Измеритель потока

Измеритель потока

Реферат

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения потоков жидкостей и газов с использованием микроэлектромеханических датчиков (МЭМС-датчиков).

Известны многочисленные измерители потоков газов и жидкостей, содержащие тела заданной формы, при обтекании которых измеряемым потоком возникают силы или моменты сил, по величине которых судят о величине потока [US №№3424001, 3817101, 4604906; ЕР №0445508; http://life-prog.ru/view_msinv.php?id=148].

Их недостатками являются наличие подвижных частей и сложность конструкции.

Известны также измерители потока, содержащие нагреватель-термодатчик или нагреватель и термодатчик (термодатчики) [US №№5243858, 7490512, 6527835; RU №№2509995, 2014127560].

К их недостаткам можно отнести ограниченные пределы измеряемых скоростей потоков.

К наиболее близким аналогам предлагаемого изобретения относятся измерители потока, содержащие датчики потока, встроенные в тела обтекания так, что нормали к поверхностям, в которые встроены датчики, имеют разные углы с направлением потока [патент US №7392710; заявка US №20060060001].

К недостаткам этих прототипов относится зависимость точности измерений от скорости потока в разных условиях, возникающая из-за нарушения ламинарности измеряемых потоков.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение пределов и точности измерения потоков.

Указанная задача решается тем, что предлагаемый измеритель потока содержит тело обтекания переменного сечения, имеющее форму, обеспечивающую ламинарность обтекающего его потока, содержит один или несколько датчиков потока, встроенных в поверхность обтекания, содержит средство управления датчиком (или датчиками) и средства съема информации с них, а тело обтекания с датчиком (или датчиками) потока выполнено с возможностью задания его положения относительно измеряемого потока. Для исключения возникновения локальных нарушений ламинарности потока в области датчика предлагается его чувствительную поверхность устанавливать заподлицо с поверхностью тела обтекания.

Переменность сечения тела обтекания обеспечивает различие скоростей потока в разных приповерхностных областях тела обтекания, а обтекаемость исключает возникновение турбулентностей, в том числе регулярных и нерегулярных колебаний давления, скоростей и направления потока в пограничном слое, отрыва потока. Увеличение скорости потока в области максимального сечения тела обтекания позволяет, при установке даже единственного датчика на поверхности в области границы этого сечения, увеличить пределы измерения потока.

Два или более датчиков потока могут быть установлены в разных точках поверхности обтекания, разнесенных вдоль потока, или установлены на поверхности тела обтекания вдоль границы его поперечного сечения или нескольких поперечных сечений.

Теоретически рассчитанные или экспериментально определенные зависимости скоростей в пограничном слое от скорости измеряемого потока позволяют сопоставлять данные от разных датчиков, установленных вдоль потока на поверхности тела обтекания. Если, например, при установке датчиков вдоль потока на плоской поверхности разница их показаний должна быть нулевой, то в случае тела переменного сечения разница в показаниях зависит как от скорости потока, так и от формы тела обтекания, поэтому показания дополнительных датчиков дают дополнительные независимые уравнения для вычисления скорости потока. При этом возникает возможность корректировки показаний отдельных датчиков и возможность получения дополнительных данных о потоке. Например, могут быть снижены требования к стабилизации температуры нагревателей при использовании термодатчиков.

В варианте, при котором тело обтекания имеет каплевидную форму, а датчики расположены по несколько на разных его образующих, данные с датчиков позволяют определить направление потока относительно оси тела в пределах углов, при которых сохраняется ламинарность обтекания.

В варианте, при котором тело обтекания имеет либо выпукло-выпуклую, либо выпукло-плоскую, либо выпукло-вогнутую форму крыла, а датчики расположены на его поверхности в областях с разным поперечным сечением, сигналы с датчиков также несут дополнительную информацию о потоке, позволяя повысить точность измерений и ослабить требования к датчикам. Установка датчика, или нескольких датчиков потока в разных разнесенных вдоль потока точках, на выпуклой поверхности выпукло-плоского крыла и по крайней мере одного датчика потока на его плоской поверхности упрощает, кроме того, интерпретацию данных.

В предлагаемом устройстве могут быть использованы в качестве датчиков потока термодатчики, действие которых основано на регистрации теплоотвода или теплопереноса.

На фигуре схематически изображен предлагаемый измеритель потока в разрезе в варианте с четырьмя датчиками потока на поверхности тела обтекания в форме крыла. Цифрами обозначены:

1 - тело обтекания в варианте выпукло-плоского крыла;

2 - датчики потока.

Примером конкретного исполнения может служить измеритель потока, тело обтекания которого имеет форму выпукло-плоского крыла протяженностью 5 см вдоль направления измеряемого потока и максимальную ширину сечения 5 мм со встроенными в его поверхность заподлицо датчиками потока в интегральном исполнении по патенту RU №2509995 с линейными размерами в пределах 1 мм в лобовой части выпуклой поверхности, в точке максимального сечения и на расстоянии 1 см от хвостовой части выпуклой поверхности, а также одного датчика на плоской поверхности крыла.

Преимуществом предложенного измерителя потока является повышенная точность измерений.

1. Измеритель потока, содержащий тело обтекания, датчик потока и средства управления и съема информации, отличающийся тем, что тело обтекания выполнено с переменным сечением в форме, обеспечивающей ламинарность потока и с возможностью задания его положения относительно измеряемого потока, а один или несколько датчиков потока установлены на поверхности тела обтекания заподлицо с ней.

2. Измеритель потока по п. 1, отличающийся тем, что два или более датчиков потока установлены в разных точках поверхности обтекания, разнесенных вдоль потока.

3. Измеритель потока по п. 1, отличающийся тем, что тело обтекания имеет каплевидную форму в виде фигуры вращения.

4. Измеритель потока по п. 3, отличающийся тем, что два или более датчиков потока установлены на поверхности тела обтекания вдоль границы его поперечного сечения или нескольких поперечных сечений.

5. Измеритель потока по п. 3, отличающийся тем, что два или более датчиков потока установлены на поверхности тела обтекания вдоль разных его образующих.

6. Измеритель потока по п. 1, отличающийся тем, что тело обтекания имеет либо выпукло-выпуклую, либо выпукло-плоскую, либо выпукло-вогнутую форму крыла и один или несколько датчиков потока установлены на поверхностях крыла.

7. Измеритель потока по п. 1, отличающийся тем, что тело обтекания имеет выпукло-плоскую форму крыла, один или несколько датчиков потока установлены на выпуклой поверхности крыла и по крайней мере один датчик потока установлен на плоской поверхности крыла.

8. Измеритель потока по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что в качестве датчика (датчиков) потока использован термодатчик (термодатчики).