Устройство для измерения направления двухмерного парового потока Советский патент 1982 года по МПК G01P13/00 

Изобретение относится к измерениям параметров движения, например, газовых и паровых потоков и может быть использовано для проведения аэродинамического эксперимента. Известно устройство для измерения |.аправления двухмерного парового потока, содержащее комбинированный много канальный зонд, подключенный приемником полного давления к манометру, каж дой угломерной парой каналов к соответствующему дифференциальному манс метру и перемещаемый специальным двух степенным координатным устройством (в экваториальной плоскости и вдоль оси зонда). От источника продувки че.рез дроссели наддува осуществляется постоянная продувка угломерных каналов ориентируемой плоскости и периодическая продувка перед каждым замером всех остальных каналов 11. Недостатком этих устройств является высокая погрешность измерения углов - 1,5..-2° (по сравнению с измерениями в газовых потоках 0,1,... 0,3°), обусловленная необходимостью осуществлять непрерывную продувку угломерных каналов ориентируемой плоскости. Такая погрешность является следствием- разбаланса пневматической измерительной схемы и возникает при измерении гидросопротивлений ее отдельных участков (каналов зонда и дросселей наддува). Подобные измерения гидросопротивлений измерительной схемы происходят под воздействием конденсируемой в каналах зонда влаги, вследствие загрязнения отдельных участков пневмотракта и отсутствия баланса расходов продувки через оба угломерные канала. Наиболее близким техническим .решением к предлагаемому является устройство для измерения направления двухмерного потока, содержащее угломерный зонд, подключенный к манометру и соединенный с электромеханическими узлами углового и линейного пе 3Э2 ремещения, а также нелинейный блок, выход которого соединен со входом электрического узла линейного перемещения. Подключение к угломерной паре линий обратной продувки позволяет использовать устройство для . рений направления двухмерного парового потока 2. . Недостатком этого устройства является высокая погрешность в измерении углов вследствие влияния изменения гидросопротивлёний пневмотракта на точность измерений. Общий недостаток известных устройств - наличие методической погреш- is ности при измерении направления в потоке, где измеряются градиенты давления. Эта погрешность вызвана тем, что направление скорости определяют не по давлению, замеренному в одной точке, а по разности давлений в двух точках, отдаленных друг от друга. Именно по этой причине возникает угловая погрешность в установке насадка по потоку, так как разность давле НИИ на отборах угломерной пары из-за удаления приемных отверстий друг от друга воспринимается как следствие неправильной ориентации Чем больше разнесены трубки угломерной пэры и чем неравномернее по давлению поток, тем значительнее будет погрешность. Расстояние между трубками является конструктивным и не может быть произвольно уменьшено. Цель изобретения - повышение точности измерения направления исследуемого потока. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения напра ления двухмерного потока пара, содер жащее угломерный зонд, подключенный к манометру и источнику продувки и соединенный с электрическими узлами углового и линейного перемещения, а также нелинейный блок, выход которого соединен со входом электромеханического узла линейного перемещения, приемная часть угломерного зонда выполнена в виде трубки с косым срезом установленной с возможностью вращения- вокруг продольной оси, причем в устройство введены датчик углового положения трубки относительно .оси вращения и фазочувствительный выпрямитель, при этом входы фазочувствительного выпрямителя соединёньг с выходами манометра и датчика углоЪ4вого положения трубки, а его выход -; 00 входами нелинейного блока и электромеханического узла углового переме щения зонда. Выполнение угломерного зонда с вращающейся передней частью в виде трубки с косым срезом и установленным на неподвижной державке индукционным датчиком, а также введение в устройство фазочувствительного демодулятора и соединение элементов между собой вышеуказанным образом позволяет повысить точность измерений направления двухмерного парового потока. Использование для измерений направления парового потока всего одного пневмометрического канала позволяет одновременно исключить методическую ошибку в измерениях угла, присущую угломерным парам, а также исключить угловую погрешность, связанную с осуществлением обратной продувки двух каналов. ,. Введение в устройство фазового выпрямителя позволяет по сигналам с манометра и датчика углового положе ния трубки осуществлять автоматическую ориентацию зонда по потоку и непрерывно измерять направление потока вдоль линейной координаты. На фиг.. 1 и 2 изображена конструкция предлагаемого угломерного зонда, в двух проекциях; на фиг. 3 блоксхема устройства. Державка 1 угломерного зонда 2 заканчивается вращающейся приемной частью 3, коаксиально расположенной с ней и имеющей косой срез свободного конца. Приемная часть 3 снабжена рьб1ь.чаткой k и имеет углового положения среза трубки относительно экваториальной плоскости, выполненным, например, в виде постоянного кольцевого магнита 5 и закрепленного на державке 1 индукционного датчика 6, расположенного в плоскости вращения постоянного магнита. Соединение державки зонда 1 с приемной частью 3 осуществляется через герметичный подшипник. Для приведения во вращение приемной части 3 угломерного зонда 2 может использоваться дополнительный двигатель, например электромотор. Устройство содержит угломерный зонд 2 с индукционным датчиком 6 , манометр 7, электромеханические узлы углового 8 и линейного 9 перемещений, источник продувки 10, нелинейный блок 11 и фазочувствительный выпрямитель 12. Угломерный зонд 2 своим выходом подключен к манометру 7 и источнику продувки 10 и соединен с выходами электромеханических узлов 8 и 9Входы фазочувствительного выпрямителя 12 соединены с выходами манометра 7 и датчика 6, а его выход подключен ко входам узла 8 непосред ственно и узла 9 через нелинейный блок 11. Датчик 6 предназначен для получе ния .опорного напряжения Uon , несуще го информацию о расположении среза приемной части 3 относительно плоскости углового вращения зонда (экваториальной плоскости). Поскольку срез приемной части 3 строго ориенти рован с полюсом N постоянного магнита 5, то при движении приемной части 3 на выходе датчика 6 имеется сигнал Don Kj-coswt, максимальное положительное значение которого соответствует моменту перехода полюсом N магнита 5 экваториаль ной плоскости в месте расположения катушки. Здесь Ко - коэффиент преобразования индукционного датчика; О) круговая частота (угловая скорость вращения приемной части 3) Входные цепи фазочувствительного выпрямителя 12 имеют разделительные элементы, позволяющие в самом блоке оперировать с переменной составляюще сигналов Up манометра 7 и DO датчика 6. С выхода блока 12 получают ПОСТОЯ ное напряжение, величина и знак кото рого зивисят не только от величины входного напряжения Up, но и фазового сдвига между входным и опорным Uasn напряжениями Ucp.q Kqjq UpCOS Ц, где Кф - коэффициент преобразоваНИЯ фазочувствительного выпрямителя; Н - разность фаз между-входным и опорным напряжениями. Устройство работает следующим образом. Предположим, что угломерный зонд 2 помещен в поток, направление которого не совпадает с осью приемной ча ти 3- Если бы приемная часть 3 не имела косого среза, то при ее вращении картина обтекания насадки не изменялась бы и, следовательно,давление в манометре 7 сохранялось посто- янным. Напичие косого среза на передней части приемника 3 приводит к пульсациям давления на отборе зонда и в ма- нометре 7 синхронным с вращением приемной части. Так, в положении, когда плоскость среза перпендикулярна направлению потока, давление будет максимальным, когда параллельна .- минимальным. В первом случае это давление близко к полному напору, во втором - к статическому. Эти случаи являются предельными, но важно то, что в любом положении зонда 2, не совпадают щем с направлением потока, в приемной трубке наблюдается периодической изменение давления. Пульсация давления с частотой вращения приемной части 3 является признаком ориентации зонда по потоку и служит сигналом для управления координатным устройством. В случае разориентации зонда по потоку на вход фазочувствительного выпрямителя 12 поступает переменная составляющая сигнала манометра 7, величина которого определяет степень разориентации зонда. Поскольку исследуемый поток является двухмерным и изменяет направление только в плоскости .углового вращения зонда, то разность фаз между переменной составляющей сигнала манометра Up и опорного , сигнала Uon может принимать только наибольшие положительные и отрицательные значения, соответствующие . В этом случае на выходе блока 12 появляется сигнал, пропорциональный -амплитуде переменной составляющей Up,- а его знак определяет направление вращения зонда в сторону нулевого рассогласования зонда по потоку. Сигналом с блока 13 зонд 2 через электромеханический узел 8. приводится во вращение к.направлению ориентации по потоку. Узлы 8 и 9 содержат электродвигатели и усилители мощности к ним, а . также механизмы преобразования вращения двигателей в угловое и линейное перемещение зонда соответственно. При работе устройства осуществляется постоянная продувка канала зонда от источника продувки 10, предотвращающая проникновение в канал зонда влаги, потока и его закупорку. При этом колебания расхода на продувку или изменения гидросопротивлений отдельных участков пневмотракта не приводят к появлению погрешности в измерении углов, поскольку эти факторы не сказьгваются при измерении давлений на отборе зонда.

Предлагаемое устройство производит измерение направления по отбору давления в одной точке и поэтому не имеет погрешности, связанной с неоднородностью потока по давлению.

Формула .изобретения

Устройство для измерения направления двухмерного парового потока, содержащее угломерный зонд, подключенный к манометру и источнику продувки и соединенный с электромеханическими узлами углового и линейного перемещения, а также нелинейный блок, выход которого соединен со входом электромехан ического узла линейного перемещения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем приемная часть угломерного зонда выполнена в виде трубки с косым срезом, установленной с возможностью вращения вокруг продольной оси, причем, в устройство введены датчик углового положения трубки относительно экваториальной плоскости и фазочувствительный выпрямитель, при этом входы фазочувствительного выпрямителя соединены с выходами манометра и датчика углового положения трубки, а его

выход - со входами нелинейного блока и электромеханического узла углового перемещения зонда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дронник Ю. М. и др. Методика зондовых измерений пространственного потока пара в моделях сопловых аппаратов последних ступеней турбин. Энергетическое машиностроение.

Харьков, вып. 25, 1978, с. 79-85.

2. Авторское свидетельство СССР N 6613 5, кл. G 01 Р 13/00, 1978 (прототип).

:

3Я J

Фиг.

fpuz.Z

г

L.

tl

zl

J

;z