Регистратор меток потока Советский патент 1981 года по МПК G01P5/18 

(54) РЕГИСТРАТОР МЕТОК ПОТОКА

1

Изобретение относится к измерительной технике, и -может найти применение в устройствах для измерения параметров движения, в частности величины и направления скорости потока газа или жидкости, расхода, а также при аэро- и гидродинамических исследованиях.

Известны устройства для бесконтактного измерения расхода, скорости и направления потока жидкости и газа, в основу работы которых положено определение времени переноса метки потоком между точками базового расстояния. Одним из основных узлов, определяющих точность измерения в таких устройствах, является регистратор метки, который вЕЛдает сигнал на измерительную схему в момент времени, когда метка пересекает границу базового расстояния. Регистрация меток в известных устройствах производится по моменту начала реагирования приемника на появление метки, т.е. в момент времени, когда сигнал приемника превышает заданный пороговый уровень.

Основным недостатком такой реги-страции является несоответствие пространственного положения метки

и уровня выходного сигнала приемника вследствие возможной йестабильности параметров формируемых меток. Известны также устройства, в которых регистрация метки обеспечива. ется по среднему моменту времени - между началом и концом реагирования приемника на пролетающую метку Эт.им устройствам также присущи

О погрешности, обусловленные временной зависимостью характерных параметров метки. Эти погрешности особенно существенны при малых скоростях измеряемых потоков, когда временной интервал между началом и концом реагирования оказывается сравнительно большим.

Известны устройства регистрации меток по максимуму выходного сигнала приемника или по нулевому значению производной этого сигнала по времени 2.

Недостатком известных устройств является их малая точность.

25 Наиболее близким к предлагаемому является регистратор меток, содеожащий точечные электроды, расположенные вдоль потока, усилитель, дифференциапьную схему, соединенную с

30 компаратором. При этом электроды размещены на расстоянии 0,Ь6 длины меток. В этом устройстве посредством дифференциальной схемы производится выделение разностного сигнала между разнесенными во времени выходными импульсами приемников, .разнесенных в пространстве. Далее с помощью компаратора производится формирование импульсов,временное положение переднего фронта которого соответствует моменту пересечения разностного сигнала через нулевой уровень ГЗ .

Однако это устройство также-не обеспечивает высокой точности регистрации меток при наличии флюктуации сигналов На входе компаратора, которые имеют место в реальных условиях работы (турбулентность потока, случайные пульсации и т.п.) . При этом погрешность регистрации обуславливается малой крутизной пересечения разностного сигнала нулевого уровня, особенно при низких скоростях контролируемого потока. Кроме того, выбор расстояния разнесения приемников вдоль потока на 0,66 длины меток для ряда типов меток не является оптимальным с. точки зрения обеспечения высокой точности регистрации, а следовательно, и измерения параметров движения.

Цель изЬбретения - повышение точности регистрации метки.

Поставленная цель достигается тем, что в регистраторе меток потока содержсццем точечные электроды, расположенные вдоль потока, усилители и дифференциальную схему, соединенную с компаратором, в едеца вторая дифференциальная схема, соединенная с компаратором, при этом электроды подключены к разнополярным входгил дифференциальных схем и расположены на расстоянии L Уг г , где Гд - наикратчайшее расстояние между траекторией движения метки и линией, соединяющей электроды.

Введение дополнительной дифференциальной схемы и указанное его включение позволяет сформировать так называеглай опорный сигнал компаратора, изменяющийся в противофазе основному сигналу. Благодаря этому крутизна пересечения основного сигнала с опорным уведичивается вдвое, что за счет снижения дисперсии погрешности отсчета времени приводит к повышению точности регистрации меток в условиях случайных пульсаций и турбулентности измеряемого потока. Выбор расстояния разнесения приемников по указанному выражению при регистрации меток, обладающих электростатическим зарядом, обеспечивает максимальную крутизну сигналов на выходе приемников в равносигнальрой зоне, что также увеличивает крутизну разностного

сигнала и повышает точность регистра1щи.

На фиг. 1 представлена схема регистратора; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Регистратор содержит два разнесенных на расстоянии идентичных приемника 1 и 2, состоящих из регистрирующих металлических электродов, расположенных на поверхности, ограничивающей контролируемый поток, и преобразователей заряд - напряжение, входы которых связаны с упомянутыми электродами. Выходы приемников 1 и 2 связаны через две дифференциальные схемы 3 и 4 с компаратором 5.

Регистратор работает следующим образом..

Ионная метка в результате своего движения совместно с контролируемым потоком проходит сначала около приемника 1, а затем около, приемника 2. В результате этого на выходе приемников 1 и 2 соответственно появляются сигналы 5-1 и Sj. Эти сигналы подаются на соответствующие входы дифференциальных схем 3 и 4, на выходе которых формируются сигналы aS и dScL соответствующие -разности (S , причем сигнал д5( является инверсным по отношению к сигналу д5 . С выходов схем 3 и 4 сигналы д5 и &Sij поступают на соответствующие входы компаратора 5, в котором происходит формирование импульса в момент равенства сигналов д,5 и д S/j . При этом разностный сигнал их равен д5 - ( -д5) 2uS, т.е. увеличивается в 2 раза. Временное положение переднего фронта импульса на выходе компаратора соответствует моменту прохождения меткой точки, равноудаленной от приемных электродов. Этот импульс используется в измерительной схеме для определения времени прохождения меткой заданного базового расстояния.

В результате пролета метки около точечного металлического электрода на последнем возникает заряд q , обусловленный наведённым зарядом. Величина наведенного заряда q опре. деляется из .известного выргикения

Ян Чм где -Ч - потенциал фиктивного поля

точечного электрода в точке нахождения метки. Продифференцировав это соотношение по времени, получим выражение , описывающее импульс наведенного тока

cosfb,

в где V - скорость движения метки;

Г- - наикратчайшее расстояние между электродом и траекторией движения метки;

I - угол между траекторией метки и радиус вектором, соединяющим метку с электродом. Экстремальные значения i , соответствующие максимальной крутизне изменения заряда , имеют место при значениях угла, которые находятся из ус ловия df/dt 0. В результате решения этого уравнения получим tg (Ъ У2 т,е. |1 (,т- 54 44, 0 опг 126° 16. Расстояние между электродом и проекцией метки на плоскость расположения электродов, когда наступает максимум крутизны наведенного сигнала, определится как (фиг. 1) . Очевидно, если расположить приемники на расстоянии 21 д L друг от друга, то наведенные сигналы на них будут пересекаться в точке, имеющей максимальную крутизну. Следовательно, можно определить оптимальную величину разнесения приемниых электродов. Поскольку для точечных электродов tg , У7, то .ЭТО-расстояние .определяется высотой пролета метки Гд и равно Ч 2г,/У УТ Го В общем Случае значение углов Ь f при которых достигается наибольшая крутизна сигнала Яц, зависит от геометрии электрода приемника и может быть расчитана для кгокдого конкретного случая..

у

fienmt .г Таким образом, размещение двух идентичных приемников на указанном расстоянии и введение дополиительной дифференциальной позволяет значительно увеличить точность регистрации меток. формула изобретения Регистратор меток потока, содержащий точечные электрода,, расположенные вдоль потока, усилители, диференциальную схему, соединенную с компаратором, отличаЕбци.йс я тем, что, с целью повьваения точности, в него введена вторая дифференциальная схема, соединенная с компаратором, при этом электроды подключены к разнополярным входёШ дифференциальных схем и расположены на расстоянии Ь -УР гр , где rj - наш кратчайшее расстояние между траекторией движения метки и линией, соединяющей электроды. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кремлевский Т.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1975, с. 577-578. 2.Там же, с. 588-591. .. 3.Авторское свидетельство СССР № 657352, кл. G 01 Р 5/18, 1979 (прототип),.

t