ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области аэрометрических измерений, в частности, к установкам для поверки средств измерения скорости воздушного потока.
Известны различные устройства для аэрометрических измерений, основанные на использовании аэродинамических труб. Измерение скорости, давления и температуры в любой точке воздушного потока аэродинамической трубы является одним из важнейших видов измерений, выполняемых при аэродинамических исследованиях. Для измерения указанных параметров необходимо в определенной точке потока установить соответствующий прибор, например, анемометр, ПВД-приемники воздушного давления (полного и статического), термопару и др. При помощи ПВД по известному соотношению между полным и статическим давлением можно определять скорость потока. Измерение скорости потока по перепаду давления осуществляется, как правило, в трубах прямого действия. Такие трубы можно использовать и при градуировке приборов для измерения скорости воздушного потока путем сравнения показаний двух измерителей скорости, помещаемых в рабочую часть трубы. Один из таких измерителей скорости является образцовым (эталонным), а другой - поверяемым (градуируемым). (А.К. Мартынов. «Прикладная аэродинамика». Издательство «Машиностроение». Москва, 1972 г., с.88, 156).
Известны «Автоматизированная аэрометрическая установка для поверки шахтных анемометров» (сайт www.sirsensor.ru). которая представляет собой замкнутую аэродинамическую трубу с открытой рабочей частью и «Аэрометрическая установка для поверки анемометров» (сайт www.sirsensor.ru) принятая за прототип и представляющая собой малогабаритную аэродинамическую трубу прямого действия с закрытой рабочей частью. Такая установка - труба содержит входное устройство (коллектор), хонейкомб, форкамеру, сопло, рабочую часть, диффузор и вентилятор с приводом от электродвигателя. Принцип действия аэрометрической установки основан на создании воздушного потока, измерении его скорости с помощью образцового акустического анемометра и вычислении метрологических характеристик поверяемого анемометра, помещенного в воздушный поток.
К недостаткам известных установок следует отнести: малый диапазон создаваемых скоростей воздушного потока (до 20 м/сек), неравномерность структуры воздушного потока из-за размещения вентилятора на входе установок, ограниченные размеры испытываемых анемометров, а также невозможность поверки за один раз более чем одного измерителя скорости (анемометра).
Задачей и техническим результатом, решаемых полезной моделью, являются разработка измерительной аэродинамической установки с равномерным высокостабильным полем воздушного потока с диапазоном скоростей 0,1÷60 м/с, способной осуществлять поверку более чем одного измерителя скорости воздушного потока различных типоразмеров.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в измерительной аэродинамической установке, содержащей входное устройство (коллектор), хонейкомб, форкамеру с приемником полного давления, сопло, рабочую часть, диффузор, вентилятор с приводом от электродвигателя и поверяемые измерители скорости, форкамера выполнена длиной, превышающей в два раза ее высоту, причем на длине, равной 2/3 расстояния форкамеры от хонейкомба и в середине рабочей части установлены лючки с поверяемыми измерителями скорости; диффузор выполнен переменного сечения: квадратного, примыкающего к рабочей части и круглого, примыкающего к вентилятору, кроме этого на выходном патрубке вентилятора установлен второй диффузор безотрывного обтекания, на стенке рабочей части с шагом 1/4 от ее поперечного размера установлены в продольном направлении приемники статического давления.
На фиг.1 показан общий вид предлагаемой установки, на которой обозначены: 1 - входное устройство (коллектор), 2 - хонейкомб, 3 - форкамера, 4 - сопло, 5 - рабочая часть, 6 - диффузор, 7 - выходной диффузор, 8 - вентилятор с электроприводом, 9 - приемники статического давления, 10 - приемник полного давления, 11 - лючки.
На фиг.2 показана рабочая часть установки с размещенными на стенке приемниками статического давления.
Установка позволяет осуществлять передачу размера единицы скорости воздушного потока рабочим средствам измерения таким, как анемометры, приемники воздушного давления и т.д.
Форкамера 3 установки выполнена по длине, превышающей, более чем в два раза ее высоту, причем в форкамере на длине, равной 2/3 ее расстояния от хонейкомба 2, и в середине рабочей части 5 установлены лючки 11 с поверяемыми измерителями скорости. Диффузор 6 выполнен переменного сечения: квадратного, примыкающего к рабочей части и круглого - к вентилятору.
Для устранения пульсаций давления в воздушном потоке на выходном патрубке вентилятора 8 установлен второй диффузор безотрывного обтекания 7. Эта конструктивная особенность установки наряду с осуществлением в ней поджатия потока (отношение площадей форкамеры и рабочей части), равном 9-ти при минимально необходимом 8-ми, обеспечивает равномерность и стабильность поля воздушного потока.
Измерительная система установки осуществляет одновременные независимые измерения полного, статического давления и их разности. С этой целью на стенке форкамеры установлен приемник полного давления (фиг.1, поз.10), а в рабочей части установки с шагом 1/4 от ее поперечного размера h на стенке установлены в продольном направлении приемники статического давления (фиг.2, поз.9).
i
i
qi
qi
Скорость потока в установке рассчитывается по результатам измерений скоростного напора q; в различных точках поля воздушного потока по формуле: q=µ·ΔP где: µ - коэффициент поля по скоростному напору; ΔP - разность между полным и статическим давлением. Коэффициент поля определяется в процессе аттестации трубы с помощью эталонного комбинированного приемника полного и статического давления. Скорость потока в каждой точке поля вычисляют по формуле:
i
где: ρ.- плотность воздуха в рабочей части установки.
уст.
эт.
qi
При аттестации установки в рабочую часть с помощью лючка устанавливают эталонный комбинированный приемник полного и статического давления. На фиксированной скорости, равной 2/3 от верхнего предела (60 м/с), измеряют разность между полным и статическим давлениями ΔР, измеренными приемниками, которые установлены в рабочей части и форкамере установки, и ΔР, измеренную эталонным комбинированным приемником. Находят отношение  при различных положениях эталонного приемника относительно рабочей части установки (по горизонтали и вертикали). Так как один приемник полного давления находится в форкамере, а эталонный в рабочей части, то коэффициент поля µ учитывает их геометрическое расположение.
Для снижения погрешности определения скорости потока рабочий диапазон каналов измерения полного давления, статического и их разности разбит на два поддиапазона, для каждого и которых имеется свое уравнение измерений (нижний поддиапазон составляет - 1/3 общего диапазона). Этот прием позволил добиться погрешности определения давлений на уровне сотых долей Па, а погрешности определения скорости потока порядка сотых и даже тысячных долей м/с.
После того, как установка аттестована, на одном из лючков в рабочей части и/или в форкамере устанавливают несколько поверяемых средств измерения (измеритель скорости в виде приемника давления, анемометра).
Установка приводится в действие. Из меню на экране персонального компьютера выбирается программа сбора информации с каналов измерения: параметров потока, температуры, влажности и атмосферного давления. После сбора информации рассчитывают значение скорости потока в рабочей части и в форкамере установки. На табло преобразователя частоты напряжения питающего электродвигатель привода вентилятора набирается частота, соответствующая минимальной скорости потока в данном эксперименте. На каждой ступени скорости потока берут отсчеты с поверяемых измерителей скорости.
По результатам испытаний строят градуировочную характеристику показаний поверяемых измерителей скорости от скорости потока. Затем строят таблицу, в которой показывают разницу между показаниями поверяемого измерителя скорости и скорости потока установки, измеренной с помощью эталонного приемника.
Таким образом, предлагаемая установка, выполняя функции метрологического прибора, обеспечивает высокую степень равномерности и стабильности скорости воздушного потока по главным осям поперечных сечений рабочей части трубы и вдоль ее продольной оси. Кроме этого, появляется возможность отслеживать состояние метрологических характеристик каналов измерения полного давления, статического и их разности и, при необходимости, принимать решения о корректировке уравнений измерения этих каналов.
Предложенная измерительная аэродинамическая установка аттестована как «Эталон малых скоростей» (в диапазоне 0,1÷60 м/с) и зарегистрирована в Государственном реестре средств измерений.