Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости Советский патент 1980 года по МПК G01P5/08 

Изобретение относится к области изм рений параметров движения, предназначено для исследования движения жидких сред и может быть использовано для измерения трех ортогональных составляющ вектора пульсации потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидродинамических исследований. Известны устройства для измерения ортогональных составляющих вектора пульсации скорости потока электропровод ной среды, содержащие постоянный магнит и измерительные электроды ll. Однако эти устройства позволяют измерять одновременно только две компоненты вектора пульсаций скорости потока. Известно также устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкост , являющееся наиболее близким по технической сущности к изобретению. Эт устройство содержит магнитную систему с двумя симметрическими зазорами в рабочей части., заполненными диэлектриком, на поверхности которого в центрах зазоров установлены электроды, а измерительный блок содержит схему сложения ивычитания, к входам которых подключены электроды. Напряжения на выходах схем сложения и вычитания пропорциональны продольной и поперечной составляющим вектора пульсаций скорости потока жидкости. Практически любое течение жидкости - это трехмерное движение, в котором непрерывно с тцествует поле пульсационных скоростей. За исключением ламинар- libix течений такое течение является обычным состоянием двюкущейся жидкости. Исследования поля пульсационных скоростей требуют одновременного измерения трех ортогональных составляющих вектс а скорости. Известное устройство не предназначено для одновременного, измерения трех компонент вектора пульсаций скорости потока.

Цель изобретения- одновременное измерение трех ортогональных кошюнент вектора пульсаций скорости потока жидкости.

Указанная цель достигается тем, что магнитная система выполнена в форме тела Вращения, электроды установле1ны в вершинах криволинейного квадрата,, которого расположен на оси тела ращения, а осевая линия каждого жз зазоров, на которой находится пара электродов, образована пересечением поверхности тела вращения плоскостью, содержащей нормаль к поверхности вращения в точках расположения электродов этой пары, при этом магнитная система помещена в диэлектрический кожух, а в измерительный блок введена схема алгебраического вычитания, к входам ко горой подключены электроды , лежащие в одной осевой плоскости и установленные в разных зазорах.

На фиг, 1 - показан датчик, вид спереди с пояснением физического принципа работы, на фиг. 2 - осевой разрез датчика плоскостью, симметрично расположенной по отношению к электродам; на фиг. 3 - разложение вектора пульсационной скорости на компоненты в системе естественных ортогональных координат

О/, ХУ, Х„, Хо 1 на фиг. 4 - блок-схема

1i о 7

устройства.

Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости состоит исз электродов 1 - 4, расположенных так, что они образуют вершины криволинейного квадрата. В корпусе 5 размещена ивгнитная система 6 с наружной повер; шоспгью в виде полуэлипсоида вращения с постоянным магнитом в основании с двумя зазорами 7 и чередующимися покюсами. Осевая линия каждого из зазоров образована пересечением плоскостью, перпендшсул5фной к поверхности магнитной системы 6. Наружная поверхность маг нита защищена диэлектриком, образующим смщитный кожух, и вся система жеспгко соединена с корпусом 5. Угол между меридиальной линией и нормалью к осевой линии зазора на поверхности датчика в точках расположения измерительных электродов обозначен V . Измерительный блок (хэдержит одну схему 8 суммы и две схемы 9 разности.

Схемы 8 и 9 алгебраического суммирования и вычитания соответственно подключены к паре электродов 1, 2, лежащих на одной осевой плоскости и ;ухлановленных в разных зазорах. Вторая схема 9 алгебраического вычитания подключена к другой паре электродов 3, 4, лежащих в осевой плоскости, ортогональной к предьщущей, и установленных в тех же зазорах.

Работа устройства заключается в следующем.

Напряжение., снимаемое с электрода относительно металлического корпуса 5 датчика, обусловлено взаимодействием набегающего потока жидкости с магнитным полем рассеяния постоянного маг нита гфеобразователя и в соответствии с формулой Ампера зависит от векторного произведения скорости и индукции магнит

НОГО ПОЛЯ.

в этом случае, в соответствии с правилом векторного умножения, напряжения и (где 1,2,3,4, - номера электродов) будут (фиг. 1)

U KBVojSinfi , U2 kBVo35 nfb2-, UyKSV SHH fi3-)U4 KBVo2S n fb,

Где К - коэффициент размерности, |5:(-( 1,2,3,4,) -угол между вектором скорости и индукции, отсчитываемой от вектора скорости по часовой стрелке.

Как показано на фиг. 3,Ygi,VQ3 Р екции вектора пульсационной скорости VQ на координатньге плоскости Х., и Xj, соотв етственно.

Углы р) (,2,3,4) в системе естественных ортогональнь1х координат О4Х, Xj, X.J (фиг. 1, 3) таких, что ось О Х всегда направлена по касательной к линии тока жидкости, связаны (фиг. 1) с технологическими углами у , характеризующими направление вектора магнитной индукции В в точках установки электродов и углами о,л . характеризующими анизотропию поля пульсаций скорости, следующими соотношениями:

iiЬГ

|b 2-(.V; (,1;

it

S-R

этом случае можно записать

sinfi -cos(y-u;|3);sin|b2 -c05(p(i,);

sinf33 -C05(y-a,2 Sinfi4-C05(yi(X,2).

электродов 1,

Суммирование сигналов с 2 дает

2l BVQ5S T i3S y s ilf

т.е. сигнал, зависящий только от компоненты пульсацио шой скорости V . Аналогичный результат получается пр суммировании сигналов с электродов 3,4 Разность сигналов с электродов 1,2 и 3,4 дает соответственно U;g,2k6Vo2,cosa,2i cosy 2KBV3Cos lJ34 -2KBVo2Cosa,2Cosy--2K0V2cos т.е. сигналы, зависящие только от компоненты V и V2 пульсационной скорости соответственно. Таким образом обеспечивается одновременное получение сигналов, соответствующих изменению любой из трех орто гональных компонент , VT вектора пульсационной V.,. Кроме того, устройство может быть использовано при исследованиях гидродинамических процессов Мирового океана турбулентных каналов и турбулентных те чений, гидродинамических процессов гвдр технических сооружений и т.д. Формула изобретения Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости, содержащее магнитную систему с двумя симметричными зазорами, заполненными диэлек- трнком, и с установленными на поверхно сти зазоров электродами, а также изме- ритольш 1й блок, включающий схемы алгеСраичсчгкого сложения н вычитания, к вхг)дам которых подключены электроды, отличающееся том, что, с целью одно- fipoMOfntoro измерения тиех ортогональ- Ш)1х компонент в 5ктора пульсаций скорости, система выполнена в 4юрмо тела ti jaщem я, электроды установлены в BepuiHHiix криволинейного квадрата, цеит1) которого расположен на оси тела врашоцяя, осевая ли1шя каждого из зазоров, на которой находится пара электродов, образована пересечением поверхности тела вращеш1я плоскостью, содержащей нормаль к поверхности вращения в точках расположения этой пары электродов, при этом магнитная система помещена в диэлектрический кожух, а в измерительный блок дополнительно введена схема алгебраического вычитания, к входам которой подключены электроды, лежащие в одной осевой плоскости и установленные в разных зазорах. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 396626, кл. Р 5/О8, 1973. 2е Авторское свидетельство по заявке № 2576448/18-1О, кл. Р 5/08, ОЗ.О2.78.

Уоз

УЧ

-«r

-0У.

гг

КНЭС,

ЗФ