Способ измерения скорости разреженного потока газа Советский патент 1983 года по МПК G01P5/18 

Изобретение относится к измерите ной технике и может быть использова но для определения местной скорости разреженного потока газа а аэродина мических установках при давлении ме шем рт. ст. электрвннооптиче КИМ методом. Известен способ измерения скорос ти газового потока путем создания метки с помсчцью импульсного воздейс вия, например, пучка быстрых электр нов и измерения времени, за которое метка проходит заданное расстояние ij . Зремя определяют по 2 импульсам на осциллограл е, полученной , при прохождении метки перед ФЭУ, ди Фрагмированного двумя малыми отверс тиями, с известным расстоянием межfly ними. Интенсивность свечения в метке убывает со временем по экспоненциальному закону, а также происходит размытие метки, даже на небол шой базе, что приводит к большой по грешности измерения скорости этим способом. Известен также способ измерения скорости газового потока, взятый за прототип, заключающийся в том, что .метку создают и регистрируют дважды: в неподвижной среде и в потоке газа. Затем производят сравнение положения и формы меток, получен нь1х в обоих случаях, через один и тот же промежуток времени после их создания, после чего по разнице поло жения меток в неподвижной среде ив потоке измеряют смещение метки. Зная величину смещения и времч определяют скорость потока 2j . Недостачками прототипа являются малые сме щения профиля метки в потоке и необходимость точного контролирования по ложения электронного пучка в пространстве в процессе эксперимента, что представляет техническую трудность. Смещение электронного пучка, вызванное случайными факторами может привести к большой систематической погройности измерения скорости. Целью изобретения является повышение точности измерения скорости потока разреженного газа. Поставленная цель достигается тем что метку регистрируют в двух длинах волн монохроматического излучения, соответствующих коротко-, и доягоживущему состояниям, и по отношению интенсивностей свечения в этих длинах волн определяют скорость пото ка газа. На фиг. 1 изображена схема устрой ства для реализации способа; на фиг. 2 - экспериментальные световые профили в неподвижной среде и в пото ке в двух длинах волн для азота; на фиг. 3 - расчетная зависимость выноса относительного свечения из метки от скорости. Способ |5еализуют, например, в аэродинамической трубе (см. фиг. 1), рабочая камера 1 которой оснащена электронной пушкой 2, специальным оптическим окном 3 для вывода свечения из рабочей камеры, конденсатором 4, спектрографом 5, преобразователем светового сигнала в электрический 6 и регистрирующей аппаратурой с самописцем 7. Способ осуществляют следующим образом. Создают в рабочей камере 1 разрежение порядка 10 мм рт. ст. и с помощью электронной пушки формируют пучок быстрых электронов 8, регистрируют полученную .световую метку в двух длинах волн, соответствующих коротко и долгоживущему (1 состоянию. Для азота в качестве долгоживущего состояния берут полосы (1+ ) систеки азота, для которой 5 . с. Для короткоживущего состояния полосы М (1- ) либо Кг ( 2+ ) системы, С этих переходов равны соответственно 4.10 и 6. (см. фиг. 2). Затем создают поток и регистрируют метку в установившемся потоке в этих же длинах волн. Параметры потока 1,5.10, То-290 К ( Вд - давление остаточного газа, РО-- давление торможения, TO - температура тормшсения) . Из этого графика находят относитель- ное уменьшение интенсивности Я2- в потоке . Если возбудить молекулу до некоторого состояния, то возврат в основное невозбужденное состояние с излучением соответствующей длины волны происходит не мгновенно, а существует средняя продолжительность нахождения частицы в возбужденном состоянии, так называемое время жизни возбужденного состояния - II . В связи с этим, если в газе с помощью электронного пучка создать импульсную метку, то убьшь Возбужденных молекул в метке через время после ее создания, выразится зависимостью N (i) « Nge где Ыo - начальное число молекул. При этом убыль возбужденных частиц в метке пропорциональна свечению из метки при условии отсутствия тушащих соударений. Последнее условие выполняется для давления газа меньшее 10 мм рт. ст. Если метку создавать постоянно, но в присутствии потока, движущегося со -скоростью У, то образуется пространственная развертка свечения метки, и соотношение интенсивности для свечения на расстоянии S от места возбуждения имеет вид: a Joe-s/

Время жизни различных состояний может различаться на порядки, К короткоживущему состоянию отнести состояния с таким , что все возбужденные молекулы высветятся в области метки в широком диапазоне измеряемых скоростей потока газа, а к долгоживущим состояниям такие, которые для этих скоростей потока имеют существенный вынос излучения из метки. Для измерения скорости рассчитывгиот относительное уменьшение свечения метки для взятой скорости, находят относительное уменьшение интенсивности в g , и строят расчетную зависимость выноса относительного свечения из метки от скорости. Пример такой зависимости приведен на фиг. 3. Зная.из эксперимента относительное уменьшение интенсивности о свечения в потоке, определяют скорость. Полученное значение скорости согласуется с расчетной. СделанньА анализ факторов, влияющих на измерение скорости, показал, что точность измерения скорости этим способом не превосходит +5%.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ РАЗРЕЖЕННОГО ПОТОКА ГАЗА, путем создания в нем светящейся метки и ее регистрации в неподвижной среде и в потоке, отличал-щийся тем, что, с целью повышения точности измерений, метку регистрируют в длинах волн монохроматического излучения, соответствующих коротко и дол- гоживущему состояниям, и по отношению интенсивностей свечения в этих длинах волн определяют скорость потока газа.(Л006tiex >&