Устройство для измерения направления и скорости течения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУбЛИК Яу 1008661 01 Р 5/07НИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ датч(54)(5НАПРАдержащоднойтоянныв непо ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(72) Морской гидрофизический институт АН Украинской ССР(56) 1. Авторскоесвидетельство ССС Р 342133, кл. С 01 Р 5/07, 1972.2. Авторское свидетельство СССР 9 670891, кл, С 01 Р 5/07, 1979 (прототип). 7) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ, соее пропеллерную вертушку, в лопасти которой установлен пос й магнит, закрепленную на оси движной раме, электромагнитный ик, установленный на раме, выход которого соединен через преобразова-, тель времени в код,с вычислителем, и блок управления, соединенный с преобразователем и вычислителем, о т л и ч а ю ц е е с я тем, чего, с целью обеспечения возможности измерения третьей составлякицей скорости потока и повышения точности, оно снабжено тремя дополнительными -электромагнитными датчиками и флюгаркой, жестко, закрепленной на одной оси о вертушкой, причем эта ось и продольная ось лопасти, в которой установлен магнит, расположены в плоскости флюгарки, а все электромагнитные датчики установлены,на раме попарно 19 по двум взаимно перпендикулярным осям симметрично относительно оси вертушки.Изобретение относится к приборо-строению и может быть использованодля измерения составляющих теченияс движущегося носителя,Известно устройство для измерениянаправления и скорости течения, снабженное датчиком мощности, служащимдатчиком скорости ветра, чувствительный элемент которого выполнен в видефлажка, закрепленного на валу электродвигателя. Изменение сопротивления 10вращению флажка вызывает изменениемощности электродвигателя, воспроизводимой датчиком мощности 17.Недостатками этого устройства являются сложность съема выходного сиг-,15нала, необходимость энергопитания иотсутствие измерения продольной составляющей скорости течения.Известно также устройство для измерения направления и скорости течения; содержащее пропеллерную вертушку,в одной лопасти которой установленпостоянный магнит, закрепленную наоси в неподвижной раме, электромагнитный датчик, установленный на раме,выход которого соединен через преобразователь времени в код с вычислителем, и блок управления, соединенныйс преобразователем н вычислителем 2,недостатками данного устройстваявляются невозможность одновременного измерения трех составляющихскорости потока и относительно невысокая точность из-за воздействий турбулентных пульсаций потока,Цель изобретения - обеспечениевозможности измерения третьей составляющей скорости потока и повышение точности.Поставленная цель достигается тем,что устройство для измерения направления и скорости течения, содержащеепропеллерную вертушку, в одной лопасти которой установлен постоянныймагнит, закрепленную на оси в неподвижной раме, электромагнитный датчик,45установленный на раме, выход которого соединен через преобразовательвремени в код с вычислителем, и блокуправления, соединенный с преобразователем и вычислителем, снабжено тре мя дополнительными электромагнитнымидатчиками и Флюгаркой, жестко закрепленной на одной осн с вертушкой, причем эта ось и продольная ось лопатки,в которой установлен магнит, расположенны в плоскости Флюгарки, а всеэлектромагнитные датчики установле-,ны на раме попарно по двум взаимноперпендикулярным осям симметрично относительно оси вертушки.на чертеже показана схема предлагаемого устройства,Устройство содержит пропеллернуювертушку 1, на горизонтальной осн 2которой жестко посажена Флюгарка 3,размещенная в одной плоскости с пос тоянным магнитом 4, помещенным на одной из лопастей вертушки 1На раме 5 по ортогональным осям расположены электромагнитные датчики 6-9, выходы которых поданы на преобразователь 10 временных интервалов в код, соединенный с вычислительным устройством 11 и блоком 12 управления.Вертушка,1 служит для восприятия продольной составляющей ОХ вектора Ч скорости течения, а флюгарка 3 предназначена для восприятия поперечных (горизонтальной Чу и вертикальной Ч) составляющих вектора течения при нахождении ее в секторах 0 , 180 О 1 н 180 О, 360)для Чи 90 в, 270 Яи 270 , 90 для Ч 2 соответственно.Датчики 6-9 предназначены для преобразования угловой скорости вращения вертушки 1 во временной интервал путем фиксации моментов времени прохождения их постоянным магнитом 4, расположенным на лопасти вертушки. Устройство устанавливают на подвижном носителе, причем направление общей горизонтальной оси 2 вертушкаФлюгарка совпадает с направлением движения носителя.Устройство работает следующим образом.При движении носителя на вертушку 1 и флюгарку 3 действует встречный поток, имеющий вектор Ч и составляющие по осям Ч, Ч и Ч (см. чертеж). Если поперечные составляющие скорости Чу и Ч 2 не равны нулю, то воздействуя на Флюгарку, они модулируют скорость вращения общей оси 2 флюгарка - вертушка.Допустим, что Ч О, а Чу ) О. В верхней полуокружностй направление движения Флюгарки 3 по часовой стрелке совпадает с направлением У, а в нижней полуокружносчи эти направления противоположны, вследствие этого мгно.венная скорость вращения оси 2 увеличивается в верхней полуокружности иуменьшается в нижней. Эти.измененияугловой скорости фиксируются моментами времени прохождения магнита 4 налопастй вертушки 1 и магнитных датчиков б и 8. При этом отрезок времениФ 68 обратно пропорционален среднейугловой скорости о 8 в верхней полуокружности, а отрезок времени ь 86 об,ратно пропорционален средней угловойскорости в нижней полуокружности тощ,Установим аналитическую связь средней на полуокружности угловой скорости оси вертушка - флюгарка с составляющими Чх и. У скорости течения.Результирующая сила, действующая навращающуюся вертушку,. где Р - сила разгона лопасти; Я - сила торможения лопасти:1008661 Вк 8" (,Ь 8+ "8 Ь - сила торможения флюгаркиП - средняя на верхней или нижней(левой или правой) полуокружности сила разгона (торможения) флюгарки от составляющейЧ (или Ч ), равная 4 в -ой 5Лчасти от максимальной силыпри синусоидальном законе из- .менениясилы при вращенииФлюгарки и неизменном значении скорости за один оборот 10последней.Момент гидродинамических сил, дей . ствующих на вращающуюся вертушку (без учета снл трения на оси) И ХгС ЕЯсоэ В кк)к 152Х С С,В Х . Су Сх Ч В 1 -шг Ь - Ь В Поскольку (.) )Ч й . г 2 2 к - щХ ТаК КаК ЮЬкк - ж И ф 8 Ь Вс ВИ8 Ь22 АЧА= ВТМ , = - - - КВВ, (В) Х "Ь 88ВЬ Дпя нахождения КХ сложим уравнения (5)и (б), откуда2 А Ь 8 ь 8 ЬИспользделим сния где ения вертушки и нижней полу 25 8) оказаттся полскоролевойная моти.времен Аналогично можно при" Ч ) 0 осуществля наямодуляция углово вертушка - Флюгарка ружности и отрицател в правой полуокружно Используя отрезки можно записатьчто ожительти оси полуок- уляция 12 Я"Пркк Чу Ф О и Ч Ф 0 приведенные вышесоотношения остаются справедливымикпоскольку при изменении средних наполуокружностях скоростей, несущихинформацию о составляющих Ч или Ч квзаимный вклад последних в соответствующие отсчеты времени равен .нулюНапримерк на значения ВЬ 8 и к.8 Ьнесущие информацию о Чу не влияетналичие составляющей Ч, посколькув левой полуокружности составляющаяЧ действует на флюгарку встречно,а в правой - согласно с направлениемвращения, что приводит к взаимнойкомпенсации ускорения и замедлениявращения Флюгарки за один, оборот.Аналочгино на значенйя ь .и ь,"несущие информацию о составляющейЧ , не влияет составляющая Чэ,Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможноть одновременного. измерения трех составляющйх скорости потока и повышение точности за счет исключения влияния турбулентных пульсаций потока, . раж 871 Подписное(юч- о е(1- ); зуещ выураж ВАК К 259 соэ 6 ш )-в"гдеП Ч =Вгв - Х О Обозначим Кпараметр,Разделиправой час в ель 55 числительи выражения намен) на кь,+ к -Х 0 НИИПИ Заказ 2330/55 , ТиФил д,ул.Проектнаяк 4 иал ППП "ПатентВВ,г.УжГоро ы - частота вращна верхней илокружностяхЕ - число лопастей вертушки;Я - площадь лопасти вертушкиЯф - площадь Флюгаркиг,к - приведенные радиусы вертушки и флюгарки;9 - угол наклона .лопастей вертушки;С - коэффициент гидродинамической силы, направленной перпендикулярно лопасти;СХ - коэффициент гидродинамической силы, направленной вдоль З 5сечения лопастиу - плотностьсреды (воды); М)Х,Чу- продольная и боковая составляющие прока.При установившемся вращении м=ь 40 - О, тогда 2 соэ 29.3" +к)а) Я%Е Вя , конструкт уравнение (5) или (б),.опреавЯЯющУю Чу, скоРости тече