мм/ат); /(о - коэффициент, зависящий от угла б, определяемый при тарировке термоэлемента.

Погрещность измерения величины пространственного потока характеризуется, в первую очередь, погрешностью замера перепада давлений. Используемый для этого дифференциальиый емкостный преобразователь свободен от ряда погрещностей, присущих теняопреобразователям. Действительно, емкость каждой половины дифференциального конденсатора определяется формулой

5С1.

где 6 - диэлектрическая проницаемость зазора между обкладками конденсатора;105 - площадь обкладок;

d - расстояние между обкладками, которое изменяется от прогиба мембраны от перепада давлений; АСт - изменение емкости конденсатора при 1.5воздействии на датчик температуры.

Поскольку половинки дифференциального конденсатора в мостовой схеме включены iB смежные плечи, то изменение любого из параметров преобразователя в одну и ту же сторону не вызывает разбаланса моста, т. е. такой датчик практически не чувствителен к изменению параметров е, S, AC. Папряжение, снимаемое с моста при перемещении мембраны,

5 пропорционально только изменению расстояния между обкладками и зависит от перепада давлений в камерах преобразователя d f(Pi-PZ). Это обстоятельство весьма существенно при измерении скоростей потоков с

0 переменной температурой и составом газа.

Погрещность измерения величины скорости в пространственном потоке в основном определяется преобразователем перепада давле5 НИИ, а направление составляющей вектора скорости, лежащей в плоскости пневмоканалов 4 и 5, определяется чувствительностью прибора и точностью отсчетного устройства координатника.

0 Погрещность определения составляющей вектора скорости в плоскости пневмоканалов 9 зависит от чувствительности термоанемометров и точности определения коэффициента Лб при градуировке датчика в стационарном потоке.

Формула изобретения

Датчик скорости потока газа, содержащий стержень с приемной головкой, имеющей мембрану преобразователя и два пневмоканала, соединенные с полостями, расположенными с двух сторон мембраны, отличающийся

тем, что, с целью определения величины и положения вектора скорости в -пространственном потоке с переменной температурой и составом газа, в приемной головке выполнены два дополнительных пневмоканала с установленными в них термоанемометрами, ориентированные перпендикулярно плоскости расположения основных пневмока«алов, при этом преобразователь выполнен в виде емкостного дифференциального преобразователя - конденсатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Повх И. Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. М.-Л., «Машиностроение, 1965 г., с. 193-198.

2. Тензометрический зонд для замера быстроменяющегося динамического перепада давления. - Республиканский междуведомственный сборник, выпуск 11, Харьков, 1971.

Ю