Датчик относительной плотности тока газового потока

 

ДАТЧИК ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ ТОКА ГАЗОВОГО ПОТОКА, содержащий источник статического давления, источник полного давления, пневматическ1ш делительный механизм, состоящш из энсектора с регулируемым дросселем в виде и трубки Вентури, подключенной через первый жиклер постоянного сечения к источнику полного давления, подключенного также к камере эжектора, игла регулируемого дросселя связана с пневмомеханическим устройством обратной связи, выполненным в цилиндра с поршнем, одна из полостей которого подключена к полости между первым лшклером и регулируемым дросселем, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и линеаризации характеристики датчика, в нем установлен нелинейньш усилитель отношения давлений, состоящий из последовательно установленных второго жикЛера постоянного сечения и мембранного регулятора давления с клапаном, выходная полость которого через выходной жиклер соединена с источником режения, причем надмембранная полость vmRn регулятора давления через второй жиклер соедш1е а с источником полного давлетгия, подмембра1 ная полость регуmsA . лятора давления соединена с источниггюА . ком статического давления, а канал перед выходньпжиклех:) соединен с .( 1(ЯЯ другой полостью щшиндра с поршнем.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ)(РЕСПУБЛИН (19) (11) 4 (51) G 01 N 1 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (?1) 3660684/24-24 (22) 04 ° 1!.83 (46) 15.02,85. Бюл. К - 6 (72) И.и. Власов и М.P. Мусин (71) Казанский ордена. Трудового

Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А.Н. Туполева (53) 621.525(088.8) (56) 1. Теория автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. Под ред. А,А. Ыевякова. М, "Машиностроение", 1976, с.228.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 892247, кл. С 01 Ь 13/02, 1980 (прототип). (54)(57) дАтчик Относитклы1ой плот—

НОСТИ ТОКА ГАЗОВОГО ПОТОКА, содержащий источник статического давления, источник полного давления, пневматический делительный механизм, состоящий из эжектора с регулируемым дрос. селем в виде иглы и трубки Вентури, подключенной через первый жиклер постоянного сечения к источнику полноro давления, подключенного также к камере эжектора, игла регулируемого дросселя связана с пневмомеханпческим устройством обратной связи, выполненным в виде цилиндра с поршнем, одна из полостей которого подключена к полости между первым жиклером и регулируемым дросселем, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и линеаризацни характеристики датчика, в нем установлен нелинейный усилитель отношения давлений, состоящий из последовательно установленных второго жпклера постоянного сечения и мембранного регулятора давления с клапаном, выходная полость которого через выход.((р ной жиклер соединена с источником раз-1 - режения, причем надмембранная полость 1 регулятора давления через второй жик- ) лер соедипена с источником полного

l давления, надмембранная полость регулятора давления соединена с источником статического давления, а канал перед выходным жиклерсм соединен с другой полсстью цилиндра с поршнем.

1140003

Изобретение относ ггся . ; приборостроению и может найти применение в системах регулирсвлттпя газотурбинными дтвигателями, наттример в автоматах разгона ГТД или системах управления механизацией кс.мпрессора.

Известен дат(их отношения давления с л нялсl Овьтм вl»тхсдl?hf f сиГН ЯГ(см g содержащий пненмати;ескт(и делительный механизм, ссвдиненньтй с пнгвмомеха!» fee!(им устройст!зом отрицательной обратной связ., (1) .

Так как имеется о!Fiaзнлч«(ля с«з«тзь между гязодт(нл(«1!ческт(ми (т)ункциями

î fHo

) статическос д li»ление и р«. " — Давлент(е торможет!ия тз потоке, то измеряя отH0Ji!cHI1c,ттлт3зтений 1„ /1 датчиком о-—

Ст- ношения давлении, мож«(о судить о велич.зне с1(9, ) — относительной плотнос ти тока.

11е цОс гяткл»ми Ip 1(HÎ ГО дат чиl(л FII3 ,2. ) ляютcH тlевысокяя эхо!(от т(пч«(ОС т !» Малая надежность при измерении относитель((»-.и пло «!:0(.ги тот<а f?» — Эл и Icy!

11лттботтее близким к т(редлаглемо1»з му является датчик, сс,(ержащий гтнеiJi f»»тический делительный мехянизм снабженньй вихревы. эжек).ором, жиклерсм и(гтоянного сечения и p-cróëTIp,"-емым дросселем U виде трубки Венту-35 ри с рег ;пирующей иглой, соединенным с пневмомеханическим усгройством отрип:! Тельной обрл-(Чтой связи, три тс.м исто тнит(большегс i!.:,T;c. òifù хся давлении соедин»:!i О вз;О, Lo:". 13 )Т:11:(Jicp и IPI3 .1(1 тат»(т(ЕС((С 1 С) ДЕЛИ т»?» ()(ОГО МЕ)» ЛНИ ЗТ (Я и со в Одом ь эжст(-»с;), и(.тс:тник Mcfib шегст-;з делящихсядлвз!ений соединен пневмомс .Хлнн".ески усTðîécTHOМ отрицательной об,.л-.нои с.вязи, при в »15 чем корректиротз ll! ffor. Давление, д = éc Ну(о«««РР тз TLC»лс)(ттт fc.;к-т)» жт!т(лс ро".» и р" гулируемтпм cfp!3, селем, пс:(Bå f CFI

В О НОСТЬ Ст.")»1 !3 B ()тlт О И Г(ЗГ;T»l(O !!ОРIП т(я !»НевмомРхяничесl

ОтРицятель«то!1 Обр, (тнОЙ связтт„;) в!»!ход д р о с с ел я C C! e)! и «1 е и с 5 77 и 0 c(,) е роii чеpcз вт<0<рРBOf зжектор„. < оз;т;— ющий «тл pc(óëèp3»pff».м др-. :.Cå«I<. а— ( к )итическое стно?пе«IHp давлений 121, «1сцо

ЯПЗ(ЯЕТСЯ Низ!<ЯH ЧУ;3CTP I»7 (»»»ЬТT0 С ГЬ

11(3!(!(с!!Оп)ззотта!«и!! «т;!) - ;. «<л — прс) гтзп lf!T= для H(.посредc TT)p«(Jfîãо 1? Змерения относительнои ллот«тости тока с1(ст ) по отношению статического давления к полному давлению потока Р т ) 1)

1<егo чувствительность при значеHии безразмерной скорости 2 =)0,1 составл п (Ъ ) 0 „0< (2 ляет тзс его — = —" — -0,077, gq(s ) 0,0156 причтем чувствительность I!pl! IIPITncpe,Iственном определении отност тел)и(ой плотности тока с1(% ) по Глзодинамической функции if(.. ) переменная и при больших ве:(ичинлх ск повтппается, «3;3пртт«ТР llpH «! = О. 5»» 13CTIIFI" (:«!ТnсTЬ

h (5J 0 10 2

0,0109 указывлет на су«цесттзенную (Рлнт«ей—

J«0C )» З ЯВИСИМО СТИ 13!»I(0;! «(01 СТ(! Нлl.«Л от измеряемого параметра q(с ). Вслег<< .твие этого в областтт малой чувствительности (% — 0-0,2)) погрепи(ос 1. возрастает. 1<рс«те того, дзтя испо.тп— зования сигнала датчика прототi.HB в

КОI ПЛЕI, ТC С ИЗМЕ?)ИТC ò.ЬНΠ— 1(ОК»ЯЗЬ . ЗЯ

«ошей или регистрирующей аппаратурой нс.обходимо вводить до IOJIHительное

)i с «)ОЙ с ГEО Д тя лтlf(P ари 3 < 1(ит» не).iiней ной характеристики первичного измери; е, ьно! 0 пт)еобрлз(звлт ля .. Зто приводтзт к усложнению схемы "-.р :".бора с (I()f

1(ель из обре те f Jf«« — уве. зичение -(yaс:твительí:)cти TЯT ièêà от:.(осите» ьнзй

ПЛОTf!О :ТИ I ОК») В 3 BÂÈÑ!(° ."С) СТИ ОТ 07 !то

ШЕНИЯ СтатИЧЕСКОГО !?авт(Е!li Я К ПСЛНСМУ Тает« Н Т»«() К.) т! I »«OJIHP)»»?l TO! 0;(OTО»К.. ЯЗ Сl T лит!еарт!Запив характерттсттзкт(датчика. т.с . зазисимость выходного с Il нллл,глтчика От из-.теряе?Ни! о плрлметрВ относител. ной HJIOTHoc г . тока

Постав.(с н«(B"-цель,достигаг-.ся

T <=1 f ч т О - 3 д = т ч к е 0 т н О с i i т е зl ь н 0 и т(лотности гока I лзовогo потo«.B) ссдс ржащем источник còàò,:ЧСCT»oãо давлеfIH5i, ИСТОЧНИК ilOËHOГ О ДЯВ.!Р!IИЯ П«(ЕВ

t!Bтический дели7 pël-нl и» tfp»ханиз)т „co с7 Оящий liB эжекп OHB с ре гу:..Иру емы!»

1Tpосселем в (зттде ит т(ы и трубки 1. Сн—

i ур;1, Tlсдктяо»те«т««о Чет)»- 3; fp piçû-;.1 жт-:»;— лер постоя?«Ногo сече я к источ тику

I10Jfilo»" длзле«(ия, T!0«ii(лючент(сгс -.якже к камере зж =к торя „.,:1 ла регул.fp ) . t»ого .,ро<.сел«! сCвязл:; с пнев-: 0(.ехя«iiIH»BCI(Jт <.TP0йC «C <. )PBT1IOÉ выпо.ттнс3?«««п>тм в - IT!!» !»Илинц«)я = тт р«..нем „Одl(а из ?()з?Îc тей кОтОро- О НОд

КЛIОЧСI! Я т; TIOJ«») <. И (Е)КД )» i.C- .PIJF»11 )<ИК " пеР(:!f и Ре y!Ti>IPз емы«:-,.11.)сс елем, Ус" 140003 4 сительной плотностью тока с1((), уменьшается, например за счет уменьшения Р при Р = const, равновесие мембраны нарушается и она прогибается впраго, увеличивая проходное сечение клапана. Угеличение проходного сечения клапана происходит до тех пор, пока давление, действующее между жиклером 8 и клапаном t0, не

10 сравняется с новым з((аче(п(ем Р„, Новый расход через клапан соответствует новому значению Р, /Г, отоб(( ражающему новое значение (((% ), Вследствие герметичности системы

15 расход через клапан 10 ранен расходу через жиклер 8. Так как на жиклере 8 перепад давлений докритический, то расход газа через него пропорционален относительной плотности тока

20 шР Г8

q(a ), .e.:б, = q(). На

РГ жиклере 12 поддерживается закритиЧЕСКОЕ ОТНОШЕНИЕ ДаВЛЕНИ((ь ПОЭТОМУ

25 расход через него пропорционален давлению Р, т.е. тановлен нелинейный усилитель отношения давлений, состоящий из носледо вательно установленных второго жиклера постоянного сечения и мембранного регулятора давления с клапаном, выходная полость которого через выходной жиклер соединена с источником разрежения, причем надмембрапная полость регулятора давления через второй жиклер соединена с источником полного давления, подмембранная полость регулятора давления соединена с источником статического давления, а канал перед выходным жиклером соединен с другой полостью цилиндра с поршнем.

На чертеже представлена схема дат. ческого давления, источника полного давления 2, пневматического делительного механизма, снабженного эжектором 3, первым жиклером постоянного сечения 4, регулируемым дросселем 5 в виде трубки Вентури с иглой 6,,.соединенным с пневмомеханическим устройством отрицательно.. обратной связи 7, выполненным в ви;е цилиндра с поршнем и штоксм, нелинейного усилителя отношения давлений, содержащим последовательно установленные второй жиклер 8, мембранный регулятор давления 9 с клапаном 10, кан:JI

11, соединяющий выходную полость клапана с выходным жиклером 12, подсоединенным к источнику разрежения. чика.

Датчик относительной плотности тока состоит из источника 1 статиДатчик работает следующим образом.

По ное давление газового потока

Р подается ко входу в дроссель 4, 1l. к вихревому эжектору 3, ко входному жиклеру Я нелинейного усилителя.

Статическое давление га"-,oâoão потока подается в подмембранную полость мембранного регулятора 9. Корректировапное давление Р „ действующее в полости между дросселем 4 и трубкой Вентури 5, подьодится в полость справа относительно пор((ны пневмомеханического устройства отрицательной обратной связи, давление управления Рчь действующее в канале 11, подается в полос..ь слева относительно поршня пневмоусалителы обратной связи, Если отношен((е давлеьп(и Р,. /Р

=((((), однознач(.о связанное с отно(((Р(г(г

О(12 l

«1РТ

Из равенства расходов через жиклеры

ЗС 8 и 12 и npI1I1I1>

= — о(Q ) т,е. отношение Г /Р лиь °

12

Ч нейно отображает относительную плот35 ность тока q(Ч ) . Увегnl el(I(e расхода через крапаn l0 приводит к увеличению давления Р((, ра;:новесие поршня пневмоусилителя обратной связи 7 нарушается и он движется вправо, уменьшая проходное сечение в горле труб> С ки Вентурп 5, давление Г увелнч(1ваетс".. Движение поршня прекращается после исчезновения перепада на пем.

Новое и ложение поршня соответствуI

45 ет .-.ов(110 Р = P, что обеспечиваК . ется к услов((ях уменып(вшегося Рс-при

ol.ðàJ;(ëål(EIoE(дс полнитель ым прикрытии горла трубки Бентури 5, а значит определенном g:,onoJII(I:тельном смеще

50 ппи поршня вправо. Положение поршня отображает отношение давлений Р« /Р =

=- Р, линейно связанное с относительной плотностью с (Я ) .

Если отнсшен (е давлений РСх /Р

55 однозначно связанное с о носительной плотностью тока q(Q ), увеличивается, например за счет P npu л(P = const мембранный регулятор

1140003

Редлктоо 11. (7р?)я, ", . .,;:. д:.. ...I="-- 7;.!

« ",:,71?((. » (: !,),,{> ", I,.? ?( 3я)(я.? 75 -/ )„"

11{?1Ц1!1(1 Г ОС?>»{Я 7,.,Т)? е. ° (>{ОС(«?((7,",),) 1 С?по делям 1)зобро!",с :п)?1:1 о.{кры{,;й

1 )о0.1э, )1ос)(I{ :), {!,†. j . 1>я"{{!с):">)j,!(?>(б)илия)1 ППП >(:;;?, Г. у;-(> 017(7)), y»j, 1)лек" 11 ! перестраивается на большее значение

Р, уменьшая проходное сечение клапана 10, расход через клапан уменьшается, давление Р к падает, Под действием перепада поршень движется 5 влево, увеличивая проходное сечение в горле трубки Вентури, давление Р,( уменьшается. Движение порп)ня прекрящается после исчезновения перепада на нем, Новое положение поршня отоб- )О ражает новое значение q(g ) .

Предложенный датчик относите..ьной плотности тока газового потока позволяет получить линейную зависимость выходного сигнала датчика P„. = )Р{1/Р, 15 где Р, — давление j) I(BI{B)te ))epeji выходным жиклером нелинейного усилителя ОтнОшения давлений, oт изи(. рле))ОГo параметра относительной плотности т{?ка q(Я ) . датчик имеет л)о{ейную BB)711 — 20 симость выхо7ного сигналя P от га>- - - {7! зоди) амнчес. .. . (1)у){1(:,;). 1 (1() в диапазоне Q = О, 10-0,6 7„пр)1 этом крутизна характеристики (чувствительность)

Р / (1() = 1. ) яким обрязом, Ilo cj7-: -:нению нрототипом чувствител) н. ст"",ятчикя voI-I t)1)яется бо))ее -)e;- в лв-. p;):B () Об 7яс". и бо))ь{1)и)(значен) .j приведе" .ой с =.Орc! . òè и болPе чем ня †: орядок в (с ..)я =.ти мялых зня-.е "-;й Iip! еденной ci:, oBoñòè .. . -{!IBéj)ЯЯ ЗЯВИСИМОСТЬ Г{1>)АКОГ,j{ОГО С11Г 1 Л<; от,)Bìåpÿj-)êj.с пяряметря .:)Оз)-:„лает

» tIpo с т1)ть с)яс т(му р!» )«у1 >и))О){ ни)1 > Д

1? iIO>j ((! 1- Е(? НЯ {{С? "1{О "1> Э С?1Е "Г 1:(— клю и ))jjjt Г-;тори ?Н()й ягн)j)i .B Ióðj:j, и?Ое;.>jB B11B jE! j {ОИ и !B ->)1{{(>Я?711-, - ;J. 1> ",1 3 ?,-??)С j!

".sOСТ? Бj>)X(jIНO,) .! )IЯ {Я >Т 1{З))P?» 5)(>PAOГО ПЯ?)Я{1()Т?)Я,