УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области измерений параметров движения, предназначена для исследования движения жидких сред и может быть использована для измерения составляющих пульсаций вектора скорости потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидрологических исследований.
Известно устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости устанавливаемое по направлению движения носителя (авторское свидетельство №755699, опубл. 30.10.1980), содержащее магнитную систему, образованную постоянными магнитами, с чередующимися полюсами, выполненную в виде тела вращения обтекаемой формы установленного в металлическом корпусе. Зазоры магнитной системы заполнены диэлектриком и в них установлены измерительные электроды, подключенные к измерительному блоку. Измерительные электроды имеют стержневидную форму и установлены в зазорах магнитной системы. Магнитная система помещена в диэлектрический кожух, при этом торцевая поверхность измерительных электродов не защищена от контакта с электропроводной средой.
Следствием электрохимических процессов происходящих на открытых измерительных электродах является большое время выхода на рабочий режим после помещения датчика в воду. Для данного устройства оно составляет в диапазоне высоких частот (от 1 Гц и выше) - около 2-х часов, на инфранизких частотах (от 0,03 Гц и ниже) - около суток.
Наиболее близким по технической сущности, к заявляемым, является устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (патент РФ №2420743, опубл. 11.06.2011). По первому варианту выполнения, выбранному в качестве прототипа для первого варианта заявляемого устройства, датчик содержит установленную в металлическом корпусе магнитную систему с чередующимися полюсами, по крайней мере, с двумя зазорами в рабочих частях и дополнительным зазором между парами магнитов, а также, по крайней мере, два измерительных электрода, подключенных к измерительному электронному блоку. Измерительные электроды выполнены в виде пластин и расположены над поверхностью магнитной системы на изоляционных пластинах, при этом вся поверхность измерительных электродов покрыта диэлектриком.
По второму варианту изобретения, выбранному в качестве прототипа для второго варианта заявляемого устройства, датчик для измерения параметров турбулентного потока жидкости имеющий обтекаемую форму, содержит установленную в металлическом корпусе магнитную систему с одним зазором в рабочей части и, по крайней мере, два измерительных электрода, подключенных к измерительному электронному блоку. Измерительные электроды, выполнены в виде пластин и расположены на изоляционных пластинах над поверхностью магнитной системы, при этом вся поверхность измерительных электродов покрыта диэлектриком.
Недостатком устройства является его невысокая чувствительность, которая определяется значением индукции магнитного поля вблизи поверхности, которая существенно снижается из-за наличия зазора между магнитами в рабочих частях магнитной системы.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение чувствительности устройства.
Для достижения указанного технического результата, устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости содержит установленную в металлическом корпусе магнитную систему с чередующимися полюсами выполненную, по крайней мере, из четырех магнитов, попарно установленных вплотную друг к другу с зазором между парами и, по крайней мере, два измерительных электрода, подключенных к дифференциальному усилителю, причем измерительные электроды выполнены в виде пластин, расположенных над поверхностями пар магнитов магнитной системы на изоляционных пластинах, а вся поверхность измерительных электродов покрыта диэлектриком.
По второму варианту полезной модели, для достижения указанного технического результата устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости имеющее обтекаемую форму, содержит установленную в металлическом корпусе магнитную систему, в которой магниты, составляющие магнитную систему, установлены вплотную друг к другу и, по крайней мере, два измерительных электрода, подключенных к измерительному электронному блоку, причем измерительные электроды, выполнены в виде пластин, расположенных на изоляционных пластинах над поверхностью магнитной системы, а вся поверхность измерительных электродов покрыта диэлектриком.
Сущность полезной модели поясняется чертежами на которых изображены:
на фиг.1 - устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (вариант 1) осевое сечение;
на фиг.2 - устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (вариант 1) поперечное сечение;
на фиг.3 - устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (вариант 2) осевое сечение;
на фиг.4 - устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (вариант 2) поперечное сечение
На фиг.1, 2, 3, 4 обозначено:
1 - корпус;
2 - магнитная система;
3 - измерительные электроды;
4 - зазор;
5 - изоляционные пластины;
6 - диэлектрическое покрытие;
7 - измерительный электронный блок.
В первом варианте исполнения устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости (фиг.1, 2) содержит металлический корпус 1, в котором установлена магнитная система 2 с чередующимися полюсами. В данном примере, четыре магнита, образующих магнитную систему 2, установлены попарно вплотную друг к другу с зазором 4 между парами. Над поверхностями пар магнитов магнитной системы 2 на изоляционных пластинах 5 расположены два измерительных электрода 3, подключенных к измерительному электронному блоку 7. Измерительные электроды 3 выполнены в виде пластин, и вся их поверхность покрыта диэлектриком 6.
Для повышения механической прочности устройства, зазоры 4 магнитной системы 2 могут быть заполнены веществом, не обладающим ферромагнитными свойствами, например компаундом.
Измерительные электроды 3 выполнены из металла, не обладающего ферромагнитными свойствами, предпочтительно из меди.
Изоляционные пластины 5 выполнены, например, из стеклотекстолита.
В приведенном примере измерительный электронный блок 7 содержит дифференциальный усилитель, выходной сигнал которого, пропорциональный пульсации скорости турбулентного потока жидкости, измеряется, например, вольтметром.
Кроме того, измерительный блок 7 может быть дополнен аналого-цифровым преобразователем и интерфейсом связи, обеспечивающими преобразование и передачу сигналов в цифровом виде в устройство обработки информации, например ЭВМ, для последующей обработки и определения значений параметров турбулентного потока.
Устройство работает следующим образом.
Устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости устанавливается на подвижном носителе или на неподвижном, в потоке набегающей жидкости.
Наличие диэлектрического покрытия 6 на измерительных электродах 3, выполненных в виде пластин, исключает любые электрохимические воздействия на измерительные электроды 3 со стороны окружающей устройство жидкости.
Напряжение, снимаемое с электродов 3 относительно металлического корпуса 1 устройства, обусловлено взаимодействием набегающего потока жидкости с магнитным полем магнитной системы 2. Действительно, согласно закону электромагнитной индукции при взаимодействии потока электропроводной жидкости с магнитным полем образуется индуцированное электрическое поле, значение напряженности которого пропорционально скорости потока электропроводной жидкости. Индуцированное электрическое поле, воздействуя на заряженные ионы электропроводной жидкости, приводит к ионизации жидкости у диэлектрических поверхностей измерительных электродов 3, т.е. вызывает перераспределение зарядов между ними. Вследствие использования чередующихся полюсов магнитной системы 2, полярности измерительных электродов 3 противоположны по знаку, что позволяет, при их подключении к входам дифференциального усилителя измерительного электронного блока 7, на его выходе получить сигнал пропорциональный разности потенциалов измерительных электродов 3 и соответственно сигнал пропорциональный измеряемой скорости потока электропроводной жидкости.
Значение напряжения, снимаемого с электродов 3 пропорционально значениям магнитной индукции, действующей вблизи поверхности устройства и перпендикулярной к направлению магнитного поля составляющей скорости потока электропроводной жидкости, обтекающей поверхность устройства. Уменьшение ширины рабочего зазора (промежутка между магнитами) магнитной системы, при сохранении размеров магнитов и конфигурации датчика, снижает потери магнитной индукции и обеспечивает рост ее значения вблизи поверхности датчика, которое принимает максимальное значение при отсутствии зазора. Таким образом, достигается технический результат - повышение чувствительности устройства, поскольку напряжение, снимаемое с электродов 3 при отсутствии зазоров в рабочих частях магнитной системы 2, формируется максимально высоким значением магнитной индукции.
Устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости по второму варианту (фиг.3, 4) имеющее обтекаемую форму, содержит металлический корпус 1, в котором установлена магнитная система 2, образованная магнитами, установленными вплотную друг к другу. Над поверхностью магнитной системы 2 на изоляционных пластинах 5 расположены два измерительных электрода 3, подключенных к измерительному электронному блоку 7. Измерительные электроды 3 выполнены в виде пластин, и вся их поверхность покрыта диэлектриком 6.
Работа устройства осуществляется аналогично работе рассмотренного выше устройства. За исключением того, что противоположные по знаку потенциалы измерительных электродов 3 образуются не за счет чередующихся полюсов магнитной системы 2, а вследствие выполнения устройства обтекаемой формы и обязательной установки его в направлении набегающего потока. В результате чего обеспечивается осесимметричное обтекание, которое при не изменяющемся направлении магнитного поля, создает разнополярную ионизацию жидкости у диэлектрических поверхностей 6 измерительных электродов 3.
Технический результат при использовании данного устройства достигается аналогично устройству по первому варианту.
Таким образом, описанные устройства могут использоваться для измерения составляющих пульсаций вектора скорости потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидрологических исследований, с существенным увеличением чувствительности.
Представленные описание и чертеж позволяют реализовать устройство с использованием известных средств, что характеризует полезную модель как промышленно применимую.