SU901908A1 - Измеритель скорости потоков газов и жидкостей - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потоков газовых и жидких сред.

Известно устройство для измерения скорости потоков газа или жидкостей, содержащее цилиндрический стержень, выполненный из пьезоэлектрического материала и применяемый одновременно в качестве вихревого генератора и приемника вихрей газа или жидкости [1]. *

Недостатком известного устройства является его малая чувствительность, связанная с пространственным совмещением генератора и приемника вихревых колебаний. ¹

Наиболее близким к предлагаемому является измеритель скорости потоков жидкостей и газов, содержащий вихревой генератор и пьезоэлектрический преобразователь с приемным элементом, установленным параллельно потоку напротив вихревого генератора, и измеритель частоты, подключенный к преоб2 разователю.В этом устройстве для усилия чувствительности измерителя вихревой генератор установлен выше по току от пьезоэлектрического преобразователя и, кроме того, расположен между двумя плоскими пластинами, установленными параллельно потоку, заподлицо с которыми установлено несколько приемных элементов (мембран) пьезоэлектрических преобразователей [2].

Недостатком устройства является его сложность, связанная с наличием нескольких пьезочувствительных преобразователей, плоских пластин и сложной вторичной аппаратуры.

Цель изобретения - устранение указанного недостатка, т.е. упрощение конструкции измерителя.

Поставленная цель достигается тем, что в известном измерителе скорости потоков газов и жидкостей, содержащем вихревой генератор, пьезоэлектрический преобразователь с приемным элементом, установленным параллельно по901908 току напротив вихревого генератора и измеритель частоты, подключенный к преобразователю, вихревой генератор выполнен в виде решетки цилиндрических стержней одинакового диаметра, расположенных на расстоянии (2-4)d, от приемного элемента пьезоэлектрического преобразователя, где d - диаметр стержней.

На чертеже представлена схема предлагаемого измерителя.

Измеритель содержит корпус 1, с закрепленным ка нем пьезоэлектрическим чувствительным элементом 2, волновод 3, передняя часть которого вы-: полнена с большим поперечным сечением, чем остальная часть, и скреплен4 стабилизируется процесс вихреобразования. Оптимальное расстояние от решет-, ки до чувствительного элемента выбирается исходя из возможности по- лучения максимального соотношения сигнал-шум. Это расстояние не должно быть достаточно велико, поскольку в этом случае снижается величина воздействия вихрей на чувствительный элемент. В то же время расстояние не должно быть малым, так как в этом случае вихри не смогут развиваться перед чувствительным элементом. Это расстояние имеет оптимальные размеры около (2-4)d, если расстояние между стержнями реш,етки равно диаметру стержней.

ным с корпусом, фторопластовую прокладку 4, электроизолирующую шайбу 5. резьбовое соединение с гайкой 6,на задней части волновода с корпусом дат чика герметически соединена крышка 7 с центральным отверстием под пьезоэлектрический элемент 2. Зазор между крышкой и пьезоэлектрическим эле- ₂₅ ментом закрыт прикрепленной к ним тонкой фольгой 8, обеспечивающей емкостную электрическую связь пьезоэлемента с корпусом датчика 1, На корпусе датчика закреплена съемная решетка 9, jq выполненная в виде цилиндрических стержней 10, установленных перпендикулярно оси датчика.Решетка расположена на расстоянии (2-4)d от фольги 8, В стержнях 10 могут быть сделаны отверстия с осями ортогональными осям ^3S стержней (не показаны).

Работа измерителя скорости основана на явлении вихреобразования при обтекании неподвижных тел потоком. Причем решетка из цилиндрических стержней*'’ особенно придает устойчивый характер процессу вихреобразования. Поскольку частота выхреобразования равна

то верхний предел регистрируемых скоростей, определяемый динамической чувствительностью пьезоэлектрического датчика, можно регулировать изменени- ем диаметра стержней d. Поэтому решетки целесообразно делать съемными с различными диаметрами стержней. Причем в турбулентном потоке целесообразно применение решеток, в стержнях ⁵⁵ которых сделаны сквозные отверстия, перпендикулярные осям стержней, поскольку в этом случае существенно

Для дальнейшего увеличения соотношения сигнал-шум решетка может быть сдвинута относительно чувствительного элемента на несколько периодов (два-три) в сторону от центра датчика. Для измерения скорости датчик располагается таким образом. Чтобы его ось, а также стержни решетки 9 были перпендикулярны набегающему потоку V. За первым стержнем решетки образуется двойная цепочка вихрей, которая постепенно рассеивается. При набегании потока на второй стержень процесс вихреобразования вновь повторяется и т.д. Таким образом, вдоль фольги 8 образуется устойчивое вихреобразование, которое воспринимается в виде пульсации давления, передаваемых через деформацию фольги 8 на пьезоэлектрический чувствительный элемент 2. На последнем появляется электрический сигнал частотой f, который согласно формуле (1) несет информацию о скорости потока V. По опытным данным число Струхаля для цилиндра S=0,2...0,21 постоянно в области чисел Рейнольдса 10⁵*» R 41 0^ч . Поэтому преобразовательная характеристика предлагаемого пьезоэлектрического преобразователя линейна в широком диапазоне скоростей.

Claims (2)

1. (St) ИЗМЕРИТРЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКОВ ГАЗОВ Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  скорости потоков газовых и жидких сред. Известно устройство дл  измерени  скорости потоков газа или жидкостей, содержащее цилиндрический стержень, выполненный из пьезоэлектрического материала и примен емый одновременно в качестве вихревого генератора и при емника вихрей газа или жидкости 1. Недостатком известного устройства  вл етс  его мала  чувствительность, св занна  с пространственным совмещением генератора и приемника вихревых колебаний. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  измеритель скорости потоков жидкостей и газов, содержащий вихревой генератор и пьезоэлектрический преобразователь с приемным элементом , установленным параллельно потоку напротив вихревого генератора, и изме ритель частоты, подключенный к преоб И ЖИДКОСТЕЙ разователю.В этом устройстве дл  усили  чувствительности измерител  вихревой генератор установлен выше по току от пьезоэлектрического преобразовател  и, кроме того, расположен между двум  плоскими пластинами, установленными параллельно потоку, заподлицо с которыми установлено несколько приемных элементов (мембран) пьезоэлектрических преобразователей Г2. Недостатком устройства  вл етс  его сложность, св занна  с наличием нескольких пьезочувствительных преобразователей , плоских пластин и сложной вторичной аппаратуры. Цель изобретени  - устранение указанного недостатка, т.е. упро:.ение конструкции измерител . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном измерителе скорости потоков газов и жидкостей, содержащем вихревой генератор, пьезоэлектрический преобразователь с приемным элементом , установленным параллельно потоку напротив вихревого генератора и измеритель частоты, подключенный к преобразователю, вихревой генератор выполнен в виде решетки цилиндрических стержней одинакового диаметра, расположенных на рассто нии (2-)d, от приемного элемента пьезоэлектрического преобразовател , где d - диаметр стержней. На чертеже представлена схема предлагаемого измерител . Измеритель содержит корпус 1, с закрепленным ка нем пьезоэлектрическим чувствительным элементом 2, волновод 3, передн   часть которого выполнена с большим поперечным сечением , чем остальна  часть, и скрепле ным с корпусом, фторопластовую прокладку k, электроизолирующую шайбу 5, резьбовое соединение с гайкой 6,на задней части волновода с корпусом да чика герметически соединена крышка 7 с центральным отверстием под пьезоэлектрический элемент 2. Зазор между крышкой и пьезоэлектрическим элементом закрыт прикрепленной к ним то кой фольгой 8, обеспечивающей емкост ную электрическую св зь пьезоэлемент с корпусом датчика 1, На корпусе дат чика закреплена съемна  решетка 9, выполненна  в виде цилиндрических стержней 10, установленных перпендик л рно оси датчика.Решетка расположена на рассто нии (2-4)d от фольги 8, В стержн х 10 могут быть сделаны отверсти  с ос ми ортогональными ос  стержней (не показаны). Работа измерител  скорости основа на на  влении вихреобразовани  при о текании неподвижных тел потоком. При чем решетка из цилиндрических стержн особенно придает устойчивый характер процессу вихреобразовани . Поскольку частота выхреобразовани  равна V f S- , d(1) то верхний предел регистрируемых ско ростей, определ емый динамической чу ствительностью пьезоэлектрического датчика, можно регулировать изменени ем диаметра стержней d. Поэтому решетки целесообразно делать съемными различными диаметрами стержней. Причем в турбулентном потоке целесообразно при енение решеток, в стержн х которых сделаны сквозные отверсти , перпендикул рные ос м стержней, поскольку в этом случае существенно стабилизируетс  процесс вихреобразовани . Оптимальное рассто ние от решет-, ки до чувствительного элемента выбираетс  исход  из возможности получени  максимального соотношени  сигнал-шум . Это рассто ние не должно быть достаточно велико, поскольку в этом случае снижаетс  величина воздействи  вихрей на чувствительный элемент. В то же врем  рассто ние не должно быть малым, так как в этом случае вихри не смогут развиватьс  перед чувствительным элементом. Это рассто ние имеет оптимальные размеры около (2-t)d, если рассто ние между стержн ми реш.етки равно диаметру стержней . Дл  дальнейшего увеличени  соотношени  сигнал-шум решетка может быть сдвинута относительно чувствительного элемента на несколько периодов (два-три) в сторону от центра датчика . Дл  измерени  скорости датчик располагаетс  таким образом. Чтобы его ось, а также стержни решетки 9 были перпендикул рны набегающему потоку V. За первым стержнем решетки образуетс  двойна  цепочка вихрей, котора  постепенно рассеиваетс . При набегании потока на второй стержень процесс вихреобразовани  вновь повтор етс  и т.д. Таким образом, вдоль фольги 8 образуетс  устойчивое вихреобразование, которое воспринимаетс  в виде пульсации давлени , передаваемых через деформацию фольги 8 на пьезоэлектрический чувствительный элемент 2. На последнем по вл етс  электрический сигнал частотой f, который согласно формуле (1) несет информацию о скорости потока V. По опытным данным число Струхал  дл  цилиндра ,2...О,21 посто нно в области чисел Рейнольдса 10 iR 410. Поэтому преобразовательна  характеристика предлагаемого пьезоэлектрического преобразовател  линейна в широком диапазоне скоростей. Формула изобретени  Измеритель скорости потоков газов и жидкостей, содержащий вихревой генератор, пьезоэлектрический преобразователь с приемным элементом, установленным параллельно потоку напротив вихревого генератора и измеритель частоты, подключенный к преобразователю , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции , вихревой генератор выполнен в виде решетки цилиндрических стержней одинакового диаметра, расположенных на рассто нии (2-)d от приемного элемента пьезоэлектрического преобразовател , где d - диаметр стержней.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1, Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 Р 5/0, 1978.
2. 2. Патент Японии № 5 -277 3, кл. 108 D 2, 1979. (прототип).