Способ измерения скорости потока среды Советский патент 1982 года по МПК G01P5/18 G01P13/00 

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА СРЕДЫ

I

Изобретение относится к измерительной технике и может найти приме нение при измерении величины и направления вектора скорости потока, например, при проведении аэрОгидродинамических измерений и исследований.

Известны способы измерения скорости потока среды с помощью меток, основанные на определении времени прохождения естественной или искусственно созданной неоднородностью среды контрольного участка пути (базы). В качестве меток при этом используют флюктуации электропроводности. Для регистрации таких меток необходимо использовать соответствующие приемники, устанавливаемые в контролируемом потоке и имеющие непосредственный контакт со средой l . -.

Однако указанные методы регистрации меток не всегда приемлемы в реальных условиях работы устройства, измеряющих скорость потока или расход. Например, из. за нарушения непо- ,

средственного контакта приемника со .средой, в частности, вследствии засорения, коррозии приемника и т.д. такой способ регистрации метки не может быть осуществлен.

Наиболее близким по технической I сущности к предлагаемому является способ измерения скорости потока среды с помощью меток, обладающих полем распределения физической.величины,

10 например, электрического потенциала. Такими метками являются локальные области среды, несущие электрический заряд, например ионные метки.

15

В этом случае регистрацию поля метки производят с помощью приемника, реагирующего на характерный параметр этого поля, например потенциал или напряженность электрического поля.

30 Лри этом приемник может быть изолирован от среды, скорость которой измеряется с помощью материалов, прозрачных для данного поля. Для 3 9 электрического поля такими материала ми являются диэлектрики. Указанный способ состоит в том, что осуществляют фиксацию временного интервала между моментом введения метки в поток и моментом достижения максимума потенциала поля метки зоны чувствительности приемника, расположенного на определенном расстоянии от точки ввода метки. Фиксируют вре менное положение максимума наведенного заряда, величина которого пропорциональна потенциалу движущегося поля метки в точке расположения приемного электрода f2j, Указанный способ регистрации не позволяет определять величину угла отклонения траектории метки от оси, соединяющей источник с приемником, T.ei направление измеряемого потока так как не полностью используется информативнЬсть сигнала, возникающего на выходе приемника. Последней важно при измерениях в двухмерном . или трёхмерном потоке, особенно при точных аэрогидродинамических измерениях.. Цель изобретения - устранение ука занных недостатков, т.е. определение величины Угла направления потока и повышение точности измерения вектора скорости. Поставленная цель достигается тем, что дополнительно измеряют вре менной интервал между максимумами потенциала поля метки на приемнике и его первой производной, при этом угол и скорость направления потока вычисляют соответственно по формула ж-( bg COSol Atxi где Lr - базовое расстояние от мест создания метки до приемника;М. временной интервал между моментом создания метки и моментом достижения максимума сигнала на приемник Ut2 временной интервал между максимумами сигнала на при емнике и его первой производной; постоянная величина, зави . сящая от вида приемника (определяется углом между вектором скорости метки и радиус-вектором, соединяющим метку с приемником, при котором первая производная потенциала поля метки достигает максимума). В этом случае более полное использование информативности сигнала, возникающего в результате взаимодействия приемника с полем метки, позволяет определить по приведенным формулам угол отклонения траектории движения метки от оси, соединяющей источник с приемником, и повысить точность измерения вектора скорости потока среды.. Для достижения поставленной цели необходимо ввести в контролируемый поток метку, обладающую потенциальным полем распределения физической величины, например электрического потенциала, зарегистрировать сигнал, возникающий на приемнике в результате его взаимодействия с движущимся полем мetки, по сигналу на выходе , приемника определить временной интервал между моментом ввода метки в.поток и моментом, соответствующим максимуму потенциала поля метки, дополнительно определить временной интервал между моментами времени, соответствующими максимумам потенциала поля метки и его первой производной, по полученным значениям временных интервалов произвести вычисление угла отклонения траектории метки от оси, соединяющей источник с приемником, по полученному значению угла об провести вычисление скорости потока. На чертеже изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство, реализующее способ, содержит генератор 1 меток, приемник 2, два измерителя 3 и временных интервалов и блок 5 вычисления. Метки в виде облачка одноименно заряженных ионов создаются в потоке с помощью искрового пробоя разрядника генератора 1 меток. Эти ионы движутся в контролируемом потоке со скоростью и по направлению последнего. При прохождении такой метки около точечного металлического электрода на него будет наводиться заряд, что вызовет появление тока во входной цепи усилителя приемника. Очевид но, что момент tg пересечения нуля наведенным током соответствует максимуму заряда, наведенного на электроде, величина которого пропорционал на потенциалу поля меток. Импульс тока достигает своих экстремальных значений при углах f и 125,62°. Из чертежа видно, что угол отклонения траектории метки от оси определяется так Значение KQ можно найти из выражения или г о t9(f-M Так как угол имеет постоянное зна чение, то для данного типа электрода имеем tg 0,707. Расстояние I выражается через временной интервал следующим образом t VA t. Подставляя полученные результаты окончательно получим оС arctg дц . 0,707 Таким образом, определяя временные интервалы д t/t и At посредством измерителей 3 и и производя вычисл ния по полученной формуле, в блоке 5 вычисления находят значение угла oL. По вычисленному значению угла о %величина измеряемой скорости опреде ляется по формуле V/ Lg GOSoi вычисление которой производится также в блоке 5. В предлагаемом способе измерения скорости потока среды по сравнению с известными способами, благодаря определению длины пути прохождения . меткой до регистрации приемником мак симума потенциала поля измерение скорости потока производится с более высокой точностью, что имеет большое практическое значение при проведении аэро- и гидродинамических исследова ний. Кроме того, возможность опреде ления параметров скорости, характеризующих ее на векторную величину, т.е. измерение ее модуля и угла направления, существенно расширяет область использования предлагаемого способа. За счет более полного использования информативности сигнала, существенно снижается требование к форме и размещению приемников меток, что позволяет в широких пределах варьировать конструктивным оформлением устройств, реализующих предлагаемый способ, что также имеет большое практическое значение. Формула изобретения Способ измерения скорости потока среды, состоящий в том, что в потоке создают электростатическую метку, измеряют временной интервал между моментом создания метки и моментом достижения максимума потенциала поля метки на приемнике и по этому времени определяют искомый параметр, отличающийс я тем, что, с целью определения угла направления потока и повышения точности измерения скорости, дополнительно измеряют временной интервал между максимумами потенциала поля метки на приемнике и его первой производной, при этом скорость и угол направления потока определяют из соотношений ot arctg tg(f- (3,) w o , где Lr- - базовое расстояние от места создания метки до приемника i At - временной интервал между моментом создания метки и моментом достижения максимума сигнала на приемнике; дt„ - временной интервал между максимумами сигнала на приемнике и его первой произ, водной; Р)- постоянная величина, зависящая от вида приемника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 19752.Авторское свидетельство СССР №655975, кл. G 01 Р 5/18, 1977 (прототип) .

у 4 YOC