Способ определения направления газового потока и устройство для изучения его структуры

,% 145785 Класс 421, 2 ю 1СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИН К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУП, В. Чебышев СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЕГО СТРУКТУРЫ Заявлено 2 сентября 1948 г. за М 364534/26 в Гостехнику СССРОпубликовано в Бюллетене изобретений М 6 за 1962 г.Известны способы определения направления газового потока с по. мощью устройств, выполненных в виде электротермоанемометра и состоящих из термонасадка, измерительного моста с источником питания постоянного тока и электронного усилителя с устройством для компенсации тепловой инерцииПредлагаемый способ определения направления газового потока отличается от известных тем, что для получения показаний, не зависящих от скорости потока вследствие исключения неравномерности прогибов нитей, последние располагают в потоке одну за другой, а совмещение плоскостей потока и нитей определяют,по максимуму рассогласования измерительного моста.Устройство для исследования структуры потока отличается тем, что для обеспечения независимости измерений среднего значения и пульсаций скорости потока от его температуры, термонасадок снабжен нитью и спиралью, выполненными из одного и того же материала, например вольфрама, и располагаемыми в исследуемом потоке так, чтобы они не затеняли друг друга.Для измерения разности падений напряжения на нити и спирали применен трехцепный измерительный мост, причем автоматическая регулировка моста производится таким образом, что ток изменяется однозначно в функции скорости потока Для обеспечения равенства постоянных времени тепловой инерции нагретой нити и ненагретой спирали при любых средних скоростях и температурах потока выбрано соответствующее соотношение диаметров проволоки, образующей спираль, и проволоки, образующей нить,Для компенсации технологического разброса в параметрах нити и спирали включенные последовательно с ними сопротивления выполнены регулируемыми, Регулирование измерительного моста осуществляется145785таким образом, чтобы обеспечивалась возможность непосредственного отсчета температуры газового потока по рычагам магазина сопротивлений без дополнительных пересчетов.Для правильного воспроизведения пульсаций скорости и температуры при медленно меняющейся скорости потока путем автоматической регулировки постоянной времени компенсирующей цепи усилителя в устройстве применен соответствующий нелинейный элемент.На фиг 1 показан комбинированный насадок для измерения температуры и скорости газового потока; на фиг, 2 - трехцепный измерительный мост; на фиг 3 - насадок для определения направления вектора скорости газового потока.Описываемое устройство для изучения структуры газового потока содержит термонасадок, измерительный мост с источником питания постоянного тока и электронный усилитель, Термонасадок для измерения температуры и скорости выполнен в виде пол ого держателя, заканчивающегося ножками 1, 2 и 3, Ножка 2 электрически связана с держателем, а ножки 1 и 3 изолированы и соединяются с выводными проводниками, проходящими через держатель. На концах ножек с помощью стоек 4 и 5, покрытых изолирующим слоем, укреплена спираль б, служашая для измерения температуры потока и для температурной компенсации моста при измерении скорости потока, Скорость потока изме. ряется с помощью нити 7, закрепленной между стойками 8 и 9,Нить и спираль выполняются из одного и того же материала, например вольфрама, с отношением диаметров проволоки" = т = - 1 + х, Л Тигде а, - температурный коэффициент сопротивления материала нити;КТс - выбранный базисный перегрев нити,Спираль по отношению к нити располагается таким образом, чтобы при установке насадка рабочей частью навстречу исследуемому потоку, витки спирали не попадали в струю, нагретую нитью.Измерительный мост состоит из трех параллельных цепей 1, П и 1 П, питаемых через регулируемое сопротивление 10 от источника 11 постоянного токаВ цепь 1 входят сопротивление 12 (го), рассчитанное на ток нагрева нити, нить 9 насадка (Ро) и амперметр 13, позволяющий измерять ток нагрева нити. В цепь П входят сопротивление 14 (г,) и спираль б (Я), насадка. Цепь П 1 состоит из постоянного сопротивления 15 (г) и регулируемого сопротивления 16 Я), состоящего из неизменной части 17 (Р) декадного магазина 18 сопротивлений (Й,). В диагонали моста между цепями 1 и П и П и П 1 через переключатель 19 включается гальванометр 20. Питание моста осуществляется через трехпозиционный переключатель 21. В положении а цель питания разомкнута. В положении Ь питание подается через высокоомное сопротивление 22 Это положение служит для настройки моста при включении нового насадка с неизвестными параметрами.Сопротивления 17, 14 и 12 плеч моста (Р; г и г,) выбираются следующим образом,При известной температуре 1 окружающей среды, принятой за ба. зисную температуру, спираль имеет сопротивление Я, а нить при обтекании малым (ненагревающим) током - сопротивление Я. Сопротивление Я устанавливается на значение Й , (декадный магазин закоро145785гчен), Отношение =Р определяется конструкцией моста. Тогда г,начопределится из условия, что при базисной температуре 1 а цепи П и П 1должны быть сбалансированы.г г,,и, или г, =,и Р,.1 чач 11 оПосле этого при любой другой температуре 6 окружающей среды,эта температура может быть прочтена по показанию Р при балансемоста и неизменном значении г1 ла гаа КаОчевидно, что Я, целесообразно выбирать таким, чтобы а Й = и, где п - число, удобное для пересчетов. Тогда новое значение температуры потока может быть непосредственно отсчитано по положению рычагов магазина сопротивлений.После установки требуемого значения ц, задавшись перегревом нити при базисной температуре ЛТ 0 = Т - 10, при 1 = 10 можно определить необходимое значение г, Для этого используют соотношение, вытекающее из баланса цепей У и П при заданном 1 = 10 и КТ = ЬТ 0Однако практически задаются не ЛТ 0, а т = 1+ аа ЬТа, согласуя этофсвзначение с из условия равенства тепловой инерции спирали ийнити Последнее существенно при измерении пульсаций скорости потока. Численное определение г выполняется на мосте; поставив переключатель 21 в положение Ь, при котором ХТ 0 = О, при балансе цепей 1 и П, отсчитывают показание сопротивления г 0, выполненного также в виде декадного магазина. Это значение т,0 увеличивают в т раз и набирают значение г= г 0 т на том же магазине. При этом баланс цепей 1 - П нарушается и восстанавливается лишь тогда, когда переключатель 21 будет переведен в положение с (работа), а регулируемое сопротивление 10 увеличит ток моста настолько, чтобы токнити нагрел ее до температуры Т 0 при 1 = 10 или Т при 1 = 6.Значение тока , прочитанное по амперметру при балансе цепей У и 11, однозначно связано со скоростью потока и не зависит от его темпе. ратуры, Таким образом, для измерений скорости при различных температурах перестройки моста не требуется. Независимость показаний средней скорости от температуры потока вытекает из рассмотрения уравнения теплового баланса нагретой нити и уравнения баланса цепей 1 и П моста при произвольной температуре 6 Отсюда вытекает, что при изменении среднего значения скорости, условие независимости тока мо. ста г = - а от температуры Это условие будет: Р = К 1 Тн - 6), где К - коэффициент пропорциональности.Из этого условия вытекает требование.ЛТ = ЬТ 11 + а, М)Таким образом, можно быстро и просто измерить в данной точке потока скорость, а также перепад температуры Мь по отношению к некоторой базисной температуре 10, однажды принятой при настройке моста.145785Для исследования пульсаций скорости потока электронный усили. тель 23 с соответствующей компенсирующей характеристикой К = - К /1+ ,зоф включается в диагональ моста между цепями 1 и ПфсеПри этом, если соблюдено условие = т, то пулысации температу.фмры потока не влияют на усилитель, Поэтому для автоматической компенсации тепловой инерции при разных скоростях потока может быть использован токнити, например, путем подмагничивания дросселя в компенсирующем каскаде усилителя черезсоответствующий нелинейный элемент, поддерживающий законгде а - коэффициент теплоотдачи нити,Для измерения пульсаций температур тот же усилитель может быть включен в диагональ П - Ш моста.Для определения направления вектора скорости газового потока с одновременным получением показаний, независящих от скорости потока, вследствие исключения неравномерности прогибов нитей к измерительному мосту подключают насадок, состоящий из двух нитей из одинакового материала с равными диаметрами, лежащих в одной плоско. сти и параллельных между собой, Нить 24 включается в цепь моста; нить 25 - в цепь П моста; сопротивления г, и густанавливаются на одинаковое значение, а гальванометр включается в диагональ 1 - П. Ток моста снижают для получения незначительного перегрева нитей, Пока нить 25 не затеняется нитью 24, гальванометр находится в положении, близком к нулю мост сбалансирован) Как только плоскость нитей сов. падает с плоскостью потока, равновесие моста резко нарушается и направление потока однозначно читается по шкале 2 б, связанной со стержнем насадка.Описываемые устройство и способ обеспечивают возможность исследовать структуры газовых потоков с большей степенью точности, чем известные способы и устройства, и могут найти полезное применение.Предмет изобретения1. Способ определения направления газового потока при помощи термонасадка с двумя параллельными нитями, включенными в схему измерительного моста, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью получения показаний, не зависящих от скорости потока за счет исключения неравномерности прогибов нитей, последние располагают в потоке друг за другом, а совмещение плоскостей потока и нитей определяют по максимуму рассогласования измерительного моста,2, Устройство для исследования структуры газового потока, выпол. ненное в виде электротермоанемометра и состоящее из термонасадка, измерительного моста с источником питания постоянного тока и электронного усилителя с устройством для компенсации тепловой инерции, отл и ч а ющеес я тем, что, с целью обеспечения независимости измерений среднего значения и пульсаций скорости потока от его температуры, термонасадок снабжен нитью и спиралью, выполненными из одного и того же материала, например вольфрама, и располагаемыми в исследуемом потоке так, чтобы они не затеняли друг друга.3 Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что измерительный мост состоит из трех параллельных цепей, в одну из которых включена нить, в другую - спираль и в третью - регулируемое сопротивление, слу145785жащее для отсчета температуры потока по сопротивлению спирали, причем ток моста, регулируемый вручную или автоматически по балансугальванометра, сравнивающего падение напряжения на нагретой элект.рическим током нити и на практически ненагретой спирали, поддерживается независимым от температуры потока, но изменяющимся однозначно в функции его скорости, а перегрев нити по отношению к газовому потоку следует при этом закону ЛТ = ЛТО (1+ а Л 6), где ЛТо -выбранный базисный перегрев нити, ар - температурный коэффициентсопротивления материала нити и спирали, а Л 6 - приращение темпера.туры газового потока.4 Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что, с цельюобеспечения равенства постоянных времени тепловой инерции нагретойнити и ненагретой спирали при любых средних скоростях и температурах потока, что необходимо для правильного воспроизведения пульсации скорости последнего, отношение диаметра;проволоки, образующейспираль, к диаметру нити выбрано равным 1+ а ЛТО, причем при измерении пульсаций скорости вход усилителя включен в диагональ моста между нитью и спиралью, а при измерении пульсаций температуры - в диагональ между спиралью и регулируемым сопротивлением5. Устройство по пп. 2 - 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью компенсации технологического разброса в параметрах нити и спирали насадка, включенные последовательно с ними сопротивления выполненырегулируемыми, причем после балансировки цепей моста при известной температуре для приведения моста в рабочее состояние найденноеисходное значение сопротивления, включенного последовательно снитью, увеличивают в т раз, где т = 1+ а,ЛТо,6, Устройство по пп. 2 - 5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности непосредственного отсчета значений температурыпотока по положению рычагов магазина сопротивлений, сопротивлениеРн цепи магазина при балансе моста выбрано пз условия арап = и,где п - число, удобное для пересчетов.7. Устройство по пп. 2 - 6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что для правильного воспроизведения пульсаций скорости и температуры при медленно меняющейся скорости потока путем автоматической регулировки по.стоянной времени компенсирующей цепи усилителя, осуществляемойподмагничиванием компенсирующего дросселя усилителя током, пропорциональным току нити, в нем применен соответствующий нелиней 1ный элемент, поддерживающий соотношение М= - == - где а - ,гкоэффициент теплоотдачи нити, а- ток нити.145785 Составитель А. И. Хохл актор Н. С, Кутафина Техред А. А. Камышникова Корректор Е. Л. Кога 2/6. ипография ЦБТИ, Москва, Петровка, 14. 1 одп, к печ. Хг,3 ак. 4305ЦБТИ Комитета по делам изМосква, Ц Формат бум. 70 Х 108/вТираж 275ретений и открытий при тр, М Черкасский пер.,Объем 0,52 изд. л. Цена 4 коп. эвете Министров СССР