Измеритель скорости потоков газов и жидкостей Советский патент 1982 года по МПК G01P5/02 G01F1/32 

(St) ИЗМЕРИТРЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКОВ ГАЗОВ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потоков газовых и жидких сред. Известно устройство для измерения скорости потоков газа или жидкостей, содержащее цилиндрический стержень, выполненный из пьезоэлектрического материала и применяемый одновременно в качестве вихревого генератора и при емника вихрей газа или жидкости 1. Недостатком известного устройства является его малая чувствительность, связанная с пространственным совмещением генератора и приемника вихревых колебаний. Наиболее близким к предлагаемому является измеритель скорости потоков жидкостей и газов, содержащий вихревой генератор и пьезоэлектрический преобразователь с приемным элементом, установленным параллельно потоку напротив вихревого генератора, и изме ритель частоты, подключенный к преоб И ЖИДКОСТЕЙ разователю.В этом устройстве для усилия чувствительности измерителя вихревой генератор установлен выше по току от пьезоэлектрического преобразователя и, кроме того, расположен между двумя плоскими пластинами, установленными параллельно потоку, заподлицо с которыми установлено несколько приемных элементов (мембран) пьезоэлектрических преобразователей Г2. Недостатком устройства является его сложность, связанная с наличием нескольких пьезочувствительных преобразователей, плоских пластин и сложной вторичной аппаратуры. Цель изобретения - устранение указанного недостатка, т.е. упро:.ение конструкции измерителя. Поставленная цель достигается тем, что в известном измерителе скорости потоков газов и жидкостей, содержащем вихревой генератор, пьезоэлектрический преобразователь с приемным элементом, установленным параллельно потоку напротив вихревого генератора и измеритель частоты, подключенный к преобразователю, вихревой генератор выполнен в виде решетки цилиндрических стержней одинакового диаметра, расположенных на расстоянии (2-)d, от приемного элемента пьезоэлектрического преобразователя, где d - диаметр стержней. На чертеже представлена схема предлагаемого измерителя. Измеритель содержит корпус 1, с закрепленным ка нем пьезоэлектрическим чувствительным элементом 2, волновод 3, передняя часть которого выполнена с большим поперечным сечением, чем остальная часть, и скрепле ным с корпусом, фторопластовую прокладку k, электроизолирующую шайбу 5, резьбовое соединение с гайкой 6,на задней части волновода с корпусом да чика герметически соединена крышка 7 с центральным отверстием под пьезоэлектрический элемент 2. Зазор между крышкой и пьезоэлектрическим элементом закрыт прикрепленной к ним то кой фольгой 8, обеспечивающей емкост ную электрическую связь пьезоэлемент с корпусом датчика 1, На корпусе дат чика закреплена съемная решетка 9, выполненная в виде цилиндрических стержней 10, установленных перпендик лярно оси датчика.Решетка расположена на расстоянии (2-4)d от фольги 8, В стержнях 10 могут быть сделаны отверстия с осями ортогональными ося стержней (не показаны). Работа измерителя скорости основа на на явлении вихреобразования при о текании неподвижных тел потоком. При чем решетка из цилиндрических стержн особенно придает устойчивый характер процессу вихреобразования. Поскольку частота выхреобразования равна V f S- , d(1) то верхний предел регистрируемых ско ростей, определяемый динамической чу ствительностью пьезоэлектрического датчика, можно регулировать изменени ем диаметра стержней d. Поэтому решетки целесообразно делать съемными различными диаметрами стержней. Причем в турбулентном потоке целесообразно при енение решеток, в стержнях которых сделаны сквозные отверстия, перпендикулярные осям стержней, поскольку в этом случае существенно стабилизируется процесс вихреобразования. Оптимальное расстояние от решет-, ки до чувствительного элемента выбирается исходя из возможности получения максимального соотношения сигнал-шум. Это расстояние не должно быть достаточно велико, поскольку в этом случае снижается величина воздействия вихрей на чувствительный элемент. В то же время расстояние не должно быть малым, так как в этом случае вихри не смогут развиваться перед чувствительным элементом. Это расстояние имеет оптимальные размеры около (2-t)d, если расстояние между стержнями реш.етки равно диаметру стержней. Для дальнейшего увеличения соотношения сигнал-шум решетка может быть сдвинута относительно чувствительного элемента на несколько периодов (два-три) в сторону от центра датчика. Для измерения скорости датчик располагается таким образом. Чтобы его ось, а также стержни решетки 9 были перпендикулярны набегающему потоку V. За первым стержнем решетки образуется двойная цепочка вихрей, которая постепенно рассеивается. При набегании потока на второй стержень процесс вихреобразования вновь повторяется и т.д. Таким образом, вдоль фольги 8 образуется устойчивое вихреобразование, которое воспринимается в виде пульсации давления, передаваемых через деформацию фольги 8 на пьезоэлектрический чувствительный элемент 2. На последнем появляется электрический сигнал частотой f, который согласно формуле (1) несет информацию о скорости потока V. По опытным данным число Струхаля для цилиндра ,2...О,21 постоянно в области чисел Рейнольдса 10 iR 410. Поэтому преобразовательная характеристика предлагаемого пьезоэлектрического преобразователя линейна в широком диапазоне скоростей. Формула изобретения Измеритель скорости потоков газов и жидкостей, содержащий вихревой генератор, пьезоэлектрический преобразователь с приемным элементом, установленным параллельно потоку напротив вихревого генератора и измеритель частоты, подключенный к преобразователю, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, вихревой генератор выполнен в виде решетки цилиндрических стержней одинакового диаметра, расположенных на расстоянии (2-)d от приемного элемента пьезоэлектрического преобразователя, где d - диаметр стержней.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 Р 5/0, 1978.

2. Патент Японии № 5 -277 3, кл. 108 D 2, 1979. (прототип).