Устройство для измерения скорости потока

 

Использование: измерение скорости газового потока у поверхности моделей и натурных объектов авиационной техники. Сущность изобретения: устройство содержит кожух, подвижноеоснование, выполненное в виде платформы е тремя игольчатыми опорами, насадок с чувствительным элементом, опорный элемент, смещенный относительно чувствительного элемента в горизонтальной плоскости, державку с приводом её перемещения, механизм подвески насадка и опорного элемента к державке, выполненный в виде подпружиненного шарнирного параллелограмма , потенциометр, жёстко связанный с механизмом подвески насадка. Насадок выполнен в виде штанги, выступающей относительно подвижного основания перпендикулярно направлению потока Привод перемещения насадка выполнен § виде тёрмопривода, содержащего нить, закрепленную в цилиндрическом корпусе, и тягу, соединяющую нить с шарнирным параллелограммом . На подвижном оснований жестко закреплена стойка, связанная с державкой с помощью шарнира. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 Р 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1 л \

l т °

° ы

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899702/10 (22) 08.01.91 (46) 23.01.93. Бюл. N. 3 (71) Харьковский авиационный институт им.

Н.Е.Жуковского (72) И.В.Фадеев (56) Авторское свидетельство СССР

1ч . 815635, кл. G 01 P 5/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N. 1695128, кл. G 01 Р 5/00, G 01 М 9/00, 1989.

{54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЙЙИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА (57) Использование; измерение скорости газового потока у поверхности моделей и натурных обьектов авиационной техники.

Сущность изобретения: устройство содержит кожух, подвижное. осйование, выполненное в виде платформы с тремя игольчатыми опорами, насадок с чувствиИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости газового потока у поверхности моделей и натурных обьектов авиационной техники.

Известно устройство для измерения быстроменяющихся скоростей потока, содержащее корпус, преобразователь перемещения и чувствительный элемент, один конец которого неподвижно закреплен в корпусе, при этом чувствительный элемент выполнен в виде плоской струны, свободный конец которой соединен с введенной в устройство пружиной, закрепленной в корпусе с возможностью регулирования. Под воздействием динамического давления по„„3Ц „„1789934 Al

2 тельным элементом; опорный элемент, смещенный относительно чувствительного элемента в горизонтальной плоскости, державку с приводом ее перемещения, механизм подвески насадка и опорного элемента к державке, выполненный в виде подпружиненного шарнирного параллелограмма. потенциометр, жестко связанный с механизмом подвески насадка, Насадок выполнен в виде штанги, выступающей относительно подвижного основания перпендикулярно направлению потока . Привод перемещения насадка выполйен в виде термопривода, содержащего нить, закрепленную в цилиндрическом корпусе, и тягу, соединяющую нить с шарнирным параллелограммом. На подвижном оснований же тко закреплена стойка, связанная державкой с помощью шарнира. 1 з.п. ф-л

2 ил, тока, пропорционального скорости, плоская (.ф струна прогибается, зазор между преобра- К ) зователем перемещения и струной изменя- ц0 ется, что регистрируется в виде измерения уровня сигнала. Недостатком известного устройства является относительно низкая точность измерения, которая зависит от ледоора натяжения струны, а результате че- ычь го добиваются приемлемого компромисса между статической погрешностью, зависящей в основном от чувствительности струны и скорости потока и динамической погрешностью, зависящей от собственной частоты струны.

Более высокой точностью измерений обладает известное устройство для измере1789934 ния скорости потока, содержащее насадок. ва провести измерение и т.д, В этом случае связанный с чувствительным элементом и нельзя добиться удовлетворительнойдостоупором, смещенными относительно друг верности измерений вследствие возможных друга в горизонтальной плоскости, держав- измерений режима потока в течение времеку с приводом ее перемещения и механизм 5 ни укаэанной серии измерений и возможподвески насадка кдержавке, выполненный, н ых сумм и рующихся погрешностей, в виде подпружиненного шарнирного па- возникающих при переналадке положения раллелограмма. Это устройство является . чувствительногоэлемента, Крометогоотринаиболееблизкйм"потехническойсущности цательное влияние на точность измерения и достигаемому результату, 6 связи с чем "0 оказывает наличие механических средств оно рассматривается в " Качестве прототипа; выставления чувствительного элемента по

Наличие мехайизМа подвески насадка к де- высоте (микрометрическая регулировочная ржавке, выполненного в виде подпружинен- гайка), поскольку необходимы измерения ного шарнирного параллелотрамма, предельно малых величин. обеспечивает постоянное прилегание упора "5 Цель изобретения — расширение диапа- . в каждой заданной точке криволинейной по- зона измерений и повышенйе их точности. верхности, и ри этом чувствительный .эле- Поставленная цель достигается тем, чтомент, смещенный относительн6 упора а . в устройство для измерения скорости потогоризонтальномнаправлении,находится на ка, содержащее насадок с чувствительным . фиксированном расстоянии от повврхно-.20 элементом, опорный элемент, смещенный . сти. Это расстояние определяется до начала относительно чувствйтельного элемента в измерения и выставляется с помощью мик- горизонтальной плоскости и контактирую- . рометрической гайки. регулирующей поло- . щий с криволинейной поверхностью модежение чувствительного элемента ли, державку с приводом ее перемещения. относительно упора в вертикальном. íà- 25 по поперечной и продольной направляюправлении. Таким образом, в процессе из- щим в горизонтальной плоскости, механизм. мерений поддерживается постоянное подвески насадка и опорного элемента к расстояние между любой точкой криволй- державке, выполненный в виде подпружи- нейной поверхности и свободнйм концом ненного шарнирного параллелограмма, дочувствительного элемента, вследствие чего 30 полнительяо введены кожух, подвижное достигается относительно высокая точность основание, привод перемещения насадка, измерения скорости потока. Однако суще- при этом подвижное основание, с размественным недостатком прототипа являетс щенным на нем механизмом подвески наограниченный диапазон измерений и не садка и с закрепленной на нем стойкой, вполне достаточная точность. Это объясня- З5 связанной посредством шарнира с державется следующим. Известно, что при иссл - . кой, выполнено в виде платформы с тремя довании потока в пограничном слде игольчатымиопорами,установленнойсвозпредставляет особый интерес полученке можностью ее перемещения по криволи- " профиля скоростей, поскольку толщина по- нейной поверхности модели, причем граничного слоя весьма мала, а градиенты 40 вертикальная ось симметрии одной иэ опор скорости довольно значительны, при этом пересекает продольную ocb симметрии профильскоростейнеобходимоизмерятьза насадка, выполненного в виде штанги, очень короткий промежуток времени, т.к. в выступающей относительно подвижного оспротИвном случае возможны измерения ре- нования перпендикулярно направлению пожимовпотока,ас1едовательно-значитель- 45 тока, йри этом привод перемещения

- ные погрешности в точности полученных насадка выполнен в виде нити, закрепленрезультатов, Как было сказано выше, вуст- ной в цилиндрическом корпусе, установройстве-прототипечувствительныйэлемент ленном на подвижном основании и в процессе измерений находится на фикси- соединеннбй через тягу с шарнирным l13рованном расстоянии от поверхности и та- 50 раллелограммом, при этом индикатор переким образом возможны измерения мещения привода содержит потенциометр, скорости потока только в одной заданной движок которого жестко связан с механизточке. При необходимости измерения ско- мом подвески насадка. Наличие шарнирно рости потока по асей высоте пограничного соединенного с державкой подвижного осслоя необходимо после измерения водной 55 нования,выполненногосвозможностьюпеточке прекратить измерение для того, чтобы ремещения по криволинейной поверхности, изменйть положение чувствительного эле- на котором установлен механизм подвески мента по высоте и повторить измерение уже насадка и связанный с ним привод перемев новой точке, после этого вновь изменить щения насадка в вертикальной плоскости, положениечувствительногоэлемента и сна- позволяет обеспечить в процессе измере1789934

25

40

50 ний перемещение чувствительного элемента по высоте с одновременной регистрацией значений скорости потока в пограничном слое на любой высоте. При этом использование термопривода в качестве упомянутого привода перемещения насадка позволяет осуществлять плавные, безынерционные перемещения чувствительного элемента по вертикальной координате. Выполнение подвижного основания в виде самоориентирующейся платформы с тремя игольчатыми опорами обеспечивает устойчивое базирование устройства на криволинейной поверхности. Выполнение насадка в виде выступающей относительно подвижного основания штанги дает возможность выноса чувствительного элемента в зону, свободную от возмущений, вызванных нахОждением устройства в потоке, Установка на подвижном основании потенциометра, связанного с механизмом подвески насадка, приводит к тому, что в начале каждого измерительного цикла при касании упором поверхности с помощью потенциометра выдается значение условного нуля, что повышает точность измерений и дает возможность регистрации распределения скоростей потока в пограничном слое.

На фиг.1 представлено устройство для измерения скорости потока, вйд против потока; на фиг. 2 — то же, вид сверху, кожух 20 и державка 4 условно сняты.

Устройство для измерения скорости потока содержит подвижное основание, выполненное в виде платформы 1 с тремя игольчатыми Опорами 2, На платформе 1 . жестко закреплена стойка 3, связанная с . державкой 4 посредством шарнира 5 (в предпочтительйом- случае "посредством шарнира Гука). Привод перемещения державки 4 на чертеже не показан; На платформе 1 расположен механизм подвески насадка 6, выполненного в виде штанги, выступающей относительно платформы 1. На конце насадка 6 расположен упор 7 и смещенный относительно последнего в .горизонтальном и вертикальном направлении чувствительный элемент 8, выполненный в виде термоанемометрической нити. Механизм подвески насадка 6 представляет собой шарнирный параллелограмм, в котором боковые коромысла 9 связывают его соответственно со стойкой 3 и держателем 10 насадка 6, верхнее коромысло 11 связано с приводом перемещения насадка 6 в вертикальном направлении, а нижнее коромысло

12 подпружинено относительно платформы

1 с помощью пружины 13, Привод перемещения насадка 6 в вертикальном направлении выполнен в виде термопривода и состоит из нити 14, закрепленной посредством двух заглушек-изоляторов 15 в:цилиндрическом корпусе 16 из кварцевого стекла с перфорированными стенками, способствующими улучшению теплообмена, а также тяги 17, соединяющей нить 14 с верхним коромыслом 11 параллелограммного механизма. На платформе 1 расположен потенциометр 18, жестко связанный своим ползунком 19 с держателем 10 насадка 6, а также с контрольно-регистрирующей аппаратурой (на чертеже не показана). Все элементы, установленные на платформе покрыты кожухом 20, а все электрические цепи объединены в электрожгут 21, который . пропущен внутри державки 4 в направлении к контрольно-регистрирующей аппаратуре.

Скользящие опоры 2 располагаются таким образом, что вертикальная ось одной из них пересекает продольную ось насадка 6, В предпочтительном случае они должны иметь наконечники из шлифованного корунда, Высота опор 2 не должна быть меньше, чем максимальная толщина пограничного слоя над измеряемой поверхностью 22. Для обеспечения легкого хода и отсутствия люфтов боковые коромысла 9 в предпочтительном случае должны быть выполнены в виде рубиновых игольчатых опор..

Устройство работает следующим образом.

Включается привод державки 4, которая, перемещаясь, воздействует через шарнир 5 на стойку 3, при этом платформа 1 начинает перемещаться скользящими опорами 2 по криволинейной поверхности 22.

Переместившись в заданное место, платформа 1 устанавливается таким образом, чтобы ось насадка 6 была нормальна направлению измеряемого потока. После этого на нить 14 термопривода, закрепленную с помощью заглушек изоляторов 15 в корпусе 16, подается соответствующий импульс напряжения. Нить 14 под действием нагрева удлиняется и пружина 13 притягивает параллелограммный механизм, включающий верхнее коромысло 11, связанноетягой

17 с нитью 14, нижнее коромысло 12, боковое коромысло 9 и держатель 10 насадка 6, в направлении к криволинейной поверхности 22. При этом насадок 6 опускается в вертикальном направлении до касания упором 7 поверхности 22. Одновременно ползунок 19, связанный с держателем 10 насадка 6, перемещается по поверхности потенциометра 18 и отображает на регистрирующем приборе (на чертеже не показан) изменение вертикальной координаты чувствительного элемента 8. При соприкоснове1789934

15

25 рованию погрешностей

35

50 нии упора 7 с поверхностью потенциометр

18 отмечает положение условного нуля. По мере остывания нити 14, нагретой при прохождении импульса тока, она укорачивается и посредством тяги 17 возвращает шарнирный параллелограмм, а следовательно и насадок 6 в первоначальное положенйе. Таким образом, устройство осуществляет почти мгновенную регистрацию распределения скоростей потока в пограничном слое, при этом фиксация текущего значения скорости потока производится практически синхронно с регистрацией изменения вертикальной координаты чувствительного элемента; следовательно, обеспечивается возможность привязки скорости к координате, что обусловлено черезвычайно малой инерционностью термоанемометрической нити, составляющей доли микросекунд.

Существует и другой режим измерения — это стационарное удержание чувствительного элемента 8 на заданной высоте, В этом случае на нить 14 термопривода подается такое напряжение, которое вызывает соответствующее ее удлинение, достаточное для

Формула изобретения

1, Устройство для измерения скорости потока, содержащее насадок с чувствительным элементом, опорный элемент, смещенный относительно чувствительного элемента в горизонтальной йлоскости и контактирующий с криволинейной поверхностью модели, державку с приводом ее перемещения по поперечной и продольной направляющим в горизонтальной плоскости, механизм подвески насадка и опорното элемента к державке, выполненный в виде подпружиненного шарнирного параллелограмма, о т л и ч а 1о щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и,расширенйя диапазона йзмереййй, в него дополнительно введены кожух, подвижное основание; привод перемещения насадка, при.этом подвижное основание с размещенным ха нем механизмом подвески насадка и с закрепленной на нем стойкой, связанной посредством шарудерживания чувствительного элемента 8 на заданной высоте, при этом в отличие от устройства-прототипа, где положение упомянутого элемента регулируется микромет5 рической гайкой, в предлагаемом случае можно добиться значительно более точной установки положения чувствительного элемента 8 за счет соответствующего, подбора величины напряжения.

По сравнению с устройством-прототипом устройство, согласно изобретению, имеет следующие преимущества: возможность точной привязки скорости к вертикальной координате Н; возможность многократных циклических измерений в любой точке исследуемой зоны; плавность перемещения чувствительного элемента; возможность фиксации чувствительного элемента на заданной высоте с высокой точностью; значительный ресурс; отсутствие искажения поля давления и скоростей в зоне измерений; отсутствие необходимости многократной переналадки устройства в процессе измерений, приводящей к сумминира с державкой, выполнено в виде платформы с тремя игольчатыми опорами, установленной с возможностью ее перемещения по криволинейной поверхности модели, причем вертикальная ось симметрии одной из опор пересекает продольную ось симметрии насадка, .выполненного в виде штанги, выступающей относительно подвижного основания перпендикулярно направлению потока

2. Устройство по п.1, о т л и ч а.ю щ е ес я тем, что привод перемещения насадка выполнен в виде нити, закрепленной в цилиндрическом корпусе, установленном на подвижном основании, и соединенной через тягу с шарнирным параллелограммом, при этом индикатор перемещений привода содержит потенциометр, движок которого жестко связан с механизмом подвески насадка.

1789934

Фиг. 1

У Уд В

Фаг2

Составитель И.Кочурова

ТехРед M.ÌîÐãåíòàë КоРРектоР С Пекарь

Редактор Т.Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 347 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5