CS247693B1 - Způsob zjišťování směru proudění tekutiny a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob zjišťování směru proudění tekutiny spočívá v tom, že do tekutiny se umístí trubice s kanálkem vyústěným na jejím skoseném čele, uložená otočně kolem své podélné osy a tato trubice se účinkem proudící tekutiny uvádí do rotaoe kolem této osy, Čímž se uvnitř kanálku vyvodí periodické tlakové změny a z velikosti amplitudy anebo fáze těchto změn, převedených tlakovým snímačem na střídavý elektrický signál se zjišťuje směr proudění tekutiny. Zařízení k provádění způsobu sestává z trubice se skoseným čelem, jejíž kanálek, vyústěný na čele, je napojen na tlakový snímač. Trubice je uložena otočně kolem osy procházející ústím kanálku na čele trubice a je opatřena lopatkami. Způsob a zařízení jsou využitelné v aerodynamických laboratořích při leteckém výzkumu a při výzkumu a vývoji lopatkových strojů, při výzkumu aerodynamiky budov a automobilových karoserií

Description

Vynález se týká způsobu zjišťování směru proudění tekutiny v určitém místě invazivní piezometrickou cestou, to je způsobem založeným na tom, že do tekutiny je vkládáno ústrojí převádějící dynamické účinky proudící tekutiny na vyhodnocovaný tlakový signál, zpravidla v tlakovém snímači převáděny na signál elektrický.' Je to dnes nejběžnější metoda zpravidla realizovaná sondami využívajícími směrovou závislost údaje Pitotovy trubice. Sonda má zpravidla několik Pitotových trubic, například dvě, jde-li o zjiš tění směru proudění v určité rovině, nebo čtyři, jde-li o zjištění směru v prostoru, jejichž čela spolu svírají určitý úhel, nebo je provedena tak, že jde o těleso s vývrty ve stěnách, které vzájemně takový úhel svírají. Rozdíl mezi oběma alternativami není u dnešních praktických provedení velký, neboť při sestavení z několika Pitotových trubic jsou tyto zpravidla spolu spojeny pájením, takže také spolu vytvářejí vlastně určité těleso, kde jen namísto vyvrtaných dírek jsou využity původní kanálky trubek jež byly spolu spájeny, příkladem může být nejběžnější Conradova sonda z r. 1950 pro měření směru proudění v rovině, které byla podle původního návrhu, Conrad 0.: Gerate zur Liessung vonStromungsrichtungen, Archiv fůr Technisches Messen, 116 /2/, říjen 1950, provedena jako klínové tělísko se snímacími otvory vyvrtanými v šikmých stěnách klínu a trubičkami propojenými s tlakovými snímači. Ta je dnes zpravidla zhotovována ze dvou mosazných trubek spojených spolu pájením, jejichž čela s vyústěním kanálků jsou skosené spilovéna tak, že obě plochy čel spolu svírají úhel odpovídající původnímu vrcholovému úhlu klínu. Jinou sondou k měření směru proudění v rovině je sonda válcová, se dvěma vývrty v téže rovině myšleného řezu, vedeného kolmo k ose válcového tělíska. Pro prostorová měření jsou používány bud sondy kulové, s analogicky umístěnými čtyřmi vývrty odpovídajícími zmíněným dvěma výyrtům válcového tělíska, nebo sondy pyramidální, jejichž

- 2 247 693 čtyři vývrty ve stěnách jehlanovitého tělíska odpovídají dvěma vývrtům zmíněné klínové sondy Conradovy. Namísto jehlanovitého tělíska se také v tomto případě používá konstrukce ze spájených trubiček se skosené spilovanými čely. Tato skosené spilovanó čela se také do značné míry blíží jehlanu pyramidové sondy.

Měření takovými sondami se v zásadě provádí dvěma způsoby. Jeden z nich probíhá tak, že se vždy dvojice protilehlých otvorů nebo Pitotových trubic napojí na diferenční tlakový snímač, sloužící jako indikátor nulového tlakového rozdílu, načež se sondou otáčí až je vyhledána poloha, kdy je indikovaný rozdíl nulový. Potom se na úhloměru spojeném se sondou zjistí velikost jejího natočení a tím směr proudění tekutiny, nebol ve vyhledané poloze tento proudění právě půlí úhel, jež spolu svírají obě stěny klínu nebo protilehlé stěny pyramidy. Druhý způsob spočívá v tom, že sonda zůstává nehybná, měří se tlakový rozdíl mezi protilehlými otvory a z něj se usuzuje na velikost úhlového rozdílu mezi směrem proudění a směrem půlícím úhel obou stěn nebo čel trubic.

Základním problémem všech těchto sond je jejich poměrně znač ná pracnost a výrobní náročnost. Vzhledem k tomu, Že jde o invazivní metodu, kdy se vkládanou sondou vyšetřované proudění nevyhnutelně poněkud ovlivní, je nezbytné, aby celkové rozměry části sondy vkládané do vyšetřovaného proudění byly co nejmenší. Je-li snímacích otvorů více, znamená požadavek malé velikosti, že každá skosená ploška by měla mít rozměry řádově v' desetinách milimetru. Tak malé rozměry se jen s největším úsilím podaří zhotovit přesně. Zejména se žádá, aby vždy dvě protilehlé dvojice ústí trubic nebo stěn s vyvrtanými odběry byly co možná identické. To však lze prakticky jen těžko docílit s přijatelnými tolerancemi řádu procent celkového rozměru, což jsou potom tisíciny milimetru. Potíž přináší také vyvedení většího počtu, zpravidla čtyř, tlakových signálů u sondy kulové nebo pyramidové. Vývod provedený příliš malými kanálky vede k nepřijatelně špatným dynamickým vlastnostem sondy, kdy je nutné čekat na ustálení údaje tlakového snímače po doby řádu minut. Větší kanálky pak znamenají větší celkové rozměry a tedy deformaci původního vyšetřovaného rychlost ního pole. I když dnes jsou k dispozici již tlakové snímače, na- 3 247 893 příklad založené na principu deformace polovodičového přechodu PN, jejichž celkové rozměry jsou natolik malé, že by je bylo možné zamontovat přímo dovnitř sondy, nepřipadá to prakticky v úvahu, jestliže u směrové sondy by takové snímače měly být čtyři. Zpravidla se tedy vyvádí tlakové signály trubičkami a dynamické vlastnosti jsou právě tak ještě únosné pro stacionární měření, ale vylučují proměřování nestacionárních rychlostních polí. Nevýhodou mnohaotvořových sond je také to, že i v miniaturním provedení jsou jednotlivé otvory dosti daleko od sebe. Sonda má tedy poměrně malou rozlišovací schopnost a není použitelné v rychlostních polích se značnými příčnými gradienty rychlosti, například v trojrozměrných mezních vrstvách nebo úplavech o menší tlouštce, což jsou právě případy, které jsou z hlediska aerodynamiky zvlášť zaj ímavé.

Problém je řešen způsobem zjišťování směru proudění tekutiny, kde je do rychlostního pole vkládána sonda v podobě trubice s kanálkem vyústěným na skoseném čele trubice, podle vynálezu. Podstcrta vynálezu spočívá v tom, že jde o pouze jedinou trubici, uloženou otočně kolem její podélné osy a účinkem proudící tekuti\ 1 ny se tato trubice uvádí, do rotace kolem zmíněné osy, čímž se uvnitř kanálku vyvodí časově proměnné, periodické tlakové změny a směr proudění se pak zjišťuje na základě měřené velikosti amplitudy a/nebo fáze těchto změn, které se nejprve převedou na střídavé elektrické napětí a/nebo střídavý elektrický proud.

Tento způsob zjišťování směru proudění tekutiny je prováděn zařízením s trubicí se skoseným čelem, jejíž kanálek, vyústěný na čele, je napojen na tlakový snímač, podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že trubice je uložena otočně kolem osy procházející ústím kanálku na čele trubice a je opatřena lopatkami.

Namísto několika trubic se skosenými čely skloněnými v různých směrech je zde tedy pouze jediná taková trubice, která rotuje a nastavuje se tak postupně do těchto jednotlivých směrů. Odpadají tedy dosavadní extrémní výrobní komplikace se zhotovením co možná identických čel a odběrů, neboť zde otáčením téže trubice se dosahuje prakticky identity. Další výhodou je, že s pouze

- 4 247 893 jediným ústím je vlastní snímací část sondy podstatně, nejméně čtyřikrát menší oproti čtyřem paralelním trubkám. Sonda má tedy mnohem lepší rozlišovací schopnost, způsobuje mnohem menši ovlivnění vyšetřovaného proudění a lze ji použít v prouděních s mnohem většími příčnými gradienty rychlosti. Sonda je jednodušší pokud jde o výrobu ά také vývod signálu stopkou sondy, kdy se vyvádí pouze dva elektrické vodiče, případně jeden vodič, je-li druhý vývod tlakového snímače přímo ukostren, namísto čtyř hadiček, je jednodušší, výhodnější a umožňuje menší rozměry stopky sondy, což se zase příznivě odráží v menším ovlivnění vyšetřovaného pole. V zásadě se vystačí s jediným tlakovým snímačem, takže převod níková část sondy může být čtyřikrát levnější. Protože jediný snímač může být umístěn přímo uvnitř sondy, je kanálek vedoucí do něj potom krátký a sonda je použitelná i pro nestacionární měření rychlostí, jejichž prostorové rozložení se s Časem mění. Výhodné je, že výstupní elektrický signál má charakter střídavého proudu s měřenou amplitudou a/nebo fází, který se výhodně zesiluje v elektronických zesilovačích.

Vynález a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popise příkladu jeho provedení, podle připojených sedmi obrázků, kde jsou jednak znázorněny dva příklady praktického provedení zařízení pro provádění způsobu měření směru prouděni podle vynálezu, jednak diagramy vysvětlující způsob podle vynálezu.

Na obr. 1 je v podélném řezu znázorněna sonda určená k zjišíovánť směru proudění tím, že je natáčena, přičemž je sledován její výstupní signál tak dlouho, až je natočena právě do směru, který má v místě čela trubice sondy vektor rychlosti tekutiny. Tento směr je pak odečten na úhlomšrrtfch stupnicích, jimiž běžně bývá ústrojí pro natáčení sondy vybaveno. Obr. 2, v o něco větším měřítku, zachycuje detail konce nosné trubky, na který se navléká vlastní rotující trubice sondy. Obr. 3 ukazuje typický cejchovní diagram sond podle vynálezu, umožňující stanovit úhel náběhu sondy a tedy potřebný úhel natočení k dosaženi hledaného směru, z amplitudy výstupního střídavého napětí tlakového snímače.

Obr. 4 vysvětluje, co je zde míněno úhlem náběhu sondy. ,Na obr. 5 je v podélném řezů zachycena jiná sonda, určená k dokonalejšímu

- 5 247 693 postupu měření, kdy je možné určit nejen absolutní velikost úhlu néběhu, ale i orientaci lokálního směru rychlosti proudění. Pro doplnění je na obr. 6 příčný řez stopkou této sondy. Obr. 7 slouží k vysvětlení významu určované orientace směru rychlosti ve spojení s obr. 8, zachycujícím diagram časového průběhu výstupního napětí z tlakového snímače sondy.

V příkladu provedení sondy na obr. 1 je základní částí trubice 1, jejíž čelo 12 je skoseno pod úhlem /4, podobně jako u jedné z piezometrických trubic běžného provedení Conradovy sondy. Trubice 1 je však u sondy podle vynálezu pouze jediná. Na zadním konci je její kanálek 11 převrtán na větší průměr. Vývrt je navléknut na konec nosné trubky .2» ohnuté poměrně značným poloměrem o úhel τ' /2. Jak trubice 1, tak i nosná trubka 2 jsou zhotoveny z injekčních jehel, trubice 1 z jehly o vnějším průměru 1 mm, nosná trubka 2 ^z jehly o vnějším průměru 0,8 mm. Na nosné trubce 2 je navléknut a připájen opěrný kroužek 54 z bronzu. Vývrt v trubici 1 je zhotoven s takovým průměrem, aby se trubice 1 po nasazení na nosnou trubku 2 mohla volně a lehce na ní otáčet. Konec nosné trubky 2> sloužící k uložení navléknuté trubice 1 je opatřen odlehčovacími vybráními 51. podle obr. 2. Na opačný konec nosné trubky 2 je navléknuta a připájena pájkou 45 přechodka 45 z mosazi. Vysoustružená krátká válcová dutina na konci přechodky 45 má stejný vnitřní průměr jako je vnější průměr stopky 4. Do nakresleného konce stopky 4, vyvrtáním rozšířeného, je vložen piezotranzistor, sloužící jako tlakový snímač 2. Izolované elektrické vodiče, první vodič 2 a druhý vodič 50 přenášející výstupní signál tlakového snímače 2 jsou vedeny kanálkem ve stopce 4. Stopka 4 je uzemněna a slouží současně jako jejich elektrické stínění. Po nasazení tlakového snímače 2 dovnitř vývrtu konce stopky 4 je na tento konec nasazena přechodka 45 připevněná zalepením epoxydovou pryskyřicí. Konec trubice 1 opačný k čelu 12 je opatřen dvěma připájenými lopatkami 8 z mosazného tenkého plechu, které jsou po připájení tvarovány tak, že tekutina obtékající trubici 1 vyvozuje moment snažící se trubici 1 roztočit v naznačeném směru otáčení CO . Před nasazením trubice 1 na nosnou trubku 2 je mezi obě součástky naneseno mazivo.

- 6 247 693

Předpokládá se, že v místě, kde má týt vyšetřen směr proudění tekutiny je alespoň zhruba známa orientace proudění, která se během měření nemění do té míry, že by proudění střídalo zcela smysl svého pohybu. To jsou běžné podmínky, za nichž se provádí měření např. Conradovou nebo pyramidální sondou. Zde je tato podmínka kladena proto, že u popsané konstrukce by při změně orientace o úhel větší než Τ' /2 vzhledem k ose 14 docházelo ke svléknutí trubice 1 z konce nosné trubky £. pokud by taková situace nastávala, bylo by nutné se před touto eventualitou pojistit konstrukčními úpravami. Je to však zcela mimořádná eventualita a v naprosté většině případů bude tedy náporovým přetlakem proudící tekutiny trubice 1 pouze přitlačována proti opěrnému kroužku 54 a momentovou dvojicí působící na lopatky 8 roztočena. Mazivo mezi kontaktními plochami umožňuje poměrně lehké otáčení, na druhé straně svojí viskozitou klade odpor s rostoucími otáčkami a zabraňuje tak, aby rychlost otáčení narostla na velmi vysoké hodnoty. Kapilární povrchové napětí na rozhraních mezi mazivem, rozehřátým třecím teplem a okolní tekutinou zajišíuje také utěsnění dutiny kanálku 11. Odlehčovací vybrání 31 jednak zmenšují kontaktní plochu a snižují třecí moment maziva brzdící rotační pohyb, jednak umožňují, aby se vytvořil větší počét fázových rozhraní mezi mazivem, například olejem a plynem, například vzduchem, v němž se směr rychlosti proudění vyšetřuje. To pak umožní dokonalejší utěsnění i větších přetlaků. Prakticky se však při měření směru proudění ztěží vyskytnou v kanálku 11 natolik vysoké přetlaky,že by je neutěsnila jednoduchá vrstva maziva. Ostatně v situacích, kdy by se jednalo o měření v takové tekutině, že by použití maziva nebylo přijatelné, nebude malý únik štěrbinou mezi oběma součástkami nikdy tak velký, aby podstatně zhoršil funkci sondy podle vynálezu. V takových případech lze také utěsnění zajistit kroužkem z měkkého materiálu, například grafitu, vloženým mezi konec trubice 1 a opěrný kroužek 34.

Známou nevýhodou piezotranzistorů pro použití k přesným nšřením tlaku je jejich značná závislost na teplotě a samovolné změny výstupního napětí, takzvaný drift”, proto jsou poměrně málo používány, ač jinak nabízejí výhody skutečně minimálních rozměrů. Uvedené nevýhody se však právě neuplatní při použití v sondě po- 7 2^7 693 dle tohoto vynálezu. Zde je sledovanou složkou výstupního signálu právě jen střídavé napětí generované jako odezva na tlakové změny v kanálku 11, přičemž sonda je nastavována do polohy, kdy tato střídavá složka vymizí. Stejnosměrná složka výstupního napětí, která se mění např. s teplotou piezotranzistoru, zde není využívána a může být odfiltrována například průchodem signálu přes kondensátor nebo vazební transformátor. Výhodou přitom je, že střídavou složku, která je předmětem zájmu, lze mimořádně snadno elektronicky zpracovávat a zesilovat v tranzistorových zesilovacích stupních. Při určité rychlosti proudění tekutiny lze dokonce počítat s tím, že zpracovávaný střídavý signál má určitou jedinou frekvenci, danou pouze rychlostí rotace trubice 1. Signál pak může být filtrován úzkopásmovým filtrem tak, že se odstraní všechny ostatní frekvenční složky. Tím lze podstatně potlačit i vliv šumu, který také jinak patří k nepříjemným nevýhodám piezotranzistorů.

K vlastnímu zjišťování směru proudění tekutiny v určitém mís tě rychlostního pole se sonda podle obr. 1 upevňuje horním, na obr. 1 již nekresleným koncem stopky £ v držáku, umožňujícím natáčení podle dvou vzájemně· kolmých os, procházejících Čelem 12 trubice 1. Na obr. 1 je jedňou z těchto os vertikála v. Druhá, horizontála h, zde nemohla být znázorněna, neboť jde o přímku kol mou k rovině nákresny tohoto obrázku, tedy obr. 4. Držák je opatřen stupnicemi umožňujícími odečíst úhlovou velikost natočení. Pokud by osa 14, kolem níž trubice 1 rotuje, byla právě identická se směrem vektoru rychlosti, nedojde v průběhu otáčky trubice 1 k žádné změně aerodynamických poměrů, tlak snímaný tlakovým sní mačem 2 bude neměnný a protože konstantní složka je odfiltrována, bude na výstupu celého ústrojí indikován stav, odpovídající žádou čímu nastavení osy 14 do hledaného směru proudění. Obecně dojde nejspíše k situaci, jíž schematicky znázorňuje obr. 4· Bíle vyznačená šipka S udává polohu trubice 1 sondy. Jsou zde naznačeny obě osy otáčení držáku, horizontála h i vertikála v, neboť obrázek obr. 4 je v axonometrické projekci. V základní poloze sondy v držáku je osa 14 kolmá jak k horizontále h, tak k vertikále v, avšak nesouhlasí se směrem vektoru rychlosti w, který tentokrát svírá s osou 14 nenulový úhel náběhu «6. Zkušenosti se sondami,

247 693 jejichž trubice 1 mají skosená čela 12 ukazují, že u nich závislost totálního, tedy Pitotova tlaku na úhlu náběhu bývá v rozsahu do asi 15° prakticky lineární. V určitém okamžiku během rotace trubice 1 bude úhel sevřený rovinou čela 12 se směrem vektoru rychlosti w maximální a v tomto okamžiku bude také v kanálku 11 maximální přetlak oproti okolní proudící tekutině, takže také výstupní napětí tlakového snímače 2 dále zesílené předpokládanými zesilovacími stupni v přenosové cestě výstupního signálu bude maximální. Při dalším otáčení trubice 1 kolem osy 14 se měřený tlak bude zmenšovat. Nejmenší bude v poloze, kdy úhel svíraný rovinou čela 12 se směrem vektoru rychlosti w je minimální. Polovina rozdílu mezi výstupními napětími odpovídajícími těmto dvěma krajním polohám je amplituda výstupního napětí podle obr. 8. Obr.'5 ukazuje, jak v oblasti zmíněné prakticky lineární závislosti měřeného'tlaku na úhlu náběhu *6 je i závislost mezi úhlem náběhu 4/ a absolutní hodnotou amplitudy výstupního napětí | Ufc| lineární. Z takovéto charakteristiky sondy lze soudit na velikost potřebné změny nastavení. Může to být účelné například tehdy, víme-li při proudění majícím dvojrozměrný charakter, že například směr vektoru rychlosti w musí ležet v rovině procházející horizontálou h, jež je kolmá k vertikále v. Pak postačí natočit sondu kolem vertikály v o úhel vyplývající z charakteristiky obr. 5 aby byl dosažen žádoucí stav odpovídající nastavení osy 14 do hledaného směru proudění. Při obecně trojrozměrném charakteru proudění lze i bez této charakteristiky nalézt ^žádaný stav s indikovaným nulovým střídavým výstupním napětím = O zkusmým <í*cáčením sondy. Dráha přenosu tlakového signálu kanálkem 11 trúbice 1 a dutinou nosné trubky 2 k tlakovému snímači 2 je zde krátká a jde o dutiny s nepatrným objemem, takže při měření s plynem, například se vzduchem, se stlačitelnost tekutiny uvnitř těchto dutin uplatní jen nepatrným vlivem. Objemová změna způsobená deformačním pohybem na vstupu tlakového snímače 2 je vzhledem již k malým rozměrům jeho membrány také nepatrná a proto lze bezpečně říci, že na této dráze nedojde k nějakému zkreslení signálu, jež by mělo význam, a to tím spíše, že konstrukci sondy lze beze všeho volit tak, aby rychlost rotace trubice 1 a tedy frekvence tlakových změn byla jen nízká. Je však třeba říci, že i kdyby přesto přese všechno ke zkreslení mělo dojít, přesnost měření se nějak

- 9 247 693 podstatně neovlivní, nebol při měření jde právě jen o to zjistit, kdy je amplituda výstupního napětí nulová, respektive, uváží-li se vliv šumu, kdy je minimální. A tato minimální hodnota nemůže být ovlivněna třeba tím, že při teplotních změnách se změní převodní součinitel, odpovídající změně sklonu charakteristiky na obr. 5.

Obrázky obr. 5 a obr. 6 ukazují příklad jiného provedení son dy pro zjišťování směru proudění podle tohoto vynálezu, kdy se předpokládá funkce založená na složitějším zpracování výstupního elektrického signálu, přičemž sonda je v tomto případě během měření nehybná. Základní princip uspořádání se podstatně neliší. Také zde je základní částí trubice 1, jejíž čelo 12 je skoseno. Kanálkent 11 je pak veden generovaný střídavý tlakový signál k tla kovému snímači 2. Ten je zde pro ještě lepší potlačení zkreslení tlakového signálu umístěn ještě blížé k trubici 1 a sice v tělese 6 navazujícím přímo na zadní konec trubice 1, jež je na něm otočně uložena. Rotaci trubice 1 také zde vyvozuje účinek proudící tekutiny díky první lopatce 81 a druhé lopatce 80. protože při tomto způsobu funkce hraje důležitou roli rovnoměrnost rotačního pohybu trubice 1, není již trubice 1 v tomto případě jednoduše z injekční jehly, ale je zhotovena vysoustružením na hodinářském soustruhu a důkladně vyvážená. První lopatka 81 má na obr. 5 zřetelně větší délku než druhá lopatka 80 právě s ohledem na vyvážení šikmo skoseného čela 12. Ještě závažnější je, že s ohledem na požadavek malého a především rovnoměrného a neměnného odporu proti otáčení je trubice 1 uložena na valivých ložiskách. Jsou použita integrální valivá ložiska, zhotovená využitím komerčně dostupných safírových kuliček, dodávaných v přesných rozměrech již od velikosti 0,1 mm. Kuličky obíhají v drážkách vytvořených v trubici 1 bez klece. Odlišně je provedeno na obr. 5 levé ložisko, se dvěma řadami malých kuliček 16 a pravé ložisko s jedinou řadou větších kuliček 26. V levém ložisku běhají malé kuličky 16 po válcovém čepu 26 na konci tělesa 6, takže obě součástky, trubice 1 i těleso 6 zde mají možnost vzájemného axiálního pohybu. Pravé ložisko má v obou součástkách pro větší kuličky 26 žlábky, zajištující polohu i v axiálním směru. Žlábek v trubici 1 pro větší kuličky 26 je však při výrobě trubice 1 zhotoven jen ve své levé

247 893

I polovině takže při montáži lze trubici 1 přes řadu větších kuliček 26, usazených ve žlábku tělesa 6 a držených zde mazacím tukem, jehož vrstvou jeou obaleny, snadno převléknout. Podobně jsou při montáži drženy tukem malé kuličky 16 ve žlábcích trubice 1, které jsou přitom současně navléknuty na čep 36. Teprve po smontování je vytvořen přehyb 66 tenkého pravého konce trubice 1, zamezující již další axiální pohyby obou součástek. Přehyb 66 sice na své vnitřní straně nevytváří zcela dokonalou dráhu pro kuličky, ale to ani není třeba, většinou je trubice 1 aerodynamicky zatížena tak, že větší kuličky 26 pracují jako v ložisku s kosoúhlým stykem a opírají se jen o levou polovinu žlábku v trubici

1. Také zde mazivo v ložiskách svojí přítomností zabraňuje úniku přetlaku z kanálku 11. Avšak jako u již popsaného provedení malý únik ložiskem nepředstavuje žádnou podstatnou komplikaci a byl by beze všeho přijatelný. K tlakovému snímači £ vede z kanálku 11 trubice 1 spojovací vývrt £6 v tělese 6. Tlakový snímač 2 je i zde v podstatě křemíkový plenární tranzistor NPN, který mé přechod ewitor-báze mechanicky připojen k pružné membráně v čelní stěně. Do dutiny tělesa 6 je vkládán zprava, dutina je na konci uzavřena 'zátkou 2 připájenou měkkou pájkou. Pájka současně ukostřu je první vodič 2 ^z® dvou vývodů tlakového snímače 2, který je před zapájení svým odisolovaným koncem zasunutý do výřezu tělesa 6. Obdobným výřezem na protilehlé straně je vyveden druhý vývod 50 do dutiny stopkového vývrtu 45 ue stopce £, jak jej zachyceuje řez na obr. 6. Na rozdíl od válcové stopky 4 u provedení z obr. 1 mé zde stopka £ pro zvětšení tuhosti při zmenšeném aerodynamickém odporu a zmenšeném ovlivnění vyšetřovaného rychlostního pole plochý, kapkovitý” tvar. Druhý vodič 50 je ovšem opatřen izolační bužírkou 22» jej elektricky izoluje od stopky £. Ke zpracování elektrického signálu je použito zapojení, při němž je celé sonda i s ukostřeným prvním vodičem 2 uzemněna, takže kovová stopka £ funguje současně jako stínění. Na vnější straně trubice 1 je přilepeno drobné zrcátko £, na něž dopadá paprsek 900 světla svítivé diúdy, odrážený do fotodiody. K odražení paprsku 900 ovšem dojde vždy jen po krátký okamžik jednou za otáčloi trubice 1 při její rotaci kolem osy l£.

Na obr. 8 je zachycen v závislosti na čase t průběh napětí

- 11 247 693 fotodiody Ua a výstupního napětí Ub tlakového snímače 2. průběhy odpovídají poměrům na obr. 7, kde je stejně jako na obr. 4 šipkou S schematicky znázorněna poloha sondy s osou 14 odpovídající ose otáčení trubice 1 a vertikálou v procházející čelem 12^% trubice 1» Na rozdíl od situace z obr. 4, kdy vektor rychlosti w proudění tekutiny ležel v rovině určené osou A a vertikálou v, předpokládá se nyní obecný směr vektoru rychlosti w. V kanálku 11 trubice 1 bude v takovém obecném případě zjištěn během její rotace ve směru otáčení Λ) maximální tlak zase tehdy, když rovina čela 12 svírá se směrem vektoru rychlosti w maximální úhel náběhu <6 . Kdyby, tak jako v případě z obr. 4, ležel vektor rychlosti w ve vertikální rovině, bylo by toto maximum tlaku, jemuž odpovídá i maximum výstupního napětí Ub, zjištěno právě v poloze zachycené na obr. 5, kde je rovina čela 12 kolmá k rovině jsoucí osou 14 a vertikálou v. Na obr. 7 je však poloha bodu Z, jímž prochází vektor rychlosti w jiná, bod U leží mimo vertikální rovinu a maximum výstupního napětí Ub bude zjištěno až tehdy, když se trubice 1 natočí vzhledem k poloze z obr. 5 ve směru otáčení CO o úhel J£_. Zjištování úhlové polohy odrazem paprsku 900 od zrcátka 9 umožní polohu bodu Z stanovit. Napětí fotodiody Ua vykazuje, podle obr. 8, nízkou hodnotu po naprostou většinu doby trvání otáčky trubice 1 kolem osy A. Pro zajištění skutečně nízké hodnoty může být žádoucí natřít vnější povrch trubice 1 černým, světlo absorbujícím nátěrem všude mimo zrcátko £. Jen v okamžicích, kdy trubice 1 během své rotace právě zaujímá polohu z obr. 5 je registrován napěíový impuls způsobený dopadem světla do .fotodiody Doba mezi jednotlivými impulsy je perioda t_p podle obr. 8, o níž lze předpokládat, že vzhledem k zajištění rovnoměrnosti rotace valivým uložením je při vyšetřování stacionárního proudění neměnná. Lze ji tedy měřit několikrát a po statistickém zpracování ' výsledků lze periodu t_p stanovit se značnou přesností. Vzhledem k posunutí bodu Z nebude okamžik dosažení maxima výstupního napětí Ub souhlasit s okamžikem, kdy napětí fotodiody U_a vykazuje impuls, ale mezi oběma okamžiky je časové zpoždění ty , viz obr. 8. Také toto časové zpoždění Hf- lze při vyšetřování stacionárních proudění opakovaně měřit a lze tak dosáhnout značné přesnosti sta· tistickým vyloučením náhodných chyb. protože úhel y se má k úhlo· vé dráze celé otáčky 2^ jako časové zpoždění i*- k periodě t£,

- 12 Jb ^a jejího časového zpožlze úhel nalézt ze vztahu «ř= 2*rí— ^XP

Z naměřené amplitudy výstupního napětí dění ty tak lze jednoznačně určit směr, z něhož vektor rychlosti w směřuje do vyústění kanálku 11 na čele.12 trubice 1.

Předpokládá se využití zařízení podle tohoto vynálezu především v aerodynamických laboratořích, například při vyšetřování úplavů za obtékanými tělesy, jako je tomu v leteckém výzkumu, při výzkumu a vývoji lopatkových strojů, při výzkumu aerodynamiky budov, automobilových karoserií a podobně.

Claims (2)

1. Způsob zjišťování směru proudění tekutiny vyznačující se tím, že do tekutiny se umístí trubice s kanálkem vyústěným na jejím skoseném čele, uložená otočně kolem své podélné osy a tato trubice se účinkem proudící tekutiny uvádí do rotace kolem této osy, čímž se uvnitř kanálku vyvodí periodické tlakové změny a z velikosti amplitudy a/nebo fáze těchto změn, převedených tlakovým snímačem na střídavý elektrický signál se pak zjišťuje směr proudění tekutiny.

2. Zařízení k provádění způsobu podle bodu 1, sestávající z trubice se skoseným čelem, jejíž kanálek, vyústěný na čele, je napojen na tlakový snímač, vyznačující se tím, že trubice /1/ je uložena otočně kolem osy /14/ procházející ústím kanálku /11/ na čele trubice /1/ a je opatřena lopatkami /8/.