Способ измерения скорости потока

(19) 011,Э(59 О 0 8 ИТЕТ СССР ИЙ ИОТНРЫТИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ НПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН ИЗОБРЕТЕНИЯИДЕТЕЛЬСТВУ ИСА К АВТОРСИОМ моменту генерации метмоменту ее регистра- среднее значение этого гнала и путем изменения ции меток доводят вели- импульсного сигнала до рогового уровня, причем плитуды импульсного чины задаваемого поро" выбирают, исходя из разования измеряемой тоту, а скорость потока Формуле соответствует кн, а.задний -ции, выделяютимпульсного си частоты генерачину среднегозадаваемого посоотношение амсигнала и велигового уровнякрутизны преоскорости в часопределяют по на Трудовогоиационный институт ЬАо 1е(1 о е Ь - базовое ра А - амплитуда,(1 о - задаваемый среднего з го сигнала й - частота ге которой ср пульсных с чине Оо.стояние;мпульсов;пороговыйачения имп рове лясн алрон У(71) Казанский ордеКрасного Знамени авим. А.Н. Туполева(56) 1. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении, М. - Л., фИащиностроение, 1965, с. 382-386.2, Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Л., фМашиностроение, 1975, с. 573. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА путем генерации меток с частотой, пропорциональной скорости потока, и последующим измерением этой частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и Функциональных возможностей путем измерения динамических параметров потока, Формируют импульсный сиги постоянной амплитуды, передний ф т каждого из импульсов ерации меток, при й днее значение имгналов равно велиИзобретение относится к измерительной технике и может найти приме-нение при измерении скорости и связанных с ней параметров потока газа,или жидкости, например, при проведе",нии азрогидродинамических измеренийи исследований в расходометрии, атакже при определении параметровдвижущегося относительно среды объекта.,Известны способы измерения скорости потока газа или жидкости.с помощьюметок, в качестве которых используютискусственно создаваемые флуктуациитемпературы, концентрации вещества,коэффициента преломления, микро-и 15макрочастиц, электропроводностИ ит.п. 13,Согласно этим способам для определения скорости потока производят измерение временного интервала, в тече.ние которого метка проходит фиксированное базовое расстояние.Недостатком указанных способовявляется нелинейность Зависимостидлительности временного интервалаот скорости потока. Кроме того, выходной сигнал в виде временного интервала в ряде практических случаев оказывается неприемлемым для непосредственного использования или преобразования.Известен также способ измеренияскорости потока, при котором генерацию каждой последующей метки производят в момент регистрации приемниковпредыдущей, т.е. в -этом случае часто-З 5та генерации меток пропорциональна, скорости потока и определяется соотношением ЧЬ40 .где ч - скорость потока;Ь - базовое расстояние между ис.точником и приемником меток 21.,Из соотношения (1) видно, что устройство, реализующее этот способ, имеет линейную выходную характеристику с крутизной, обратно пропорциональной величине.Недостатками такого способа являются узкий диапазон измерения, обус- ловленный сложностью регулировки крутизны преобразования величины измеряемой скорости в частоту, и слож- ность, осуществления функциональных преобразований скорости, например получение выходного сигнала, пропорционального квадрату скорости.Цель изобретения - расширение диапазона измерения и Функциональных возможностей путем измерения динами ческихпараметров потока.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости потока путем генерации меток 65 с частотой, пропорциональной скорости, потока, и последующим измерением этой частоты Формируют импульсный сигнал постоянной амплитуды, передний фронт каждого из импульсов соответствует моменту генерации метки, а эадниймоменту ее регистрации, выделяют среднее значение этого импульсного сигнала и путем изменения частоты генерации меток доводят. величину среднего значения импульсного сигнала до задаваемого порогового уровня, причем соотношение амплитуды импульсного сигнала и величины задаваемого порогового уровня выбирают, исходя из крутизны преобразования измеряе мой скорости в частоту, а скорость потока определяют по формулеАо 1".огде Ь - базовое расстояние ;А О - амплитуда импульсовз о - э адаваеьый пороговый уровень среднего э начения импульсного сигнала ;- частота генерации меток , прикоторой среднее значениеимпульсного сигнала равновеличин е ОЬ .Сущность предлагаемого способа заключается в том , что частота генерации меток прямб пропорциональна скорости потока, причем крутизна этой зависимости определяется соотношением амплитуды нормированных импульсов Ао к заданному пороговому уровнюО которое можно легко изменять в значительных пределах, Кроме тогО, обеспечивая функциональную связь величин Ао и Оо с другими параметрами потока,возможно осуществить Функциональное преобразование скорости потока в частоту, Так, например, при формировании последовательности импульсов, амплитуда которых пропорциональна их дли-, тельности, можно получить выходной сигнал в виде частоты, пропорциональной квадрату скорости. Для определения расхода газа или жидкости необходимо устанавливать величину порогового уровня постоянной составляющей, пропорциональной произведению сечения потока на плотность газа или жидкости. При изменении величины пропорциональнО ,углу атаки можно определять подъемную силу движущегося относительно среды объекта и т,д.Для осуществления предлагаемого способа необходимо выполнить,следуз- щие операции: обеспечить периодический ввод меток в контролируемый ток; зарегистрировать сигнал, возйикающий на приемнике в результате его взаимодействия с меткой;сформировать импульсный сигнал с импульсами, например, прямоугольной Формы, передний1037183 ВНИИПИ Заказ 6002 47 Тираж 873 Подписное Филиал ППП Патент , г. Ужгород,ул.Проектная,4 Фронт которых соответствует моменту генерации метки, а задний - моменту ее регистрации приемником;выделить среднее значение импульсного сигнала, например, с помощью интегрирующей В С-цепи; довести величину среднего значения импульсного сигнала . посредством изменения частоты генерации меток до заданного порогового уровняо зафиксировать частоту генерации меток, при которой достигается равен ство среднего значения импульсного сигнала задаваемому пороговому уровню; вычислить. скорость или другой параметр потока по Формуле (2).Яа чертеже представлено устройст во, реализующее предлагаемый способ.Устройство содержит генератор ме-. ток, включающий в себя, например, искровой разрядник .1, подключенный к генератору высоковольтных импульсов 2, частота выходных импульсов .которого может регулироваться внешним сигналом, подаваемым на управляющий вход. Генератор 2 имеет информационный выход, с которого снимается .сигнал в виде частоты импульсов й . Приемник меток 3, выполненный в виде электрода, удален от разрядника 1 на расстояние Ь и связан через усилитель 4 с формирователем импульсов 5, второй вход которого подключен к ге- З 0 нератору 2. В качестве формирователя прямоугольных импульсов целесообразно использовать триггер. Выход триг- гера подключен к интегратору б, роль которого может выполнять интегрирую- З 5 щая КС-цепь с большой постоянной времени, Выход интегратора б связан с первым входом сравнивающего устройства 7, на второй вход. которого подается опорное напряжение, определяю 40 щеепороговый уровень 1)в постоянной. составляющей. Выход сравнивающего устройства связан с управляющим входом генератора 2.При работе устройства за счет45 искрового пробоя между электродами разрядника 1 впотоке создается метка, которая уносится потоком в сторону приемника 3. В результате взаимодействия метки с приемным электро дом на последнем индуцируется сигнал, который усиливается усилителем 4 и. поступает на формирователь 5. На другой вход формирователя в мемент образования метки поступает импульс с генератора 2. Таким образом, на выходе формирователя 5 образуются импульсы прямоугольной Форма, передний Фронт которых соответствует моменту искрового разряда, а задний фронт - моменту регистрации метки приемником 60У при этом длительность импульса определяется соотношением ГнВ Ь,Ю. Эти импульсы поступают на вход интегратора, где выделяется постоянная составляющая последовательность импульсов. В данном елучае величина постоянной составляющей определяется выражениемАо( и1где А , - амплитуда импульсов 1оТ = -- период следования меток1(импульсов .Напряжение О с выхода интеграторапоступает на вход сравнивающего устройства 7, на выходе которого форми-,руется напряжение, соответствующееразности среднего значения О и напряжения О определяющего заданныйпороговый уровень. Под действием напряжения ЬО происходит изменение час.тоты генерации генератора 2 такимобразом, чтобы разность аО компенсировалась до нуля за счет измененияО 1).При нулевом значении аО обеспечивается частота генерации йч, при которой выполняется равенствоА оСмОо=ОоТ"яоиЬПолученное выражение можно переписать в виде,Оо - ,Ао 1 ЬЧоткуда найдем зависимости частоты по.сылки меток йч от скорости потока. ЧОос Ч ДоЬТаким о 6 раэом, частота генерацииметок линейно зависит от скоростипотока, причем крутизна этой зависимости определяется отношениемОо/АОЬ , которое может легко изме-,няться в широких пределах за счетрегулирования величины О или А 1ПРи обеспечении Условйн Ао = 7 ккоторое достигается включением всхему дополнительного преобразователя длительности импульсов в амплитуду, можно получитьквадратичную выходную .характеристику, описываемуювыражением,Чр1 РТаким образом, предлагаемый способ позволяет расширить диапазон измерення в сторону больших скоростейи обеспечить высокую экономичностьи надежность измерителя. Кроме того,автоматическое изменение крутизнывыходной характеристики пропорционально соответствующему параметрупотока (плотность, сечение, скорость .и т.д.) позволяет достаточно простоосуществить Функциональное преобразование скорости потока в частотный выходной сигнал (массовый расход, объемныйрасход, квадрат скорости и т. д.) .