Способ определения направления газового потока и устройство для изучения его структуры

Способ определения направления газового потока и устройство для изучения его структуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

№ 145785

Класс 421, 2 01 ссcp

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

П. В. Чебышев

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЕГО СТРУКТУРЫ

Заявлено 2 сентября 1948 г. за № 364534/26 в Гостехнику СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 6 за 1962 г.

Известны способы определения направления газового потока с помощью устройств, выполненных в виде электротермоанемометра и состоящих из термонасадка, измерительного моста с источником питания постоянного тока и электронного усилителя с устройством для компенсации тепловой инерции.

Предлагаемый 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 осуществляется № 145785 таким 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 полого держателя, заканчивающегося ножками 1, 2 и 8. Ножка 2 электрически связана с держателем, а ножки 1 и 8 изолированы и соединяются с выводными проводниками, проходящими через держатель. На концах ножек с помощью стоек 4 и 5, покрытых изолирующим слоем, укреплена спираль б, служащая для измерения температуры потока и для температурной компенсации моста при измерении скорости потока. Скорость потока измеряется 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 где а, — температурный коэффициент сопротивления материала нити;

ATo — 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

IП, питаемых через регулируемое сопротивление 10 от источника 11 постоянного тока

В цепь 1 входят сопротивление 12 (rv), рассчитанное на ток нагрева нити, нить 9 насадка (Rv) и амперметр 18, позволяющий измерять ток нагрева нити. В цепь П входят сопротивление 14 (r ) и спираль б (R<), насадка. Цепь ПI состоит из постоянного сопротивления 15 (r) и регулируемого сопротивления 16 (R), состоящего из неизменной части 17 (R„„...) декадного магазина 18 сопротивлений (R„„,). В диагонали моста между цепями I u Il и П и IП через переключатель 19 включается гальванометр 20. Питание моста осуществляется через трехпозиционный переключатель 21. В положении а цель питания разомкнута.

В положении 6 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 (R„„„r и r,) выбираются следующим образом.

При известной температуре to окружающей среды, принятой за базисную температуру, спираль имеет сопротивление R«, а нить при обтекании малым (ненагревающим) током — сопротивление Rvo- Сопротивление R устанавливается на значение R „„, (декадный магазин закоро№ 145785

r чен). Отношение =Р определяется конструкцией моста. Тогда r нач определится из условия, что при базисной температуре to цепи II u III должны быть сбалансированы.

r r

= p = или "(= p Rta.

1 чач Rta

После этого при любой другой температуре t окружающей среды, эта температура может быть прочтена по показанию R„,z при балансе моста и неизменном значении rt.

1 нач и д и

2-Д Raaaq

1 ли z аа Raa

Очевидно, что R„, целесообразно выбирать таким, чтобы а> R,„. = и, где n — число, удобное для пересчетов. Тогда новое значение температуры потока может быть непосредственно отсчитано по положению рычагов магазина сопротивлений.

После установки требуемого значения qt, задавшись перегревом нити при базисной температуре ATp = Т вЂ” to, при t = to можно определить необходимое значение r, Для этого используют соотношение, вытекающее из баланса цепей 1 и II при заданном t = tp u AT = ЛТо

Однако практически задаются не АТО, à m = 1 + а,„. А 1и, согласуя это се значение с - из условия равенства тепловой инерции спирали и и нити. Последнее существенно при измерении пульсаций скорости потока. Численное определение r,, выполняется на мосте; поставив переключатель 21 в положение b при котором ATp = О, при балансе цепей 1 и

II, отсчитывают показание сопротивления r„o, выполненного также в виде декадного магазина. Это значение rÄ,о увеличивают в т раз и набирают значение r„= r„o. m на том же магазине. При этом баланс цепей

I — II нарушается и восстанавливается лишь тогда, когда переключатель 21 будет переведен в положение с (работа), а регулируемое сопротивление 10 увеличит ток моста настолько, чтобы ток i нити нагрел ее до температуры Тр при t = 1о или Т при t = 6, Значение тока 1, прочитанное по амперметру при балансе цепей 1 и

11, однозначно связано со скоростью потока и не зависит от его температуры. 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 11 моста при произвольной температуре tt Отсюда вытекает, что при изменении среднего значения скорости, условие независимости тока моста i = — а от температуры Это условие будет: R,. = К (Т11 — t ), где

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Из этого условия вытекает требование.

ЛТ = ATp (1 + a, Ati).

Таким образом, можно быстро и просто измерить в данной точке потока скорость, а также перепад температуры М, по отношению к некоторой базисной температуре /о, однажды принятой при настройке моста. № i45785

Для исследования пульсаций скорости потока электронный усилитель 23 с соответствующей ком пенсирующей характеристикой К =

= К l 1 1, ® включается в диагональ моста между цепями 1 и II. си

При этом, если соблюдено условие = m, то пулысации температу и ры потока не влияют на усилитель. Поэтому для автоматической компенсации тепловой инерции при разных скоростях потока может быть использован ток нити, например, путем подмагничивания дросселя в компенсирующем каскаде усилителя черезсоответствующий нелинейный элемент, поддерживающий закон

2 где а — коэффициент теплоотдачи нити.

Для измерения пульсаций температур тот же усилитель может быть включен в диагональ II — III 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 плоскости и параллельных между собой. Нить 24 включается в цепь! моста; нить 25 — в цепь II моста; сопротивления r, и г„устанавливаются на одинаковое значение, а гальванометр включается в диагональ 1 — II.

Ток моста снижают для получения незначительного перегрева нитей, Пока нить25не затеняется нитью24, гальванометр находится в положении, близком к нулю (мост сбалансирован)- Как только плоскость нитей совпадает с плоскостью потока, равновесие моста резко нарушается и направление потока однозначно читается по шкале 2б, 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 изобретения

1. Способ о пределения направления газового потока при помощи термонасадка с двумя параллельными нитями, включенными в схему измерительного моста, отличающийся 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, выполненное в виде электротермоанемометра и состоящее из термонасадка, измерительного моста с источником питания постоянного тока и электронного усилителя с устройством для компенсации тепловой инерции, о т л и ч а ю щ е е с 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, слу№ 145785 жащее для отсчета температуры потока по сопротивлению спирали, причем ток моста, регулируемый вручную или автоматически по балансу гальванометра, сравнивающего падение напряжения на нагретой электрическим 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 ATi = ATp (1 + а Л6), где ЛТо—

1 выбранный базисный перегрев нити, ар — температурный коэффициент сопротивления материала нити и спирали, а At — приращение температуры газового потока.

4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что, с целью обеспечения равенства постоянных времени тепловой инерции нагретой нити и ненагретой спирали при любых средних скоростях и температурах потока, что необходимо для правильного воспроизведения пульсации скорости последнего, отношение диаметра;проволоки, образующей спираль, к диаметру нити выбрано равным 1 + a> ATp, 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 сопротивлением

5. 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 выполнены регулируемыми, причем после балансировки цепей моста при известной температуре для приведения моста в рабочее состояние найденное исходное значение сопротивления, включенного последовательно с нитью, увеличивают в т раз, где m = 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 температуры потока по положению рычагов магазина сопротивлений, сопротивление

Рн цепи магазина при балансе моста выбрано пз условия Qp Ryy = 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 постоянной времени компенсирующей цепи усилителя, осуществляемой подмагничиванием компенсирующего дросселя усилителя током, пропорциональным току нити, в нем применен соответствующий нелиней1 1 ный элемент, поддерживающий соотношение М,,„= — == —,, где a — .

i коэффициент теплоотдачи нити, а / — ток нити. № 145785

Составитель А. И. Хохлов

Редактор Н. С. Кутафина Техред А. А. Камышникова Корректор Е. Л. Коган

Типография ЦБТИ, Москва, Петровка, 14.

Подп, к печ. 1 V-62 г, Формат бум. 70Х108 /)6

3ак. 4305 Тира>к 275

ЦБТИ Комитета по делам изобретений и открытий при

Москва. Центр, М Черкасский пер., Объем 0,52 изд. л.

Цена 4 коп.

Совете Министров СССР д 2/6.