УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ И/ИЛИ ЖИДКИХ СРЕД

Устройство для измерения скорости и направления движения газообразных и / или жидких сред.
попезна
Настоящая V , относится к области измерительной техники и может быть использован5 для измерения скорости и направления потоков газа или жидкости.
Известны устройства для измерения скорости и направления потока воздуха или воды, содержащие вертушку и флюгарку (руль), как, например, в автоматической радиометеорологической станции М-107 или вертушка морского типа ВММ ( 1 ).
В этих устройствах вертушка является датчиком скорости потока, о которой судят по скорости вращения вертушки, а флюгарка разворачивает всё усфойство навстречу потоку и по углу разворота судят о направлении потока. Недостатками данных устройств являются большие габариты, вес, недостаточная надёжность и точность измерения. Недостатки обусловленны механическими принципами выполнения.
Известны также устройства для измерения скорости потоков без движушихся частей, построенные на принципе взаимодействия нагретого чувствительного элемента с потоком. О скорости потока судят по степени остывания чувствительного элемента при омывании потоком. Такие устройства относятся к классу термоанемометров ( 2-5 ). Термоанемометры выгодно отличаются от вышеуказанных устройств: они миниатюрны, более точны и долговечны, обладают широким диапазоном измеряемых скоростей, имеют, как правило, круговую диаграмму направленности.
МПК 6: GOIP 5/01,5/10,5/12,13/02.
-2Однако, известные термоанемометры определяют только скорость
потока и не служат для определения его направления. Поэтому наиболее близким аналогом по отношению к заявляемому решению является вышеназванный прибор - морская вертушка ВММ ( 1, с.214-215 ), содержаший приспособление для измерения направления движения и приспособление для измерения скорости со схемами измерения и индикации.
Задачей настояшего решения является создание малогабаритного устройства термоанемометрического принципа действия, которое позволяет определять скорость и направление потока газообразных и жидких сред, а техническим результатом - повышение надёжности и точности измерения.
Сушностью заявляемого решения является то, что устройство выполнено 11реимущес1венно из чрёх 1ермоанемометрических датчиков, каждый из которых соединён со своим усилителем ЭДС, соединённым, в свою очередь, с вычислительным блоком.
Заявляемое устройство иллюстрируется фиг. 1,2. На фиг. 1 представлено взаимное расположение датчиков и функциональная схема термоанемометра, на фиг.2 - графики зависимости гермоЭДС от направления потока.
На примере реализации устройства цифрами обозначено: 1,2.3 - датчики ( термоанемометрические элементы ), 4 - поток среды, направление 0,5- поток, воздействуюший на датчики под углом 120 , 6,7,8, - усилители термоЭДС, 9 - блок вычисления среднего значения и отк.гтонения от среднего значения, 10 - блок памяти направления по дан-3ным пйвоначальной раскалибровки и дешифратор, 11 - блок линеаризации
скорости потока, 12 - блок индикации направления потока, 13 - блок индикации скорости потока, 14 - график экспериментальной зависимости термоЭДС датчика 1 от направления потока, 15,16 - то же для датчиков 2,3, соответственно.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Устройство выполнено из трёх термоанемоме1рических датчиков 1,2,3, расположенных под углом 120 относительно центра конструкции. Каждый из датчиков, как правило, обладает круговой диаграммой, но, находясь в составе комплексного датчика, диаграмма каждого искажается благодаря затенению другими датчиками и действию их теплового гголя. Величина термоЭДС в зависимости от направления потока будет уже НС од 1КаКОБа, как ЭТО было бы ДЛЯ ОДИНОЧНОГО . графики этой зависимости представлены на фиг. 2.
Рассматривая случай направления потока, обозначенного цифрой 4 под углом 0° видим, что датчик 1 частично загорожен от потока датчиками 2,3, и условия для охлаждения его хуже, чем двух других. Сказывается также воздействие тепловых потоков (хвостов) от датчиков 2,3. Таким образом, в этом случае датчик 1 будет горячее, чем 2,3, и термоЭДС его будет наибольшим. ТермоЭДС датчиков 2,3 одинакова и значительно менее, чем датчика 1 ( точки 15.1 и 16.1 ).
Если поток изменит своё направление на  займёт положение 5, то в позиции, аналогичной датчику 1 при О окажется датчик 2. На
-4графике это будет соответствовать точке 15.2.
Рассматривая график фиг.2, видим, что по значению термоЭДС датчиков можно однозначно определить угол направления потока. Например, направлению 0° будут соответствовать цифры -8,24; -8,24; +16,49. Эти цифры определяют отклонение величины термоЭДС датчиков от среднего значения в %. При изменении направления потока на 10°эти цифры будут иметь значения -7,2; -9,2; +15,97 (точки 15.3,16.3,14.3 ).
Таким образом, соотношение термоЭДС для любого направления определяются однозначно. Из графика фиг.2 видим, что, несмотря на умышленное искажение диафаммы направленности каждого датчика, благодаря чему и получена возможность определять направление потока, диаграмма направленности совокупности датчиков весьма близка к круговой, т.к. при любом направлении потока усреднённое значение термоЭДС близко к величине 1940 мкВ. Это значение и следует принять за меру скорости потока ( в эксперименте это - скорость, равная 2 м/с ).
Выход датчиков 1,2,3 поступает на вход усилителей 6,7,8, с которых сигналы поступают в блок 9 для определения среднего значения и отклонения в % каждого канала от среднего значения. Дранные У,У,У, поступают в блок памяти 10 и дешифруются, далее поступают на цифровой блок индикации направления потока 12. Вычисленное среднее значение поступает также на блок линеаризации скорости потока 11 и далее на цифровой блок (табло) скорости потока 13.
Следует отметить, что число датчиков в заявляемом устройстве может быть отличным от трёх и от угла их размещения 120 однако.
суть остаётся одна: комплексный датчик потока формируется из отдельных датчиков, взаимовлияющих друг на друга, что приводит к искажению диаграмм направленности каждого датчика, но одновременно к формированию круговой диаграммы совокупного датчика.
Заявляемое решение позволило сконструировать устройство со следующими техническими данными:
-диапазон измеряемой скорости воздущного потока - от 0,1 до 20 м/с;
-погрешность измерения скорости - не более 5%;
-диаграмма направленности - круговая;
-погрещнность определения направления потка - не более ±5;
-диаметр головки комплексного датчика - 2,0 мм;
-количество отдельных датчиков в головке - 3, расположенных под углом 120
Источники информации:
1.А.Б. Рейфер, М.И. Алексеенко и др. Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам. Гидрометеоиздат, Ленинград, , с. 214-215, 297-300.
2.Темнов P.M. и др. Датчик скорости потока. Заявка на изобретение NQ 2331507 /18-10, рещение о выдаче свидетельства СССР от 22.04.77, МПК2С01Р5/12.
3.Патент Польши № 56523, кл. 420, 1973.
4.Патент Японии №48-32152, кл. 111А131, 1973.
5.Авторское свидетельство СССР № 1556340, GO IP 5/12, 1986.