RU2816742C1

RU2816742C1 - Annular jet oscillator

Info

Publication number: RU2816742C1
Application number: RU2023106375A
Authority: RU
Inventors: Асим Мустафаевич Касимов; Александр Иванович Попов
Filing date: 2023-03-17
Publication date: 2024-04-03

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to automation and is proposed for use in measuring speed parameters and control in systems subjected to radiation effects and operating in explosive conditions, as well as in aircraft instruments of aircraft. Technical result is achieved by the fact that the jet annular self-contained oscillator consists of three jet amplifiers, in series in the layers connected by signals into a ring, wherein the third amplifier in the third layer is made on an enlarged scale from 1.2 to 2.5:1 to the other two, made with the same geometry of the flow part of the chamber, wherein its output feedback channels are of shorter length with the input of the third amplifier directly above the output of the second amplifier and the output of the third amplifier above the input of the first amplifier.

EFFECT: shortened feedback lines of the jet ring self-contained oscillator to expand the frequency range of measurement.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматики и предлагается к использованию при измерении скоростных параметров и управления в системах, подверженных радиационным воздействиям и работающим во взрывоопасных условиях, а также в авиационных приборах летательных аппаратов.The invention relates to the field of automation and is proposed for use in measuring speed parameters and control in systems exposed to radiation and operating in explosive conditions, as well as in aircraft instruments.

Известны струйные генераторы, построенные на одном струйном усилителе. Недостатком такого устройства является недостаточный диапазон измерения, ограниченный свойством течения при малых числах критерия Re, препятствующим возникновению струйных частотных колебаний, а при больших числах Re - допустимым перепадом давления, указанным, например, в нормативном стандарте на расходомеры (типа Гост). Перечисленные свойства устройства снижают частотный диапазон измерения.There are known jet generators built on a single jet amplifier. The disadvantage of such a device is the insufficient measurement range, limited by the flow property at small numbers of the Re criterion, which prevents the occurrence of jet frequency oscillations, and at large numbers of Re - by the permissible pressure drop specified, for example, in the regulatory standard for flow meters (GOST type). The listed properties of the device reduce the frequency range of the measurement.

Известно устройство (Попов А.И., Беляев М.М. Возможные диапазоны струйного расходомера / Труды 13-го Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ XIII, Москва, 2019). Москва: ИПУ РАН, 2019. С. 2780-2785.), по которому для расширения частотного диапазона струйного автогенератора применен возвратный поток с набором технических устройств для его осуществления, чем значительно усложняет устройство дополнительными измерительными приемами.The device is known (Popov A.I., Belyaev M.M. Possible ranges of a jet flow meter / Proceedings of the 13th All-Russian Meeting on Control Problems (VSPU XIII, Moscow, 2019). Moscow: IPU RAS, 2019. pp. 2780-2785. ), according to which, to expand the frequency range of the jet self-oscillator, a return flow with a set of technical devices for its implementation is used, which significantly complicates the device with additional measuring techniques.

Известно устройство, принятое за прототип (СГМБ, Руководство по эксплуатации, СПЭФ. 407279.005 РЭ ТУ), по которому в устройство струйного автогенератора из трех струйных усилителей введены дополнительные каналы, непосредственно связывающие измерительный канал со сливным каналом через дроссели для сдвига верхней границы диапазона в сторону увеличения. Недостатком такого приема расширения частотного диапазона, в виде не измеряемого байпаса, является одновременное повышением нижней границы частотного диапазона. Кроме того, в наборе струйных усилителей, составляющих струйный автогенератор, для удобства сборки один из них имеет удлиненные коммуникационные каналы передачи выходного сигнала, которые увеличивают инерционные свойства с понижением диапазона частотного выходного сигнала для всего струйного автогенератора.A device is known, adopted as a prototype (SGMB, Operation Manual, SPEF. 407279.005 RE TU), according to which additional channels are introduced into the device of a jet self-oscillator consisting of three jet amplifiers, directly connecting the measuring channel with the drain channel through chokes to shift the upper limit of the range to the side increase. The disadvantage of this method of expanding the frequency range, in the form of an unmeasured bypass, is the simultaneous increase in the lower limit of the frequency range. In addition, in the set of jet amplifiers that make up the jet self-oscillator, for ease of assembly, one of them has extended communication channels for transmitting the output signal, which increase the inertial properties with a decrease in the range of the frequency output signal for the entire jet self-oscillator.

Техническим результатом является выполненные укороченными линии обратной связи струйного кольцевого автогенератора для расширения частотного диапазона измерения за счет выполненного увеличенным размером третьего усилителя.The technical result is that the feedback lines of the jet ring self-oscillator are shortened to expand the frequency range of the measurement due to the third amplifier being made larger.

Технический результат достигается тем, что струйный кольцевой автогенератор, состоит из трех струйных усилителей последовательно в слоях связанных сигналами в кольцо, при этом третий усилитель в третьем слое выполнен в увеличенном масштабе от 1,2 до 2,5:1 к двум другим, выполненными с одинаковой геометрией проточной части камеры, причем его выходные каналы обратной связи выполнены укороченной длины с расположением входа третьего усилителя непосредственно над выходом второго усилителя и выхода третьего усилителя над входом первого усилителя.The technical result is achieved by the fact that the jet ring oscillator consists of three jet amplifiers in series in layers connected by signals in a ring, while the third amplifier in the third layer is made on an enlarged scale from 1.2 to 2.5: 1 to the other two, made with identical geometry of the chamber flow path, and its output feedback channels are made of shortened length with the input of the third amplifier located directly above the output of the second amplifier and the output of the third amplifier above the input of the first amplifier.

На фиг. 1 представлена структурная схема струйного кольцевого автогенератора из трех струйных усилителей, соединенных последовательно по передаче сигнала в кольцо и расположенных в слоях, где 1 - нижний слой с первым струйным усилителем, 2 - средний слой со вторым струйным усилителем и 3 - верхний слой с третьим масштабно увеличенным усилителем.In fig. Figure 1 shows a block diagram of a jet ring self-oscillator consisting of three jet amplifiers connected in series via signal transmission into the ring and located in layers, where 1 is the bottom layer with the first jet amplifier, 2 is the middle layer with the second jet amplifier and 3 is the top layer with the third scale increased amplifier.

На фиг. 2 показан вид в плане на кольцевой струйный автогенератор, собранный без прокладок. Положения струйного течения штрихованными областями внутри проточных камер взаимодействия струйных усилителей показаны условно в связи с периодическим изменением отклонения.In fig. Figure 2 shows a plan view of a ring jet self-oscillator assembled without gaskets. The positions of the jet flow are shown by shaded areas inside the flow chambers of interaction of the jet amplifiers conditionally in connection with the periodic change in the deviation.

Слои с усилителями разделены прокладкам (на рисунке не показаны). Входы и выходы связей 4, 5 и 6 замкнуты в кольцо обратных связей для обеспечения генерации. С выходных каналов 7, 8 третьего усилителя выводятся сигналы давлений с частотой f на пьезопреобразователь. Проточные камеры взаимодействия струй первого и второго струйных усилителей выполнены одинаковыми и имеют длину l - характеристический размер, связанный с шириной b сопел питания усилителей. Третий струйный усилитель выполнен увеличенным по отношению к первым двум с длиной L проточной камеры взаимодействия. Входные каналы 9, 10 и 11 питания для подачи рабочей среды.The layers with amplifiers are separated by spacers (not shown in the figure). The inputs and outputs of connections 4, 5 and 6 are closed in a feedback ring to ensure generation. From output channels 7, 8 of the third amplifier, pressure signals with frequency f are output to the piezoelectric transducer. The flow chambers for the interaction of the jets of the first and second jet amplifiers are made identical and have a length l - a characteristic size related to the width b of the amplifier power nozzles. The third jet amplifier is made larger in relation to the first two with a length L of the flow interaction chamber. Input channels 9, 10 and 11 power supply for supplying the working medium.

При конструктивном выполнении автогенератора в виде слоев («слоенного пирога»), как показано на фиг. 1 с направлением хода сигналов, второй усилитель среднего слоя 2 относительно первого усилителя слоя 1 расположен таким образом, чтобы его входные каналы совпадали по центрам переходных отверстий в слое с отверстиями выходных каналов первого усилителя нижнего слоя 1 при сохранении длины l - величины проточной камеры усилителя.When the self-oscillator is constructed in the form of layers (“layer cake”), as shown in Fig. 1 with the direction of signal flow, the second amplifier of the middle layer 2 relative to the first amplifier of layer 1 is located in such a way that its input channels coincide at the centers of the via holes in the layer with the holes of the output channels of the first amplifier of the lower layer 1 while maintaining the length l - the value of the flow chamber of the amplifier.

В прототипе усилитель слоя 3 развернут на 180° в своей плоскости относительно усилителей в слоях 1 и 2 для уменьшения длины коммуникационных каналов обратной связи струйного автогенератора. Однако при выполнении в том же масштабе проточной камеры третьего усилителя в слое 3, как два других для последовательного подключения к первому усилителю, приходиться удлинять его выходные каналы 7 и 8. При этом эти каналы 7 и 8 обратной связи практически нельзя исключить и, тем самым их «паразитного» влияния на частотную характеристику автогенератора.In the prototype, the amplifier of layer 3 is rotated 180° in its plane relative to the amplifiers in layers 1 and 2 to reduce the length of the feedback communication channels of the jet self-oscillator. However, when making the flow chamber of the third amplifier in layer 3 on the same scale as the other two for serial connection to the first amplifier, it is necessary to lengthen its output channels 7 and 8. In this case, these feedback channels 7 and 8 practically cannot be eliminated and, thus their “parasitic” influence on the frequency response of the self-oscillator.

Длины коммуникационных каналов и их емкости увеличивают долю времени в периоде формируемой выходной частоты автогенератора, что существенно нарушает пропорциональную зависимость изменения частоты от измеряемого параметра и ограничивает диапазон измерений по максимальной частоте. В струйном автогенераторе из трех последовательно в слоях связанных струйных усилителей, усилитель третьего слоя изготовлен в увеличенном масштабе к двум другим с подобной геометрией проточной части, в плоской геометрии которой увеличена длина L от сопла питания до приемных каналов, укорочены длины каналов обратной связи автогенератора расположением входа усилителя третьего слоя непосредственно над выходом усилителя второго слоя и выхода над входом усилителя первого слоя. Практически осуществлена замена удлиненных каналов 7 и 8 увеличенной длиной L проточной камеры взаимодействия масштабируемого третьего усилителя, частотные характеристики которой зависят от скорости струйного течения, как и у первых двух усилителях. Удлиненные каналы 7 и 8 в прототипе автогенератора увеличивали в струйном автогенераторе инерционно - емкостную составляющую при передаче частотного сигнала в кольцевом такте измерения входного сигнала по скорости и снижало частотный диапазон.The lengths of communication channels and their capacities increase the proportion of time in the period of the generated output frequency of the oscillator, which significantly violates the proportional dependence of the frequency change on the measured parameter and limits the measurement range at the maximum frequency. In a jet self-oscillator consisting of three successively connected jet amplifiers in layers, the amplifier of the third layer is made on an enlarged scale to the other two with a similar geometry of the flow part, in the flat geometry of which the length L from the power nozzle to the receiving channels is increased, the lengths of the feedback channels of the self-oscillator are shortened by the location of the input the third layer amplifier directly above the output of the second layer amplifier and the output above the input of the first layer amplifier. In practice, the elongated channels 7 and 8 have been replaced with an increased length L of the flow chamber interaction of a scalable third amplifier, the frequency characteristics of which depend on the speed of the jet flow, as in the first two amplifiers. Elongated channels 7 and 8 in the prototype of the self-oscillator increased the inertial-capacitive component in the jet self-oscillator when transmitting a frequency signal in the ring cycle of measuring the input signal in speed and reduced the frequency range.

Положительный эффект осуществляется тем, что третий струйный усилитель (замыкающий) выполнен в увеличенном масштабе в соотношении в диапазоне 1,2..2,5:1 к двум другим в цепи автогенератора. Увеличенные геометрические размеры снижают влияние «паразитных» длин коммуникационных каналов в обратной связи автогенератора. Соответствующее отношение отражается в ширине канала питания третьего усилителя к ширине каналов питания первого и второго струйных усилителей. При этом автомодельность конфигураций всех усилителей остается такой же.The positive effect is achieved by the fact that the third jet amplifier (closing) is made on an enlarged scale in a ratio in the range of 1.2..2.5:1 to the other two in the oscillator circuit. Increased geometric dimensions reduce the influence of “parasitic” lengths of communication channels in the feedback of the self-oscillator. The corresponding ratio is reflected in the width of the power channel of the third amplifier to the width of the power channels of the first and second inkjet amplifiers. At the same time, the self-similarity of the configurations of all amplifiers remains the same.

Предложенное устройство струйного кольцевого автогенератора устраняет вынужденное удлинение указанных коммуникационных каналов прототипа, уменьшает длину коммуникационных каналов в обратной связи автогенератора с его выходными и входными каналами струйных усилителей, и повышает точность преобразования измерительной информации, и расширяет частотный диапазон измерения.The proposed device for a jet ring self-oscillator eliminates the forced lengthening of the specified communication channels of the prototype, reduces the length of communication channels in the feedback of the self-oscillator with its output and input channels of jet amplifiers, and increases the accuracy of conversion of measurement information, and expands the frequency range of measurement.

Claims

Jet ring self-oscillator, characterized by the fact that it consists of three jet amplifiers, sequentially connected in layers by signals in a ring, while the third amplifier in the third layer is made on an increased scale from 1.2 to 2.5: 1 to the other two, made with the same the geometry of the flow part of the chamber, and its output feedback channels are made of shortened length with the input of the third amplifier located directly above the output of the second amplifier and the output of the third amplifier above the input of the first amplifier.