RU946355C

RU946355C - Device for measuring flows

Info

Publication number: RU946355C
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Федотов
Original assignee: Федотов Борис Николаевич
Priority date: 1979-10-08
Filing date: 1979-10-08
Publication date: 1995-10-27

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к гидрометрическим приборам. The invention relates to measuring equipment, in particular to hydrometric devices.

Известен прибор для измерения течений, содержащий компасное устройство, два расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях защищенных кольцами лопастных винта, один из которых реверсивен, и контактное устройство, установленное в герметичном корпусе. A known device for measuring currents containing a compass device, two located in mutually perpendicular planes protected by rings of rotor blades, one of which is reversible, and a contact device mounted in a sealed enclosure.

Его недостатками являются сложность конструкции и низкая точность измерений. Its disadvantages are design complexity and low measurement accuracy.

Эти недостатки частично устранены в приборе для измерения течений, содержащем магнитное компасное устройство, для расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и защищенных кольцами лопастных винта с горизонтальными осями вращения, один из которых реверсивен, контактное устройство, руль, образованный пластинами, с которыми скреплено защитное кольцо, причем осевое сечение руля совпадает с осью нереверсивного лопастного винта, регистратор, два диска, кинематически связанных с нереверсивным лопастным винтом, вдоль диаметров которых установлены оси, на которые посажены два дополнительных диска, кинематически связанных с реверсивным лопастным винтом, установленным в передней части руля, и связанные посредством механических дифференциалов с первыми двумя дисками, при этом выходные оси дифференциалов при помощи контактных устройств связаны с регистратором. These disadvantages are partially eliminated in the device for measuring currents, containing a magnetic compass device, for rotor blades with horizontal axes of rotation located in mutually perpendicular planes and protected by rings, one of which is reversible, a contact device, a steering wheel formed by plates with which the protective ring is fastened, moreover, the axial section of the rudder coincides with the axis of the non-reversible blade screw, a recorder, two disks kinematically connected with a non-reversible blade screw along the diameters of the cat ryh set axis, two additional drive kinematically associated with reversible propeller blade mounted in front of the steering wheel, and connected by means of mechanical differentials with the first two discs, the differential output axis by means of contact devices associated with a registrar which planted.

Недостатком прибора является низкая точность измерений в условиях сильных волнений, существенно влияющих на работу магнитного компасного устройства. The disadvantage of this device is the low accuracy of measurements in conditions of strong waves, significantly affecting the operation of the magnetic compass device.

Целью изобретения является повышение точности измерений. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Указанная цель достигается тем, что в известном приборе для измерения течений узел азимутальной ориентации измерителя выполнен в виде нереверсивного лопастного винта с вертикальной осью вращения, проходящей через точку подвеса прибора, двух осветителей, один из которых установлен на корпусе прибора, а другой на оси нереверсивного лопастного винта с вертикальной осью вращения, двух фотоприемников и двух световых модуляторов, один из которых кинематически связан с нереверсивным лопастным винтом с вертикальной осью вращения, а второй с нереверсивным лопастным винтом с горизонтальной осью вращения. This goal is achieved by the fact that in the known device for measuring currents, the meter’s azimuthal orientation unit is made in the form of a non-reversible blade screw with a vertical axis of rotation passing through the suspension point of the device, two illuminators, one of which is mounted on the device body and the other on the axis of the non-reversible blade a screw with a vertical axis of rotation, two photodetectors and two light modulators, one of which is kinematically connected with a non-reversible blade screw with a vertical axis of rotation, and the second with reversible blade screw with a horizontal axis of rotation.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена конструктивная схема прибора для измерения течений. The invention is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of a device for measuring currents.

Измеритель течений содержит лопастной винт 1, установленный на оси 2, кинематически связанной с диском 3, с которым фрикционно связаны диски 4 и 5, имеющие, например, квадратный вырез в центре, в который входят направляющие оси 6 и 7, установленные вдоль диаметра диска 3. Штифты 8 и 9 шестерен 10 и 11, кинематически связанных с реверсивным лопастным винтом 12, максимально удаленным от точки подвеса прибора, установленным перпендикулярно осевому сечению лопастного винта 1, входят в пазы обойм 13 и 14 дисков 4 и 5. The current meter comprises a blade screw 1 mounted on an axis 2 kinematically connected to a disk 3, to which the disks 4 and 5 are frictionally connected, having, for example, a square cutout in the center, which includes guide axes 6 and 7 mounted along the diameter of the disk 3 The pins 8 and 9 of the gears 10 and 11 kinematically connected with the reversible blade screw 12, which is most distant from the suspension point of the device, mounted perpendicular to the axial section of the blade screw 1, are included in the grooves of the holders 13 and 14 of the disks 4 and 5.

Лопастный винт 12 установлен в самой узкой части защитного раструба 15, поперечные сечения которого представляют эллипсы с эксцентриситетами, изменяющимися до нуля в узкой части раструба 15, и малыми осями, равными диаметру узкой части раструба. The blade screw 12 is installed in the narrowest part of the protective bell 15, the cross sections of which are ellipses with eccentricities changing to zero in the narrow part of the bell 15 and small axes equal to the diameter of the narrow part of the bell.

С осевым сечением лопастного винта 1 совпадает осевое сечение руля, образованного пластинами 16 и 17, которые в горизонтальной плоскости создают угол, обращенный вершиной навстречу измеряемому потоку, и являющимися рамой прибора. Нереверсивный датчик 18 скорости потока с вертикальной осью вращения, совпадающей с точкой подвеса прибора, и лопастной винт 1 кинематически связанны соответственно со световыми модуляторами 19 и 20, а диски 4 и 5 со световыми модуляторами 21 и 22, представляющими собой отражатели, установленные в пазах и имеющие в вертикальной плоскости свободу перемещения, ограниченную сверху ограничителями, удерживающими модуляторы в нижнем положении, исключающем попадание отражаемого или светового потока от осветителя 23 на фотоприемники. Снизу они имеют сносы, соприкасаясь с которыми штоки 24 и 25, на которых установлены модуляторы и шток 26, установленный в диаметральной плоскости измерителя, приподнимают их и при этом световой поток от осветителя посредством модуляторов 19 и 20 поступает на фотоприемники 27 и 28. При вращении дисков 4 и 5 световые модуляторы 21 и 22 направляют световой поток от осветителя 23 на фотоприемники 29 и 30. Фотоприемники 27, 28 имеют цилиндрическую форму и установлены в прозрачном герметичном корпусе, также как и осветитель 23 и фотоприемники 29 и 30. The axial section of the blade screw 1 coincides with the axial section of the rudder formed by the plates 16 and 17, which in the horizontal plane create an angle facing the apex towards the measured flow, which are the frame of the device. A non-reversible flow rate sensor 18 with a vertical axis of rotation coinciding with the suspension point of the device and the blade screw 1 are kinematically connected respectively to the light modulators 19 and 20, and the disks 4 and 5 with the light modulators 21 and 22, which are reflectors installed in the grooves and having in the vertical plane freedom of movement, limited from above by limiters holding the modulators in the lower position, which prevents the reflected or luminous flux from the illuminator 23 from reaching the photodetectors. From the bottom, they have drifts, in contact with which the rods 24 and 25, on which modulators are mounted and the rod 26 installed in the diametrical plane of the meter, lift them and the light flux from the illuminator through the modulators 19 and 20 enters the photodetectors 27 and 28. When rotating drives 4 and 5, the light modulators 21 and 22 direct the light flux from the illuminator 23 to the photodetectors 29 and 30. The photodetectors 27, 28 are cylindrical and installed in a transparent sealed enclosure, as are the illuminator 23 and the photodetectors 29 and 30.

Фотоприемники 27, 28, 29 и 30 связаны с регистратором, содержащим самописец для фиксации электрических импульсов и суммирующие реверсивные устройства. Photodetectors 27, 28, 29 and 30 are connected to a recorder containing a recorder for fixing electrical impulses and summing reversing devices.

Измеритель течений работает следующим образом. The current meter works as follows.

Поток, воздействуя на лопастной винт 1, приводит во вращение его и кинематически с ним связанный диск 3, с которым фрикционно связаны диски 4 и 5. The flow, acting on the blade screw 1, causes it to rotate and kinematically associated disk 3, with which discs 4 and 5 are frictionally coupled.

Перед началом измерений диски 4 и 5 устанавливаются в определенное положение, например, диск 4 на край диска 3, а диск 5 на середину радиуса диска 3 (если крайние положения дисков 4 и 5 совпадают с краем диска 3 и его центром). Before starting the measurements, disks 4 and 5 are installed in a certain position, for example, disk 4 on the edge of disk 3, and disk 5 in the middle of the radius of disk 3 (if the extreme positions of disks 4 and 5 coincide with the edge of disk 3 and its center).

Положение диаметральной плоскости измерителя течений в этот момент определяют независимым способом, например, по гирокомпасу. The position of the diametrical plane of the current meter at this moment is determined by an independent method, for example, by gyrocompass.

При повороте измерителя вокруг точки подвеса лопастной винт 12 приходит во вращение, шестерни 10 и 11, кинематически связанные с лопастным винтом 12, также придут во вращение и с помощью штифтов 8 и 9 сместят диски 4 и 5, скорость вращения которых изменится пропорционально синусу для одного и косинусу для другого угла поворота руля вокруг точки подвеса прибора, даже при неизменной скорости вращения лопастного винта 1. Поскольку крайние положения дисков 4 и 5 меняются в пределах от центра диска 3 до его края, направление их вращения не меняется. Если принять скорость вращения на середине радиуса диска 3 равной скорости потока V, угол разворота прибора относительно исходного (измеренного) направления равны α, то скорость вращения дисков 4 и 5 будет меняться в пределах от 0 до 2 V, т.е. как в случае суммирования составляющих с модулем скорости потока посредством механических дифференциалов (как это выполняется в прототипе). Таким образом, внецентренная установка шестерен 10 и 11 (относительно диска 3) позволяет устранить реверсивность вращения осей 6 и 7 без применения механических дифференциалов. Поскольку смещение дисков 4 и 5 осуществляется только в пределах одного радиуса, они могут быть установлены по диаметру одного диска 3 и необходимость в наличии второго аналогичного диска отпадает. Максимальное удаление лопастного винта 12 от точки подвеса и размещение его в суженном сечении раструба заметно повышает его чувствительность. When the meter is rotated around the suspension point, the blade screw 12 comes into rotation, the gears 10 and 11 kinematically connected with the blade screw 12 will also come into rotation and with the help of pins 8 and 9 will displace the disks 4 and 5, the rotation speed of which will change in proportion to the sine for one and the cosine for another angle of rotation of the steering wheel around the suspension point of the device, even at a constant speed of rotation of the blade screw 1. Since the extreme positions of the disks 4 and 5 vary from the center of the disk 3 to its edge, the direction of their rotation does not change. If we take the rotation speed in the middle of the radius of the disk 3 equal to the flow velocity V, the rotation angle of the device relative to the initial (measured) direction is α, then the rotation speed of the disks 4 and 5 will vary from 0 to 2 V, i.e. as in the case of summing the components with the flow velocity module by means of mechanical differentials (as is done in the prototype). Thus, the eccentric installation of gears 10 and 11 (relative to the disk 3) eliminates the reversal of rotation of the axes 6 and 7 without the use of mechanical differentials. Since the displacement of the disks 4 and 5 is carried out only within the same radius, they can be installed along the diameter of one disk 3 and there is no need for a second similar disk. The maximum removal of the blade screw 12 from the point of suspension and its placement in the narrowed section of the socket significantly increases its sensitivity.

Скорости вращения дисков 4 и 5, фиксируются с помощью фотоприемников 29 и 30 соответственно, которые связаны с регистратором. Например, диск 4 при вращении его направляющей оси 6 периодически приподнимает отражатель 21 по вертикальным пазам на высоту, при которой свет от осветителя 23 попадает на фотоприемник 29. При этом формируется электрический импульс, фиксируемый в регистраторе, количе- ство которых и определяет величину V + +V_cosα. Аналогично взаимодействуют диск 5, ось 7, отражатель 22, осветитель 23 и фотоприемник 30.The rotational speeds of the disks 4 and 5 are fixed using photodetectors 29 and 30, respectively, which are associated with the recorder. For example, a disk 4, when its guide axis 6 is rotated, periodically raises the reflector 21 in vertical grooves to a height at which light from the illuminator 23 enters the photodetector 29. An electrical pulse is recorded in the recorder, the number of which determines the value of V + + V _cosα . Similarly interact disk 5, axis 7, reflector 22, illuminator 23 and photodetector 30.

Таким образом, диски 3, 4 и 5 являются пересчетными схемами и блоками осреднения, позволяющими разложить вектор на составляющие и осреднить их за некоторый отрезок времени. Thus, disks 3, 4 and 5 are conversion schemes and averaging blocks, which allow decomposing a vector into components and averaging them over a certain period of time.

Для контроля направления в фиксированные моменты времени в предлагаемом измерителе вместо компасного устройства используется запоминающее устройство в виде развертывающего устройства, связанного с корпусом прибора, дополненное развертывающим устройством, не связанным с корпусом прибора, в виде нереверсивного датчика скорости 18, свободно посаженного на вертикальную ось, совпадающую с точкой подвеса прибора. To control the direction at fixed times in the proposed meter instead of a compass device, a storage device is used in the form of a deployment device connected to the device body, supplemented by a deployment device not connected to the device body, in the form of a non-reversible speed sensor 18, freely mounted on a vertical axis, matching with the suspension point of the device.

Развертывающее устройство в виде штока 24, кинематически связанного с лопастным винтом 1, вращаясь, формирует электрические импульсы в момент пересечения диаметральной плоскости прибора (при соприкосновении скоса модулятора 19 со штоком 26, установленным в диаметральной плоскости прибора). Если бы направление течения не менялось, то этот момент соответствовал бы измеренному по гирокомпасу направлению. Поскольку в общем случае прибор разворачивается на некоторый угол, необходимо этот угол измерить. Для измерения угла используется нереверсивный датчик 18, свободно посаженный на вертикальной оси вращения. В момент пересечения диаметральной плоскости прибора (при соприкосновении скоса модулятора 20 со штоком 26, установленным в диаметральной плоскости прибора) фотоприемником 27 будет сформирован электрический импульс. Поскольку в момент измерения направления перед измерениям штоки 24, 25 и 26 совмещены и угол между ними равен нулю, промежуток времени между моментами пересечения диаметральной плоскости двумя развертывающими устройствами (штоками 24 и 25) является мерой угла разворота прибора от исходного направления (измеренного). Если бы скорости вращения лопастного винта 1 и нереверсивного датчика 18 были одинаковыми, можно было бы ограничиваться фиксацией только этих двух моментов. Однако в общем случае эти скорости могут быть и неодинаковыми (например, в результате различной изнашиваемости опор вращения в процессе эксплуатации). Поэтому дополнительно фиксируется момент совмещения штоков 24 и 25, причем с целью учащения этих моментов, направления вращения штоков 24 и 25 противоположны. По трем импульсам можно определить угол разворота прибора от исходного направления, а следовательно, и направление течения. A rotating device in the form of a rod 24 kinematically connected with a blade screw 1, rotating, generates electrical impulses at the moment of crossing the diametrical plane of the device (when the bevel of the modulator 19 is in contact with the rod 26 installed in the diametrical plane of the device). If the direction of the current did not change, then this moment would correspond to the direction measured by the gyrocompass. Since in the general case the device is rotated through a certain angle, it is necessary to measure this angle. To measure the angle, a non-reversible sensor 18 is used, freely set on the vertical axis of rotation. At the moment of crossing the diametrical plane of the device (when the bevel of the modulator 20 is in contact with the rod 26 installed in the diametrical plane of the device), an electric pulse will be generated by the photodetector 27. Since the rods 24, 25, and 26 are aligned at the moment of measuring the direction before the measurements and the angle between them is equal to zero, the time interval between the moments when the diametrical plane intersects the two deploying devices (rods 24 and 25) is a measure of the angle of rotation of the device from the original direction (measured). If the rotational speeds of the rotor blade 1 and the non-reversible sensor 18 were the same, one could be limited to fixing only these two points. However, in the general case, these speeds may also be unequal (for example, as a result of different wear of the rotation supports during operation). Therefore, the moment of alignment of the rods 24 and 25 is additionally fixed, and in order to increase these moments, the directions of rotation of the rods 24 and 25 are opposite. Three pulses can determine the angle of rotation of the device from the original direction, and therefore the direction of flow.

Зная время, в течение которого шток 24 совершает полный оборот, легко определить угол между положениями этого штока 24 в моменты совмещения штоков 24 и 25 и совмещения этих штоков со штоком 26 (пересечения диаметральной плоскости прибора). Knowing the time during which the rod 24 makes a complete revolution, it is easy to determine the angle between the positions of this rod 24 at the moments of alignment of the rods 24 and 25 and alignment of these rods with the rod 26 (intersection of the diametrical plane of the device).

В зависимости от взаимодействия импульсов, просуммировав или вычтя полученные углы, определим направление течения
К_теч К_исх. + (W)₂₄ + W₂₅) Δ t₁ + W₂₅ Δ t₂, где К_теч. направление течения;
К_исх. исходное (измеренное в начальный момент) направление диаметральной плоскости прибора;
W₂₄ и W₂₅ угловые скорости штоков 24 и 25;
Δ t₁ промежуток времени между моментами совмещения штоков 24 и 25 и моментом пересечения штоком 24 диаметральной плоскости прибора (штока 26);
Δ t₂ промежуток времени между моментами пересечения диаметральной плоскости прибора (штока 26) штоками 24 и 25.Depending on the interaction of pulses, summing up or subtracting the obtained angles, we determine the direction of flow
To _tech To _ref. + (W) ₂₄ + W ₂₅ ) Δ t ₁ + W ₂₅ Δ t ₂ , where K _tech. direction of flow;
To _ref. initial (measured at the initial moment) direction of the diametrical plane of the device;
W ₂₄ and W ₂₅ angular velocity of the rods 24 and 25;
Δ t _{1 the} time interval between the moments of the alignment of the rods 24 and 25 and the moment of crossing the rod 24 of the diametrical plane of the device (rod 26);
Δ t _{2 the} time interval between the moments of intersection of the diametrical plane of the device (rod 26) rods 24 and 25.

По интервалу времени между двумя последовательными пересечениями диаметральной плоскости штоком 25, кинематически связанным с лопастным винтом 1, можно судить о скорости потока. По поступающим в регистратор импульсам формируемым с помощью фотоприемников 27, 28, 29 и 30, и формируемым в нем с помощью храповых механизмов или аналогичных устройств, получаем последовательности импульсов, функционально связанных с V, V +V_cosα и V + V_sinα Посредством механических дифференциалов вычисляем V_cosα и V_sinα т.е. продольную и поперечную составляющие течения относительно исходного направления.By the time interval between two successive intersections of the diametrical plane with the rod 25 kinematically connected with the blade screw 1, one can judge the flow velocity. According to the pulses arriving at the recorder generated using photodetectors 27, 28, 29 and 30, and generated in it using ratchet mechanisms or similar devices, we obtain sequences of pulses functionally associated with V, V + V _cosα and V + V _sinα through mechanical differentials we calculate V _cosα and V _sinα i.e. longitudinal and transverse components of the flow relative to the original direction.

Claims

FLOW MEASUREMENT DEVICE, comprising an azimuthal orientation unit, two rotor blades located in mutually perpendicular planes and protected by rings of rotation, one of which is reversible, and the second is non-reversible, a contact device, a steering wheel formed by plates with which the protective rings are fastened, axial the cross section of which coincides with the axis of the non-reversible blade screw, a recorder, a disk kinematically connected with a non-reversible blade screw, along the diameter of which the axes are mounted, on two disks, kinematically connected with a reversible rotor blade mounted in front of the steering wheel, are set, the output axes of which are connected to the recorder by means of contact devices, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy, the azimuthal orientation unit of the meter is made in the form of a non-reversible rotor blade with a vertical axis of rotation passing through the suspension point of the device, two illuminators, one of which is mounted on the device body, and the other on the axis of a non-reversible blade screw with vertical noy axis of rotation, two photodetectors and two light modulators, one of which is kinematically connected to irreversible bladed propeller with a vertical axis of rotation, and a second irreversible screw vane with a horizontal axis of rotation.