PL210554B1 - Sposób i urządzenie do bezwzględnego pomiaru małych prędkości - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do bezwzględnego pomiaru małych prędkości przepływu medium. Znany jest sposób bezwzględnego pomiaru małych prędkości przepływu za pomocą anemometru z falą cieplną. W znanym sposobie postępowania mierzy się przesunięcie fazowe

ΔΦ sinusoidalnego sygnału temperaturowego o zadanej częstotliwości f generowanego w płynącym medium, na znanej drodze Δχ. Z teorii wiadomo, że

ΔΦ = 2nfkx/v gdzie v jest prędkością medium. Sygnał temperaturowy mierzy się termometrem rezystancyjnym o małej bezwładności cieplnej wykonanym zwykle z włókna platynowego lub wolframowego o średnicy 1 do 5 nm. Termometr ten przesuwa się wzdłuż linii prądu z miejsca x₀, w którym mierzy się fazę Φ₀ do miejsca x₀ + Δχ, w którym faza wynosi Φ₀ + ΔΦ, lub dysponuje się sondą zawierającą dwa termometry rezystancyjne odległe o Δx i w tym przypadku mierzy się bezpośrednio ΔΦ. Znając częstotliwość f, przesunięcie fazowe ΔΦ oraz odległość Δx wyznacza się prędkość przepływu v wzorem v = 2nf Δ^ΔΦ

Rozwiązanie to, aczkolwiek proste, jest kłopotliwe w użyciu ze względu na konieczność przesuwania termometru i dokładnego pomiaru przesunięcia oraz używania dokładnego fazomierza. Z drugiej strony brak innej metody pomiaru bezwzględnego uniemożliwia pełną weryfikację metody fal cieplnych.

Zgodnie z wynalazkiem sposób bezwzględnego pomiaru małych prędkości przepływu medium przy pomocy anemometru polega na tym, że wprawia się włókno grzanej sondy anemometrycznej w ruch harmoniczny o znanej częstotliwości i zadanej amplitudzie prostopadłe do prędkości medium, w płaszczyźnie wyznaczonej przez drgające włókno, równoległej do wektora tej prędkości, przy czym reguluje się amplitudę chwilowej prędkości włókna sondy V_o, przez zmianę amplitudy drgań a lub zmianę częstotliwości f, aż pojawi się w okresie pojedyncze minimum w napięciu zasilania włókna oznaczające, że V=V₀.

Urządzenie do bezwzględnego pomiaru małych prędkości przepływu medium przy pomocy anemometru zawiera sondę z jedną cewką połączoną z generatorem oraz z inną cewką, której sygnał podawany jest na wejście dwukanałowego oscyloskopu. Drugie wejście oscyloskopu połączone jest z wyjściem anemometru stałorezystancyjnego lub stałoprądowego zasilającego sondę.

Wynalazek jest dokładniej opisany na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku, na którym przedstawiony jest schemat blokowy anemometru łącznie ze szkicem geometrii sondy.

Sonda 1 wprawiana jest w ruch harmoniczny przez cewkę 2 zasilaną napięciem regulowanym o częstotliwości nastawianej f z generatora 4 równolegle do wektora prędkości. Cewka 3 kontroluje amplitudę a drgań i z niej sygnał podawany jest na wejście dwukanałowego oscyloskopu 5. Napięcie wyjściowe U(Vw(t)) z anemometru stałorezystancyjnego 6 jest kierowane na drugie wejście oscyloskopu.

Położenie grzanego włókna w nieruchomym układzie współrzędnych (x,y) jest opisane zależnością x(t)=asin(2nft), gdzie a oznacza amplitudę drgań, a f ich częstotliwość.

Napięcie uzyskiwane z anemometru jest monotoniczną funkcją modułu prędkości przepływu co oznacza, że minimum napięcia z układu anemometrycznego uzyskuje się dla prędkości opływu włókna równej zeru.

Prędkość chwilowa v(t) grzanego włókna względem nieruchomego układu współrzędnych (x,y) wynosi v( t )=2nffacos(2nft)=V_ocos(2nft) gdzie v_o=2nfa.

jest amplitudą prędkości włókna.

Drgający z prędkością v(t) grzany drut umieszczony jest w medium płynącym z prędkością v opływany z prędkością vw(t):

V_w(t)=V-Vocos(2nft).

PL 210 554 B1

Napięcie wyjściowe U(vw(t)) przyjmuje wartość minimalną gdy vw(t)=O czyli gdy V=Vo, a cos(2nft)= 1 co oznacza, że ΔΦ = 0 +2kn. Włókno sondy znajduje się wówczas w maksymalnym wychyleniu od położenia zerowego. Dla innej fazy ΔΦ wystąpią dwa minima i między nimi lokalne maksimum w miejscach, gdzie V-Vo cos(2nft + ΔΦ = O. W zależności od wzajemnej relacji, jaka zachodzi między V i Vo otrzymuje się różną liczbę ekstremów prędkości opływu w okresie i tym samym różną liczbę ekstremów napięcia zasilania włókna. W przypadku gdy wystąpi jedno minimum w okresie, oznacza to, że V=Vo i tym samym v=2nfa.

Claims (2)

1. Sposób bezwzględnego pomiaru małych prędkości przepływu medium przy pomocy anemometru, znamienny tym, że wprawia się włókno grzanej sondy anemometrycznej w ruch harmoniczny o znanej częstotliwości (f) i zadanej amplitudzie (a) prostopadłe do prędkości medium, w płaszczyźnie wyznaczonej przez drgające włókno, równoległej do wektora tej prędkości, przy czym reguluje się amplitudę chwilowej prędkości włókna sondy Vo, przez zmianę amplitudy drgań (a) lub zmianę częstotliwości (f), aż pojawi się w okresie pojedyncze minimum w napięciu zasilania włókna oznaczające, że V=Vo.

2. Urządzenie do bezwzględnego pomiaru małych prędkości przepływu medium przy pomocy anemometru, znamienne tym, że zawiera sondę (1) z cewką (2) połączoną z generatorem (4) oraz z inna cewką (3), której sygnał podawany jest na wejście dwukanałowego oscyloskopu (5), przy czym drugie wejście oscyloskopu połączone jest z wyjściem anemometru stałorezystancyjnego (6) lub stałoprądowego zasilającego sondę (1).