Электромагнитный первичный измерительный преобразователь скорости Советский патент 1982 года по МПК G01P5/08 

(5) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПЕРВИЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СКОРОСТИ

1

Изобретение относится к динамическим измерениям в гидравлических системах и открытых потоках и может быть ис-пользовано для измерения вектора скорости и турбулентных пульсаций в оотоках электропроводной жидкости. .

Известны электромагнитные первичные измерительные преобразователи (датчики) скорости, состоящие из магнитной системы и электродов, имеющих контакт с измерительным потоком электропроводной жидкости .

Известен также электромагнитный измерительный преобразователь скорости, содержащий магнитную систему с аксиально-симметричным рабочим зазором, две пары электродов со взаимно перпендикулярными базами, не совпадающими по направлению с плоскостью установки, магниты, защищенные экраном, выполненным в виде кольца с рассечкой, закрепленные заподлицо со стенками зазора 2.

Однако известный преобразователь скорости в силу принципиальных особеностей механизма формирования сигнала, присущего всем электромагнитнь1м преобразователям со щелевидным рабрчим зазором с параллельнымы боковыми стенками, позволяет одновременно независимым образом измерять только две компоненты вектора, скорости либо турбулентных пульtoсаций скорости, что недостаточно для получения полной информации с динамической структурой потока. Для одновременного измерения третьей составляющей вектора скорости необ15ходим еще один преобразователь с другой ориентацией в потоке. В этом случае преобразователи с целью исключения взаимного влияния должны быть разнесены в пространстве, что

20 существенно ухудшает пространственное разрешение измерителя турбулентных пульсаций скорости в целом и практически исключает возможность 3 применения таких приборов для иссле дований мелкомасштабной пульсационной структуры турбулентных потоков. - Другой путь измерения трех компонентов вектора скорости или пульсаций скорости в локальной области турбулентного потока при помощи известного преобразователя заключаетс в повороте плоскости рабочего зазора преобразователя на 90° что дост гается поворотом всего преобразователя. Однако в этом случае измерения компонентов производятся не одновременно, что снижает точность оп ределения корреляционных характеристик, турбулентности и компонент тензора турбулентных напряжений а также при вращении преобразователя из-за загрязнений и технических при чин возможны нарушения в ориентации его рабочего зазора, что существенн влияет на надежность измерения. Целью изобретения является одновременное измерение трех составляю1ЦИХ вектора скорости турбулентного потока и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в электромагнитном первичном измерительном преобразователе, содержащем магнитную систему, в полюсах которой расположены электроды со взаимно перпендикулярными базами полюсы магнитной систекы расположены во взаимно перпендикулярных плос костях, образующих прямой двугранны угол, а в полюсах установлены три пары электродов со взаимно перпендикулярными базами. На каждой изоля ционной панели в середине установлен дополнительный электрод. На фиг, 1 схематически изображена конструкция электромагнитного из мерительного преобразователя скорости; на фиг. 2 - рабочая область преобразователя. Первичный измерительный преобразователь содержит магнитную систе му с магнитопроводами 1 и полюсным зазором 2, образованным полюсами 3 и «.Полюса покрыты изоляционными панелями 5 и 6, заподлицо с поверхностью которых установлень три пары измерительных электродов 7, 8 и 9 и два электрода 10 для компенсаци трансформаторной ЭДС в режиме измерения вектора осредненной скорости. Электроды окружены электростатическими экранами 11. 0 Рабочей областью преобразователя с магнитной системой с магнитопроводами Г является полюсной зазор 2, образованный полюсами 3 и , расположенными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях Qj, образующих прямой двугранный угол с ребрами OjOj. В рабочей области преобразователя на полюсах магнита, покрытых изоляционными панелями 5 и 6, установланы три пары электродов 7 8 и 9. Одна пара электродов 9 размещена на одном полюсе магнитной системы и две другие пары 7 и 8 - на другом полюсе. Базы,электродов 7 и 9 параллельны ребру 0 0 двугранного , база пары электродов 8 перпендикулярна ребру двугранного угла. На полюсах размещены электроды 10 для компенсаций трансформаторной ЭДС и электростатические экраны 11 для защиты рабочей области от сторонних электрических токов. Преобразователь ориентируется в измеряемом потоке таким образом, чтобы плоскости 1 и Q л полюсов магнитной системы располагались вдоль потока жидкости и ребро 0 0 двугранного угла было бы параллельно направлению вектора осредненной скорости V . При таком расположении полюсов магнитной системы и баз электродов преобразователя обеспечивается в плоскостях размещения измерительных электродов перпендикулярность вектора магнитной индукции В измеряемым компонентам скорости V , v, УЗ. На фиг. 1 пара электродов 7 предназначена для измерения компоненты V, пара эл тродов 8 для измерения компоненты / и пара электродов S для измерения компоненты V вектора скорости или вектора пульсации скорости. Электромагнитный первичный измерительный преобразователь скорости работает следующим образом. При движении электропроводной жидкости в локализованном магнитном поле преобразователя индуцируется электрическое поле компонента напряженности которого пропорциональна векторному произведению компоненты V. скорости жидкости на индукцию магнитного поля В и направлена под прямым углом к направлению компоненты V. скорости и направлению магнитного поля Е. ВТ, где i 1 2 1-i,i,j... Протяженность магнитного поля преобразователя ограничена. Из-за градиента магнитного поля возникает градиент электрического поля, чт приводит к появлению, в жидкости ура нительных циркуляционных токов. Эле трические токи в жидкости описывают ся обобщенным законом Ома .где (Х- проводимость жидкости, В силу вязких свойств жидкости, скорость потока на поверхности элек тродов равна нулю и, следовательно - - Е--1Гб-. В измерителях турбулентных пульсаций скорости используется постоянное магнитное поле. В этом случае из уравнения электродинамики следует, что VotlE-O. Тогда, в соответствии с известным тождеством, гдеЛР электрический потенциал. В направлении i-той пары электродов с величиной базы 1 g- a8 4--HV O и, следовательно, разность электрических потенциалов между электро дами i-той пары определяется компонентой электрического тока, текущего Внаправлении базы электродов компонентной 1 определяется таким обрости потока .жидкости. разом,рэзность электрических потен циалов между электродами одной пары является носителем полной информации о компоненте вектора скорости потока, перпендикулярной базе элект дов и характерному направлению магнитного поля. Влияние сторонних эле трических токов и полей промышленны токов исключается путем экранирования электродов. Разность электрических потенциал между электродами электромагнитных измерительных преобразователей пуль саций скорости - сигнал преобразова теля составляет порядка нескольких десятков мкВ и нуждается в усиле.нии. После усиления сигнал преобразователя поступает в блоки статисти 306 ческой обработки для определения дисперсионных и корреляционных характеристик турбулентности. Таким образом, благодаря расположению полюсов магнитной системы во взаимно перпендикулярных плоскостях, образующих прямой двугранный угол, такой ориентации преоб разователя в потоке, что направление осредненного потока совпадает с направлением ребра двугранного угла и введению дополнительной пары измерительных электродов с базой, параллельной -ребру двугранного угла достигается возможность проведения одновременного независимого измерения трех компонентов векторсГ скорости или турбулентных пульсаций скорости в локальной области исследуемого потока и, тем самым, получение полной информации о динамической структуре Потока, как крупномасштабной, так и мелкомасштабной. Применение предлагаемого преобразователя повышает точность измерений. Формула изобретения 1.Электромагнитный первичный измерительный преобразователь скорости, содержащий магнитную систему, в полюсах которой расположены электроды со взаимно перпендику- лярными базами, отличают щ и и с .я тем, что, с целью одновременного измерения трех составляющих вектора скорости турбулентного потока, полюсы магнитной системы расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, образующих Прямой двугранный угол, а в полюсах установлены три пары электродов со взаимно перпендикулярными базами. 2.Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет компенсации трансформаторной ЭДС, на каждой изоляционной панели в середине установлен дополнительный электрод. IИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Повха И.А. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Л., Машиностроение, Э7, с. 337-338. 2.Авторское свидетельство СССР № 310182, кл. G 01 Р 5/00, 1970 (прототип).

V/ /

2 ф.../

ff 7

П

Фиг. 2.