Устройство для определения скорости и направления ветра Советский патент 1942 года по МПК G01P5/08 G01P13/02 

В ОСНОВНОМ авт. св. № 56662 было описано устройство для определения скорости и направления ветра (телеанемометр), дающее возможность определять величину скорости и направление ветра по положению светящегося пятна на экране катодного осциллографа. В этой системе в качестве датчика были использованы полушария Робинзона, соединенные с генератором двухфазного неременного тока и с прерывателем, дающим короткие импульсы. Частота и напряжение переменного тока определяются в таком приборе скоростью вращения полущарий Робинзона, а фаза импульса относительно неременного напряжения-положением флюгера, т. е. направлением ветра.

В таком приборе значительная инерция полущарий и флюгера не позволяет точно воспроизводить все импульсации скорости ветра. Поэтому показания анемометра тем больше приближаются к средней скорости ветра, чем кратковременнее порывы. При малых скоростях ветра величина трения в подшипниках полушарий Робинзона и флюгера определяет норог чувствительности прибора.

Предметом настоящего изобретения является видоизменение устройства по основному авт. св. № 56662, не имеющее зказанного недостатка и дающее возможность значительно уменьшить инерцию датчика при одновременном перемещении порога чзвствительностн прибора в область малых скоростей ветра.

В предлагаемой конструкции телеанемометра вместо полушарий Робинзона, флюгера и двухфазного генератора применены закрепленный на универсальном шарнире или т. п. полый стержень, удерживаемый в вертикальном положении нружинами, и катушка, закрепленная на нижнем конце стержня и находящаяся во вращающемся с- неизменной скоростью магнитном поле. Она служит для нодачи развертываюшего напряжения иа пластины катодного осциллографа при наклоне стержня (и катушки) под воздействием ветра.

К2 62169- 2 -

На фиг. 1 схематически изображен датчик предлагаемого устройства; на фиг. 2-вариант конструкции датчика; на фиг. 3-электрическая схема устройства; на фиг. 4-диаграмма, ноясняющая действие устройства.

В предлагаемом устройстве чувствительным элементом является полый стержень /, закрепленный на карданном подвесе 2, 3. Пружины 4 стремятся удержать стержень 1 в вертикальном положении. Ветео стремится тем больше наклонить стержень, чем больше его скорость. На нижнем конце стержня закреплена катушка 5, плоскость витков которой перпендикулярна оси симметрии стержня. Внутри катушки вокруг вертикальной оси врашается горизонтальный постоянный магнит 6, создаюш,ий врашающееся магнитное поле. На одной оси с магнитом помешается контакт (на чертеже не показан), дающий кратковременные импульсы тока при каждом обороте оси. Эти импульсы подаются в цепь цилиндра Венельта, анода или отклоняющихся пластин осциллографа.

Если плоскость витков катушки перпендикулярна оси врашения магнита, то величина наводимого в катушке напряжения будет равна нулю. При наклонении, стержня / в катушке вращающимся магнитом наводится переменное напряжение, равное:

5 П- й-Ф-ЗШ (a)t-t- cp)sm,

где я - число витков катушки, oj -круговая частота (угловая скорость вращения) магнита, Ф - магнитный поток, проходящий сквозь катущку при горизонтальном положении стержня, f -азимут наклона стержня, л -угол наклона стержня.

Благодаря зависимости фазы генерируемого в катущке синусоидального напряжения от направления наклона стержня, в этой системе (аналогично описанной в основном авторском свидетельстве) возникает зависимость между направлением ветра и фазой импульса относительно синусоидального напряжения.

В отличие от системы с полушариями Робинзона в описываемой схеме анемометра, положение контакта, дающего короткие импульсы тока, остается неизменным, а изменяются направление и величина наклона катушки и, соответственно, фаза и амплитуда наводимого в ней напряжения. Наведенное в катушке напряжение усиливается лампой и передается по проводам на электронный осциллограф. Короткие имиульсы напряжения, полученные при замыкании контакта, могут передаваться по тому же каналу связи. На фиг. 4 приведена кривая напряжения, передаваемого по каналу связи.

В приемнике переменное напряжение подается на одну пару пластин электронного осциллографа. На вторую пару пластин подается напряжение, сдвинутое по фазе на 90°. Схема включения пластин катодного осциллографа приведена на фиг. 3. Напряжения на сопротивлении и емкости сдвинуты на 90°, причем емкость, сдвигая по фазе переменное синусоидальное напряжение, одновременно сглаживает короткий импульс. Под влиянием двух синусоидальных напряжений, равных по амплитуде, но сдвинутых по фазе на 90°, пучок электронов развертывается по кругу, короткий импульс напряжения, поступающий только на одну пару пластин, периодически выбрасывает пучок электронов с круговой траектории, давая темный разрыв в светящемся круге.

Число оборотов двигателя, вращающего постоянный магнит, желательно поддерживать постоянным, так как изменение частоты переменного тока нарущает равенство напряжений на пластинах катодного осциллографа, и круг превращается в эллипс.

Вращающееся магнитное поле может быть получено при помощи двух- или трехфазного переменного тока, питающего систему неподвижных катушек 7 (фиг. 2). Однако отсутствие вращающегося элемента лишает возможности получать короткие импульсы тока механически. Поэтому короткий импульс здесь получается при помощи любого из известных приборов, превращающих синусоидальное напрялсепие сети в короткие импульсы напряжения (например газонаполненной лампы).

Для связи приемника с катодным осциллографом достаточно двух проводов или одного радиоканала связи.

При изготовлении прибора желательно предусмотреть возможность отдельного измерения больших и малых скоростей ветра. С этой целью изменяют коэффициент усиления переменного напряжения. Так, например, для измерения малых скоростей используется двухкаскадный усилитель, а при измерении значительных скоростей второй каскад выключается. Применение двойной щкалы позволяет расширить порог чувствительности прибора при одновременном увеличении точности отсчета.

Описанный метод передачи на расстояние величины и направления наклона предмета, связанного с индикаторной катушкой, может найти применение не только для измерения скорости и направления воздушного потока. Этот способ передачи вектора величины и направления наклона может быть использован в ряде измерительных приборов, например инклинаторах.

Предмет изобретения

. Видоизменение устройства для определения скорости и «аправ-ления ветра по авт. св. № 56662, отличающееся тем, что вместо полушарий Робинзона, флюгера и двухфазного генератора применены закрепленный на универсальном шарнире или т. п. полый стержень, удерживаемый в вертикальном положении пружинами, и закрепленная нижнем конце стержня катушка, находяшаяся во вращающемся с неизменной скоростью магнитном поле и служащая для подачи развертывающего напряжения на пластины катодного осциллографа при наклоне стержня (и катушки) под воздействием ветра.

2. В устройстве по п. 1 применение вращаемого двигателем постоянного магнита для создания вращающегося магнитного поля.

3.В устройстве по п. 1 применение двухфазной или многофазной системы неподвижных катушек для создания врашающегося магнитно1 о поля.

4.В устройстве по пп. 1-3 применение приспособлений для подачи коротких импульсов на пластины осциллографа синхронно с вращающимся полем.

5.В устройстве по п. 1 применение усилителя между катушкой и развертывающими пластинами осциллографа.

№ 62169

Фиг./

Фиг А