RU2060503C1 - Method for measuring gas current velocity - Google Patents
Method for measuring gas current velocity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2060503C1 RU2060503C1 SU5039976A RU2060503C1 RU 2060503 C1 RU2060503 C1 RU 2060503C1 SU 5039976 A SU5039976 A SU 5039976A RU 2060503 C1 RU2060503 C1 RU 2060503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- velocity
- speed
- signal
- points
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении при создании измерителей истинной скорости для авиации, а также в метеорологии. The invention relates to measuring equipment and can be used in instrumentation when creating true speed meters for aviation, as well as in meteorology.
Известен эффект возникновения подъемной силы при вращении кругового цилиндра в поперечном потоке жидкости или газа, так называемый эффект Магнуса. Этот эффект нашел достаточно широкое применение в измерительной технике. The known effect of the occurrence of lifting force during the rotation of a circular cylinder in a transverse flow of liquid or gas, the so-called Magnus effect. This effect has been widely used in measurement technology.
Известно устройство [1] для измерения скорости потока, в котором подъемная сила, возникающая на каждом из двух вращающихся цилиндров, установленных на поворотной раме, преобразуется в крутящий момент и воспринимается упругим элементом, жестко связанным с поворотной рамой и корпусом измерителя. По величине углового отклонения рамы от первоначального положения судят о величине измеряемой скорости. A device [1] is known for measuring the flow velocity, in which the lifting force arising on each of the two rotating cylinders mounted on the rotary frame is converted into torque and is perceived by an elastic element rigidly connected to the rotary frame and the meter body. The magnitude of the angular deviation of the frame from the initial position is judged on the value of the measured speed.
Известное устройство обладает рядом недостатков. Во-первых, наличие упругого элемента, обладающего недостатками, свойственными всем упругим элементам в принципе, снижает точность измерения скорости потока с целом. Во-вторых, рама, на которой расположены вращающиеся цилиндры, должна быть обязательно поворотной, это усложняет конструкцию и соответственно снижает надежность. В-третьих, известное утсройство при установке на летательный аппарат (ЛА) измеряет приборную скорость, параметр важный для пилотирования. Но на борту ЛА необходимо иметь измеритель и истинной скорости, показания которого нужны для воздушной навигации, прицеливании при стрельбе и бомбометании и некоторых других задач. The known device has several disadvantages. Firstly, the presence of an elastic element having the disadvantages inherent in all elastic elements in principle reduces the accuracy of measuring the flow rate as a whole. Secondly, the frame on which the rotating cylinders are located must necessarily be rotatable, this complicates the design and, accordingly, reduces reliability. Thirdly, the known device when installed on an aircraft (LA) measures the airspeed, an important parameter for piloting. But it is necessary to have a true speed meter on board the aircraft, the readings of which are needed for air navigation, aiming during shooting and bombing, and some other tasks.
Наиболее близким по технической сущности и совпадающий по основному признаку с заявленным изобретением является расходомер, основанный на эффекте Магнуса [2] В измерительной камере расходомера перпендикулярно ее продольной оси расположен горизонтальный цилиндр, вращаемый с постоянной угловой скоростью. Поток жидкости (газа) обтекает цилиндр по двум зазорам между цилиндром и стенками камеры, давление в которых оказывается разным. Величина разности давлений, измеряемая в диаметрально-противолежащих точках поперечного сечения камеры, прямо пропорциональна массовому расходу, т. е. величина абсолютной погрешности во всем диапазоне измерения одинакова. The closest in technical essence and coinciding in principle with the claimed invention is a flowmeter based on the Magnus effect [2] In the measuring chamber of the flowmeter, a horizontal cylinder is rotated at a constant angular velocity perpendicular to its longitudinal axis. The flow of liquid (gas) flows around the cylinder in two gaps between the cylinder and the walls of the chamber, the pressure in which is different. The magnitude of the pressure difference, measured at diametrically opposite points of the cross section of the chamber, is directly proportional to the mass flow rate, i.e., the magnitude of the absolute error is the same in the entire measurement range.
Цель изобретения повышение точности измерения скорости. The purpose of the invention to improve the accuracy of speed measurement.
Цель достигается тем, что при обтекании кругового цилиндра, вращаемого вокруг его продольной оси, радиус цилиндра и минимальную скорость его вращения выбирают из условия, при котором циркуляция скорости не превышает величины 4πRV∞ min, на поверхности цилиндра размещают чувствительный к скорости потока элемент, по сигналу с чувствительного элемента последовательно регистрируют две критические точки на поверхности цилиндра, в которых местная скорость равна нулю, поддерживают постоянный угол между этими точками путем регулирования скорости вращения цилиндра, а по величине скорости вращения цилиндра судят о скорости газового потока.The goal is achieved by the fact that when flowing around a circular cylinder rotating around its longitudinal axis, the radius of the cylinder and its minimum rotation speed are chosen from the condition that the velocity circulation does not exceed 4πRV ∞ min , an element sensitive to the flow velocity is placed on the surface of the cylinder, according to the signal two critical points on the surface of the cylinder, at which the local speed is zero, are sequentially recorded from the sensor element, and a constant angle between these points is maintained by adjusting soon ti rotation of the cylinder, and the largest of the cylinder rotation speed is judged on the gas flow rate.
На фиг. 1 изображена картина поперечного обтекания потенциальным потоком вращаемого цилиндра для сдлучая Г < 4πRV∞, где Г циркуляция скорости; R радиус цилиндра; V∞ истинная скорость потока; на фиг. 2 эпюра скоростей по поперечному сечению кругового цилиндра; на фиг. 3 блок-схема устройства; на фиг. 4 эпюра напряжений.In FIG. 1 shows a picture of the transverse flow around a potential flow of a rotatable cylinder for the case Г <4πRV ∞ , where Г is the velocity circulation; R is the radius of the cylinder; V ∞ true flow rate; in FIG. 2 diagram of speeds along the cross section of a circular cylinder; in FIG. 3 block diagram of the device; in FIG. 4 stress diagram.
Предложенный способ основан на определенном распределении скорости по круговому поперечному сечению цилиндра, непрерывно вращаемого в поперечном квазипотенциальном потоке жидкости или газа для случая Г < 4πRV∞ (условие осуществления двух критических точек потока, см. фиг. 1).The proposed method is based on a specific velocity distribution over a circular cross-section of a cylinder continuously rotating in a transverse quasi-potential liquid or gas flow for the case Г <4πRV ∞ (condition for two critical flow points to be realized, see Fig. 1).
Известно, что при поперечном потенциальном обтекании скорость по сечению определяется выражением
V 2V∞•sinθ+ (1) где θ угол между радиусом, проведенным из центра сечения цилиндра в данную точку на поверхности, и направлением истинной скорости V∞.It is known that in the case of a transverse potential flow around a cross section, the velocity is determined by the expression
V 2V ∞ • sinθ + (1) where θ is the angle between the radius drawn from the center section of the cylinder to a given point on the surface and the direction of the true velocity V ∞ .
В критических точках скорость V 0, следовательно, (1) имеет вид:
2V∞•sinθкр+ 0 или Г -4πRV∞•sinθкр (2)
Из (2) следует, что при постоянной величине θ кр циркуляция скорости Г прямо пропорциональна истинной скорости потока V∞.At critical points, the
2V ∞ • sinθ cr + 0 or Г -4πRV ∞ • sinθ cr (2)
It follows from (2) that, at a constant value of θ cr, the circulation of the velocity Г is directly proportional to the true flow velocity V ∞ .
Величина циркуляции зависит от угловой скорости вращения цилиндра ω и радиуса R цилиндра и выражается зависимостью
Г 2π R2·ω (3)
Приравняв правые части (2) и (3), получим:
2πR2ω -4πRV∞•sinθкр, отсюда
V∞= •ω (4)
Из (4) следует, что если величина θ кр поддерживается постоянной, то измеряемая скорость V∞ прямо пропорциональна угловой скорости вращения ω
Если обозначить K const, то (4) примет вид
V∞= K•ω (5)
Практическую реализацию предложенного способа проиллюстрируем возможным вариантом устройства для измерения скорости потока.The magnitude of the circulation depends on the angular velocity of rotation of the cylinder ω and the radius R of the cylinder and is expressed by the dependence
G 2π R 2 ω (3)
Equating the right-hand sides of (2) and (3), we obtain:
2πR 2 ω -4πRV ∞ • sinθ cr , hence
V ∞ = • ω (4)
It follows from (4) that if θ cr is kept constant, then the measured velocity V ∞ is directly proportional to the angular velocity of rotation ω
By K const, then (4) takes the form
V ∞ = K • ω (5)
The practical implementation of the proposed method is illustrated by a possible embodiment of a device for measuring flow velocity.
Устройство имеет круговой цилиндр 1 с расположенным на его поверхности термоанемометром 2, приводимый во вращение приводом 3, токосъемник 4, преобразователь сопротивление напряжение 5, дифференциатор 6, компаратор 7, триггер 8, преобразователь 9 последовательного счета, устройство 10 сравнения, регулятор 11 оборотов, датчик 12 угловой скорости вращения. The device has a
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Круговой цилиндр 1 с расположенным на его поверхности термоанемометром 2 приводится во вращение приводом 3, и обдувается газовым потоком, скорость которого измеряется. A
Поскольку сопротивление термоанемометра будет зависеть от скорости омывающего его потока V, а эпюра скорости по сечению цилиндра дана на фиг. 2, то сопротивление термоанемометра будет изменяться, причем характер изменения представлен на фиг. 4а. Since the resistance of the hot-wire anemometer will depend on the velocity of the flow V washing it, and the velocity plot along the cylinder section is given in FIG. 2, the resistance of the hot-wire anemometer will change, and the nature of the change is shown in FIG. 4a.
Сигнал термоанемометра через токосъемник 4 поступает на преобразователь сопротивление напряжение 5, на выходе которого будет напряжение, вид изменения которого представлен на фиг. 4б. The signal of the hot-wire anemometer through a
Дифференциатор 6, получая на вход сигнал с преобразователя 5, создает выходное напряжение, пропорциональное скорости изменения входного. На выходе дифференциатора 6 будет сигнал, вид которого представлен на фиг. 4в.
На первый вход компаратора 7 поступает сигнал с дифференциатора 6, а на второй вход опорное напряжение Uоп, значение которого равно 0, т. е. Uоп 0.At the first input of the
Таким образом, на выходе компаратора 7 будет присутствовать сигнал в те же моменты времени, когда выходной сигнал дифференциатора 6 положителен. Вид выходного сигнала с компаратора 7 представлен на фиг. 4г. Выходной сигнал с компаратора 7 поступает на вход триггера 8. Thus, the output of the
Триггеры с динамическим управлением в зависимости от схемы исполнения реагируют на перепад напряжения от нуля к единице (активный фронт), либо от единицы к нулю (активный срез управляющего импульса), т. е. сигналы, поступающие на динамический вход, воспринимаются только в те моменты времени, когда их состояние изменяется определенным образом. Depending on the execution scheme, dynamically controlled triggers react to voltage drops from zero to one (active front) or from one to zero (active slice of the control pulse), i.e., signals arriving at a dynamic input are perceived only at those moments time when their state changes in a certain way.
Триггер 8, получая на вход сигнал с компаратора 7 (вид сигнала см. фиг. 4г), по фронту первого импульса выставляет на выходе сигнал, а по фронту второго импульса его снимает. Trigger 8, receiving a signal from
Таким образом, выходной сигнал триггера 8 представляет собой последовательность прямоугольных импульсов, изображенную на фиг. 4д. Thus, the output of flip-
Выходной сигнал с термоанемометра 2 (фиг. 4а) представляет собой последовательность чередующихся пар полупериодов, причем первый полупериод имеет большую длительность, чем второй. Такая форма выходного сигнала термоанемометра легко объяснима, если обратиться к фиг. 2, на которой представлена эпюра скорости при поперечном обтекании вращаемого цилиндра. В точке А скорость равна нулю, причем при движении в направлении, указанном на фиг. 2 стрелкой от т. А к т. В, скорость сначала возрастает, а затем убывает и в т. В опять равна нулю. The output signal from the hot-wire anemometer 2 (Fig. 4a) is a sequence of alternating pairs of half-cycles, the first half-period having a longer duration than the second. This form of the output signal of the hot-wire anemometer is easily explained when referring to FIG. 2, which shows a plot of speed in the transverse flow around a rotatable cylinder. At point A, the speed is zero, and when moving in the direction indicated in FIG. 2 by an arrow from t. A to t. B, the speed first increases, and then decreases and in t. B it is again zero.
При движении от т. В скорость опять сначала возрастает, а затем убывает и в т. А равна нулю. When moving from t. In speed again first increases, and then decreases in t. A is equal to zero.
Поскольку термоанемометр реагирует на величину воздушной скорости, то и изменение выходного сигнала термоанемометра аналогично изменению величины скорости. Since the hot-wire anemometer reacts to the value of the airspeed, a change in the output signal of the hot-wire anemometer is similar to a change in the speed.
Таким образом, длительность малого полупериода выходного сигнала термоанемометра соответствует времени прохождения им дуги между т. В и т. А, ограниченной углом γкр (см. фиг. 2).Thus, the duration of the short half-period of the output signal of the hot-wire anemometer corresponds to the time it takes for the arc to travel between t. B and t. A, limited by the angle γ cr (see Fig. 2).
Как видно на фиг. 4, прямоугольные импульсы на выходе триггера 8 имеют длительность, равную времени прохождения термоанемометра 2 дуги между критическими точками (дуга ВА на фиг. 2). Выходной сигнал с триггера 8 поступает на вход преобразователя последовательного счета 9. As seen in FIG. 4, the rectangular pulses at the output of the
Преобразователь 9 измеряет длительность прямоугольных импульсов, формируемых триггером 9, т. е. на основании вышеизложенного, время, в течение которого термоанемометр 2 проходит расстояние между двумя критическими точками (дуга ВА на фиг. 2), обозначим его символом τизм.The
Устройство 10 сравнения получает на один свой вход сигнал τизм(время, за которое термоанемометр проходит расстояние между критическими точками, дуга ВА на фиг. 2) от преобразователя 9 и на другой вход сигнал о величине угловой скорости ω кругового цилиндра 1 от датчика 12 угловой скорости.
Поддержание постоянного значения величины θкр (см. формулу (4)) эквивалентно поддержанию постоянного значения величины γкр, так как согласно фиг. 2 величины θкр и γкр связаны линейной зависимостью.Maintaining a constant value of θ cr (see formula (4)) is equivalent to maintaining a constant value of γ cr , since according to FIG. 2 values of θ cr and γ cr related linearly.
γкр 180-2 ·θкр (6)
С другой стороны, величина γкр определяется как произведение угловой скорости вращения кругового цилиндра 2 с расположенным на нем термоанемометром 2 на время прохождения термоанемометром расстояния между критическими точками τизм.
γкр ω· τизм (7)
Таким образом, устройство 10 сравнения, получая на вход сигналы ω и τизм, производит их перемножение и полученный результат сравнивает с величиной γкр. зад.
Численное значение величины γкр. зад определяется по формуле (6) при подстановке в нее заданного, исходя из конструктивных особенностей, определяемых при проектировании устройства, значения θкр, которое необходимо поддерживать постоянным.γ cr 180-2 · θ cr (6)
On the other hand, the value of γ cr is defined as the product of the angular velocity of rotation of a
γ cr ω · τ ISM (7)
Thus, the
The numerical value of γ cr. the backside is determined by the formula (6) when substituting the specified into it, based on the design features determined during the design of the device, the value of θ cr, which must be kept constant.
Если полученное значение γкр больше γкр. зад, то устройство 10 подает на регулятор 11 оборотов команду "Убавь обороты", если γкр < γкр. зад, то устройство 10 подает на регулятор 11 команду "Увеличь обороты".If the obtained value of γ cr is greater than γ cr. ass , then the
Если γкр γкр. зад, то на выходе устройства 10 нет сигнала (нулевой сигнал) и измерительная система находится в состоянии динамического баланса, тем самым обеспечивается нулевой метод измерения.If γ γ cr cr. ass, then at the output of the
Регулятор 11 оборотов осуществляет увеличения или уменьшения оборотов привода вращения 3 в соответствии с той командой, которая в данный момент поступает на его вход с устройства 10. Если на входе регулятора 11 нет сигнала с устройства 10, то регулятор обеспечивает постоянные обороты привода вращения 3, соответствующие той величине, которую они имели в момент, когда предыдущая команда устройства 10 сменилась на нулевой сигнал. The
Датчик 12 угловой скорости вращения изменяет угловую скорость привода 3 и выдает сигнал (как это было описано выше) на вход устройства 10 сравнения, и одновременно датчик 12 выдает сигнал ω на выход устройства, причем этот сигнал, как следует из (5), пропорционален измеряемой скорости V∞
Таким образом, при работе устройства происходит стабилизация (поддержание постоянного значения) величины угла θкр (или γкр, что одно и то же) за счет изменения угловой скорости вращения цилиндра 1 приводом 3, а выходной сигнал устройства угловая скорость ω формируется датчиком 12. При этом величина прямо пропорциональна величине измеряемой скорости газового потока V∞ и, следовательно, величина абсолютной погрешности во всем диапазоне будет одинаковой.The
Thus, when the device is in operation, stabilization (maintaining a constant value) of the angle θ cr (or γ cr , which is the same thing) occurs due to a change in the angular velocity of rotation of
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5039976 RU2060503C1 (en) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | Method for measuring gas current velocity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5039976 RU2060503C1 (en) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | Method for measuring gas current velocity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2060503C1 true RU2060503C1 (en) | 1996-05-20 |
Family
ID=21603123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5039976 RU2060503C1 (en) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | Method for measuring gas current velocity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2060503C1 (en) |
-
1992
- 1992-04-27 RU SU5039976 patent/RU2060503C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 683349, кл. G 01P 5/02, 1978. 2. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1963, т.4, с.376. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5299455A (en) | Method and instrumentation system for measuring airspeed and flow angle | |
US3795145A (en) | Variable throat venturi airspeed sensor | |
US3470741A (en) | Mass flow meter apparatus | |
US3705534A (en) | Fluidic flow sensing method and apparatus | |
US4438648A (en) | Differential mass flowmeter | |
GB814758A (en) | Improvements in or relating to static pressure compensator | |
US2857761A (en) | Mass flow meter | |
US4458554A (en) | Apparatus for and method of compensating dynamic unbalance | |
EP0763743B1 (en) | Method and apparatus for determining the airspeed of rotary wing aircraft | |
US3364741A (en) | Linear air-speed sensor | |
US3548653A (en) | Direction and velocity determining apparatus | |
US3465586A (en) | Fluid flow measuring apparatus | |
US3350936A (en) | Mass flow meter | |
JPS6344066B2 (en) | ||
US3678746A (en) | Fluidic sensor for fluid stream velocity | |
RU2060503C1 (en) | Method for measuring gas current velocity | |
US2986933A (en) | Helicopter air speed measuring instrument | |
US4122712A (en) | Fluid velocity measuring device | |
US3400584A (en) | Airspeed indicating apparatus | |
US2493931A (en) | True air-speed meter | |
US4821581A (en) | Method and apparatus for the continuous measuring of bulk material passing over a measuring wheel | |
US3360989A (en) | Driven anemometer | |
US4346605A (en) | Magnetic flowmeter for electrically conductive liquid | |
US2844960A (en) | Air speed measuring device | |
GB1591974A (en) | Mass throughflow meter |