Измеритель скорости течения воды Советский патент 1946 года по МПК G01P5/07 

Предметом данного изобретения является измеритель скорости течения воды с вертушкой и датчиком для электрической передачи показаний прибора -на расстояние.

Согласно изобретению, в предлагаемом из мерителе ось щертушки натружена пружиной, препятствующей непрерывному - под действием динамического давления потока - вращению вертушки, и соединена с поворотной частью реостата илн пе,ременного конденсатора, используемого в качестве указан ного датчика. В такой конструкции каждому значению давления воды соответствует определен лый угол поворота {а не скорость вращения) вертушки, угол поворота подвижной части датчика и сила тока в цепи электрического измеримтельного прибора - приемника.

По принципу своего действия такие И31мерители могут использоваться как для отдельных измерений скорости в различных частях потока с переносом их из одной точки в другую, так и для стационарной установки в определенном месте потока для йаблюдвния за иэм:енением скорости во времени при подъеме или спаде воды, при ртклоненви потока в случае размыва русла 1и вообще при изм енении скоростного режима потока под действием той или иной причины. В случае стационарной установки измерителя рационально применять самописцы, действующие по электромапнитному принципу и дающие графическую запись изменения скорости, но может применяться и гальванометр для отсчета скорости через определенные периоды времени в зависимости от быстроты ее изменения.

Для питания измерительной установки могут быть использованы различные источники как постоянного, так и переменного тока, причем для стабилизации питающего напряжения могут .быть применены соответствующие регуляторы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 котогрого показан в продольном; разрезе предлагаемый измеритель вертикального типа с конденсаторным датчиком, на фиг. 2 - поперечный разрез (вид сверху по фиг. 1) этого измерителя в исходном положении, на фиг. 3 - то же в положении, когда вертущка повернулась «а некоторый угол под действием давления воды, на фиг. 4 и 5 -

измеритель горизонтального типа с конденсаторным датчиком, на фиг. 6 - из меритель вертикального тила с -датчиком в -виде жидкэствого реостата, на фиг. 7 и 8 - такой же измеритель с датчи коя в виде проволОЧНого реостата. Еетестзенко. что измерители с рео статны и датчикааги -могут быть вьшолне-ны го-р«зоитального тииа {соответственно измерителю по фвг. 4 - 5).

Вертикальный электрический измернтель (фиг. ) состоит из горизонтально вращающегося ротора / с кокйчески.ми чашечка1М-н 2 (вертушка). ,насал енного на вертикальную ось .5. Зтот ротор а-налогичен употребляемому в вертушке Прайса. На фиг. 1 показан ротор с четырьмя коническими чашечками, но очевидно- их число ДОЛЖНО быть -не MiCHee восьми или даже больше (как у к-олеса Пельтона), чтобы на работу иэм-ер-ителя не влияло иоложение чашек ротора относительно струй

ВОДЫ.

На той же оси. но уже внутри, гер.метически закрытого цилиндра 4 насажен ряд металлических пластин 5 полукруглой формы, соединенных электрически между собой через ось 3 и НОворотных вместе с нею. При своем повароте подвижные пластины 5 входят -между неподвнл{ными 6, не Касаясь их. Последние также соединены электрически между собою. Совокупность ряда п-одвижяых и такого же ряда неподвиж-ных нласти-и образует воздушпый конденсатор -переменной е.мкости. Оба ряда пластин соединяются с соответствующими выводными заж-имами 7 -и 8, установленным-и на -верхней нанели щилис-дра.

При давлении воды на чашечки 5 ротор и скренленная наглухо с HHMI вертикальная ось измерителя будут поворачиваться. Вместе с ними будут пОВорачиваться и подвижные пластины конденсатора. Ограничение поворота может быть достигнуто с помощью пружины. .9 примерно такого типа, как у маятника часов (например, у будильника), прикре-пляемюй ;к вертикальной .оси прибора внутри цилиндра.

Чем больше скорость движения воды, тем на больший угол повернется ротор, тем больш1е. -подвижные пластины конде к-сатора, вращающиеся вместе с вертикальной осью, вой-дут о;ежду неподвижными (фиг. 3). С уменьшенк-е-м1 скорости уменьш ается и угол поворота ротора, и подвижные пластины повернутся относительно неподвижных в обратную сторо-су. Если п-ри этом чер-гз конденсатор пропускать пере, мепный ток, то сила тока будет в каждом о-тдельном случае различна, так как будет м еняться емкость, а следова-телько. и сопротивление конденсатора.

Каждой скороети течения воды будет соответствовать определенная сила тока. Поэтому лри прэдварителькой тари-ровке пр-ибора по отсчету па гальванометре м-ожно судить о величине скорости. А если иа шкале гальванометра будут стоять цифры -скоростных единиц, то -ско-рость сразу мож.ет отсчитываться 1ПО гальванометру.

Прибор опускается в воду с поМ.ОЩБЮ штанги, с которой он соединяе-рся держателем 10, пряделанпьпм к боковой части .или«дра 4.

Горизонтальный элек-трн-ческий измеритель с конденсаторов (фиг. 4 и 5) по своему внешнему виду -капомипает обычную .вертушку с горизонтальной осью. Электрический датчик так же, -как и в пр-е.дыдущем случае, состоит из воздушного конденсатора переменной емкости. Подвижные -пластины в этом приборе насажены иа горизонтальную ось, на которой впереди пр-ибора находится двухлопастная крыльчатка типа, Применяемого в вертушках системьг Отта.

Tax как коробка кон.денсатора и крыльчатка иаходятся ,в оси водного потока, то- во избежание больших завихрений, могущих отразиться иа велк-чине откло-нения крыльчатки. раз-ме.ры конденсаторной коробки и. сам копденоатор должны быть меньше, чем у вертикального спидометра.

В соответствии с теми же требованиями конденсаторной ко-робке

должна быть тридана спереди обтекаемая форма.

Торможение отклонения крыльчатки, а вместе с нею оси прибора и (ПОДВИЖНЫХ шластин коЕденсатора производится с помощью пружины, принятой в вертикальном -приборе.

То;ч«о так же как и в ВЭртйкаль«ом приборе, скоростное давление поворачивает шопасти крыльчатки на определенный угол. На тот же угол пово-ра-чиваются и подвижные пластины конденсатора. заходя между неподвижными. Коиденсатор приобретает определенную емкость и, следовательно, определенное сопротивление. В соответствии с последним гальванометр фиксирует ту или иную силу тока.

Каждой скорости соответствует определенная сила иереманного тока, отсчитываемая по гальванометру.

Прибор опускается в воду с помощью шта«ги 11, вокруг которой он может свободно вращаться в горизонтальной плоскости.

Для того чтобы измеритель устанавливался против потока, в его задней части устраивается руль, подобный таковым у гидрометрических вертушек с вертикальной осью и масаживаемый на трилив 12.

Описанные выше приборы с конденсаторами имеют то неудобство, что с Ними можно работать только при наличии переменного тока. Если конденсатор замшить реостатом, то получается прибор, годный для работы и с ПйременнЫМ и с поСТОЯ1ННЫМ токами.

Измеритель с жидкостным рео;статом (фиг. 6) напоминает конденсаторный измеритель. Как и в последн1ем, приемной частью является ротор с чашечками, число которых также должно быть не менее восьми. Ротор наглухо прикрепляется к вертикальной оси, проходящей через коробку 13 реостата.

Внутри этой коробки находится любой электролит, например, раствор соды (Ыа2СОз), -и в ием-две системы электродов: неподвижных б и подвижных 5, закрепленных «а оси 3. ПрИ; повороте последней изменяется расстоя1ние между электродами 5 п 6, изменяется электрическое сопротивление -реостата и сила тока в цепи электроизмерительного прибора - приемника.

Прибор с датчиком ,в виде жидкостного раостата обладает существенным недостатком. При включении жидкостного реостата в цепь постоянного тока на сколько-нибудь длительное время происходит раз.южение электролита на составные части и выделение :на электродах (пластинах) реостата растворенного вещества. Особенко заметно это будет наблюдаться при работе прибора с самотшсца1ми, когда ток должен итти 1ПО цепи непрерывно в течение всего времени работы самописца. Поэтому при работе с гальванометром ток включается только на время отсчета величины скорости. Это обусловливает незначительное влияние 1тока на электролит, так как время действия его ничтожно, тем более, что сила пропускаемого тока невелика

Йевоэможность работы с постоянным током у коаденсаторных измерителе или известные неудобства работы при пользовании измерителем с жидкостным реостатом полностью устраняются в том случае. если применить датчик в виде проволочного реостата со скользящим контактом. Для реостата люжет быть использована проволока любого сплава большого электрического сопротивления, как никелин, манганин и др.

Вертикальный измеритель с проволочным реостатом устроен следующим образом (фиг. 7 - 8). Приемная часть, как в предыдущих вариантах, состоит из горизонтально вращающе гося ротора с коническими чашечками. На ве1ртикальной оси 3 ротора внутри герметически закрытого ци,:1индра 4 насажен контахтньп ползунок 14 кольцевого реостата 15, вращающийся вместе с осью 3.

По внешнему виду реостат аналогичен применяемым в радиотехнике.

При отклонении ротора под тем или и:ны.м скоростным напором ползунок 14 скользит по виткам реостата, изменяя тем самым длину включенной цепи проволоки и. следовательно, оопротивление реосхата. Если реостат поставнть так, что при исходной исзицьи его СОдТротивление будет максимальным, т. е. вся проволока реостата будет включе-на в цепь, то при отклор(сНИИ ротора тюлзунок будет скользит в сторону уменыленг:я сОПротквламКЯ, а сила тсжа в цели будет соот-встствеьно возрастать. больше отклонится ротор и вслед за мим иэлзуо-.ок реостата, тем больше падает злектрИЧеское сопротивление цепи, тем сильнее возрастет сила тока. И в ЭТОМ1 случае определеш-юй скорости движения воды -будет соответствовать вполне определенная сила тока, отсчитываемая по галъзапометру.

Так как ироволочКый реостат обладает о ми че скг-1 м СО прО тив л ей и е м, то Измеритель одинаково лригодея как для переменного, так и для постоянного токов. ПрикреплерАе прибора к шта1нте осуществляется

аналогично двум лервым случаям вертикальных слидометров.

Основной недостаток измерителей с провслочнымн реостата.ми заключается, повидимому. в трудности осущсств.ло1;ия ИЕдежного контакта 1пол,зуика р-еостата с лрово.(ОЧНОЙ обмотксЛ, который вместе с тем не рь:зьшал бы большого мехаs-.:-4&CKorci сопротивления. Однако в современной Texi-niiKC слабых токов имеются Проволочные реостаты с оче;:ь .легким ско,:1ьзянд,кл1 коптакто.м. которые подойдут, очевидно, и для даннОй (ели.

П р е д м е т и з о б р е т е «.И я

Из.мер|ита;1ь скорости течения воды с вертуп.кой и датчико.м для э.1ек р;;че::;;ой передачи показаний прибора па расстояние, отличаюш и jf с if тем, что ось вертушки пагр}жепа пружиной, прелятствуюшей врап елию вертушки, и соедиi/eifa с поворотной частью реостата гЛ;-1 передоенного конденсатора, и-спользуемого в качестве указанпото датчика.

Фиг. 1

1с-г &--- --- -

№

.т, . --.. , .

il-«-.-,.ibiJi:.. :J i,b.- F| I

S ;,

Фиг. 2

№ 6.6587

/V vJ

Фиг. 8