Датчик для определения газосодержания в пристенном слое газожидкостного потока

союз соВетскОЦИАЛИСТИЧРЕСПУБЛИК 1)5001 Р 2 БРЕТЕН ЕЛЕНИН ГАЗОСОСЛОЕ ГАЗОЖИЛс риВ изме- рован 1970 р дл аэр ВЕ 1 И 11Г.ениях ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯпРи Гнкт сссР ОПИСАНИЕ АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1(56) Гутников В,С Кокорини др. Электрический приборения воздухосодержания вных потоках воды, - Изв.т. 92.Гальперин Р.С., Осколков Аи др. 1 авитация на гидросооруИ.: Энергия, 1977, с, 22,Изобретение относится к технике для измерения газосодержания в пристенном слое газожидкостных потоков Известны следующие методы определения газосодержания в газожидкостных потоках. дискретного отбора гидросмеси, непрерывного отбора гипросмеси, электрический импульсный, термоанемометрический, гаммаскопический, электрический резистивный метод. Определять величину газосодержания в пристенном слое газожидкостного потока с достаточной степенью точности позволяет только электрический резистивный метод. ЭлектрическпЪ резистивный метод определения величинь 1 газосодер 2(54) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕЛОДЕРЖАНИЯ В ПРИСТЕННЮИКОСТНОГО ПОТОКА(57) Изобретение .относится к тдля измерения газосодержания в стенном слое газожидкостного и, вчастности, аэрированного водного потока. Многоэлектродный датчик включается в измерительную цепь (имеющуюлинеаризующее сопротивление) прибора,работающего согласно электрическомурезистивному методу, За счет приданияугла наклона измерительной плоскостидатчика и размещения нескольких электродов по линии, направленной поперекпотока, повышена точность измерениягазосодержания, а также появляетсявозможность оценки градиента газосодержания по нормали к обтекаемой поверхности. 2 ил,жания состоит в измерении электропроводности гидросмеси в исследуемойобласти (эЬАективного электрическогополя), которая изменяется в зависимости от концентрации гидросмеси вэтой области. По конструкции различают следующие типы датчиков, входящихв комплект прибора, в основу которого положен электрический резистивныйспособ: коаксиальный, концентрический, штыревой, пластинчатый и биФилярный, Проведенный анализ показал,что существенным недостатком всехперечисленных датчиков являются значительные гидродинамические погрешности при определении величины газо50 Указанная цель достигается применением эпектрического резистивного метода и датчика новой конструкции содержания в высокоскоростных потоках. Кроме того, применение их в натурных исследованиях осложнено тем,что, например, при сбросе вместе сводой льда, плавающих предметов, час-,тиц наносов возможно механическоеповреждение этих датчиков. К недостаткам этого типа датчиков, кромебиФилярного, из-за конструктивныхособенностей, следует отнести доста,точно большие размеры эФФективногоэлектрического поля (15-20 мм от центра датчика) Это обстоятельство непозволяет проводить измерения непосредственно в пристенном слое, Би Ьилярный датчик позволяет выполнять,измерения на расстоянии от стенки 1 2 мм, но применим только в лабораторных условиях при скоростях потоков не больше 10 м/с.Наиболее близким к предлагаемомуявляется дисковый датчик аэрации,предусматривающий совмещение с обтекаемой потоком поверхностью измерительной плоскости датчика, в пределахкоторой имеются пластины-электроды,выполненные заподлицо с названнойплоскостью. Электроды включаются в, электрическую цепь прибора, измеряю щего электропроводность гидросмесив исследуемой области, Такая конструкция датчика позволяет проводйтьизмерения в пристенном слое и не подвержена механическим воздействиям состороны потока.Недостатками известной конструкции являются двухэлектродная схема(две крайние пластины, соединенныеэлектрическим проводом, представляют 40как бы один электрод, а центральнаяпластина - другой), взаимное влияние условий обтекания потоком однойпластины- электрода на обтекание другой, обусловленное близким рясположекием этих пластин, Фиксированный размер измерительной области.Цель изобретения - повьппение точности измерений и надежности работыдатчика, увеличение толщины пристенного слоя (в котором измеряетсявоздухосодержание), оценка существования градиента концентрации (воздухосодержяния) по нормали к поверхности,55(плоский датчик). Измерительная плоскость датчика совмещается с обтекаемой потоком поверхностью, электроды,выполненные заподлицо с измерительной поверхностью, включаются в электрическую цепь прибора, измеряющегоэлектропроводность гидросмеси в исследуемой области, В предлагаемойконструкции предусмотрено устройствотрех - пяти электродов, тяк как большее количество электродов ведет кувеличению размеров датчика и делаетневозможным его практическое применение из-за трудностей установки, позволяющих при разных расстояниях между парой задействованных при измерении электродов (например, первый,второй, первый и третий и т,д,), получать и разную толщину эФЬективногоэлектрического поля, в котором измеряется электропроводность (я значит,и воздухосодержяние), при этом повышается и надежность датчика, так кякслучайный обрыв провода к любому электроду оставляет возможность использовать для измерений остальные электрооды; придание угла наклона О = 3-5измерительной плоскости датчика относительно поверхности водосброса (именно в этих пределах обеспечиваетсяминимальная погрешность измерениявоздухосодержяния в придонной области и безотрывное обтекание этой плоскости высокоскоростным потоком),На иг, 1 приведен датчик, общийвид (стрелкдц показано направлениепотока); ня иг, 2 - разрез Л-А наФиг. 1,Датчик состоит из электродов 1,корпуса 2, изолятора 3, кабеля 4.Электроды представляют собой шпилькидиаметром 3-5 мм, выполненные из нержавеющей стали. Электроды жестко крепятся в цилиндрическом корпусе (изнеэлектропроводного гидроФобногоматериала) так, что торцовые частиэлектродов устанавливаются заподлицос плоскостью корпуса. Этот корпус,например, с помощью винтовой резьбысовмещается с обтекаемой потоком поверхностью. К внутренним концам электродов датчика подсоединяется кабель,включающий датчик в измерительнуюцепь известного прибора,Для проверки достижения цели изобретения были проведены экспериментачьные исследования предлагаемой конструкции и известной в лабораторных инатурных условиях. Сравнение, проведенное между измерениями, выполненными предлагаемым и бифилярным датчиками в аэрированном потоке в наклон 5 ном лотке, имитирующем низовую грань водосливной плотины, показало совпадение результатов в пределах прибор,ной погрешности +12, Бишилярный датчик является наиболее приемлемым 1 О для локальных измерений в плавноиэменяющихся лабораторных потоках.При измерениях предлагаемой конструк" ции датчика задействовались разные пары электродов, что позволяло оценить изменение концентрации воздуха по нормали к плоскости датчика. Использование известного датчика для определения градиента газосодержания из-за его конструкции принципиально невозможно.Исследования выявили, что двух- электродная схема, взаимное влияние . условий обтекания потоком одной пластины-электрода на обтекание другой, 25 а также отрывы потока над пластиной (при. скорости жидкой азы больше 3- 4 м/с) не позволяют получать надежные результаты в натурных условиях.Погрешность измерения газосодержания 3 р достигала 407., а при отрыве потока от плоскости датчика и образовании газовой каверны - 1007, В ходе исследований на специально изготовленном экспериментальном стенде, суть которых состояла в определении эпюры воздухосодержания в водовоэдушном потоке при его набегании на поверхности с различным углом наклона к оси потока, был сделан вывод о том, 40 что угол 9 = 3-5 позволяет обеспе-,очить безотрывное обтекание потоком плоскости с таким наклоном и одновременно не оказывает влияние на эпюру воздухосодержания по сравнению с не- возмущенным потоком. Скорости течения, при которых выполнялись измерения, достигали 45 м/с, что соответ- ствует скоростям, встречающимся в натурных условиях. Испытания датчика в натурных условиях показали.его надежность (за счет многоэлектронной схемы), точность измерения концентрации воздуха в придонном (пристенном) слое и градиента воэдухосодержания по нормали к поверхности датчика с точностью +52.Таким образом, проведенные экспериментальные исследования позволяют утверждать,что в предлагаемом техническом решении повышается точность измерений и надежность работы датчика, а также возможно получение результатов измерений в слоях с разной толщиной. Ф о р м у л а изобретенияДатчик для определения газосодержания в пристенном слое газожидкостного потока, содержащий электроды, выполненные заподлицо с измерительной поверхностью, включенные в измерительную цепь электрического прибора, выполненного на основе резистивного метода измерения, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повыше ния точности измерений, датчик содержит по крайней мере 3-5 электродов, размещенных по прямой линии, направленной навстречу потока, угол наклонаа измерительной плоскости 3-5 , в измерительной цепи дополнительно установлено линеаризующее сопротивление.1711092 Составитель А. ВелиТехред ИИоргентал Редактор Е, Папп Корректор Л,Пилипе Подписно КНТ С оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 10 Заказ 337ВНИИПИ Государственног113035 Тиражкомитета по изоб москва, Ж, Ра ениям и открытия кая наб., д, ч/5