Claims (4)
3.Вли ние в зкости рабочего газа, а значит температуры и давлени (высоты полета; на точность датчика, так как одним из главных процессов, участвующих в преобразовании информации вл етс дросселирование газа в клапане . 4.Низка чувствительность, оцениБаема перемещением на единицу П , чт св зано с сильным вли нием перемещени клапана на давление за ним. 5.Отсутствие возможности управлени крутизной характеристики с целью получени идентичных характеристик у различных экзешш ров датчиков, им ющих индивидуальные отклонени геометрии от номинала, по технологическим причинам. Наиболее близким по технической с ности и достигаемому эффекту к предл гаемому вл етс датчик отношени давлений, который содержит сопло пит ни , вход которого соединен с источником высокого давлени , а выходс камерой взаимодействи , соединенной с источником низкого давлени , и цилиндрический приемник полного давлени с отверсти ми у закрытого его торца, расположенный в камере взаимо действи против сопла питани , причем приемник полного давлени соединен с поршнем со штоком, перемещающимс в пневмощглиндре, надпоршнева полость которого соединена с источником высокого давлени через редуктор , состо щий из двух жиклеров, а полость под поршнем - с внутренней полостью приемника полного давлени Недостатками известного дат-чика вл ютс : 1.Воздействие твердой фазы и кон денсата на входную часть приемника полного давлени , расположенного в потоке газа, и, как следствие, подверженность поверхностей эрозии, при вод щей к расстройке по мере нара .ботки датчика. 3. The effect of the viscosity of the working gas, and therefore the temperature and pressure (flight altitude; on the accuracy of the sensor, since one of the main processes involved in converting information is throttling gas in the valve. 4. Low sensitivity, assessed by moving by unit P This is due to the strong influence of the valve movement on the pressure behind it. 5. The lack of controllability of the steepness characteristic in order to obtain identical characteristics for different types of sensors that have individual deviations of the geometry nominal value, for technological reasons. The closest in technical and achievable effect to the proposed one is the pressure ratio sensor, which contains a power nozzle, the inlet of which is connected to a high pressure source, and output from an interaction chamber connected to a low pressure source, and a cylindrical total pressure receiver with openings at its closed end, located in the interaction chamber opposite the feed nozzle, the total pressure receiver being connected to the piston with the rod moving in pneumosglinder, the over piston cavity of which is connected to a high pressure source through a reducer consisting of two nozzles, and a cavity under the piston - with an internal cavity of the full pressure receiver. The disadvantages of the known sensor are: 1. The solid phase and condensate affecting the inlet part a full pressure receiver located in the gas flow, and, as a result, susceptibility of erosion surfaces, leading to detuning as the sensor runs.
2.Сравнительно большой расход воздуха, который протекает ,не тольк |Через сопло, но и редуктор с эжекто ром. Необходимость использовани эжектора св зана с тем, что дл монотонного падени давлени на входе в при емник при изменеьши рассто ни от среза сопла до приемника приходитс его выполн ть с большим поперечным сечением внутренний диаметр больше либо равен диаметру сопла). В этом случае восстановленное давление в приемнике осредн етс , что дает желаемую монотонную зависимость ( давление , замеренное .приемником малого диаметра, при его перемещении относительного сопла может иметь местные подъемы из-за скачков уплотнени в струеу однако уровень давлени при этом снижаетс . Редуцированное давление на выходе редуктора в 3-5 раз меньше максимального давлени в приемнике и почти в 10 раз меньше давлени перед соплом и перед редуктором. Поэтому на выходном жиклере редуктора , если не создать на нем за счет эжектора разрежение, перепад давлений будет доктрическим, что, в конечном итоге приводит к большим ошибкам измерений . 3.. Трудность конструктивной реализации датчика по данной схеме дл аппаратов с большой высотностью, так как уровень перестановочных сил невысок , а-увеличение площади поршн ухудшает динамические характеристики датчика. 4. Недостаточна чувствительность в области больших значений, измер емых отношений, начина с П.. 12-15. Перечисленные недостатки ограничивают область применени известного датчика.. Цель изобретени - поБьш1ение точности измерени . Поставленна цель достигаетс тем, что в датчик отношени давлений, содержащий сопло, вход которого соединен с источником высокого давлени , а выход - с камерой, соединенной с источником низкого давлени , введен подвижный зовд индикации внешней границы струи. При этом, зонд выполнен в виде рычага, центр вращени которого неподвижен относительно сопла, а конец рычага имеет выпуклый профиль в сечении плоскостью, проход щей через ось сопла и центр вращени рычага, причем выпуклость обращена к соплу датчика, либо в виде штока, перемещающегос пр молинейно в направл ющей втулке, установленной неподвижно относительно сопла под углом 28-30 к оси сопла, причем ось втулки пересекает ось сопла в центре критического сечени сопла. В датчик введена пружина, один конец которой неподвижно закреплен относительно сопла, а другой соединен с зондом. При этом введен усилитель, зонд выполнен полым, снабжен микроприемником давлени на выпуклом профиле и соединен с усилителем, который вы полнен мембранным или поршневым, а сечение сопла выполнено квадратным. В предлагаемом устройстве датчик снабжен профилированным соплом внеш него расширени , а сопло выполнено с косым срезом, зонд выполнен в виде рьГчага, центр вращени которого неподвижен относительно сопла, а на конце рычага, индицирующим внешнюю границу струи, закреплен термоэлектрический преобразователь, включенный в мостовую схему измерени , при этом за срезом сопла соосно ему зак реплено осесимметричное тело и в датчик введено газоотводное устройство , состо щее из последовательно соединеннь1х конфузора,цилиндрической трубы, диффузора и сопла с защитной сеткой. Введение периферийного подвижного зонда в датчике взамен приемгшка пол ного давлени , погруженного в струю и перемещаемого с пневмоцилиндром за счет изменени восстановленного давлени , коренным образом.мен ет способ преобразовани информации в датчике на более удобный и перспективный с точки зрени реализации в конструкции . Если в известном датчике существо принципа действи заключаетс в измерении потерь полного давлени в сверхзвуковой нерасчетной струе (потери полного давлени и коэффициент восстановлени давлени , оценивающий их, зависимы от расто ни между соплом и приемником, и отношени давлений на сопле) то в предлагаемом датчике - в измерении характерного размера струи, который определ етс отношётем дел щихс давлений вне зависимости от их уровн . На фиг. 1-13 показаны варианты вы полнени датчика. Функционирование датчика осуществл етс следующим образом. Начина с отношени давлени 1,89 из сопла истекает сверхзвукова нерасчетна стру , имеюща бочкообразную форму, причем характерные размеры первой бочки (а также и последующие) - максимальный диаметр, прот женность и длина, на которой на блюдаетс максимальный диаметр - однозначно св заны с отношением дел щихс давлений вне зависимости от их уровн . Таким образом, перва бочка струи вл етс первичным измерительным преобразователем измер емого отношени давлений (вторую и последующие бочки в качестве преобразователей использовать нецелесообразно, так как вследствие нарастани струйного пограничного сло по длине струи в датчике понижаетс точность). Периферийный подвижной зонд, соприкасающийс со струей, следит за ее внешней границей, двига сь по дуге окружности большого диаметра, либо пр молинейно, так, чтобы его точка соприкосновени со струей по соображени м получени максимальной чувствительности находилась либо на максимальном диаметре первой бочки либо вблизи его. Таким образом, периферийный лодвижный зонд вл етс промежуточным преобразователем информации, и его положение отображает измер емое отношение давлений, Выходным сигналом датчика вл етс перемещение зонда сигнал удобный дл использовани в системах регулировани ГТД любого типа (гидромеханических, пневматических , электрических и комбинированных J. Периферийные зонды в датчике, могут быть двух типов: аэродинамического или термоэлектрического. В первом типе используютс дл образовани сил,.перемещающих зонд, особенности обтекани зонда потоком на внешней границе струи, а во втором типе дл этих же целей используютс особенности распределени температур на периферии неизотермической струи. свою очередь, аэродинамические зоны различсцотс пр мого и непр мого ействи . На фиг. la представлена.схема датика отношени давлений пр мого дейтви . Датчик состоит из сопла 1 и ериферийного зонда 2 в виде рычага, ентр вращени которого неподвижен тносительного сопла, а конец, сорикасающийс со струей, имеет выуклый профиль например, круговой) сечении плоскостью, проход щей чеез ось сопла и параллельной плосости качани рычага, причем выпукость обращена к струе, истекающей из сопла. На фиг. 15 даны примеры вариантов выпуклых профилей. При анализе работы датчика на внешней границе сверхзвуковой струи имеетс тонкий струйный пограничный слой, в котором скорость газа измен етс от малой величины, близкой к нулю, до сверхзвуковой скорости, близкой к скорости полного изоэнтропического расширени при заданном отношении давлений. В результате вблизи внешней границы струи располагаетс звукова поверхность, на которой скорость газа равна скорости звука, т.е. промежуточной величине между дозвуковой скоростью в окружаю щем пространстве с малым давлением Р и сверхзвуковой скоростью на вшеней границе идеальной струи. Эта звукова поверхность делит погрансло на две части - дозвуковую и сверхзвуковую . Сверхзвукова часть пограршчного сло особо тонка, поэтому с достаточной точностью можно отождествл ть звуковую поверхность с внешней границей идеальной струи. Датчик работает следующим образом Если по каким-либо причинам выпуклый профиль зонда окажетс погру женным в сверхзвуковую часть погран сло , либо в сверхзвуковую струю, например, при резком возрастании П то перед профилем возникает ударна волна, за которой возрастает статическое давление, повьш енное давление действует на зонд и создает силу , выталкивающую зонд из сверхзвуковой струи и сверхзвуковой части п грансло до тех пор, пока профиль н окажетс на звуковой поверхности (фиг. 1R) Если по каким-либо причинам выпуклый профиль окажетс в дозвуково части погрансло , например при снижении то вследствие стеснени профилем дозвукового потока местна скорость над профилем возрастает, а статическое давление уменьшаетс , ч создает силу, присасывающую зонд к струе до тех пор, пока профиль не окажетс на звуковой поверхности (фиг.1г). Таким образом, аэродинамический зонд отслеживает звуковую поверхнос в струйном по1ранслое на внешней гр нице струи и тем самым - внешнюю гр ницу струи. С ростом измер емого от ношени давлений размер бочки уве 8 ичиваетс , и зонд .отклон етс в наравлении против часовой стрелки (фиг.1&, е). Угол отклонени зонда, тображающий измер емое отношение авлений, через механическую св зь ередаетс на вход в систему регулировани . На фиг. 2 представлена схема датчика отношени давлени пр мого действи , состо щего из сопла 1, периферийных зондов 2, прижимающихс к струе пружиной 3 и механически св занных между собой ползуном 4. Благодар применению нескольких зондов, суммарна перестановочна сила увеличиваетс , пружина 3 служит дл улучшени качества работы датчика при быстрых снижени х П и создает надежный контакт зондов со струей. Необходимость ее постановки св зана с тем, что выталкивающа сила всегда значительно больше присасывающей. Принцип действи датчика по фиг. 2 аналогичен описанному. На фиг. 3 представлена схема датчика отношени давлений непр мого действи , состо щего из сопла 1, периферийных зондов 2, снабженных каналами и отверсти ми дл отбора статического давлени в месте контакта профил со струей, механически св занных между собой ползуном 4 и прижимаюшд хс к струе пружиной 3, эластичных трубок 5 дл передачи давлени от зондов к пневмоцилиндру 6 или мембранному усилителю, шток которого механически св зан с зондами через рычаг 7 и ползун 4 так, что его усилие складываетс с аэродинамической силой воздействи струи на зонд. Датчик работает следующим образом. Если измер емое отношение давлений повышаетс , размеры бочки струи увеличиваютс , и зонд (зонды) , первоначально наход пщес на звуковой поверхности в пограничном слое, оказываютс погруженными в сверхзвуковой поток. Перед зондом в сверхзвуковом потоке возникает ударна волна, за которой статическое давление превьш1ает меньшее из дeл ш IXC давлений Е ( , ПовьШ1енное давление за волной действует непосредственно на зонд, выталкива его из струи, а также передаетс через отверсти в профиле, полый рычаг зонда, трубки 5 к пневмоцилиндру 6, на поршне которого возникает перепад давлений, вследствие чего поршень движетс влево, способству выходу зонда из струи. Сил развиваема .поршнем, и сила воздействи струи на зонд складыва отс , суммарна сила сжимает пружину до тех пор, пока зонд не зыйдет на зву ковую поверхность. Так как статичес кое давление за волной и давление под поршнем равны, то эффект от дей стви поршн можно трактовать как увеличение эффективного мидел зонд во столько раз, во сколько соотнос тс между собой площадь поршн и площадь мидел выпуклого профил зо да с учетом коэффициента передачи между ходом штока и ходом зонда. При медленном снижении отношени давлений зонд попадает в дозвуковую часть пограничного сло , статическо давление между зондом и профилем сни жаетс до величины, меньшей, чем Р . Под действием изменившегос Перепада давлений поршень движетс вправо, освобожда пружину 2. Comparatively large air flow, which flows, not only | Through a nozzle, but also a reducer with an ejector. The need to use an ejector is associated with the fact that for a monotonic pressure drop at the entrance to the receiver, when the distance from the nozzle section to the receiver is changed, it is necessary to perform it with a larger cross section, the inner diameter is greater than or equal to the diameter of the nozzle). In this case, the recovered pressure in the receiver is averaged, which gives the desired monotonic relationship (the pressure measured by the receiver of small diameter, as it moves, the relative nozzle may have local rises due to shock waves in the jet, however, the pressure level decreases. the gearbox output is 3-5 times less than the maximum pressure in the receiver and almost 10 times less than the pressure in front of the nozzle and in front of the gearbox. Therefore, on the output jet of the gearbox, if you do not create The rarefaction, differential pressure will be doctrinal, which ultimately leads to large measurement errors. 3 .. The difficulty of constructive implementation of the sensor according to this scheme for high-altitude apparatus, since the level of commutation forces is low, and an increase in the area of the piston worsens the dynamic characteristics sensor. 4. Insufficient sensitivity in the field of large values, measured ratios, starting with P. 12-15. The above disadvantages limit the scope of application of the known sensor .. The purpose of the invention is to e accuracy measurement. This goal is achieved by the fact that a movable signal of indicating the outer boundary of the jet is introduced into the pressure ratio sensor, which contains a nozzle whose inlet is connected to a high pressure source, and the outlet is connected to a chamber connected to a low pressure source. At the same time, the probe is made in the form of a lever, the center of rotation of which is stationary relative to the nozzle, and the end of the lever has a convex profile in cross section with a plane passing through the axis of the nozzle and the center of rotation of the lever, and the convexity is facing the sensor nozzle linearly in a guide bushing fixed stationary relative to the nozzle at an angle of 28-30 to the axis of the nozzle, with the axis of the sleeve intersecting the axis of the nozzle in the center of the critical section of the nozzle. A spring is inserted into the sensor, one end of which is fixed relative to the nozzle, and the other end is connected to the probe. At the same time, an amplifier was inserted, the probe was made hollow, provided with a pressure micro-receiver on a convex profile and connected to an amplifier, which was made membrane or piston, and the nozzle section was square. In the proposed device, the sensor is provided with a profiled external expansion nozzle, and the nozzle is made with an oblique cut, the probe is designed as a hub, the center of rotation of which is stationary relative to the nozzle, and at the end of the lever, indicating the outer boundary of the jet, a thermoelectric converter is mounted, which is included in the bridge circuit , herewith, an axisymmetric body is fixed coaxially behind the nozzle section, and a gas outlet device consisting of a serially connected confuser, a cylindrical pipe, a diffu Zora and nozzles with protective mesh. Introducing a peripheral movable probe in a sensor instead of a full pressure receptacle, immersed in a jet and moved with a pneumatic cylinder due to a change in the recovered pressure, fundamentally changes the way information is converted in the sensor to a more convenient and promising from the point of view of implementation in the design. If, in the well-known sensor, the essence of the principle is to measure the total pressure loss in a supersonic non-calculated jet (the loss of the total pressure and the pressure recovery coefficient that evaluates them are dependent on the length between the nozzle and receiver, and the pressure ratio on the nozzle), then measuring the characteristic size of the jet, which is determined by the ratio of dividing pressures regardless of their level. FIG. Figures 1-13 show the sensor options. The operation of the sensor is as follows. Starting with a pressure ratio of 1.89, a supersonic non-design jet with a barrel shape expires from the nozzle, the characteristic dimensions of the first barrel (as well as subsequent ones) —the maximum diameter, the extension and length at which the maximum diameter is observed — are uniquely related to the ratio pressures regardless of their level. Thus, the first barrel of the jet is the primary measuring transducer of the measured pressure ratio (it is impractical to use the second and subsequent barrels as transducers because the increase in the jet boundary layer along the length of the jet in the sensor decreases accuracy). A peripheral mobile probe in contact with the jet monitors its outer boundary by moving along an arc of a circle of large diameter, or straightforwardly, so that its point of contact with the jet is either at or near the maximum diameter of the first barrel . Thus, the peripheral mobility probe is an intermediate information transducer, and its position displays the measured pressure ratio. The output signal of the sensor is the movement of the probe, which is convenient for use in GTE control systems of any type (hydromechanical, pneumatic, electrical and combined J. Peripheral probes In the sensor, there may be two types: aerodynamic or thermoelectric. In the first type, they are used to form the forces that move the probe, the flow characteristics and the probe flow at the outer boundary of the jet, and the second type uses the temperature distribution features on the periphery of the non-isothermal jet for the same purpose. In turn, the aerodynamic zones are different between direct and indirect action. The sensor consists of a nozzle 1 and a peripheral probe 2 in the form of a lever, the center of rotation of which is stationary with a relative nozzle, and the end, pointing to the jet, has a convex profile, for example, a circular section passing through the axis of the nozzle and parallel to the plane of swing of the lever, with the bulge facing the jet flowing from the nozzle. FIG. 15 gives examples of variants of convex profiles. When analyzing the sensor operation, there is a thin jet boundary layer on the outer boundary of the supersonic jet, in which the gas velocity varies from a small value close to zero to a supersonic velocity close to the speed of the full isentropic expansion at a given pressure ratio. As a result, a sound surface is located near the outer boundary of the jet, on which the gas velocity is equal to the velocity of sound, i.e. the intermediate value between the subsonic velocity in the surrounding space with a small pressure P and the supersonic velocity at the outer edge of the ideal jet. This sound surface divides the boundary layer into two parts - subsonic and supersonic. The supersonic part of the barrier layer is particularly thin, so the sound surface can be identified with sufficient accuracy with the outer boundary of the ideal jet. The sensor works as follows. If for any reason the convex profile of the probe is immersed in the supersonic part of the boundary layer or in a supersonic jet, for example, with a sharp increase in P, then a shock wave occurs before the profile, behind which the static pressure increases, the increased pressure acts on the probe and creates a force that pushes the probe from the supersonic jet and the supersonic part of the n layer until the profile n is on the sound surface (Fig. 1R). If for some reason the convex profile is visible c in the subsonic part of the boundary, for example, while decreasing due to the restriction of the subsonic flow profile, the local velocity increases over the profile and the static pressure decreases, creating a force sucking the probe to the jet until the profile appears on the sound surface (Fig. 1g) . Thus, the aerodynamic probe tracks the sound surface in a jet layer on the outer face of the jet, and thus the outer face of the jet. As the pressure measured by the pressure increases, the size of the barrel increases, and the probe deviates counterclockwise (figure 1 & e). The angle of deviation of the probe, which represents the measured ratio of the advances, is transmitted through a mechanical connection to the entrance to the control system. FIG. 2 shows a diagram of a pressure ratio sensor consisting of a nozzle 1, peripheral probes 2 pressed against the jet by a spring 3 and mechanically interconnected by a slider 4. Through the use of several probes, the total switching force increases, the spring 3 serves to improve the quality operation of the sensor during rapid drops of P and creates a reliable contact of the probes with the jet. The need for its production is due to the fact that the ejection force is always much greater than the suction force. The principle of the sensor of FIG. 2 is similar to that described. FIG. 3 shows a diagram of an indirect pressure ratio sensor consisting of nozzle 1, peripheral probes 2 equipped with channels and orifices for sampling static pressure at the point of contact between the profile and the stream, mechanically connected with each other by a slider 4 and pressing xc to the stream by spring 3 elastic tubes 5 for transferring pressure from the probes to the pneumatic cylinder 6 or the membrane amplifier, the rod of which is mechanically connected to the probes through the lever 7 and the slider 4 so that its force is folded by the aerodynamic force of the jet on probe The sensor works as follows. If the measured pressure ratio increases, the jet barrel sizes increase, and the probe (s), initially located on the sound surface in the boundary layer, are immersed in a supersonic flow. A shock wave arises in front of the probe in a supersonic flow, beyond which the static pressure exceeds the lower pressure EXC of pressure IXC (, the pressure behind the wave acts directly on the probe, pushing it out of the jet, and also passes through the probe's hollow arm 5 to the pneumatic cylinder 6, on the piston of which a differential pressure occurs, as a result of which the piston moves to the left, facilitating the exit of the probe from the jet. The force is developed by the piston, and the force acting on the probe by folding the probe, the total force compresses the spring inu until the probe progresses to the sound surface. Since the static pressure behind the wave and the pressure under the piston are equal, the effect of the action of the piston can be interpreted as an increase in the effective mid-range probe as many times as the area of the piston and the area of the midpoint of the convex profile of the plant, taking into account the transfer coefficient between the stroke of the rod and the stroke of the probe.When the pressure ratio decreases slowly, the probe falls into the subsonic part of the boundary layer, the static pressure between the probe and the profile decreases to reasons less than p. Under the action of the changed differential pressure, the piston moves to the right, releasing the spring
3. Пружи на и разрежение под профилем зонда заставл ют зонд двигатьс в направлении к струе до тех пор, пока профиль не окажетс на звуковой поверхности в пограничном слое. При резком снижении отношени дав лений на большую величину, зонд может оказатьс в области малых скоростей , где разрежение под профилем станет исчезающе малым, в этом случае движение зонда .и св занного с ним полэуна осуществл етс только под действием пружины. При отношении давлений, измен ющихс в пределах 2-40, понижение давлени под профилем происходит на небольшую величину (не более 15% от Р ). Поэтому различные в скорост х движени зонда в последних двух случа х оказываетс несущественным. Положение подвижных частей (ползу , на и зонда) в датчике (фйг.З) св ..зано с расположением звуковой поверх ности в погранслое, практически совпадающей с внешней границей струи. Поэтому положение их отображает изме р емое отношение давлений вне зависимости от абсолютной величины дел щихс давлений. На фиг. 4 представлена схема датчика отношени давлений непр мого действи , состо щего из сопла 1, зон дов 2, св занных ползуном 4, пружины 3, пневмоцилиндра 6, рычага 7, 510 трубок 5 и анероида 8, св занного с пружиной рычагом 9. Анероид 8 при понижении меньшего из давлений Р расшир етс ослабл ет зат жку пружины . При посто нном отношении давлений П. и понижающемс Р, снижаютс аэродинамические силы, при этом расстройка датчика не происходит. На фиг. 5 представлена схема датчика отношени давлений непр мого действи , в котором высотна коррекци осуществл етс по большему из дел щихс давлений Р . Коррекци по РП равнозначна коррекции по Р на том основании, что ход ползуна 4, а следовательно, и изменение зат жки пружины пропорциональны П, Тогда в каждом фиксированном положении ползуна или П const соблюдаетс Р2 const PI . В датчике (фиг.5) коррекци по Р осуществл етс упругой мембраной 8а, котора через рычаг 9 воздействует на зат жку пружины 3 так, что при посто нном Пц и снижении Р (равнозначном снижению Р ) зат жка пружины ослабл етс пропорционально снижению аэродинамических сил. Расстройка датчика при этом не происходит. Коррекци по Р также может быть осуществлена любыми другими преобразовател ми давлени в перемещение. Например , поршнем или сильфоном, нагруженным пружинами. Назначение и действие их аналогично упругой мемб-. ране. На фиг. 6 представлена схема датчика отношени давлений непр мого действи , в котором в отличие от датчиков по фиг. 4 и 5 переферийные зонды 2 выполнены в виде полых рычагов несущих микроприемники полного давлени . Датчик работает следующим образом. При повышении П микроприемник попадает в поток, где полное давление Bbmie, чем в микроприемнике и через полый рычаг и соединительные трубки подводитс к пневмоцилиндру, поршень которого выводит зонд с микроприемником из струи, сжима пружину 3 до тех пор, пока зат жка пружины не прир ет в соответствие с полным давлением , воспринимаемым приемником зонда. ри снижении и датчик работает анаогично с той лишь разницей, что из-за ервоначального положени полного авлени перед приемником силовой баланс между поршнем пневмоцилиндра и пружиной нарушаетс так, что пруЖ11на перемещает поршень и зонд с микроприемником , ввод его в струю до тех пор, пока зат жка пружины не придет в соответствие с полным давлением , воспринимаемым приемником зонда Начальна зат жка и жесткость пружины подбираютс так, чтобы зонд с микроприёмником полного давлени отслеживал внешнюю границу струи, положение которой отображает отношение дел щихс давлений вне зависимости от их абсолютной величины. На фиг. 7 представлена схема взаимодействи струи, истенакндей из сопла с квадратным поперечным сечением, с периферийными зондами. При малых .7в), когда зоны располагаютс вблизи среза сопла, где поперечное сечение струи еще близко к квадратному , обеспечиваетс контакт струи с зондами по всей поверхности зондов, способствующий увеличению сил воздействи струи на зонды, что благопри тно сказываетс на точности и динамике датчика. На этом же режиме стру , истекаклца из сопла с круглым поперечным сечением, соприкасаетс с зондами по меньшей площади. При боль ших значени х П, зонды располагаютс на большом удалении от среза сопла, где стру имеет поперечное сечение, близкое к круглому, в этом случае характеристика датчика с соплом квад ратного сеЧени аналогичны характеристикам датчика с обычным соплом круглого поперечного сечени . На фиг. 8 представлена схема расположени зонда относительно сопла с косым срезом. Вследствие поворота потока в косом срезе перемещение зонда увеличиваетс , что способствуе увеличению чувствительности. Так как угол среза более 60 трудно осуществить по конструктивным соображени м, то угол поворота потока ограничен ве личиной пор дка 10. По Зтой причине косой срез улучшает чувствительность датчика только до П пор дка п ти. На фиг. 9 представлена схема расположени зонда относительно профилированного сопла внешнего расширени в котором положение внешней границы струи однозначно св зано с измер емым отношением давлений. На фиг. 10 представлена схема дат чика с термоэлектрическим зондом. Дл аботы датчика необходимо, чтобы газ,, стекающий из сопла был помечен . темературой , отличающейс от темперауры среды низкого давлени . Это треование , как правило, удовлетвор етс . апример, в компрессорах вследствие сжати температура воздуха на выходе намного превьщ1ает температуру в окру ающем пространстве. Так, в компрессорах современных авиационных ГТД температура воздуха на выходе достигает величины 900 К имеетс тенденци к дальнейшему ее повьшению. Датчик состоит из сопла 1, периферийных зондов 2, несупщхтермоэлектрические преобразователи (термопары ) 10, термоэлектрических преобразователей 11 дл измерени темпер атуры среды низкого давлени , усилител 12, устройства 13 электромеханической обратной св зи. Преобразователи 10 и 11 включены в электрический мост, напр жение С диагонали которого подаетс в усилитель 12. Настройка схемы производитс так, что при отсутствии напр жени в диагонали моста устройство электромеханической обратной св зи электромотор , соленоид и т.д.) движет зонды 2 к.струе, а при наличии напр жени от струи. Датчик работает следующим образом. Если по какой-либо причине, например вследствие повьш1ени П преобразователи 10 оказываютс погруженными в в струю повышенной температуры, то в диагонали моста по вл етс напр жение , и электромеханическое устройство выводит зонды 2 с преобразовател ми 10 из струи до тех, пор, пока преобразователи не оказываютс вне струи в той части теплового погра-. 1ШЧНОГО сло , где температура мало отличаетс от -температуры окружающей среды. Как только температуры, замер емые преобразовател ми 10 и 11, сравниваютс , напр жение в диагонали моста исчезает, и устройство обратной св зи начнет вводить зонды 2 с преобразовател ми 10 в струю. В результате зонды 2 будут отслеживать внешнюю границу струи, соверша автоколебани внутри тонкого теплового пограничного сло . Эти автоколебани в датчике (фиг.10) - следствие того, что устройство вл етс замкнутой нелинейной системой, где вторичньш преобразователь - электрический мост имеет ре лейную характеристику. Однако в технической кибернетике известны и широко примен ютс методы управлени параметрами автоколебаний амплитудой и частотой, когда за счет правильного выбора частотных характеристик элементов подобной системы легко удаетс снизить амплитуду и по высить частоту до таких величин, что их вли ние на объект применени (систему регулировани ГТД) можно прене речь. В датчике (фиг.10) срабатывание обратной св зи проис содит при ра балансировке моста, т.е. при зависим ти от уровн этих температур. Уровень температур , а также уровень делений вли ют на теплообмен между газом и преобразовател ми, а значит и .на тепловую инерционность их. По это причине уровень температур и давлени будет вли ть на амплитуду и частоту автоколебаний. Однако повьппение амплитуды автоколебаний и понижение частоты, например, в случае увеличени высоты полета, не приведет к уве личению статической ошибки, если автоколебани симметричны (симметри легко обеспечиваетс конструкцией). На фиг. 11а,5 показало струйное течение при наличии преп тстви за соплом. Когда отношение давлений невелико , структураструи примерно такова , как и при отсутствии преп т стви (фиг.Па), при больших отношени х происходит деформаци первой бочки струй с увеличением ее диаметра (фиг.II Б), что может быть использовано дл увеличени крутизны характеристики датчика в области больших П|. Наличие преп тстви может привести к возникновению высокочастотных автоколебаний, что может отрицательно сказатьс на ресурсе датчика, поэтому он может быть приме иен на объектах, где большой ресурс не нужен. На фиг. 12 показано газоотводное устройство дл датчика отношени дав лений, состо щее из конфузора 14, цилиндрического участка 15, диффузора 16 и сопла 17с защитной сеткой. Устройство работает аналогично эжектору в режиме большого коэффициента эжекции, благодар чему в области среза сопла давление не отличаетс от меньшего из дел щихс давлений . Вместе с этим обмен энергией 6514 между активным газом и присасываемым газом среды низкого давлени в участке 15, повышение давлени в диффузоре 16 перед соплом 17 способствует уходу газа через сетку без вли ни на давление около сопла. На фиг. 13 представлен датчик отношени давлени , состо щий из сопла , полого штока 18, пневмоусилител с поршнем 19, плунжера 20, камеры 21, канала 22 подвода большего из дел щихс давлений к камере 21 и пружины 23. Выходным сигналом датчика вл етс перемещение штока 18. Датчик работает следующим образо,м. Высокое давление действует на торец плунжера малого диаметра 20 и заставл ет шток с поршнем продвигатьс к к внешней границе струи, но как только полый шток 18,. выполн ющий функцию приемника давлени , начнет внедр тьс в пограничный слой струи, давление в наподпоршневой полости будет возрастать . Движение штока 18 с поршнем 19 и плунжером 20 прекратитс , когда наступит равновесие сил от действи давлени на поршень и плунжер, а также от действи пружины 23. Особенностью струйного течени данного типа вл етс то, что полное давление на внешней границе струи близко к давлению перед соплом, по этой причине .торец штока 18 не может достичь внешней границы струи, так как в этом случае на большую площадь поршн 19 будет действовать такое же давление, что и на торец плунжера 20. В то же врем в струйном пограничном слое пол ное давление быстро убьюает и уже на звуковой поверхности всего лишь в 2 раза превьшхает меньшее из дел щихс давлений. Тогда дл того, чтобы тореи штока 18 отслеживал некоторую поверхность , заключенную между внешней границей идеальной струи и звуковой поверхностью, достаточно выдержать отношение площади поршн к площади торца плунжера приблизительно равное отношение максимального значени боль- . шего давлени удвоенному мини альному значению меньшего давлени /1 . Эта поверхность вследствие малой толщины пограничного сло и, тем боее , его сверхзвуковой части, может читатьс практически совпадакнцей с нешней границей идеальной струи. Таким образом, положение зовда 2 атчика (фиг .13) отображает характер,ный размер бочки сверхзвуковой струи, а значит, и отношение давлений на сопле вне зависимости от уровн давлений. Формула изобретени I. Датчик отношени давлений, содержащий сопло, вход которого «соединен с истчником высокого давлени , .а выход - с камерой, соедийенной с3. Springs and vacuum under the probe profile cause the probe to move towards the jet until the profile is on the sound surface in the boundary layer. With a sharp decrease in the ratio of pressures by a large amount, the probe may be in the region of low velocities, where the vacuum under the profile becomes vanishingly small, in this case, the probe moves and the associated floor is carried out only by the action of a spring. At a pressure ratio varying from 2-40, the pressure below the profile decreases by a small amount (no more than 15% of P). Therefore, the different in speeds of the probe in the last two cases is insignificant. The position of the moving parts (crawl, on and probe) in the sensor (fig.Z) is associated with the location of the sound surface in the boundary layer, which almost coincides with the outer boundary of the jet. Therefore, their position reflects the measured pressure ratio, regardless of the absolute value of the dividing pressures. FIG. 4 is a diagram of an indirect pressure ratio sensor consisting of nozzle 1, zones 2 connected by slider 4, springs 3, pneumatic cylinder 6, lever 7, 510 tubes 5, and aneroid 8 connected with spring lever 9. Aneroid 8 decreasing the lower pressure P expands to weaken the spring. With a constant pressure ratio P. and a decrease in P, the aerodynamic forces are reduced, while the sensor detuning does not occur. FIG. Figure 5 shows a diagram of an indirect pressure ratio sensor, in which the altitude correction is carried out along the greater of the dividing pressure P. The RP correction is equivalent to the P correction on the grounds that the stroke of the slide 4 and, consequently, the change in the spring tightening is proportional to P, Then in each fixed position of the slide or P const P2 const PI is observed. In the sensor (Fig. 5), the correction in P is carried out by an elastic membrane 8a, which through the lever 9 acts on the tightening of the spring 3 so that with a constant PT and a decrease in P (equivalent to a decrease in P), the spring is weakened in proportion to the reduction of aerodynamic forces . Sensor detuning does not occur. The correction for P can also be carried out by any other pressure-to-displacement transducers. For example, a piston or bellows loaded with springs. Appointment and their action is similar to an elastic membrane. the wound. FIG. 6 is a diagram of an indirect pressure ratio sensor, in which, unlike the sensors of FIG. 4 and 5, the peripheral probes 2 are made in the form of hollow levers supporting micro-receivers of full pressure. The sensor works as follows. As P rises, the micro-receiver enters the flow, where the total pressure is Bbmie than in the micro-receiver and through the hollow lever and connecting tubes is supplied to the pneumatic cylinder, the piston of which pulls the probe with the micro-receiver out of the stream, compressing the spring 3 until the spring clenches in accordance with the total pressure perceived by the receiver of the probe. When decreasing, the sensor works similarly, the only difference being that, due to the initial position of the full launch in front of the receiver, the force balance between the pneumatic cylinder piston and the spring is disturbed so that the spring moves the piston and probe with a micro-receiver, putting it into the jet until The spring will not match the total pressure perceived by the probe receiver. The initial tightening and spring stiffness are adjusted so that a probe with a full pressure micro-receiver tracks the outer boundary of the jet, the position of which It displays the ratio of dividing the pressure, regardless of their absolute values. FIG. 7 is a diagram of the interaction of a jet, a pressure jet from a nozzle with a square cross section, with peripheral probes. At small .7c), when the zones are located near the nozzle section, where the jet cross section is still close to the square, the jet is in contact with the probes over the entire surface of the probes, which increases the force of the jet on the probes, which favorably affects the accuracy and dynamics of the sensor. In this mode, the jet, which comes from a nozzle with a circular cross section, is in contact with the probes in a smaller area. At higher values of P, the probes are located at a large distance from the nozzle section, where the jet has a cross section close to a circular one, in this case the sensor characteristic with a square section nozzle is similar to a sensor with a normal circular cross section nozzle. FIG. 8 shows the layout of the probe relative to the nozzle with an oblique cut. Due to the rotation of the flow in an oblique cut, the movement of the probe increases, which contributes to an increase in sensitivity. Since the cut-off angle is more than 60, it is difficult to carry out by structural considerations, the angle of rotation of the flow is limited to about 10. For this reason, oblique cut improves the sensitivity of the sensor only up to P or five. FIG. Figure 9 shows the layout of the probe relative to the profiled external expansion nozzle in which the position of the outer boundary of the jet is unambiguously related to the measured pressure ratio. FIG. 10 shows a diagram of a sensor with a thermoelectric probe. For the sensor, it is necessary that the gas flowing from the nozzle is marked. temperature different from that of the low pressure environment. This condition is generally satisfied. For example, in compressors, due to compression, the air temperature at the outlet is much higher than the temperature in the surrounding space. Thus, in modern aviation gas turbine compressors, the outlet air temperature reaches 900 K and tends to increase further. The sensor consists of a nozzle 1, peripheral probes 2, non-thermoelectric transducers (thermocouples) 10, thermoelectric transducers 11 for measuring the temperature of a low pressure medium, amplifier 12, an electromechanical feedback device 13. The transducers 10 and 11 are included in an electric bridge, the voltage C of which is diagonally supplied to the amplifier 12. The circuit is configured so that in the absence of voltage in the bridge diagonal the electromechanical feedback device electromotor, solenoid, etc.) drives the probes 2 to Strut, and in the presence of voltage from the jet. The sensor works as follows. If for some reason, for example, due to the rise of P, the transducers 10 are immersed in a jet of elevated temperature, a voltage appears in the bridge diagonal, and an electromechanical device pulls the probes 2 with the transducers 10 out of the jet until the transducers are not out of stream in that part of the thermal border. 1SHCHNOYA layer, where the temperature is slightly different from the ambient temperature. As soon as the temperatures measured by the converters 10 and 11 are compared, the voltage in the bridge diagonal disappears and the feedback device starts to insert probes 2 with the converters 10 into the jet. As a result, probes 2 will track the outer boundary of the jet, making self-oscillations inside a thin thermal boundary layer. These self-oscillations in the sensor (Fig. 10) are a consequence of the fact that the device is a closed non-linear system, where the secondary transducer - the electrical bridge has a linear characteristic. However, in technical cybernetics, methods for controlling self-oscillation parameters by amplitude and frequency are known and widely used, when due to the correct choice of frequency characteristics of elements of such a system, it is easy to reduce amplitude and raise the frequency to such a value that their influence on the object of application (GTE control system ) You can rene speech. In the sensor (Fig. 10), the feedback is triggered when the bridge is balanced, i.e. depending on ti on the level of these temperatures. The level of temperatures as well as the level of divisions affect the heat exchange between the gas and the converters, and hence their thermal inertia. For this reason, the level of temperature and pressure will affect the amplitude and frequency of self-oscillations. However, increasing the amplitude of the self-oscillations and lowering the frequency, for example, in the case of increasing flight altitude, will not increase the static error if the self-oscillations are symmetrical (symmetry is easily provided by the design). FIG. 11a, 5 showed a jet flow in the presence of an obstacle behind the nozzle. When the pressure ratio is small, the structure of the jet is approximately the same as in the absence of an obstacle (Fig. Pa), with large ratios, the first barrel of the jets deforms with an increase in its diameter (Fig. II B), which can be used to increase the slope sensor in the field of large P |. The presence of an obstacle can lead to the occurrence of high-frequency self-oscillations, which can negatively affect the sensor resource, so it can be applied to facilities where a large resource is not needed. FIG. 12 shows a vapor device for a pressure ratio sensor consisting of a confuser 14, a cylindrical portion 15, a diffuser 16 and a nozzle 17c with a protective net. The device operates similarly to an ejector in the mode of a large ejection coefficient, due to which the pressure in the nozzle exit region does not differ from the smaller of the sharing pressures. At the same time, the exchange of energy 6514 between the active gas and the low-pressure medium that is sucked in in the region of 15, an increase in the pressure in the diffuser 16 in front of the nozzle 17 facilitates the escape of gas through the grid without affecting the pressure around the nozzle. FIG. Figure 13 shows a pressure ratio sensor consisting of a nozzle, a hollow rod 18, a pneumatic amplifier with a piston 19, a plunger 20, a chamber 21, a channel 22 for supplying more of the sharing pressure to the chamber 21, and a spring 23. The output signal of the sensor is the movement of the rod 18. The sensor works as follows, m. A high pressure acts on the end of the small-diameter plunger 20 and causes the piston rod to move toward the outer boundary of the jet, but as soon as the hollow rod 18 ,. acting as a pressure receiver, will begin to penetrate into the boundary layer of the jet, the pressure in the piston cavity will increase. The movement of the rod 18 with the piston 19 and the plunger 20 will cease when there is an equilibrium of forces from the pressure exerted on the piston and plunger, as well as from the action of the spring 23. A feature of this type of jet flow is that the total pressure at the outer boundary of the jet is close to nozzle, for this reason. the end of the rod 18 cannot reach the outer boundary of the jet, since in this case the same pressure will act on a large area of the piston 19 as on the end face of the plunger 20. At the same time, in the jet boundary layer the total pressure kill fast It already sits on the sound surface only 2 times lower than the smaller of the sharing pressures. Then in order for the tore of the rod 18 to track a certain surface enclosed between the outer boundary of the ideal jet and the sonic surface, it is sufficient to maintain the ratio of the piston area to the area of the plunger face approximately equal to the ratio of the maximum value of the large. double the minimum value of the smaller pressure / 1. Due to the small thickness of the boundary layer and, that combat, its supersonic part, this surface can be read almost the same as the outer boundary of the ideal jet. Thus, the position of the driver's call 2 (Fig. 13) reflects the character, the size of the supersonic jet barrel, and hence the pressure ratio on the nozzle, regardless of the pressure level. Claims I. A pressure ratio sensor comprising a nozzle whose inlet is connected to a high pressure source, and an outlet to a chamber connected to
источником низкого давлени , о т л и-,to ратным. чающийс тем, что, с целью повьш1ени точности измерени , в него введен подвижный зонд индикации внеш ней границы струи. 2.Датчик под. 1, отличающийс тем, что зонд выполнен в виде рычага, центр вращени которого неподвижен относительно сопла, а конец рычага имеет выпуклый профиль в сечении плоскостью, проход щей через ось сопла и центр вращени рычага , причем выпуклость обращена к соплу датчика. 3.Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и и с тем, что зонд выполнен в 1виде штока, размещенного в направл ю |щей втулке, установленной неподвижно относительно сопла под углом 2830® к его оси, причем осева лини направл ющей втулки пересекает ось сопла в центре критического сечени 2опла. source of low pressure, about t and i-, to military. due to the fact that, in order to increase the measurement accuracy, a movable probe indicating the outer boundary of the jet was introduced into it. 2. Sensor under. 1, characterized in that the probe is designed as a lever, the center of rotation of which is stationary relative to the nozzle, and the end of the lever has a convex profile in section with a plane passing through the axis of the nozzle and the center of rotation of the lever, with the convexity facing the sensor nozzle. 3. The sensor according to claim 1, that is, the probe is made in the 1st type of stem, placed in a guide sleeve, fixedly mounted relative to the nozzle at an angle of 2830® to its axis, and the axial line the guide bush crosses the nozzle axis in the center of the critical section 2opl.
4.Датчик по пп. 1 и 2, отличающийс тем, что, с целью расширени динамического диапазона датчика, в него введена пружина, оди конец которой неподвижно закреплен относительно сопла, а другой соединен с рычагом. 5,Датчик по пп.I-А, отличающийс тем, что в него введен усилитель, зоьщ выполнен полым, снаб жен микроприемником давлени на выцу лом профиле и соединен с усилителем который выполнен мембранным, или. поршневым. 6.Датчик по пп.1-5, о т л и ч аю щ и и с тем, что в него введен апероид, один конец которого неподвижен относительно сопла, а второй механически св зан с концом пружины противоположным концу, соединенному с рычагом зонда, причем апероид соединен с источником низкого давлени 7. Датчик по пп.1,2,4 и 5, о т личающийс тем, что в нег шведена упруга мембрана, корпус ко торой неподвижен относительно сопла 85 16 а подвижный центр механически св зан с концом пружины, противоположным концу, соединенному с рычагом зонда, причем мембранна полость соединена с источником высокого давлени . 8. Датчик по пп.1-4, отличающийс тем, что в области малых значений отношени давлени , сечение сопла датчика выполнено квад9 . Датчик по пп. 1-4, о т л и ч ащ и и с тем, что, с целью повыени чувствительности, датчик снабжен профилированным соплом внешнего расширени . 10.Датчик по пп.1-4, о тли ч аю щ и и с тем, что, с целью повышени чувствительности в области малых значений отношени давлений, сопло выполнено с косым срезом. 11.Датчик ПОП.1, отличающийс тем, что зонд выполнен в. виде рычага, центр вращени которого неподвижен относительно сопла, а на конце рычага, индицирующем границу струи, закреплен термоэлектрический преобразователь, включенный в мостовую схему цепи электромеханической обратной свйзи. 12. Датчик по пп.1 и 8, отличающийс тем, что, с целью измерени крутизны характеристик в области больших значений отношени давлени , за срезом сопла соосно ему закреплено осесимметричное тело. 13.Датчик по пп.1, 8 и 9, о тЛичающийс тем, что в него введено газоотводное устройство, состо щее из последовательно соединенных конфузора, цилиндрической трубы, диффузора и сопла с защитной сеткой. 14.Датчик по пп. 1,3, 4 и 5, о тличающийс тем, что в него введена камера, жестко закрепленна относительно сопла с расположенным в ней плунжером, св занным с поршнем усилител , причем полость камеры сообщена с источником высокого давлени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Залманзон Л.А. Аэродинамические методы измерени входных параметров автоматических систем. М., Наука, , 1973, с. 20-23, рис, 2,1е. 2.Авторское свидетельство СССР ПО за вке № 2510397/10, 25.07.77 (прототип) .4. The sensor PP. 1 and 2, characterized in that, in order to expand the dynamic range of the sensor, a spring is inserted into it, one end of which is fixed relative to the nozzle, and the other is connected to a lever. 5, the sensor according to p. I-A, characterized in that an amplifier is inserted into it, the belt is hollow, equipped with a pressure micro-receiver at the high profile and connected to an amplifier which is made membrane, or. piston. 6. The sensor according to claims 1-5, of which is aperoid, one end of which is fixed relative to the nozzle, and the second is mechanically connected to the end of the spring opposite to the end of the probe. The aeroid is connected to a low pressure source 7. The sensor according to claims 1, 4, 4, and 5, is characterized by the fact that the membrane has an elastic membrane, whose body is fixed relative to the nozzle 85 16 and the moving center is mechanically connected to the end a spring opposite to the end connected to the probe arm, the membrane cavity being connected a high pressure source. 8. Sensor according to claims 1-4, characterized in that in the region of small values of the pressure ratio, the cross section of the sensor nozzle is quadr9. The sensor PP. 1-4, that is, in order to increase the sensitivity, the sensor is provided with a profiled nozzle of external expansion. 10. The sensor according to claims 1-4, which is based on the fact that, in order to increase the sensitivity in the region of small values of the pressure ratio, the nozzle is made with an oblique cut. 11. Sensor POP.1, characterized in that the probe is made at. a lever whose center of rotation is stationary relative to the nozzle, and at the end of the lever, indicating the jet boundary, a thermoelectric converter is mounted, which is included in the bridge circuit of the electromechanical feedback circuit. 12. Sensor according to claims 1 and 8, characterized in that, in order to measure the steepness of the characteristics in the region of large values of the pressure ratio, an axially symmetric body is fixed to the nozzle section. 13. The sensor according to claims 1, 8 and 9, which is based on the fact that a vapor-withdrawing device is inserted into it consisting of a series-connected confuser, a cylindrical tube, a diffuser and a nozzle with a protective net. 14. The sensor PP. 1.3, 4 and 5, which is characterized by the fact that a camera is inserted into it, rigidly fixed relative to the nozzle with a plunger in it connected to the amplifier piston, the chamber cavity being connected to a high pressure source. Sources of information taken into account in the examination 1. Zalmanzon LA Aerodynamic methods for measuring the input parameters of automatic systems. M., Science, 1973, p. 20-23, rice, 2.1 e. 2. USSR author's certificate for software No. 2510397/10, 07.25.77 (prototype).
//
Фиг.)Fig.)
jr. MiitlrnJ лjr. MiitlrnJ l
tpt4Z.2tpt4Z.2
llr llr
ЛJj Ljj
.5.five
.4.four
/7777./ 7777.
Фиг. 6FIG. 6
г 16 ,7g 16, 7