Регистратор меток потока

Союз Советских Социалистических Рвспублик(51)М. Клз 6 01 Р 5/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения Ф.А.Ганеев, С.К.Бальцер, В.М.Солдаткин и В.А.Ференец Казанский ордена Трудового Красиго Знамени авиационный институт им. А.Н.Туполейа"(54) РЕГИСТРАТОР МЕТОК ПОТОКА Изобретение относится к измерительной техникеи .может найти применение в устройствах для измеренияпараметров движения, в частностивеличины и направления скорости потока газа или жидкости, расхода, атакже при аэро- и гидродинамическихисследованиях,Известны устройства для бесконтактного измерения расхода, скорости и направления потока жидкости игаза, в основу работы которых положено определение времени переносаметки потоком между точками базового расстояния. Одним из основныхузлов, определяющих точность измерения в таких устройствах, являетсярегистратор метки, который выдаетсигнал на измерительную схему в момент времени, когда метка пересекает границу базового расстояния. Регистрация меток в известных устройствах производится по моменту начала реагирования приемника на появление метки, т,е. в момент времени,когда сигнал приемника превышаетзаданный пороговый уровень,Основным недостатком такой реги.страции является несоответствиепространственного положения метки и уровня выходного сигнала приемника вследствие возможной йестабильности параметров формируемых меток,Известны также устройства, в которых регистрация метки обеспечивается по среднему моменту временимежду началом и концом реагированияприемника на пролетающую метку 11 .Этим устройствам также присущипогрешности, обусловленные временнойзависимостью характерных параметровметки. Эти погрешности особенно существенны при малых скоростях измеряемых потоков, когда временной ин 15 тервал между началом и концом реагирования оказывается сравнительнобольшим.Известны устройства регистрацииметок по максимуму выходного сигна 20 ла.приемника или по нулевому значению производной этого сигнала повремени 23,Недостатком известных устройствявляется их малая точность.25 Наиболее близким к предлагаемомуявляется регистратор меток, содержащий точечные электроды, расположенные вдоль потока, усилитель, дифференциальную схему, соединенную с30 компаратором. При этом электро885896 5 0 15 20 25 30 35 40 60 ды размещены на расстоянии О,ЬЬ длины меток. В этом устройстве посредс"гвом дифференциальной схемы производится выделение разностного сигнала между разнесенными во времени выходными импульсами приемников, ,разнесенных в пространстве. Далее с помощью компаратора производится формирование импульсов, временное положение переднего фронта которого соответствует моменту пересечения разностного сигнала через нулевой уровень ГЗЗ.Однако это устройство также не обеспечивает высокой точности регистрации меток при наличии флюктуаций сигналов На входе компаратора, которые имеют место в реальных условиях работы (турбулентность потока, случайные пульсации и т.п.), При этом погрешность регистрации обуславливается малой крутизной пересечения разностного сигнала нулевого уровня, особенно при низких скоростях контролируемого потока. Кроме того, выбор расстояния разнесения поиемников вдоль потока на 0,66 длины меток для ряда типов меток не является оптимальным с точки зрения обеспечения высокой точностн регистрации, а сле довательно, и измерения параметров движения. Цель изобретения - повышение точности регистрации метки.Поставленная цель достигается тем, что в регистраторе меток потока, содержащем точечные электроды, расположенные вдоль потока, усилители и дифференциальную схему, соединенную с компаратором, введена вторая дифференциальная схема, соединенная с компаратором, при этом электроды подключены к разнополярным входам дифференциальных схем и расположены на расстоянии= Э 7 г, где г - наикратчайшее расстояние между траекторией движения метки и линией, соединяющей электроды.Введение дополнительной дифферен" циальной схемы и указанное его включение позволяет сформировать так называемый опорный сигнал компаратора, изменяющийся в противофазе основному сигналу. Благодаря этому крутизна пересечения основного сигнала с опорным увеличивается вдвое, что за счет снижения дисперсии погрешности отсчета времени приводит к повышению точности регистрации меток в услови" ях случайных пульсаций и турбулентности измеряемого потока, Выбор расстояния разнесения приемников по указанному выражению при регистрации меток, обладающих электростатическим зарядом, обеспечивает максимальную крутизну сигналов на выходе приемников в равносигнальной зоне, что также увеличивает крутизну разностного сигнала и повышает точность регистрации,На фиг. 1 представлена схема регистратора; на Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу. Регистратор содержит два разнесенных на расстоянии идентичных приемника 1 и 2, состоящих из регистрирующих металлических электродов, расположенных на поверхности, ограничивающей контролируемый поток, и преобразователей заряд - напряжение, входы которых связаны с упомянутыми электродами. Выходы приемников 1 и 2 связаны через две дифференциальные схемы 3 и 4 с компаратором 5.Регистратор работает следующим образомИонная метка в результате своего движения совместно с контролируемым потоком проходит сначала около приемника 1, а затем около. приемника 2. В результате этого на выходе приемников 1 и 2 соответственно появляются сигналы 5 и 52. Эти сигналы подаются на соответствующие входы дифференциальных схем 3 и 4, на выходекоторых формируются сигналы д 5 и45 соответствующие-разности (55), причем сигнал д 5 является инверсным по отношению к сигналу д 51,С выходов схем 3 и 4 сигналы д 5 ид 5 поступают на соответствующие входы компаратора 5, в котором происходит формирование импульса в моментравенства сигналов д 5.1 и д 5 . Приэтом разностный сигнал их равен д 565 а д 5 - ( - д 5) = 2 д 5, т.е,увеличивается в 2 раза. Временноеположение переднего фронта импульсана выходе компаратора соответствуетмоменту прохождения меткой точки,равноудаленной от приемных электродов. Этот импульс используется в измерительной схеме для определениявремени прохождения меткой заданного базового расстояния.45 В результате пролета метки околоточечного металлического электродана последнем возникает заряд О,обусловленный наведенным зарядом,Величина наведенного заряда н опре деляется из известного выражейияи = ч Чмфгде Ч - потенциал фиктивного поляточечного электрода в точке нахождения метки. Продифференцировав этосоотношение по времени, получим выражение, .описывающее импульс наведенного тока1 фф -" зп ф со 5г1ф где У - скорость движения метки; г " наикратчайшее расстояние межоду электродом и траекториейдвижения метки;Ф - угол между траекторией меткии радиус вектором, соединяющим метку с электродом,885896 Фиг.1 . Экстремальные значения 1, соответствующие максимальной крутизне изменения заряда ц, имеют место прн значениях угла, которые находятся из условия д/дс = О. В результате решения этого уравнения получим с 9 1 = 32,т.е. 1 ъ от . - 54 44 Йоог = 126 ф 16Расстояние между электродом и проекцией метки на плоскость расположенияэлектродов, когда наступает максимумкрутизны наведенного сигнала, определится как (Фиг. 1) го19 10,1Очевидно, если расположить приемники на расстоянии 21 = ддруг от друга, 15 то наведенные сигналы на них будут пересекаться в точке, имеющей максимальную крутизну, Следовательно, можно определить оптимальную величину разнесения приемниых электродов. 20Поскольку для точечных электродов йд 5 пт= У, то это. расстояние .определяется высотой пролета метки го и авно р2 г/К 2 = 32 гг 2 В общем случае значение Углов В ОПТ ю при которых достигается наибольшая крутизна сигнала цн, зависит от геометрии электрода приемника и может быть расчитана для каждого конкрет- Зо ного случая. Таким образом, размещение двух идентичных приемников на указанном расстоянии и введение дополнительной дифференциальной схемы позволяет значительно увеличить точность регистрации меток формула изобретенияРегистратор меток потока, содержащий точечные электроды, расположенные вдоль потока, усилители, диФеренциальную схему, соединенную скомпаратором, о т л и ч а ю щ и.йс я тем, что, с целью повышенияточности, в него введена вторая дифференциальная схема, соединенная скомпаратором., при этом электроды подключены к разнополярным входам диф"ференциальных схем и расположены иарасстоянии=1 Ргде г - н аи кратчайшее расстояниемежду траекторией движения метки илинией, соединяющей электроды,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кремлевский Т.П. Расходомерыи счетчики количества. Л., "Машиностроение", 1975, с. 577-578.2. Там же, с. 588-591.3. Авторское свидетельство СССРР 657352, кл, О 01 Р 5/18, 1979/5 Проектная, 4 П "Патен филиал Ужгород,Тираж 910ПИ Государственного коми о делам изобретейий и от 35, Москва, Ж, Раушск Подписноета СССРрытийя наб., д.