SU976382A1

SU976382A1 - Device for measuring speed of liquid flow

Info

Publication number: SU976382A1
Application number: SU813282507A
Authority: SU
Inventors: Глеб Викторович Васильченко; Борис Александрович Гигевич; Александр Ефимович Мельников; Владимир Владимирович Соловьев
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов
Priority date: 1981-04-23
Filing date: 1981-04-23
Publication date: 1982-11-23

Description

(5А) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ(5A) DEVICE FOR MEASURING LIQUID SPEED

Изобретение относитс к устрой- ствам дл измерени в натурных и лабораторных услови х местной скорости Q безнапорных и напорных потоках жидкости с малой электропроводностью , в том числе в природной воде. Известно устройство дл измерени скорости течени воды, у которого в качестве чувствительного элемента используетс движущийс |иарик из материала с удельным весом, равным удельному весу воды. Устройство состоит из замкнутой трубки , на одном из участков которой сделана продольна прорезь, внутри трубки помещен шарик , совершающий по ней движение со ,скоростью, соответствующей скорости движени обтекающего трубку потока К основным недостаткам безлопастного измерител скорости относ тс : искажение течени жидкости (как след ствие, искажение величины измер емой скорости) передней частью корпуса измерител и взаимодействие потока только с верхней половиной шарика, выход отработавшего потока в передней части корпуса устройства создает подпор и искажение течени в пределах рабочего участка канала (прорези); недостатйчна чувствительность к малым скорост м, неодинаковое вли ние потока на скорость перемещени шарика при отклонени х измерител в различных направлени х от направлени течени жидкости. Наиболее близким к предлагаемому по принципу работы вл етс устройство дл измерени расхода жидкости, содержащее корпус, имеющий входное и выходное отверсти , проточный круговой канал с перемещающимс по нему шариком, преобразователь в виде индукционного или фотоэлектрического чувствительных элементов, расположенных на стенках кругового канала и измерительную схему 2, Однако известное устройство не пригодно дл измерени локальных скоростей в потоке жидкости, и поэтому имеет иное назначение - измерение расхода жидкости в напорных трубах Это обусловлено тем, что,в случае измерени скорости жидкости в открытом потоке корпус и составные его элементы вызывали бы сильное искажение пол скоростей набегающего на расходомер потока , конструкци одностороннего выхода потока из расходомера создает большое гидравлическое сопротивление потоку и снижает чувствительность расходомера к малым скорост м, наличие внутри расходомера сплошных направл ющих движени шарика оказывает дополнительное сопротивление его перемещению, необходимость применени металлического шарика также снижает чувствительность расходомера к малым скоросР м и повышает инерционность примен юща с дл регистрации перемещений 1уарика в расходомерах система требует расположени на внешней поверхности корпуса элементов с боль шими размерами и большим гидродинамическим сопротивлением потоку Целью изобретени вл етс повышение чувствительности и точности пр измерении локальных скоростей открытых потоков, при минимальных искажени х устройством пол течени жидко . сти. Поставленна цель .достигаетс тем, что вход кругового канала распо ложен симметрично относительно продо ной оси устройства, снабжен направл ющими и выполнен криволинейным в плане, выход снабжен криволинейноклиновидным рассекателем, причем пре образователь выполнен в виде расположенных в круговом канале анода и установленного напротив него дополни тельного электрода, соединенного с катодомJ наход щимс в потоке жидкости вне устройства, через измеритель ную схему. Кроме того, шарик -выполнен с площадью миделевого сечени в 3- раза меньше площади живого сечени кругового канала, а в створе ,расположени дополнительного электро да установлены вертикальна и горизо тальна направл ющие, на одной из ко торых расположен дополнительный элек род, причем криволинейный в плане ход кругового канала снабжен вертиальной разделительной пластиной, усановленной вдоль продольной оси устройства . На фиг, 1 изображено предлагаемое стройство, разрез, на фиг, 2 - то е в плане с электрической измерительной схемой; на фиг, 3 - устройство и возможные направлени обтекани его потоком (в горизонтальной плоскости); на фиг, 4 - две кривые (а и б), полученные при испытани х устройства на тарировочной установке , в диапазоне скоростей 3-250 см/с}, на фиг, 5 тарировочна крива предлагаемого устройства,- на фиг 6 форма вертикальной направл ющей на фиг. 7 - конструкци выходного устройства . Корпус 1 устройства выполнен обтекаемой формы Вход щий в круговой канал 2 поток формируетс криволинейными , в плане направл ющими 3 и разделительной пластинкой (, В верхней и нижней крышках корпуса 1 устройства сделаны отверсти 5 через которые отработавша жидкость вытекает , направл ема сюда криволинейноклиновидным рассекателем 6, Дл возможности регистрации шага вращений шарика по круговому каналу 2 на его вертикальной стенке 7 и кри волинейно-клиновидном рассекателе 6 расположены электроды 8 и 9 с оголенными торцами во внутреннюю полость кругового канала. Эти электроды расположены на одной высоте от его дна на рассто нии радиуса шарика 10, Один из них, выполн ющий роль анода 8, соединен через источник питани с катодом, располагаемым за пределами корпуса устройства во внешнем потоке , а второй электрод 9 вл етс дополнительным (регистрирующим), соединенным через приборы регистрации электрических импульсов с катодом. Месторасположение дополнительного электрода 9 соответствует наиболее сильным Изменени м электрического пол при прохождении шарика 10. Дополнительный электрод 9 выдвинут в проточный круговой канал 2 в сторону анода В на горизонтальной направл ющей 11, В этом же сечении в крьшке корпуса 1 сделана вертикальна направл юща 12 (фиг, 1 и 2),The invention relates to devices for measuring in situ and laboratory conditions the local speed Q without pressure and pressure flows of a liquid with low electrical conductivity, including in natural water. A device for measuring the flow rate of water is known, in which a moving material from a material with a specific weight equal to that of water is used as a sensitive element. The device consists of a closed tube, in one of the sections of which a longitudinal slot is made, a ball is placed inside the tube, moving along it with a speed corresponding to the speed of the flow past the tube. The main disadvantages of a non-flow velocity meter include: distortion of fluid flow (as a result , the distortion of the measured speed) by the front part of the meter body and the interaction of the flow with only the upper half of the ball, the output of the spent flow in the front part of the body TWA creates backwater and distortion of the flow within the working section of the channel (slot); lack of sensitivity to small speeds, unequal influence of the flow on the speed of the ball when the meter deviates in different directions from the direction of flow of the liquid. Closest to the proposed operating principle is a device for measuring fluid flow, comprising a housing having inlet and outlet openings, a flow circular channel with a ball moving along it, a transducer in the form of inductive or photoelectric sensitive elements located on the walls of the circular channel and measuring circuit 2, However, the known device is not suitable for measuring local velocities in the fluid flow, and therefore has a different purpose — measuring the flow rate of liquid in the head. This is due to the fact that, in the case of measuring the velocity of a fluid in an open flow, the body and its constituent elements would cause severe distortion of the velocity field of the flow incident on the flow meter, the design of a one-way flow outflow from the flow meter creates a large flow resistance to the flow and lowers the speed of the flow meter. m, the presence inside the flow meter of solid ball guides provides additional resistance to its movement, the need to use metallic Arica also reduces the sensitivity of the flow meter to low speeds and increases the inertia of the system used to register the displacements of the flow meter in the flowmeters. It requires positioning on the outer surface of the housing elements with large dimensions and large flow resistance. The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy when measuring local velocities open flows, with minimal distortion by the device, the flow field is liquid. sti. The goal is achieved by the fact that the circular channel input is located symmetrically with respect to the device's long axis, provided with guides and curved in plan, the output is equipped with a curvilinear-like divider, and the transducer is made in the form of an additional one located opposite the anode channel and opposite it an electrode connected to a cathode located in a fluid flow outside the device, through a measuring circuit. In addition, the ball is made with the area of the midsection section 3 times smaller than the area of the living section of the circular channel, and in the alignment, the location of the additional electrode is mounted vertical and horizontal guides, on one of which an additional electrically located, and the curvilinear in In terms of plan, the circular channel is provided with a vertical dividing plate mounted along the longitudinal axis of the device. FIG. 1 shows the proposed structure, section, FIG. 2 is in plan with an electric measuring circuit; Fig. 3 shows the device and possible directions of its flow around it (in the horizontal plane); Fig. 4 shows two curves (a and b) obtained during testing of the device on a calibration installation, in the speed range of 3-250 cm / s}; in Fig. 5, the calibration curve of the proposed device, in Fig. 6, the shape of the vertical guide in fig. 7 shows the structure of the output device. The device body 1 is made of a streamlined shape. The flow entering the circular channel 2 is formed by curvilinear, in plan, guides 3 and a dividing plate (In the upper and lower lids of the device case 1, holes 5 are made through which the spent liquid flows out, guided here by a curvilinear-shaped divider 6, In order to register the step of rotation of the ball along the circular channel 2, electrodes 8 and 9 are located on its vertical wall 7 and curvilinear wedge-shaped divider 6 with bare ends into the inner circular channel. These electrodes are located at the same height from its bottom at a distance of the ball radius 10, One of which, acting as the anode 8, is connected via a power source to the cathode located outside the device in the external flow, and the second electrode 9 is an additional (registering), connected through the devices of registration of electrical pulses with the cathode. The location of the additional electrode 9 corresponds to the strongest Changes of the electric field when the ball passes 10. Additional The second electrode 9 is extended into the flow circular channel 2 toward the anode B on the horizontal guide 11. In the same section, a vertical guide 12 is made in the cover of the housing 1 (FIGS. 1 and 2),

Электрическа измерительна схема 13 состоит из источника 1/ питани , усилител , счетного электронного устройства, таймера.The electrical measuring circuit 13 consists of a source 1 / power supply, an amplifier, a counting electronic device, a timer.

Принцип работы устройства состоит в следующем,,The principle of operation of the device is as follows,

Текуща жидкость, попада во вход отжимаетс направл ющими 3 к стенке кругового канала 2 и перемещаетс по нему в сторону выходных отверстий 5. Совершив круговой обход вокруг криволинейно-клиновидного рассекател 6, жидкость направл етс им в отверсти 5 в корпусе 1 устройства в направлении основного потока, Поскол ку в круговом канале 2 находитс шарик 10, который может быть выполнен из материала с удельным весом, равHbiM удельному весу жидкости, то он совершает круговые перемещени вокру криволинейно-клиновидного рассекател 6 со скоростью, пропорциональной скорости набегающего на устройство потока жидкости, В створе расположени анода 8 и дополнительного электрода 9 т,ео в створе регистрации прохождени , шарик 10 обжимаетс тонкими направл ющими 11 и 12, которые оказывают очень небольшое сопротивление потоку. При прохождении шарика а створе дополнительного электрода 9 возникает изменение электрического пол , создаваемого анодом 8 и катодом 14, ив цепи регистрации формируетс импульс тока, усиливаемый затем усилителем и регистрируемый электронным счетным устройством . Таймером задаетс интервал времни измерени .The current fluid, entering the inlet, is pushed by the guides 3 to the wall of the circular channel 2 and moves along it towards the outlet openings 5. Having made a circular detour around the curvilinear wedge-shaped dissector 6, the liquid is directed by it into the openings 5 in the device body 1 in the direction of the main flow As the ball 10 is in the circular channel 2, which can be made of a material with a specific gravity, equal to the specific gravity of the liquid, it performs circular movements of the curvilinear-wedge-shaped dissector 6 around the speed, proportional to the velocity of the fluid flow incident on the device, In the alignment of the anode 8 and the additional electrode 9 tons, in the detection recording passage, the ball 10 is compressed by thin guides 11 and 12, which provide very little resistance to flow. When the ball passes through the alignment of the additional electrode 9, a change occurs in the electric field created by the anode 8 and cathode 14, and a current pulse is generated in the detection circuit, which is then amplified by the amplifier and detected by an electronic counting device. The timer sets the measurement time interval.

Выполнение входа кругового канала с направл ющими 3 т„е„ криволинейным в плане, обеспечивает меньшее давление в точке а по сравнению с точкой б кругового канала и беспреп тственный переход шарика через границу между вход щим и выход щим рабочими потоками жидкости при малой скорости потока на входе устройства. Снабжение выхода кругового канала криволинейно-клиновидным рассекателем с разделением выход щего потока на две части позвол ет обеспечить его организованный выход строго в направлении течени внешнего потока жидкости из кругового канала с минимальным сопротивлением.The entry of a circular channel with guides 3 t "e" curvilinear in plan provides less pressure at point a compared with point b of a circular channel and a smooth transition of the ball across the boundary between the incoming and outgoing working fluid flows at a low flow rate at input device. Supplying the circular channel output with a curvilinear wedge-shaped divider with dividing the output flow into two parts allows it to be organized strictly in the direction of the flow of external fluid from the circular channel with minimal resistance.

Сочетание внешней и внутренней аэродинамических форм устройства сThe combination of external and internal aerodynamic forms of the device with

предлагаемым конструктивным решением входа и выхода кругового канала позвл ет обеспечить плавное обтекание устройства жидкостью и плавное (с минимальными потер ми напора) ее протекание через устройство с достаточно равномерным перемещением шарика по круговому каналу и высокой чувствительностью к малым скорост м течени жидкости.The proposed design solution for entering and exiting the circular channel allows the device to flow smoothly around the device and smooth (with minimal pressure loss) through the device with a fairly uniform movement of the ball through the circular channel and high sensitivity to small flow rates.

Установкадополнительного электрода позвол ет существенно повысить чуствительность измерительной цепи к прохождению шарика у дополнительного электрода в створе его регистрации (при напр жении питани в цепи катод-анод 3 В эффект составл ет 0,3 П,5 в).The installation of an additional electrode makes it possible to significantly increase the sensitivity of the measuring circuit to the passage of the ball at the additional electrode in its detection range (when the supply voltage in the cathode-anode circuit is 3 V, the effect is 0.3 L, 5 V).

Выполнение шарика с площадью миделевого сечени в раза меньшим площади живого сечени кругового канала снижает вли ние в зкости жидкости на скорость, а следовательно, на свободное перемещение шарика по; круговому каналу, а установление выдвинутых в канал вертикальной и горизонтальной направл ющих (фиг. 1 и 2) в створе расположени дополнительного электрода, размещенного на горизонтальной из них, позвол ет сохранить чувствительность этого электрода к прохождению шарика, что дает возможность, получени устойчивых электрических импульсов (соответствующих прохождению шарика в регистрирующем створе),Making the ball with the area of the mid-section can be reduced by a factor of less than the area of the living section of the circular channel reduces the effect of fluid viscosity on the speed and, consequently, on the free movement of the ball along circular channel, and the installation of vertical and horizontal guides pushed into the channel (Figs. 1 and 2) at the location of an additional electrode placed on a horizontal one, allows the sensitivity of this electrode to the passage of the ball to be maintained, which makes it possible to obtain stable electrical pulses (corresponding to the passage of the ball in the recording area),

Установка во входе кругового канала тонкой вертикальной разделительной пластинки (фиг. 2) ограниченной длины позвол ет, при отклонении вектора скорости от продольного направлени потока П-П в положительную (-bi) и в отрицательную (-ed) стороны (лиг. З) добитьс симметричности изменени показаний измерительного устройства, т.е. продольной компоненты скорости (фиг. ). Такое свойство измерительного устройства очень важно дл повышени точности измерени местных скоростей в потоках с повышенной турбулентностью, когда измен етс во времени не только величина скорости, но и направление течени жидкости.The installation of a thin vertical dividing plate (Fig. 2) of limited length at the entrance of the circular channel allows, if the velocity vector deviates from the longitudinal direction of the flow ПП П to the positive (-bi) and to the negative (-ed) sides (lig. H) the symmetry of the change in the measuring device, i.e. the longitudinal velocity component (fig.). This property of the measuring device is very important for improving the accuracy of measuring local velocities in streams with increased turbulence, when not only the magnitude of the velocity changes in time, but also the direction of flow of the fluid.

Claims

Two curves (Fig. K) characterize the relationship between the relative value of the longitudinal component of speed O, determined by the number of revolutions of the ball from the calibration curve (Fig. 5 and the flow angles of flow around the device (+ ci) if there is a dividing plate A in the inlet (curve a) and its absence (curve b). Here, the magnitude of the speed is LINE ((the direction of flow coincides with the longitudinal axis of the device), the deviation of the curve (a) from the value of -r const does not exceed 5. At deviations of the velocity vector in the J-plane, the connection (ct) also corresponds to dan As shown in Figs. 4, the mapping of curves a and b makes it easy to evaluate the role of the vertical separation plate 4 in the device inlet. Thus, the proposed device has an increased sensitivity to small flow rates, providing reliable measurements of local velocities from 3 cm / s and higher in streams with increased turbulence, including in their near-bottom region. The tests performed showed that in the cm / s velocity range, the relationship between the flow velocity and the number of revolutions of the ball is linear. is a graph in Figure 5 falls into the circular channel measurement device drifts vynosilis through outlet openings in the housing. The measuring device is simple to manufacture and reliable in operation. Claim 1. Device for measuring fluid flow velocity, comprising a housing having an inlet and an outlet about a versti, flow circular channel with a ball moving along it, a transducer and an electrical measuring circuit, characterized in that, in order to improve the accuracy and sensitivity when measuring local open flow velocities, the circular channel entrance is located symmetrically relative to the longitudinal axis of the device, provided with guides and curved in plan, the output is equipped with curvilinear and a convertible divider, the converter being designed as an additional electrode located in the circular channel of the anode and located opposite it, connected to the cathode located in the fluid flow outside the device, through the measuring circuit. 2o The device according to claim 1, characterized in that the ball is made with the area of the mid-section and is smaller than the area of the living section of the circular channel, and the additional electrode has vertical and horizontal guides, one of which has an additional electrode. 3. The device according to claim 1, characterized in that, in order to improve the accuracy of speed measurement in streams with developed turbulence and the presence of flow obliques, the circular channel entrance is provided with a vertical separation plate installed along the longitudinal axis of the device. Sources of information taken into account in the examination 1 "USSR author's certificate f, cl. G 01 P 5/20, 1962. 2, Patent of Great Britain No. 1 06039, Clo. P 1 R, 197 h (PROTOTYPE).

I

fW / WWZ // yX / X

Y7 / 77 7 // 7 ////// 7 /

Fuf.f

FS / g.Z.

too

-60 -ifS dO 15 0 15 3ff ffff FIG. /