способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса
Классы МПК: | G01P5/16 с помощью трубок Пито |
Автор(ы): | Жестовский Ф.К. |
Патентообладатель(и): | Жестовский Феликс Кузьмич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-12-16 публикация патента:
27.01.2003 |
Изобретение относится к экспериментальной аэрогидромеханике, в частности к способам экспериментального исследования параметров потока жидкостей, и может быть использовано для измерения скорости движения судов, летательных и подводных аппаратов. Для измерений используется трубка Пито-Прандтля, корпус которой снабжен проницаемым мембранным кожухом со связующим, заполняющим поры мембраны по всей поверхности, за исключением зон, противолежащих приемным отверстиям, при этом толщина кожуха выбирается пропорциональной амплитуде и обратно пропорциональной частоте прогнозируемых пульсаций скорости потока жидкости. Техническим результатом является повышение точности измерений. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости, включающий торможение потока стенками приемных полостей комбинированного приемника и измерение одним дифференциальным датчиком разности давления полного напора жидкости и гидростатического давления с вычислением скорости потока по уравнению Бернулли, а другим - разности давления жидкости, заторможенной в двух приемных отверстиях профилированного носика, расположенных навстречу потоку в одной плоскости симметрично относительно отверстия полного напора, отличающийся тем, что до начала измерений наращивают по толщине проницаемым мембранным кожухом обвод корпуса приемника пропорционально амплитуде и обратно пропорционально частоте прогнозируемых пульсаций скорости потока жидкости и формируют этим кожухом безвихревое обтекание приемных полостей носика. 2. Комбинированный приемник скорости и угла скоса потока жидкости, содержащий цилиндрический корпус с профилированным носиком и приемными отверстиями полного и гидростатического давления и парой измерительных отверстий, расположенных в одной плоскости симметрично относительно приемного отверстия полного напора, два дифференциальных датчика давления, входные патрубки которых соединены с соответствующими приемными отверстиями, отличающийся тем, что корпус трубки снабжен проницаемым мембранным кожухом со связующим, заполняющим поры мембраны по всей поверхности, за исключением зон, противолежащих приемным отверстиям, при этом толщина кожуха выбирается пропорциональной амплитуде и обратно пропорциональной частоте прогнозируемых пульсаций скорости потока жидкости.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области экспериментальной аэрогидромеханики, в частности к способам экспериментального исследования параметров потока жидкостей, и может быть использовано для измерения скорости движения судов, летательных и подводных аппаратов. Известен способ определения скорости потока жидкости, протекающей в трубе, и сопутствующий ему способ определения расхода (см. ГОСТ 8.361-79 ГСИ "Расход жидкости и газа. Методика выполнения измерений по скорости в одной точке сечения трубы"). ГОСТ предусматривает использование приемников давления. Наиболее близким, выбранным за прототип, является общеизвестный в гидромеханике способ определения скорости потока жидкости, теоретически основанный на уравнении Бернулли (см. Патрашев А.Н., Кивако Л.А., Гожий С.И. "Прикладная гидромеханика". М., Воениздат, 1970 г., гл. 4, 5, стр. 92-98 и рис. 2.3). Способ включает торможение потока жидкости трубкой Пито, измерение датчиком полного давления Ро (полного напора) заторможенной жидкости, а также торможение потока внутренней стенкой пьезометрической трубки и измерение датчиком давления гидростатического давления (статического напора) Рст в потоке. Скорость потока определяют по уравнению Бернулли![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197740/2197740-2t.gif)
где
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197740/2197740-3t.gif)
k1 - поправочный коэффициент. Способ реализуется как простейшими устройствами (см., например, Авт. свидетельство 317903 и Информационный листок 760744 ВИМИ), так и специальными комбинированными приемниками скорости потока - ТРУБКАМИ ПИТО-ПРАНДТЛЯ (см. "Прикладная аэродинамика" под ред. Н.Ф. Краснова, М.. Высшая школа, 1974 г., стр.65-71 и рис. 2.1.35). Вторичные преобразователи давления заторможенной жидкости - регистраторы и вычислители - весьма разнообразны (см., например, Спектор С. А. Электрические измерения физических величин: Методы измерений. Л. , Энергоатомиздат, ЛО, 1987 г., 9.4, стр. 204, рис. 9.8) и обеспечивают высокую точность измерения давлений и линеаризацию зависимостей. Для определения разности давлений в схемах высокой точности используется дифференциальный датчик, а линеаризации подвергается его выходной сигнал, например в виде постоянного напряжения, амплитуда которого квадратично пропорциональна скорости потока жидкости или скорости движения судна (см. Судовые измерители скорости. Справочник. Л., Судостроение, 1978 г., А.А. Хребтов и др.). В последнем случае, для ЛАГов, измерению скорости часто сопутствует измерение угла скоса потока в горизонтальной плоскости (угла дрефа), учет которого повышает точность навигации. Подобная задача решается в авиации, (см. В. Г. Денисов "Навигационное оборудование летательных аппаратов"), а также в экспериментальной гидро-аэродинамике, где широко применяются 3- или 5-точечные шаровые зонды для определения угла скоса потока; в одной - для 3-точечного, и в двух взаимно перпендикулярных плоскостях для 5-точечного зонда, причем, в 3- или 5-точечном приемнике центральное отверстие также служит для измерения полного напора, а другие одна или две пары отверстий комбинированного приемника лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и расположены симметрично относительно центрального на передней полусфере зонда под углом, обычно равным 90 градусов (т.е. под углом 45o к оси центрального отверстия). Шаровое исполнение зонда обусловлено стремлением уменьшить базу измерения, технику калибровки зонда и достоверность интерпретации результатов. При наличии измеренного на стенке или в другой точке потока величины статического давления, 3- или 5-точечный зонд позволяет определить скорость и углы скоса потока, жидкости или газа. Учитывая сложность совмещения (при измерении скорости и углов скоса потока одним комбинированным датчиком), связанную с миниатюризацией таких приемников, и гидродинамические особенности обтекания державок чаще всего прибегают к раздельному измерению скорости потока и углов скоса, проводя эксперимент два раза с двумя типами комбинированных приемников. Первый раз проводят измерение скорости потока трубкой Пито-Прандтля, а затем зондом определяют углы скоса потока в интересующих экспериментатора точках потока. Рациональность такой методики подтверждена описанием инструмента, используемого для получения характеристик потоков, данных в публикациях многих авторов. Коэффициент пропорциональности k для ЛАГов и др. высокоточных трубок Пито-Прандтля и зондов определяется в процессе проведения калибровки и задается аттестатом на приемник скорости потока согласно требованиям ГОСТ 8.328-78. Основным недостатком способа-прототипа, реализуемого с помощью известных конструкций трубок Пито-Прандтля, является ограниченная точность измерения скорости потока. Так, обычно приведенная погрешность для начальных участков калибровочной кривой по скорости составляет 2
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197007/247.gif)
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197007/247.gif)
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197007/247.gif)
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197007/247.gif)
1. Оператор прокачивает водой измерительные напорные линии и вводит координатником 3 комбинированный приемник 5 в заданную программой испытаний начальную точку потока жидкости, движущейся за объектом 2. 2. По шкалам и лимбу 4 измеряют координаты начальной точки и данные заносят в Протокол испытаний. 3. Приемным отверстием II трубки Пито-Прандтля вырезают в потоке струйку тока, затормаживают струйку стенками отверстия II и приемной камеры, а давление торможения полного напора по напорной линии подается на первый входной патрубок дифференциального датчика 6 измерительного канала "Скорость", причем на второй входной патрубок датчика 6 подается давление торможения в полости 12, равное статическому давлению жидкости в исследуемой точке потока. Измеренная датчиком 6 разность давления полного напора и статического давления в точке потока преобразуется в напряжение, пропорциональное прогибу измерительной мембраны датчика 6, а затем, аналого-частотным преобразователем (АЧП) - в частоту. Последний сигнал подается на информационное табло индикатора 9 и, после окончания переходного процесса, заносится оператором в протокол испытаний. Аналогичным образом ведут измерения по каналу "Угол скоса
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197021/945.gif)
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197004/946.gif)
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197007/247.gif)
![способ измерения скорости и угла скоса потока жидкости и комбинированный приемник скорости и угла скоса, патент № 2197740](/images/patents/273/2197007/247.gif)
Класс G01P5/16 с помощью трубок Пито