SU1120244A1

SU1120244A1 - Flow velocity transmitter

Info

Publication number: SU1120244A1
Application number: SU813302801A
Authority: SU
Inventors: Игорь Борисович Фогельсон; Олег Николаевич Бушмарин; Семен Моисеевич Стернзат
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1984-10-23

Abstract

1. ДАТЧИК СКОРОСТИ ПОТОКА, содержащий потокопровод с расположенным внутри чувствительным элементом , отличающийс тем, что. с целью расширени диапазона измер емых скоростей и повышени точности измерени , концы потокопровода снабжены обтекател ми, выполненными в виде поверхностей с разными радиусами кривизны, причем размер хот бы одного из них больще диаметра входного отверсти соответствующего конца потокопровода более чем в 2 раза. 2. Датчик ПОП.1, отличающийс тем, что он снабжен по крайней мере одним дополнительным обтекателем , расположенным на рассто нии , меньшем размера основного обтекател , возле которого он расположен , при зтом радиус кривизны дополнительного обтекател отличен от радиуса кривизны основного обтекател .1. FLOW RATE SENSOR containing a flow conduit with a sensitive element inside, characterized in that. in order to expand the range of measured velocities and improve measurement accuracy, the ends of the pipeline are provided with fairings made in the form of surfaces with different radii of curvature, and the size of at least one of them is larger than the diameter of the inlet of the corresponding end of the pipeline more than 2 times. 2. Sensor POP.1, characterized in that it is provided with at least one additional fairing located at a distance smaller than the main fairing, near which it is located, while the radius of curvature of the additional fairing is different from the radius of curvature of the main fairing.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть исполь зовано дл измерени скорости газа и жидкости в метеорологии, метрологии , аэродинамике и других област х науки и техники. Известны датчики скорости термоанемометрического типа, термочувств тельньй элемент которых выполнен полупроводниковым l1 . Эти датчики имеют достаточно хорошие механические и эксплуатационные характеристики, но обладают узким диапазоном измер емых скоростей , за пределами которых происходи сильное снижение чувствительности. При этом.возникает нелинейность зав симости выходного сигнала от величи ны измер емого параметра, что приводит к большим погрешност м измере Известен та.кже датчик скорости потока, содержащий потокопровод, который позвол ет уменьшить скорост . потока, обдувающего чувствительный элемент датчика, установленный внут ри потокопровода . Однако нзвестньй датчик не обеспечивает достаточной точности измерени и имеет узкий диапазон измер емых скоростей. Целью изобретени йвл етс расширение диапазона измер емых скорос тей потока и повышение точности измерений . Указанна цель достигаетс тем, что в датчике скорости потока, содержащем потокопровод с расположенным внутри чувствительным элементом концы потокопровода снабжены обтекател ми , выполненными в виде повер ностей с разными радиусами кривизны причем размер хот бы одного из них больше диаметра входного отверсти соответствующего конца потокопровод более чем в 2 раза. Кроме того, датчик снабжен по крайней мере одним дополнительным обтекателем, расположенным на рассто нии , меньшем размера основного обтекател , возле которого он распо ложен, при этом радиус кривизны дополнительного обтекател отличен от 1)вдиуса кривизны основного обтекате На фиг.1 показан датчик скорости потока, содержащий один обтекательJ на фиг.2 - то же, два обтекател ; на фиг.З - то же, один дополнительный обтекательf на фиг.4 - то же, два дополнительных обтекател ; на фиг.З - зависимость скорости потока внутри потокопровода от скорости измер емого потока. Датчик скорости потока представл ет собой потокопровод 1 с расположенным внутри чувствительным к скорости потока элементом 2, один конец потокопровода снабжен обтекателем 3, представл ющим собой выпуклую поверхность, второй конец может быть также снабжен обтекателем 4, предетаап 1Ш(им собой поверхность , радиус кривизны, которой отличен от радиуса кривизны поверхности 3. При обтекании потоком воздуха обтекателей 3 и 4, наход щихс в потоке , на концах потокопровода возникает разность давлений, и в потокопроводе начинаетс движение воздуха со скоростью, пропорционалъной скорости внешнего измер емого потока. Если в потокоп ровод поместить, например , термоанемометрический чувствительный элемент, то скорость потока , обтекающего элемент, будет в определенное число раз меньше скорости измер емого потока.. Отношение скоростей потока в потокопроводе и измер емого потока называетс коэффициентом трансформации потока . VH где Vfi скорости потоков в потокопроводе и в изме р емой среде соответственно Коэффициент трансформации, расчет которого основан на законе Вернули, S-J3 где d и & - диаметр и длина потоке провода; Л - гидравлический коэффициент сопротивлени потокопровода; kj и k - соответственно равны v- WM и1м где Vi и V - скорости измер емого потока на обтекател х. Коэффициент трансформации уменьшаетс с ростом гидравлическогоThe invention relates to a measurement technique and can be used to measure the velocity of gas and liquid in meteorology, metrology, aerodynamics, and other fields of science and technology. Thermo-anemometric-type speed sensors are known, the thermo-sensing element of which is made of semiconductor l1. These sensors have fairly good mechanical and operational characteristics, but have a narrow range of measured speeds, beyond which there is a strong decrease in sensitivity. In this case, the nonlinearity of the output signal from the value of the measured parameter arises, which leads to large measurement errors. Also known is a flow velocity sensor containing a flow conduit, which allows reducing the speed. flow, blowing sensor sensitive element installed inside the pipeline. However, the known sensor does not provide sufficient measurement accuracy and has a narrow range of measured speeds. The aim of the invention is to expand the range of measurable flow rates and improve measurement accuracy. This goal is achieved by the fact that in the flow velocity sensor, which contains a flow conduit with a sensitive element located inside, the ends of the flow conduit are provided with fairings made in the form of curves with different radii of curvature, the size of at least one of them being larger than the inlet diameter of the corresponding end 2 times. In addition, the sensor is provided with at least one additional fairing located at a distance smaller than the main fairing, near which it is located, while the radius of curvature of the additional fairing is different from 1) the main fairing curvature curve. containing one fairing J in figure 2 - the same, two fairings; on fig.Z - the same, one additional fairing f on figure 4 - the same, two additional fairing; Fig. 3 shows the dependence of the flow rate inside the pipeline on the speed of the measured flow. The flow velocity sensor is a flow conduit 1 with an element 2 located inside the flow velocity sensitive element, one end of the flow conduit is provided with a fairing 3, which is a convex surface, the other end can also be provided with a fairing 4, predecessor 1Ш (the surface, the radius of curvature, which is different from the radius of curvature of the surface 3. When airflows flow around the fairings 3 and 4, which are in the flow, a pressure difference occurs at the ends of the flow pipe, and the flow in the flow pipe begins A heat at a rate proportional to the speed of an external measurable flow. If a thermo-anemometric sensing element is placed in the flow, the flow rate flowing around the element will be a certain number of times less than the flow rate of the measured flow. flow rate is called the flow transformation coefficient. VH where Vfi is the flow velocity in the pipeline and in the measured medium, respectively, the transformation ratio, the calculation of which is based on the Returned law, S- J3 where d and & - diameter and length of the wire flow; L - hydraulic coefficient of flow resistance; kj and k are respectively equal to v-WM and 1m where Vi and V are the velocities of the measured flow on the fairing. The transformation ratio decreases with increasing hydraulic

сопротивлени потокопровода, которое определ етс длиной, радиусом и формой канала потокопровода.flow resistance, which is determined by the length, radius, and shape of the flow pipe.

Таким образом, варьиру параметры конструкции датчика: радиусы кривизны поверхностей 3 и 4, длину диаметр и форму потокопровода,-можно мен ть соотношение скоростей внутри и вне потокопровода (коэффициент трансформации).Thus, varying the design parameters of the sensor: the radii of curvature of surfaces 3 and 4, the length of the diameter and shape of the pipeline, you can change the ratio of the speeds inside and outside the pipeline (transformation ratio).

Минимальна величина сЗ определ етс диаметром Чувствительного элемента , а также максимальным гидравлическим сопротивлением потокопровода, который обеспечивает выбранный диапа зон коэффициента трансформации. Максимальное значение d определ етс диаметром поверхностей 3 и 4. Диаметр потокопрсЗвода и форма его сечени могут мен тьс по длине потокопровода дл помещени в пдтокопровод отстойников, фильтров, дополнительных датчиков и т.д.The minimum SZ value is determined by the diameter of the Sensitive element, as well as the maximum hydraulic resistance of the flow line, which provides the selected range of the transformation ratio. The maximum value of d is determined by the diameter of surfaces 3 and 4. The diameter of the flow path and the shape of its cross-section can vary along the length of the pipeline for placement of sumps, filters, additional sensors, etc. into the pto-wiring line.

Длина и конструкци потокопровода должна обеспечивать однородность пол скоростей в точке установлени чувствительного элемента. Оптимальным можно считать -зг . Чувстви ЬThe length and design of the pipeline must ensure uniformity of the velocity field at the point where the sensing element is installed. The best can be considered -zg. Feel b

тельный элемент целесообразно установить на рассто нии . от выходI It is advisable to place the body element at a distance. from exit I

ного (верхнего) сечени потокопровода . Величина D и размеры всего датчика могут мен тьс в широких пределах, например 1 - 10 см. Диамет DU целесообразно BM6HpaTJ приближенно равным Dj , устройство будет работоспособно, если второго обтекател не будет.foot (upper) section of the pipeline. The value of D and the dimensions of the entire sensor can vary over a wide range, for example 1 to 10 cm. The diameter DU is expediently BM6HpaTJ approximately equal to Dj, the device will work if the second fairing is not.

Дл защиты датчика от атмосферных осадков и более широкой вариацииTo protect the sensor from precipitation and wider variation

коэффициента трансформации целесообразно ввести дополнительно обтекатель 5, расположенный на определенном рассто нии от первой поверхности 3, а в р де случаев и четвертый обтекатель 6, устанавливаемый около обтекател 4. Обычно эти дополнительные поверхности имеют форму шарового сегмента- либо диска и устанавливаютс таким образом, чтобы канал между одной парой поверхностей (3 и 5) сужалс к месту установки над потокопроводом, а между другой парой поверхностей (4 и 6) расшир лс .transformation ratio, it is advisable to introduce an additional fairing 5 located at a certain distance from the first surface 3, and in a number of cases the fourth fairing 6 installed near the fairing 4. Typically, these additional surfaces have the shape of a spherical segment or disk and are set so that the channel between one pair of surfaces (3 and 5) narrowed to the installation site above the flow pipe, and between the other pair of surfaces (4 and 6) widened.

Уменьшение зазора Л, и &, приводит к уменьшению коэффициента трансформации , увеличение - к ухудшению защищенности датчика от атмосферных осадков . Радиус кривизны дополнительных обтекателей может быть и больше, и меньше, чем у основных. При равенстве радиусов кривизны поверхностей основных и дополнителышх обтекателей коэффициент трансформации близок к нулю. При радиусах кривизны поверхностей дополнительных обтекателей , меньших основных, К возрастает , но направлени потока в потокопроводе изменитс на обратное. Конструкци датчика будет оптимальной при радиусах кривизны поверхностей дополнительных обтекателей больших, чем радиусы основных поверхностей. При этом знаки радиусов кривизны поверхностей основных и соответствую щих дополнительных обтекателей долж ны быть одинаковыми.Reducing the gap L, and &, leads to a decrease in the transformation ratio, the increase - to the deterioration of the sensor protection from precipitation. The radius of curvature of the additional fairings can be both larger and smaller than that of the main ones. With equal radii of curvature of the surfaces of the main and additional fairings, the transformation ratio is close to zero. With radii of curvature of the surfaces of the additional fairings smaller than the main ones, K increases, but the flow directions in the flow pipe are reversed. The sensor design will be optimal when the radii of curvature of the surfaces of the additional fairings are larger than the radii of the main surfaces. In this case, the signs of the radii of curvature of the surfaces of the main and corresponding additional fairings should be the same.

Предлагаемьё датчик скорости позвол ет расширить диапазон изме- . р емых скоростей и повысить точность измерени .Offered speed sensor allows to expand the range of changes. adjustable speeds and improved measurement accuracy.

Фиг. 2FIG. 2

Фиг.ЗFig.Z

м/сm / s

Claims

1. FLOW SPEED SENSOR, comprising a flow line with a sensing element located inside, characterized in that, in order to expand the range of measured velocities and improve the measurement accuracy, the ends of the flow line are equipped with fairings made in the form of surfaces with different radii of curvature, and at least one size of which more than 2 times the diameter of the inlet of the corresponding end of the flow pipe.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that it is equipped with at least one additional fairing located at a distance less than the size of the main fairing, near which it is located, while the radius of curvature of the additional fairing is different from the radius of curvature of the main fairing.

Figure 1

SU „„ 1120244>