Устройство для измерения параметров течения Советский патент 1980 года по МПК G01P5/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕРНИЯ

t . . . ,;

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использован.о при проведении исследований в морях и других водоемах, а также при измерениях в гидравлических лотках.

Известны измерительные преобразователи параметров течений, выполненные в виде сферического приемника течений, укрепленного на поддерживающей штанге, связанной с неподвижным основанием и с преобразователем деформации щтанги .

Недостаток такого измерительного преобразователя в том, что приемник течений выполнен сферической форлм, ввиду чего он испытывает воздействие гидродингшдаческого давления потока в слое, равном диаметру сферы, что не позволяет получить информацию об интегральных характеристиках ечения в более мсяцном слое (по вертикали), а это BcWCHO для повышения точности измерения расходов в открытых водостоках и п 1раметров придонных течений (в зоне максимальных градиентов скоростей) .

Наиболее близким к предлагаемому является измерительный преобразователь парс1метров течения, содержащий

приемник течения в виде осесимметричнргр тела, укрепленный на штанге, связанной с неподвижным основанием и преобразователем деформации. В этом устройстве цилиндрический вертикально ориентированный приемник позволяет получить информацию об интегральных характеристикам течения в слое, равном высоте цилиндра 2.

Однако в таком измерительном преобразователе момент, деформирующий штангу под воздействием потока на--- - приемник,возрастает по мере увеличения расстояния от основания, что приводит, к неравномерности вклада различно удаленных от основания зон потока в показания прибора и к уменьшению точности измерений интегральных харадтеристик потока. Этот эффект особенно сказывается в зонах максимальных градиентов скоростей (эпюры скоростей) - в придонной и в пристеночной зоне водотоков.

Цель изобретения - повышение точности измерений интегральных характеристик течения.

Цель изобретения достигается тем, что осесимметричный приемник течения выполнен в виде усеченного конуса,

большее основание которого связано со штангой, а параметры конуса выбраны из собтношения

4 И

где D - диаметр большего основания

конуса; d - диаметр меньшего основания

конуса;

- длина штанги; Н - высота конуса.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Измерительный преобразователь параметров течения сострит из приемника 1 течения, выполненного в виде . вертикально ориентированного осесимметричного тела, который укреплен на поддерживающей штанге 2, вмонтированной -нижним концом в основание 3. У основанияштанги 2 размещен иэмерительный преобразователь 4 деформации штанги, например тензометрического типа, измеряющий составляющие сил, действующих на штангу 2 в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Измерительный преобразователь 4 деформации кабелем связан с измерительным прибором (на чертеже не указаны) Приемник 1 течения изготовлен таким образом, чтобы площадь его миделевог сечения уменьшалась по мере увеличения расстояния от основания 3. В простейшем и преимущественном случае приемник 1 течения выполнен в виде усеченного конуса.

Устройство работает следующим образом.

Его устанавливгиот на дне в вертикальном положении. Течение воздействует на приемник 1 течения с силой F пропорциональной квадрату скорости течения и площади миделевого сечения S.

F 1

(1)

где С - безразмерный коэффициент;

J5 - плотность воды.

Эта сила деформирует штангу 2.Измеряй степень деформации штанги 2 с помощью измерительного преобразователя деформации 4, например тензодатчиков, можно судить о.величине суммарной силы, действующей на приемник 1. Поскольку приемник 1 выполнен в виде осесимметричного тела, площадь миделевого сечения которого уменьшается по мфре удаления от основания, то силы гидродинамического давления потока на отдельные элементы приемника 1 не меняюу своих моментов относительно основания по высоте приемника. Это приводит к тому, что в одинаковой степени учитываются все составляющие скорости течения независимо от изменения эпюры скоростей и увеличивается точность измерения средней скорости течения в слое, равной высоте приемника течения. Миделево сечение элементов приемника по высоте выбирается из условия равенства моментов гидродинамических сил, т.е... путем изменения произведений коэффициента С и .площади миделевого сечения S. Если принять значение С постоянным, то равенство моментов может быть достигнуто последовательным уменьшением диаметра приемника по линейному закону, .т.е. приемник выполнен в виде усе.ченного конуса, элементы которого выбирают из простых геометрических соображений по соотношению

. (2). где D - диаметр большего основания; d - диаметр меньшего основания; - длина штанги; Н - длина приемника (высота конуса) .

Измеряя суммарную силу F посредством измерительного преобразователя 4 деформации, из соотношения (1) определяют скорость течения

4

2F

ТрГ (3)

и

Направление течения определяют по направлению максимсшьной деформации чувствительного элемента.

Технико-экономическим преимуществом измерительного преобразователя параметров течения является повышение точности интегральных характеристик течения, особенно в придонной и в присте1 очной зонах водотоков, примерно на 12-25%.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров течения, содержащее осесимметричный приемник, закрепленный на штанге, связанной с неподвижным основанием и с преобразователем деформации, о т личающееся тем, что, с целью повышения точности измерений интегральных характеристик течения, осесимметричный приемник выполнен в виде усечённого конуса, большее основание которого связано со штангой, а параметры конуса выбраны из соотношения

. ° г+н

где D - диаметр большего основания

конуса; d - диаметр меньшего основания

конуса ;

- длина штанги; Н - высота конуса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(прототип).