Устройство для измерения величиныи НАпРАВлЕНия СКОРОСТи ТЕчЕНия жидКОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01P5/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ

И НАПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ

1

Изобретение относится к устройствам для измерения в. лабораторных условиях мгновенной скорости и ее пространственного направления в потоках электропроводной жидкости, электрохимическая реакция в которой протекает по типу обратимой окислительновосстановительной реакции.

Известно устройство для измерения величины и направления скЪрости течения жидкости, содержащее чувствительный элемент в виде погруженной в емкость с электролитом системы электродов катод-анод, катод которого выполнен в виде сферы, образованной четырьмя изолированными друг от друга электродами, расположенными симметрично относительно оси, направленной вдоль потока,, источник питания, электрическую измерительную схему с двумя измерительными мостами и приборы регистрации сигналов. В известном устройстве углы отклонения вектора скорости от вертикальной и горизонтальной плоскости определяются величиной отношения токов в диагоналях мостов соответствующей пары иесмежных электродов приемника скорости к суммарному току всех электродов. Полезные сигналы для опр еделения направления скорости формируются за счет различных условий обтекания несмежных электродов приемника и,как следствие, доставки к ним различного количества ионов fl. Однако выделение полезного сигнала для определения, например угла отклонения oL вектора скорости от вертикальной плоскости сопряжено с рядом,

снижающих точность измерений, математических операций.

Цель изобретения - повышение точности измерения направления течения путем усовершенствования известного

устрюйства.

Для достижения поставленной цели рабочие поверхности электродов катода выполнены в форме равновеликих сферических треугольников, при этом

смежные электроды подключены попарно к измерительной схеме. Такое попар.ное объединение смежных электродов, имеющих форму равновеликих сферических треугольн1Й{ов, позврляет получить простые соотношения между разностью сигналов смежных пар электродов, расположенных симметрично относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей, и углами отклонения

вектора скорости от вертикальной и от горизонтальной плоскостей, исключить тем самым ряд вычислительных операхшй Hf в итоге, увеличить точность измерений направления скорости .в отдельной точке потока. На фиг. 1.изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - приемник скоростей, три проекции и общий вид; на фиг. Д - частные (а и б) и общий (в) случаи ориентации ско рости относительно вертикальной и горизонтальной плоскостей, линией .пересечения которых является продоль ная ось приемника скоростей. Устройство состоит из приемника I скоростей, выполненного.-из четырех изолированных друг от друга электродов (катодов) 1-4, общего анода 5 и электрической измерительной части 11 (фиг. 1). Рабочая поверхность каждого электрода имеет форму сферического треугольника. Анод представляет собой тонкую металлическую пластинку, которая по площади во мно го раз больше поверхности катодов (примерно в 500-1000 раз) и помещается в исследуемом потоке обычно на расстоянии 10-20 средних диаметров поперечного сечения потока. Приемник 1 скоростей укреплен на тонкостенном капилляре 6, вставленном в державку.7, обеспечивающую возможность подачи приемника скорос в заданную точку потока. Изолирован ные выводы катодов приемника скорос тей пропущены через изолятор 8, капилляр, державку и включены в элект рическую измерительную часть Ц, со единяющую их с анодом 5. Электрическая измерительная част II вкл|очает регулируемый источник 9 постоянного напряжения, шунтирующие активные сопротивления 10-13, масштабные усилители 14-17 (например масштабные усилители аналоговой вычислительной машины), сумматоры 18-22, 25 и 26, инверторы 23 и 24, блоки нелинейности 27-29, регистрирующие приборы 30-32. Особенностью измерительного устройства является то, что посредством суммирующих усилителей 19-22 смежные катоды приемника скоростей объединены по два и образуют 4 пары сочетаний катодов: (1 и2), (3 и 4) (2 и 3). и (1 и 4). Две пары катодов (1 и 2) и (3 и 4) расположены симметрично относительно вертикальной XOZ плоскости, а два других сочетания (2 и 3) и (1 и 4) расположены симметрично относительно гор зонтальной плоскости уог (фиг. 3). Рассмотрим работу устройства при измерении направл ния скорости, например относительно вертикальной . плоскости хог. Если скорость направлена перпендикулярно оси оу (фиг. 3,6), то пары катодов (1 и 2) и (3 и 4) будут находиться в одинаковых условиях обтекания их потоком, так как они равновелики и расположены симметрично относительно вертикальной плоскости XOZ, и количество ионов, доставляемых к каждому из них,будет одинаково и не зависит от величины угла вектора скорости от горизонтальной плоскости (если р)90°) . Суммарные электрические сопротивления (1-5, 2-5) и (3-5, 4-5) будут равны, сулшаторы 20 и 21 будут на выходах. иметь одинаковые сигналы и сумматор 25 (выполняющий совместно с инвертором 24 операцию вычитания этих сигналов) на выходе будет иметь нулевой сигнал. Если скорость направлена под некоторым острым углом d. к плоскости XOZ (фиг. За,в), то в этом случае к паре катодов (1 и 2) будет доставляться больше ионов, чем к расположенной с противоположной стороны сферы и находящейся частично в зоне обедненной ионами паре катодов (3 и 4); Суммарные электролитические сопротивления (1-5, 2-5) и (3-5, 4-5) не будут равны и сумматор 25 на выходе будет иметь сигнал. То же произойдет, если скорость будет направлена со стороны пары электродов (3 и 4), под тем же углом к плоскости XOZ, изменится лишь полярность сигнала на выходе cyi iaToра 25. Очевидно, если скорость будет направлена под таким же углом к горизонтальной плоскости (фиг. 36,в), разность .сигналов другого сочетания пар катодов (1и4)и(2иЗ)на выходе сумматора 26 будет иметь такую же величину. В общем случае обтекания потоком приемника скоростей, разности сигналов между соответствукядими сочетаниями пар катодов однозначно определяют углы отклонения вектора скорости от вертикальной и от горизонтальной плоскости |b i(V(1 и 2),(ЗиС1, с. i(u-(l и 4) , (2иЗ). При oL, эти соотношения близки к линейным. Между величиной скорости потока /17| и суммой сигналов всех катодов приемника существует нелинейное однозначнсзе соответствие | k (J -R - S тЕи ) , где k, S,-Joi, n - постоянные для данного чувствит тельного элемента. Приведенные -соотношения для определения отклонения вектора .скорости от вертикальной и от горизонтальной плоскостей отличаются от соотношений для определения этих же углов в известном устройстве, не требуют выполнения дополнительных, вычислительных машинных операций (деление, воэведение в степень, перемножение и другие), вносящих аппаратуршле погрешности в результаты измерений. Кроме того, более простая форма

Ъпектродов приемника упрощает технологию его изготовления.

формула изобретения

Устройство для измерения величины и направления скорости течения жидкости по авт. св. 362244, о т л и чаю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения направления течения, рабочие поверхности электродов катода выполнены в форме равновеликих сферических треугольников, при этом смежные электроды катода подключены попарно к измерительной схеме.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 I I I

i--f

pui. f

.2

ЧРиг.З