SU1691757A1 - Устройство дл измерени угловой и тангенциальной скоростей потока электропроводной жидкости - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерению параметров движени  и может быть использовано , в частности, при исследовани х гидродинамических полей морей и океанов. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерени . Устройство содержит электромагнит с сердечником 1, покрытым слоем 3 диэлектрика, причем один из полюсов сердечника 1 выполнен в виде тела вращени , и два измерительных электрода, установленных заподлицо с поверхностью сло  диэлектрика. При этом точечный электрод 4 расположен в лобовой части полюса на оси тела вращени , а кольцевой электрод 5 выполнен с разрезом и установлен соосно сл с

Description

Изобретение относитс  к измерению параметров движени  и может быть использовано дл  измерени  составл ющей осредненной угловой скорости потока электропроводной жидкости при исследовани х гидродинамических полей морей и океанов.

Известен акустический датчик дл  определени  компонент угловой скорости, основанный на измерении проекций линейной скорости на многоугольном контуре и последующем расчете нормальной к контуру компоненты угловой скорости,

Недостатком датчика  вл етс  мала  точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству  вл етс  датчик скорости, содержащий покрытый диэлектриком клиновидный посто нный магнит с обмоткой и измерительные электроды, позвол ющие определить составл ющие вектора осредненной скорости (продольную и поперечную). Один такой датчик не измер ет угловой скорости, однако, располага  в потоке жидкости несколько таких датчиков по окружности радиуса R таким образом, чтобы главна  ось каждого датчика была перпендикул рна плоскости окружности и пересекалась с окружностью в месте расположени  общего заземленного электрода каждого датчика, можно приближенно рассчитать циркул цию скорости потока каждого датчика по заданному контуру, которым  вл етс  окружность

Г / Vdfc-2 УПД Vn, nn

где Vn - поперечна  относительно оси датчика и касательна  к окружности компонента скорости потока жидкости; Aili - длина

-ЛИ, 2.

дуги окружности

an- количество датчиков. Это, в свою очередь, делает возможным приближенно рассчитать величину компоненты средней завихренности,

ОрТОГОНаЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ОКРУЖНОСТИ (Ох ,

r , где S - площадь круга.

0

5

0

0

5

0

5

0

Таким образом, суммарный сигнал системы из n датчиков пропорционален компоненте завихренности аь

2 .

Точность таких измерений определ етс  количеством датчиков, которые можно разместить в исследуемом потоке.

Пон тно, что в силу конечных размеров преобразователей и громоздкости конструкции известное устройство не обеспечивает достаточной точности измерени .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  угловой и тангенциальной скоростей потока электропроводной жидкости, содержащем стержневой электромагнит с сердечником, покрытым слоем диэлектрика, и два измерительных электрода, один из полюсов сердечника выполнен в виде тела вращени , электроды установлены заподлицо с поверхностью сло  диэлектрика, причем один из электродов - точечный - расположен в лобовой части полюса, на оси тела вращени , а другой - кольцевой - выполнен с разрезом и установлен соосно телу вращени  в области однородного магнитного пол , создаваемого полюсом электромагнита. Тело вращени  может быть, например, сферической, эллиптической или конусной формы. Разрез в кольцевом электроде необходим дл  исключени  токов, индуцируемых в кольце переменным магнитным полем.

Область однородного магнитного пол  по образующей можно достаточно корректно определить соотношением I BI - В0 i/Bo 0,2. где BI и Во - соответственно i-e и максимальное вдоль образующей среднеквадратические значени  индукции магнитного пол . В случае использовани  эллиптического, а особенно сферического наконечника область однородного пол  довольно прот женна  и простираетс  практически до точки

сопр жени . Конфигураци  наконечника однозначно определ ет распределение магнитного пол . Дополнительное ограничение на расположение кольцевого электрода , св занное с наличием области отрыва потока, определ емой скоростью потока и формой поверхности наконечника, отсутст- вует.так как дл  конусной и эллиптической поверхностей возможный отрыв находитс  в области сопр жени  с цилиндрической поверхностью электромагнита, а дл  сферической поверхности отрыв определ етс  телесным углом 87°, что также практически совпадает с областью сопр жени .

На фиг.1 изображена схема устройства, в котором полюс магнита выполнен в виде конуса: на фиг.2 - направлени  векторов, по сн ющие принцип работы устройства; на фиг.З - возможное выполнение электродов (а - точечного, б - кольцевого).

Устройство содержит электромагнит с сердечником 1 и обмоткой 2, слой 3 диэлектрика , точечный электрод 4 и кольцевой электрод 5 с разрезом.

Устройство работает следующим образом .

Устройство помещают в поток движущейс  жидкости, подключают обмотку 2 электромагнита к источнику переменного тока. При этом между точечным электродом 4 и кольцевым электродом 5 измер ют разность потенциалов 1)изм, котора  может быть представлена в виде

Уиэм Ј-1/СТ,

(D

Учет в (1) слагаемого 1/ег в силу пропорциональности потока I индуцируемой электродвижущей силе Ј , сводитс  к введению градуировочного коэффициента К:

10

Ч,

Преобразуем второе слагаемое выражени  (3):

(UIJ4 )C4)

20

где тангенциальна  компонента скорости потока на кольцевом электроде;

2В

(5)

Ј--|ЈR№6p V

В (5)jweHO. что ff(t) I Ef(t)l rf; n - нормаль к поверхности; Јобр - орт образующей конусной поаер- хности;

где Б - электродвижуща  сила (Э Д С) между электродами

г- радиус кольца; I - токи проводимости в жидкости; элемент кольцевого электрода; о - электрическа  проводимость .45

Исход  из закона Фараде , ЭДС можно записать как производную по времени от магнитного потокаФ

дФ

dth,

дЧЪ const

(2)

где I BdS - магнитный по- ток;В (t) Во sin Шо t - индукци  перемен- ного магнитного пол ; dS- элемент конусной поверхности, заключенной между электродами; а - частота тока питани .

40

(б)

ililllrfr jr

4ЯТ

Г /

где i -j Vyj a {((.- циркул ци  вектора скорости по контуру, совпадающему с кольцевым электродом.

Использу  теорему Стокса,

)%,

окончательно получаем:

)(t)IC(rotV)x, (7)

где С - коэффициент, задаваемый геометрией устройства.

Измер ема  разность потенциалов имеет вид

УизмК

ШМ8 +

1(8)

+ KlB(t)lC(.

Спектральна  плотность сигнала (Уизм), рассчитанна  путем разложени  в р д Фурье выражени  (Неравна

п i - v R с С(гкиУ)хв)-о& (lUO, - К BoS/ -

Ј

(9)

и имеет максимум вии (а УЬ

в точке при уело« .(5.

(Ю)

Частота Ыт определ ет величину компоненты угловой скорости потока о.

В случае малых размеров датчика по сравнению с размером вихр , что имеет место в крупномасштабных установках и натурных гидрофизических исследовани х в море, существует возможность измерени  тангенциальной компоненты скорости потока . Из выражени  (3) имеем

., иизм -К« - °

-С К I В (t) iVy,

(11)

где осредненна  тангенциальна  составл юща  скорости потока. Усреднение проведено по поверхности конуса S. С коэффициент , определ емый геометрией полюсного наконечника.

(UwM)tO

КВс

С1 - S оЈ о - аД

(12)

Измер   величину сигнала (Кизм) на максимуме спектральной плотности в единичной полосе, согласно (12),можно определить V,

v

M(1-()M. (13)

V С (От Sk Во /

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  угловой и

   тангенциальной скоростей потока электропроводной жидкости, содержащее стержневой электромагнит с сердечником, покрытым слоем диэлектрика, и два измерительных электрода, отличающеес  тем,

   что. с целью расширени  функциональных возможностей и повышени  точности, один из полюсов сердечника выполнен в виде тела вращени , а электроды установлены заподлицо с поверхностью сло  диэлектрика , причем один из электродов - точечный - расположен в лобовой части полюса на оси тела вращени , а другой - кольцевой - выполнен с разрезом и установлен соосно с телом вращени  в области однородного магнитного

   пол , создаваемого полюсом электромагнита.

   (rot7)x

   а

   4

   ФигЗ