PL212191B1 - Termoanemometr z dzielonym włóknem do pomiaru wektora prędkości - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroniczny termoanemometr z dzielonym włóknem do pomiaru wektora prędkości.

Znane są elektroniczne termoanemometry, przeznaczone do pomiaru prędkości przepływu gazów, w których elementem pomiarowym jest grzane włókno o temperaturze wyższej od temperatury badanego medium nagrzewane prądem elektrycznym z elektronicznego układu termoanemometrycznego.

Znane są elektroniczne termoanemometry przeznaczone do pomiaru składowych wektora prędkości przepływu cieczy i gazów, w których wykorzystuje się trzy termoanemometryczne grzane włókna o właściwościach kierunkowych zasilane z trzech układów termoanemometrycznych.

Znane są elektroniczne termoanemometry z dzielonym włóknem, przeznaczone do pomiaru prędkości przepływu gazów i detekcji zwrotu wektora prędkości, w których wykorzystuje się dzielone grzane włókno, zasilane z jednego układu termoanemometrycznego, w których prędkość przepływu gazu wyznaczana jest pośrednio poprzez pomiar strat cieplnych całego włókna, a do detekcji zwrotu wykorzystuje się znak różnicy napięć na obu częściach włókna Znana idea pomiaru wektora prędkości przepływu za pomocą termoanemometru z grzanym włóknem opiera się na fakcie, że sygnał napięciowy z czujnika zależy nie tylko od wartości prędkości medium, ale i od kierunku napływu. Wynika stąd, że mając dwa lub więcej włókien, zorientowanych każde inaczej względem przepływu, można wyznaczyć - w pewnym zakresie kątów - nie tylko wartość, ale i kierunek wektora prędkości.

Procedura wyliczania jest dość skomplikowana i wymaga znajomości charakterystyki przestrzennej włókna.

Stosuje się też metodę wyliczania wektora wprost (look-up-table) tylko na podstawie szczegółowego wzorcowania czujnika dla różnych kątów i prędkości. Jednakże, obie te metody nie pozwalają - bez dodatkowych informacji o przepływie - na jednoznaczne wyznaczenie kierunku wektora. Wynika to z niejednoznaczności charakterystyki przestrzennej czujnika.

Zgodnie z wynalazkiem elektroniczny termoanemometr z dzielonym włóknem do pomiaru wektora prędkości zawiera, co najmniej dwa dzielone włókna pomiarowe, każde zasilane z odrębnego elektronicznego układu termoanemometrycznego. Części każdego z włókien posiadają inną orientację przestrzenną. Z elementów pomiarowych wyprowadzone są sygnały napięciowe podłączone do elektronicznego układu akwizycji i przetwarzania danych. Wartości składowych wektora prędkości przepływu gazu wyznaczane są pośrednio poprzez pomiar strat cieplnych każdej części włókien, a do detekcji zwrotu składowych wykorzystuje się znak różnicy napięć na obu częściach włókien.

W rozwiązaniu według wynalazku każde z włókien jest inaczej zorientowane względem przepływu. Każde włókno składa się z dwóch niewspółliniowych części, zatem każda jego część jest również zorientowana inaczej.

Układ według wynalazku pozwala na pomiar wartości składowych wektora prędkości przepływu cieczy i gazów oraz określenie zwrotu tych składowych.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie elektroniczny termoanemometr z dzielonym włóknem do pomiaru wektora prędkości, a fig. 2 przedstawia rysunek sondy pomiarowej.

Elektroniczny termoanemometr z dzielonym włóknem do pomiaru wektora prędkości zbudowany jest z dwóch układów termoanemometrycznych a- i A?, które zasilają prądem Ji oraz I? dzielone grzane włókna Wi i W?, które umieszczone są w badanym przepływie o prędkości V. Każde z włókien jest podzielone na dwie części odpowiednio Wa_:, Wbi i Wa?, Wb?, które są niewspółliniowe, a więc różnie zorientowane względem wektora prędkości przepływu. Do elektronicznego układu akwizycji i przetwarzania danych C są podłączone górne zaciski włókien Wi i W?, na których napięcia wynoszą odpowiednio Ui i U2 oraz zaciski środkowe, na których napięcia wynoszą odpowiednio Uai i Ua?.

Wartość napięcia Ui zależy od wartości wektora prędkości i kąta napływu mniej więcej tak samo jak dla pojedynczego prostego włókna. Natomiast Uai zależy też od wartości wektora prędkości i kąta napływu, ale w sposób złożony. Znak różnicy Uag-Ubj zależy już tylko od zwrotu napływu, tj. czy gaz płynie w kierunku od WOi do Wb-, czy też przeciwnym (dokładniej mówiąc chodzi o znak składowej wektora prędkości leżącej w płaszczyźnie „złamanego” włókna). Aby zmierzyć tę różnicę wystarczy zmierzyć Ui oraz Uai, gdyż zachodzi: U_- = Ua_i + Ub_i, a stąd Δ^ = Ub_i-Ua_i = U_i-2Ua_i.

PL 212 191 B1

Zauważmy, że znając Ui i Uai znamy też Ubi, dlatego też wystarczy zmierzyć tylko te dwie wielkości. Wielkości Uai, Ubi są też uwzględnione w procedurze wzorcowania czujnika, jako wielkości pomocnicze do wyznaczania kierunku i wartości wektora.

Zgodnie z powyższym różnice napięć Δυι i Δυ2 na częściach włókien Wi i W2 wynoszą odpowiednio Δυ·ι = U - 2Ua-i oraz Δυ₂ = U₂ - 2Ua₂. W układzie C następuje wyznaczenie wartości mierzonych składowych przestrzennych Vx, Vy, Vz wektora prędkości przepływu gazu V na podstawie zmierzonych napięć U i Uai oraz U2 i Ua2 oraz zwrotu składowych wektora prędkości V na podstawie różnicy zmierzonych napięć na częściach włókien ΔUi i Δ^ oraz danych z wzorcowania czujnika w przepływie o znanych parametrach. Konieczność wzorcowania wynika z braku identyczności włókien, a więc z braku identyczności ich charakterystyk przestrzennych.

Claims (1)

1. Termoanemometr z dzielonym włóknem do pomiaru wektora prędkości, umieszczonym w przepływającym medium, znamienny tym, że zawiera, co najmniej dwa włókna pomiarowe (Wi) i (W₂) podzielone każde na dwie niewspółliniowe części, odpowiednio (Wa-, Wb-) i (Wa2, Wb). a każde włókno zasilane jest z odrębnego elektronicznego układu termoanemometrycznego (Ai) i (A2), przy czym górne i środkowe zaciski włókien pomiarowych podłączone są do elektronicznego układu (C) akwizycji i przetwarzania danych.