Измеритель вектора скорости водного потока на лабораторных моделях Советский патент 1982 года по МПК G01P5/06 

(5) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕКТОРА СКОРОСТИ ВОДНОГО ПОТОКА НА ЛАБОРАТОРНЫХ МОДЕЛЯХ

...., Изобретение относится к гий1эометеорологическим приборам и может быть использовано в исследованиях кинематической структуры водных по токов на лабораторных гипоавлических моделях. Известно устройство, регистрирующее все три компоненты скорости водного потока на лабораторных экспери ментальных установках и работающие на принципе преобразования гидродинамического давления в электричес кий сигнал tn. Данное устройство представляет собой гидродинамический датчик скорости, имеет сравнительно большие га бариты и плохую надежность работы в потоках со взвешенными наносами. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения величины и направления скорости водного по:Тока в натуральных условиях, содержа щее подвешенный на штанге гидрофпюг С хвостовиком, датчик углов горизонтального и вертикального поворотов гидрофлюгера,датчик скорости и регистратор С2. Однако известное устройство имеет низкую точность измерения из-за наличия трения в датчиках угла, а также малую надежность в работе; для увеличения чувствительности датчика требуется увеличивать его габариты, что делает устройство непригодным для измерения вектора скорости водного потока на лабораторных моделях. Цель изобретения - повышение точности измерений, расширениефункциональных возможностей, уменьшение га-, баритов vf веса и увеличение надежности в работе. Указанная цель достигается тем, что в устройстве датчик скорости выполнен термЪанемометрическим и установлен неподвижно на первом стержне двухстержневой штанги гидрофлюгера в центре его вращения, а датчик углов вынесен за хвостовик гидрофлюгера и выполнен электролитическим с одним под вижным и с двумя парами укрепленных на втором стержне штанги неподвижных электродов, при этом каждая пара неподвижных электродов имеет сферичес кую форму, центр которой совпадает с центром вращения гидрофлюгера, при чем поверхность одной пары отнесена от поверхности другой пары на расстояние по величине не менее половин линейного размера неподвижных электр дов. На фиг.1, 2 и 3 показана конструк ция измерителя вектора скорости; на фиг. - конструктивная схема электро литического датчика углов поворота гидрофлюгера; на фиг.5 структурная схема регистрации скорости и углов направления с помощью измерите ля. Измеритель полного вектора скорости содержит (фиг.1 и 2) гидрофлю гер, состоящий из оси 1, на которой установлены хвостовики 2 и поплавок 3, удерживающий гидрофлюгер в горизонтальной плоскости при нулевой ско рости потока. С помощью тонкой капро новой нити k ось подвешена к металлической трубке 5 с необходимым для работы зазором о. В трубку вставлен полупроводниковый терморезистор 6, служащий датчиком скорости водного потока. Терморезистор установлен так чтобы его чувствительный точечный элемент совпадал с центром вращения гидрофлюгера. Штанга 7 состоит из двух стержней, на первом из которых укреплен датчик скорости, а на втором - две пары 8 и 9 неподвижных электродов, электролитического датчика угла (фиг.), подвижный электро 10которого укреплен за хвостовиком гидрофлюгера. На фиг.5 показаны два генератора 11и 12 синусоидального напряжения усилители 13 и 14, выпрямители 15 и 16, линеаризаторы.17 и 18, термогидроанемометр 19 постоянной температу.ры и трехканальный самописец 20. Измеритель работает следующим образом. Датчик. 6 скорости, имеющий круговую характеристику направленности, регистрирует величину модуля вектора скорости. Мгновенное положение вектора скорости в пространстве измеряется электролитическим датчиком углов положения гидрофлюгера относительно -осей прямоугольной системы координат.Электрический датчик углов измеряет углы отклонения гидрофлюгера в горизонтальной плоскости с помощью пары неподвижных электродов 8-1 и 8-2 с линейным размером L и в вертикальной плоскости с помощью пары неподвижных электродов и . При: этом каждая пара имеет сферическую форму с центром вращения гидрофлюгера (точка Она фиг.4), а поверхность одной пары отнесена от поверхности другой на расстояние по величине не менее половины линейного размера в неподвижного электрода. Система электродов 8-1, 8-2, 9-1, и 10 включена по потенциометрической схеме (фиг.5) и зачитывается напряжением от генераторов 11 и 12. С делителя напряжения, составленного сопротивлениями участков воды между электродами 9-1 и 10, 10 и 9-2,снимается сигнал вертикального угла поворота гидрофлюгера и через водный зазор сЛ , образуемый осью 1 и трубкой 5, подается на вход усилителя 13, с его выхода на выпрямитель 15, затем на линеаризатор 17 и на трехканальный самописец 20. Аналогично построена и схема измерения горизонтального угла поворота гидрофлюгера - электроды 8-1, 10, 8-2, усилитель l, выпрямитель 16, линеаризатор 18 и самописец 20, на который поступает сигнал, пропорциональный скорости потока с термометра 6. Такое выполнение измерителя позволяет повысить точность измерения, расширить функциональные возможности, увеличить надежность и-обеспечить уменьшение габаритов и веса. Формула изобретения Измеритель вектора скорости водного потока на лабораторных моделях, содержащий подвешенный на штанге гидрофлюгер с хвостовиком, датчик углов горизонтального и вертикального поворотов гидрофлюгёра, датчик ско рости и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, расширения функциональных возможностей, уменьшения габаритов и веса и увеличения надежности в работе, датчик скороети выполнен термоанемометрическим и установлен неподвижно на первом стержне двухстержневой штанги гидрофлюгера в центре его вращения, а датчик углов вынесен за хвостовик гидрофлюгера и выполнен электролитическим с одним подвижным электродом и с двумя парами укрепленных на втором стержне штанги неподвижных электродов, при этом каждая пара неподвижных электродов имеет сферическую форму, центр которой совпадает с центром вращения гидрофлюгера, причем поверхность одной пары отнесена

от поверхностиДРУГОЙ пары на расстояние по величине не менее половины линейного размера неподвижных электродов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 532818, кл. G 01 Р 5/06, 1977 (прототип) .

а-1

s-s

/-У 19