Способ определения модуля и направления вектора скорости потока

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ тельнымиотносительтью. В момент очувствительнои теплоот поворота нулевого по- вектор ско- 02 и по вствитель-, модуль скоении зонда лона 9 по вствительустранения енин угла я, В этом положен ч лежит в плоскос ложен рости велич не теплоо лемента 3 ч 1. В да рируется ти теплоо ементов 3 значности дачи с ч находитс ном поло угол на дачи с ч ного эрости регис разно ных э и 4,д в опре еодн модулем с д предста фигур: ц ической 2 проводит наклона с одинаковым ти (8 = 90+(6) зо собой сопряжение дву рической 1 и полусфе проведением измерени инд- Пере гра уировк зонда по с ению потока, 2 ил,ости и нап ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР В 502329, кл. 0 01 Р 5/12, 1974.Патент США3604261, кл. 73-189, 1971.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, МОДУЛЯ И НАП. РАВЛЕНИЯ ВЕКТОРА СКОРОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вектора скорости с помощью вращающихся термочувствительных элементов. Целью изобретения является повышение. точности за счет определения направления вектора скорости в плоскости, параллельной оси вращения. Зонд в виде кругового 2 цилиндра 1 с термочувстви элементами 3, 4 вращается но оси 2 с угловой скорос достижения, например терм ным элементом 3 максималь дачи регистрируется угол зонда 4 относительно его161Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вектора скорос- тИ медленных по Гоков жидкости или га- зЬ в гидротехнике и гидроаэродинамике с помощью вращающихся термочувствительных элементов.Белью изобретения является повыш ние точности за счет определения н правления вектора скорости в плоск сти, параллельной оси вращения.На фиг. 1 представлена пространств иная диаграмма, поясняющая сущностьс особа, на фиг, 2 - зависимость относительной разности выходных сигналов с чувствительных элементов от угл 1 наклона Б = Й (8) при одном значении скорости потока.На фиг. 1 показаны осесимметричая часть 1 зонда, осесимметричнаяигура 2 полусферической или коничесой формы, точечные чувствительныелементы 3 и 4. В плоскости сопряжения ХОУ геометрических фигур 1 и 2асположены точечные чувствительныелементы 3 и 4, 7, - продольная осьонда, Х, У - взаимно перпендикуляр,ые оси в плоскости, перпендикулярнойси 2, ч - вектор скорости, (чМодуль вектора скорости, ( 6 - углы,характеризующие положение вектора всферической системе координат, Я -угловая скорость вращения зонда,ОЕ - плоскость действия вектора скорости ч,П р и м е р, При произвольно выбранном в пространстве положении зонда относительно вектора скорости по 1 ока модуль и направление потока определяются относительно данного положения зонда. Определение вектора вДругих координатах при известных координатах зонда производится методомих преобразования, При измеренияхудобно выбирать такое положение зондакогда его продольная ось совпадаетс вертикалью относительно земли, анулевое положение угла= О), фиксируемое устройством его регистрации,жестко установленном на оси вращениязонда, ориентировано по стороне светанапример север-юг,Основная часть зонда представляетсобой осесимметричное тело, например,в виде кругового цилиндра, заканчивающееся осесимметричной фигурой 2 полусферической или конической формы. Поразные стороны от оси зонда на е 105623 поверхности в плоскости сопряжения двух указанных геометрических фигур расположены два точечных чувствительных элемента, работающие в режиме непосредственного подогрева.С целью получения максимального пространственного разрешения и минимального искажения потока диаметр зонда выбирается минимальным, исходя из технологических возможностей его из 5О готовления и условия, что соотношениемежду размерами чувствительного элемента и диаметром зонда не более 1/10.Степень нагрева чувствительных элементов (температура) выбирается изусловий минимального искажения потокаиз-за теплоотдачи при свободной конвекции, недопущения разрушения эле 20 ментов из-за их перегрева и в потокахжидкости, отсутствия образования наповерхности зонда пузырьков пара или,если измерения производятся в водныхпотоках, пузырьков воздуха, азриро 25 ванного в воде (для водного потокатемпература чувствительных элементовне более 60 С),Зонд вращается относительно продольной оси Е с угловой скоростью Я,выбранной из условия согласования сисследуемым процессом по быстродействию и уменьшения влияния возмущений .потока при вращении, инерционностьючувствительных элементов (например,для зонда диаметром 1 мм и тепловойинерцией в спокойной воде 0,3 с неболее 5 Гц). При вращении зонда наступает момент, когда теплоотдача счувствительного элемента в потоке максимальна, например, в ьложении чувствительного элемента 3, показанномна фиг, 1, одновременно регистрируется угол поворота зонда ( относительно его нулевого положения. В этом45положении вектор скорости ч лежитв плоскости 02 и по величине теплоотдачи с чувствительного элемента 3находится модуль скорости 1 ч .В указанном положении зонда регистрируется и уголнаклона (атаки 1 итем самым полностью определяется значение чч 8, Разность теплоотдачи с чувствительных элементов 3и 4 зависит от угла 6, так как конструкция зонда создает неравномерность в обтекании чувствительных элементов потоком, При угле между осью02 и вектором скорости 90 поток воплоскости ХОУ обтекает зонд по по 1615623верхности цилиндра радиуса г и создаются определенные условия теплоотдачи чувствительного элемента 4. Притом же значения модуля скорости /ч /,но других значениях угла 9 теплоотдача с чувствительного элемента 4 увеличивается или уменьшается.С целью устранения неоднозначностив определении угла наклона с одинаковым модулем скорости ( 9 = 90 в )Озонд и представляет собой сопряжениедвух указанных фигур, при этом размеры полусферической или конической фигуры 2 должны отвечать условию: длинапути, по которому поток обтекает фигуру 2 в плоскости, перпендикулярнойплоскости 02, проходящей по линиидействия вектора ч, от линии, образующей фигуру 2, до точки размещенияэлемента 4 менее г,Схема измерения, реализующая предлагаемый способ, например, если чувствительные элементы - электросопротивления, может состоять из двух мостов, в плечи которых включены элементы 3 и 4, регистируемый выходнойсигнал с мостов Б и Б 4, зависит оттеплоотдачи элементов 3 и 4,Перед проведением измерений с целью учета теплоотдачи с чувствительных элементов от динамического воздействия потока, его температуры итеплофизических свойств потока, раз-меров зонда производится градуировкав следующей последовательности. В канале, где размещается зонд, создаетсяоток, движущийся с известной скоросьюв плоскости, перпендикулярной9, зонд неподвижен и находится в по-.ложении, когда чувствительный элемент 3 направлен навстречу потоку.Определяется зависимость выходныхсигналов с мостовых схем П,. = Г(ч)макс1П = Г(ч) при различных значенияхскорости.Определяется разность напряжений,которая соответствует разности теплоотдачи с элементов9 900смак) - "4Изменяют положение зонда относительно оси О на некоторый угол О0- 90 + 06 и определяется разностьБ = П (ч) - 1,(с).Операция повторяется при других значениях угла 9 и определяется зависимостью относительной разности сигналов (фиг. 2).1 рП =-= гИ)Б 9. - .9 ф / 7=Соп 5При выполнении указанных операцийскорость потока неизменна, они повторяются при других значениях скорости,В результате градуировки опреде-ляется семейство градуировочных кри 10И=К И,)Определение вектора скорости исследуемого потока после проведенияградуировки осуществляется следующимобразом.Зонд размещается в исследуемомпотоке и при его вращении в положении, соответствующем максимальнойтеплоотдаче с чувствительного элемен та 3, регистрируется выходной сигнал П В данном положении регистЗмаЕсрируется и сигнал У, устройством отсчета - угол(, Далее по найденнойв процес"е градуировки зависимости 25 эм,= Г(ч) находится модуль скорости /ч /. По известному значениюч / находят У (ч), соответствующееоуглу 9 = 90, и разность У 9 е= Ц (тт) - 13.(у) вычисляется зарегистрированная при измерении в потоке разность сигналов Пд = Ц (ч), -Ц и определяется значение Б =П 9-- Используя полученную при"9-9 оградуировке зависимость Б = ГЯ)35находят угол о, следовательно, определяется значение вектора скорости ч в сферических координатах, ч)ч( 0).40Формула изобретенияСпособ определения модуля и направления вектора скорости потока,заключающийся во вращении плохообте5 каемого осесимметричного зонда с двумя расположенными на его поверхноститермочувствительными элементами, перегретыми относительно окружающейсреды, синхронном измерении выходных 50сигналов с термочувствительных элементов и азимутального угла их поворота,определении модуля и направления вектора скорости в плоскости, ортогональной оси вращения в момент достижениявыходным сигналом па одном из чувствительных элементов своего экстремального значения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиза счет определения направления век7 1615623 8тора скорости в плоскости, параллель- ряют разность значений выходных сигной оси вращения, дополнительно изме- налов с термочувствительных элементовСоставитель Ю.ВласовТехред Л. Олийнык Корр е М.Пожо Едакт лла Подпи о зводственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, ул. Гагари Заказ 3983ВНИИПИ Госуда Тираж 450венного комитета по изобретен 113035, Москва, Ж, Раушска ое крытиям при ГКНТ СССРд. 4/5