SU898328A1 - Электромагнитный измеритель гидродинамических характеристик потока жидкости - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к метрологичес кому обеспечению гидрофизических исследований и может быть использовано дл  измерени  вектора скорости и вектора турбулентных пульсаций скорости в потоках электропроводных сред. Известен электромагнитный измеритель скорости и турбулентных пульсаций скорости электропроводных сред, содержащий электромагнитные кондукционные преобразователи, зондирующие движу.щуюс  среду переменным (в случае измерени  скорости потока) и посто нным (в случае измерени  пульсаций скорости) магнитным полем. Возникающа  в жидкос ти в результате взаимодействи  набегаю щего потока с магнитным полем измерител  ЭДС, величина которой пропорциональна скорости или пульсаци м скорости потока, измер етс  с помощью электродов Ц . Недостатком прибора  вл етс  невысока  точность измерени  и возможность измерени  только одной из составл ющих скорости или пульсации скорости. Наиболее близким к предлагаемому  вл етсй электромагнитный измеритель скорости электропроводной жидкости, включающий в себ  блок питани , измерительный блок, механический прерыватель, индикаторы и электромагнитный преобразователь скорости, состо щий из двух йа-. тушек возбуждени  магнитного пол  и четырех электродов. Катущки возбуждени  магнитного пол  располагаютс  в двух взаимно перпендикул рных плоскост х внутри сферического пластмассового обтекател . Они запитываютс  переменным током, поступающим из блока питани . Электроды размещаютс  на концах двух взаимно перпендикул рных диаметров, л&жащих в плоскости одной из катушек возбуждени  магнитного пол , на поверхноо ти обтекател . Выходы с электродов подключены к измерительному блоку и индикаторам t21 .

Измерение скорости жидкости этим прибором может осуществл тьс  двум  способами. Согласно первому обе катушки возбуждени  магнитного пол  запитываютс  переменным током различной частоты , и из снимаемых с электродов сигналов посредством частотного детектировани  выдел ютс  и поступают на индикаторы составл ющие сигнала, соответствующие каждой в отдельности составл ющей аектора скорости потока. Второй способ заключаетс  в том, что обе катушки возбуждени  магнитного пол  записываютс  переменным током одной частоты попеременно . Это обеспечиваетс  посредством применени  механической системы временного разделени . Составл ющие вектора скорости измер ютс  попеременно в промежутке времени, когда запитана соответствующа  им катушка возбуждени  магнитного пол .

Недостатками известного измерител   вл ютс  невозможность измерени  всех трех составл ющих скорости потока и ее пульсаций, а также наличие неоднозначности показаний, обусловленное затеканием в межэлектродный промежуток электрических уравнительных токов, формирующихс  в тыльной части преобразовател  вне его рабочей области в возвратном магнитном поле катушек воз ждени  и, как следствие, низка  точность измерени .

Цель изобретени  - повышение точности гидродинамических измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, .что в электромагнитном измерителе гидродинамических характеристик потока жидкости , содержащем кондукционный электромагнитный преобразователь из двух магнитных систем с взаимно перпендикул рными ос ми, размещенных в диэлектрическом сферическом корпусе-обтекателе, и четырех электродов, установленных на поверхности обтекател , блоки питани , преобразовани  и регистрации, в электромагнитный преобразователь введены два дополнительных электрода, магнитопровод его магнитных систем выполнены каждый в виде стакана с центральным стержнем, основные электроды расположены в межполюсной области одной из магнитных систем, дополнительные электроды расположены на поверхности обтекател  в межполюсной области второй магнитной системы ,

Блок преобразовани  состоит из четырех усилителей и двух сумматоров, при этом к двум первым усилител м подключены основные пары электродов, к третьему и четвертому - дополнительна , вход первого сумматора соединен с выходами первого и третьего усилителей, вход

второго сумматора - с выходами первого и четвертого усилителей, выходы же сумматоров и второго усилител  подключены к блоку регистрации.

На фиг. 1 представлена блок-схема

электромагнитного измерител  гидродинамических характеристик потока электропроводной жидкости; на фиг. 2 - конструктивна  схема электромагнитного кондукционного преобразовател  измерител .

Электромагнитный измеритель включает в себ  две пары основных электродов 1, 2 и 3, 4 пару дополнительных электродов 5 и 6, магнитные системы 7 и 8, непровод щий сферический обтекатель 9

электромагнитного преобразовател , блок питани  10, усилители 11 и 12, к которым подключены две пары основных электродов 3, 4 и 1, 2 усилители 13 и 14, подключенные к дополнительным электродам 5 и 6. Выход усилител  11 подключен к сумматорам 15 и 16; усилители 13 и 14 подключены к сумматорам 15 и 16; выходы с усилител  12 и сумматоров 15 и 16 соединены с регистрирующими устройствами 17 - 19. Кондукционный преобразователь электромагнитного измерител  состоит из непровод щего сферического обтекател  9 радиуса и , внутри которого ортогонально друг

другу размещены две идентичные магнитные системы, состо щие из катущек возбуждени  20, уложенных в межполюсные области магнитных систем, кажда  из которых выполнена в виде стакана 21 с

центральным стержнем 22. На поверхности обтекател  в межполюсной области одной из магнитных систем расположены две пары основных электродов 1, 2 и 3, 4, а в межполюсной области другой

магнитной системы - пара дополнительных электродов 5 и 6.

Кроме того, на фиг. 2 представлена декартова ( X , i/ , Z ) и соответствующа  ей сферическа  ( р , б , ) системы координат, используемые дл  по снени  работы измерител .

Claims (2)

1. Электромагнитный измеритель гидродинамических характеристик потока жидкости работает следующим образом. С блока питани . 10 на магнитные системы 7 и 8 преобразовател  подаетс  переменное или посто нное напр жение в зависимости от того, вектор скорости или вектор пульсаций скорости измер етс  прибором. В жидкости, движущейс  вне непровод$пцего обтекател  9 преобразовател  в магнитном поле систем 7 и 8, индуцируетс  ЭДС. Величина этой ЭДС, пропорциональна  скорости или пульсаци м скорости потока, измер етс  двум  основными 3, 4 и 1, 2 и дополнительной 5 и б парами электродов, сигналы с которых поступают на усилители 11-14. Усиленные сигналы с усилител  11 поступают на сумматоры 15 и 16; с усилител  12 сигнал, пропорциональный составл ющей вектора скорости или вектора пульсаственно на регистрирующее устройство 17; с усилител  13 сигнал подаетс  на сумматор 15; с усилител  14 - на сумматор 16. Выходные сигналы с сумматои 16, пропорциональные составл  ров 15 щим Vy и VT вектора скорости или вектоpa пульсаций скорости измер емого потока , поступают на регистрирующие устройства 18 и 19. Распределение электрического потенциала М , индуцированного в провод щей среде, движущейс  снаружи непровод щег сферического обтекател  в магнитном поле магнитной системы 7, в межполюсной области которой на поверхности преобразовател  размещены основные электроды 1 (й,9, О ), 2 (а ,9 ,J/ ), 3. (   и 4 ( R , 6, Г/1), в системе координат, ось Oj. которой совмещена с осью симметрии этой магнитной системы определ етс  следующим образом: fj(J,e,,5&iV,SinE-V C05EjRx со п C /PJ ICcose;, где В - характерное значение магни ной индукции - ее величина на поверхнос ти центрального полюса осесимметричного магнитопровода в его центре (, , г R ); р1С05р+со5гЗГ-( . MSfJT PnlX)c xкоэффициент в разложении нормальной сос тавл ющей вектора магнитной индукций на поверхности преобразовател  в р д по полиномам Лежандра; 8 - угол раствора центрального полюса магнитопровода; Т - угол, характеризующий размер паза под катущку возбуждени  магнитного пол ; 89 HiO()|Pfl( присоединенные полиномы ЛежандВ соответствии с (1) разность потенциалов на электродах преобразовател , св занна  с наличием только одной рассматриваемой магшггной системы, равна ,,}-( n 5|b /9-1/1 , /Е-Ц Аналогично втора  магнитна  система буславливает на электродах преобразоваел  следующую разность потенциалов: ,, Ar, РЛсо5е)1 ., пн(п4)а с )-, 4 -«ai;: ,| осто нные коэффициенты, значени  котоых определ ютс  геометрическими параетрами преобразовател . На основании соотношени  (2) - (5) в зь между разностью потенциалов,- сниаемой .с электродов электромагнитного реобразовател , и измер екл,1ми компоентами вектора скорости (или вектора ульсаций скорости) определ етс  следук им образом: 4, Ub.4U:-. V, 5,,Ь Снимаемые С электродов разности по- и , и Ot тенциалов U Ч, ,А- Sifr поступают на измерительный блок, в котором производитс  их обработка и выделение выходных сигналов, пропорциональных компонентам вектора ско;)ости или векто- |ра пульсаций скорости измер емых потоков . Сигналы, снимаемые с основных 1 4 и дополнительных 5 и 6 электродов, усиливаютс  усилител ми 11-14, выхо ные напр жени  которых соответственн равны: ; .,) ,,-). с выхода усилител  12 напр жение, пропорциональное V , непосредственно подаетс  на регистрирующее устройство 17. Коэффициенты усилени  усилителей 1 13 и 14 подбираютс  таким образом, чтобы выполн лись услови  . сумматорах 15 и 16 вырабатыва ютс  разности выходных напр жений ус лителей Ц, 13 и 11, 14. („к,-к,JK)v, S6 r%-- Si4- ( с выходов сумматоров 15 и 16 напр жени , пропорциональные Vy поступают на соответствующие регистри руйщие устройства 18 и 19. Таким образом, электромагнитный из меритель обеспечивает синхронное раз- дельное измерение трех составл Ю1Щих вектора скорости или вектора пульсаций скорости потока в одной точке. Кроме того, использование охватывающих кату ки возбуждени  магнитных систем преобразовател  осесимметричных ферромаг нитных магнитопроводов обеспечивает минимальные магнитные потоки утечки, чем практически полностью исключает возможность формировани  электрически уравнительных токов в тьшьной части преобразовател , способных затекать в его рабочую область и искажать показани  измерител . Формула изобретени  1.Электромагнитный измеритель гидродинамических характеристик потока жидкости, содержащий кондукционный электромагнитный преобразователь из двух магнитных систем с взаимно перпендикул рными ос ми, размещенных в диэлектрическом сферическом корпусе -обтекателе , и четырех электродов, установпенных на поверхности обтекател , блоки питани , преобразовани  и регистрации отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в электромагнитный преобразователь введены два дополнительных электрода, магнитопроводы каждой магнитной системы выполнены в виде стакана с центральным стержнем, основные электроды расположены в межполюсной области одной из магнитных систем, а дополнительные электроды расположены на поверхности обтекател  в межполюсной области второй магнитной системы. 2.Измеритель по п. 1, отличающий с   тем, что блок преобразовани  снабжен четырьм  усилител ми и двум  сумматорами, при этом к двум первым усилител м подключены основные пары электродов, к третьему и четвертому дополнительна , вход первого сумматора соединен с выходами первого и третьего усилителей, вход второго сумматора - с выходами первого и четвертого усилителей , выходы же сумматоров и второго усилител  подключены к блоку регистрации . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство CiCCP № 396626, кл. ( 01 Р 5/08, 1970.
2. 2.Патент США № 3161О47, кл. 73189 , 1964 (прототип).

   Фиг.г