Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости



Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости
Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости
Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости
Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости

 


Владельцы патента RU 2412447:

Морской гидрофизический институт Национальной академии наук Украины (МГИ НАН Украины) (UA)

Изобретение может быть использовано для измерения компонент вектора скорости течения электропроводящей жидкости при исследованиях мелкомасштабной турбулентности. В корпусе (1) в виде тела вращения из диэлектрика установлены магнитная система из четырех магнитов (2), четырех магнитопроводов (3) и основания (4) и две пары электродов (9), расположенные в вершинах четырехугольника. Электроды имеют развитые рабочие поверхности и герметично установлены, с возможностью извлечения из корпуса, в четырех камерах (8), сообщающихся с потоком жидкости посредством каналов (5), которые оканчиваются капиллярами (7), выходящими на поверхность корпуса в рабочем магнитном зазоре в вершинах квадрата, центр которого находится на оси корпуса. Каналы с капиллярами заполнены проницаемым для жидкости материалом (например, в виде хлопчатобумажных фитилей). Пары противолежащих электродов подключены ко входам схемы сложения и двух схем вычитания измерительного блока. Изобретение повышает точность измерений за счет обеспечения высокой пространственной разрешающей способности и повышения пороговой чувствительности. 4 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения пульсаций скорости потока электропроводящей жидкости, и может быть применено для измерения компонент вектора скорости течения с низким уровнем собственных шумов и, следовательно, с высокой разрешающей способностью, при исследованиях мелкомасштабной турбулентности в лабораторных и натурных условиях.

Известно устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости [1], содержащее магнитную систему с чередующимися полюсами с рабочей частью в виде клина с Х-образным зазором, расположенным симметрично относительно переднего ребра клина. В ветвях зазора установлены электроды. Ветви зазора расположены под острым углом к продольной оси магнитной системы на равном расстоянии от переднего ребра клина заподлицо на его наклонных плоскостях. Устройство содержит также измерительный блок, снабженный схемами суммы и разности, к которым подключены электроды. Сходными существенными признаками этого аналога и заявленного изобретения являются: магнитная система с чередующимися полюсами и электроды, подключенные к схемам суммы и разности измерительного блока. Это устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости имеет недостаточную пороговую чувствительность и точность из-за высокого уровня электрохимических шумов, лимитируемых снизу малой площадью электродов.

Известен кондукционный датчик скорости потока [2], содержащий обтекаемый корпус, магнитную систему и два электрода с развитой рабочей поверхностью. Электроды размещены в полостях, выполненных в корпусе, которые заполнены электропроводящей жидкостью и связаны с поверхностью корпуса капиллярными каналами. Сходными существенными признаками являются: обтекаемый корпус, магнитная система, электроды с развитой рабочей поверхностью, расположение электродов в полостях, заполненных электропроводящей жидкостью, связь полостей с поверхностью корпуса посредством капиллярных каналов. Недостатком этого датчика скорости потока является: отсутствие контроля за состоянием платинированных электродов и возможности их замены; возможность образования пузырьков воздуха в каналах и полостях при многократном пересечении датчиком границы раздела вода-воздух при спуске и подъеме с борта судна, что приводит к искажению результатов измерений; возможность загрязнения электродов и закупорка каналов при работе в потоках, содержащих взвесь или пленки нефтепродуктов, что также искажает получаемые данные; невозможность создания большого значения напряженности магнитного поля в области расположения электродов вследствие разомкнутости магнитной системы, что приводит к снижению чувствительности датчика.

В качестве прототипа выбрано устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости [3] как наиболее близкое по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению. Прототип содержит магнитную систему с чередующими полюсами, выполненную в виде тела вращения с двумя зазорами в рабочей части, заполненными диэлектриком. В зазорах установлены две пары электродов, расположенных в вершинах квадрата, центр которого находится на оси тела вращения. Зазоры выполнены во взаимно перпендикулярных диаметральных плоскостях. Измерительный блок устройства включает схему сложения и две схемы вычитания, на входы которых подключены пары противолежащих электродов. Устройство содержит пару дополнительных электродов, расположенных в одном из зазоров симметрично относительно оси тела вращения. Дополнительные электроды также подключены к измерительному блоку устройства.

Сходными существенными признаками прототипа и заявленного изобретения являются: магнитная система с чередующимися полюсами, вмонтированная соосно в корпус из диэлектрика; выполнение корпуса в виде тела вращения; размещение в корпусе двух пар электродов, которые расположены в плане в вершинах четырехугольника; измерительный блок, включающий схему сложения и две схемы вычитания; подключение пар противолежащих электродов к указанным схемам измерительного блока.

Недостатком прототипа является низкая пороговая чувствительность и точность из-за высокого уровня электрохимических шумов, лимитируемых снизу малой площадью электродов. Кроме того, из-за непосредственного контакта с исследуемой средой происходит загрязнение электродов, что также снижает точность измерений.

В основу изобретения поставлена задача создания устройства для измерения пульсаций скорости потока жидкости, в котором за счет признаков, характеризующих особенности выполнения электродов и их установки, а также за счет особенностей контакта электродов с исследуемой средой, обеспечивается технический результат изобретения - повышение пороговой чувствительности и точности измерений с обеспечением высокой пространственной разрешающей способности.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения пульсаций скорости потока жидкости, содержащем магнитную систему с чередующимися полюсами, вмонтированную соосно в корпус из диэлектрика, выполненный в виде тела вращения, в котором установлены две пары электродов, расположенных в вершинах четырехугольника, а также измерительный блок, включающий схему сложения и две схемы вычитания, к входам которых подключены пары противолежащих электродов, новым является то, что электроды имеют развитые рабочие поверхности и герметично установлены, с возможностью извлечения из корпуса, в четырех камерах, сообщающихся с потоком жидкости посредством каналов, которые оканчиваются капиллярами, выходящими на поверхность корпуса в рабочем магнитном зазоре в вершинах квадрата, центр которого находится на оси корпуса, при этом каналы с капиллярами заполнены проницаемым для жидкости материалом.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей, на которых изображен в двух проекциях (фиг.1, фиг.2) с сечениями (фиг.3, фиг.4) конкретный пример исполнения устройства. Оно содержит цилиндрический обтекаемый корпус 1 из эпоксидной смолы с вмонтированной в него соосно магнитной системой с чередующимися полюсами. Магнитная система состоит из четырех магнитов 2, четырех магнитопроводов 3 и основания 4, которые выполнены из магнитной стали. В корпусе выполнены четыре канала 5, расположенных во взаимно перпендикулярных диаметральных плоскостях корпуса в пространствах между магнитами с магнитопроводами (фиг.3). Каналы заполнены проницаемым для жидкости материалом. В качестве такого заполнителя, например, может быть использован хлопчатобумажный материал в виде фитилей 6. Каждый канал 5 выполнен с капиллярной частью 7, диаметр которой в несколько раз меньше диаметра самого канала и равен, например, 0,1-0,3 мм. Эти капилляры 7 выходят на поверхность корпуса в рабочем магнитном зазоре устройства в заданных точках - в вершинах квадрата со стороной, например, 5-7 мм, причем центр этого квадрата лежит на оси корпуса (фиг.2). С другой своей стороны каждый канал 5 переходит в цилиндрическую камеру 8, которая значительно превышает канал по диаметру. Камеры 8 в плане размещены в вершинах четырехугольника, в данном случае квадрата, центр которого находится на оси корпуса. В этих четырех камерах установлены две пары электродов 9, при этом пары образуют противолежащие электроды (фиг.4). Электроды выполнены с развитыми рабочими поверхностями и изготовлены из черненой платины. Они установлены в камерах следующим образом: электроды жестко закреплены в четырех диэлектрических держателях - залиты в корпусы из эпоксидной смолы (на фиг.1 электроды в корпусах показаны как единое целое и обозначены позицией 9). Эти корпусы посредством резиновых прокладок 10 вставлены в камеры, герметизируя их снаружи. При этом выводы 11 пар электродов подключены посредством разъемного контакта (не показан) к измерительному блоку устройства (не показан). Держатели с электродами 9 опираются на опорную шайбу 12, которая соединена с корпусом 1, например, винтами 13. Такая конструкция обеспечивает возможность извлечения электродов 9 из корпуса 1. Корпус 1 через прокладки 14 в виде резиновых колец крепится гайкой 15 к стойке 16 устройства. Фитили 6 могут быть изготовлены из синтетических материалов. Заполнение каналов с капиллярами проницаемым для жидкости материалом обеспечивает сохранность в них жидкости в промежутках между пересечениями устройством границы раздела вода-воздух при спуске и подъеме устройства с борта судна. Кроме того, заполнитель является фильтром, защащающим капиллярные отверстия и электроды от загрязнений исследуемой среды.

Устройство работает следующим образом. При пересечении проводящей жидкостью магнитных силовых линий, созданных магнитной системой, в потоке индуцируется электродвижущая сила, значение которой пропорционально скорости потока. Разность потенциалов, возникающая в точках выхода капилляров 7 на рабочую площадку корпуса 1, воспринимается электродами 9, так как камеры 8 сообщаются с внешней средой каналами 5. Сигналы с электродов поступают на входы измерительного блока. Заявленное устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости осуществляет независимое измерение трех компонент вектора пульсаций скорости в выбранной системе координат.

Изобретение позволяет не только создать чувствительную зону устройства с требуемыми малыми размерами, но и применить электроды с развитыми рабочими поверхностями. При этом исключено загрязнение электродов и завоздушивание каналов, посредством которых электроды контактируют с исследуемым потоком жидкости. Это обусловливает повышение пороговой чувствительности и точности измерений с обеспечением высокой пространственной разрешающей способности и низкого уровня собственных шумов.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №679878, кл. G01Р 5/08, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР №573755, кл. G01Р 5/08, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР №1239604, кл. G01Р 5/08, 1983 - прототип.

Устройство для измерения пульсаций скорости потока жидкости, содержащее магнитную систему с чередующимися полюсами, вмонтированную соосно в корпус в виде тела вращения из диэлектрика, в котором установлены две пары электродов, расположенные в вершинах четырехугольника, а также измерительный блок, включающий схему сложения и две схемы вычитания, к входам которых подключены пары противолежащих электродов, отличающееся тем, что электроды имеют развитые рабочие поверхности и герметично установлены с возможностью извлечения из корпуса в четырех камерах, сообщающихся с потоком жидкости посредством каналов, которые оканчиваются капиллярами, выходящими на поверхность корпуса в рабочем магнитном зазоре в вершинах квадрата, центр которого находится на оси корпуса, при этом каналы с капиллярами заполнены проницаемым для жидкости материалом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей. .

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и предназначено для использования в индукционных лагах быстроходных судов. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электромагнитным устройствам для измерения скорости электропроводящей жидкости, и может быть использовано для измерения скорости, например, судов.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды. .

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Изобретение относится к навигации, в частности к средствам управления движением морских и речных судов. .

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использовано при проведении экологических исследований, в океанологии и других областях техники, где требуется вести контроль параметров турбулентных пульсаций скорости в морской среде.

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использовано при проведении экологических исследований, в океанологии и других областях техники.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами

Изобретение относится к области измерений параметров движения, предназначено для исследования движения жидких сред и может быть использовано для измерения составляющих пульсаций вектора скорости потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидрологических исследований

Изобретение относится к области средств измерения скорости перемещения твердых тел относительно жидких сред и может быть использовано в навигационном приборостроении, а именно - при конструировании и изготовлении индукционных лагов судов. Электромагнитный лаг-дрейфомер содержит клинкет, в котором размещен датчик скорости, выполненный с возможностью поворота относительно оси клинкета, проходящей через плоскость симметрии датчика, на датчике установлены излучатель электромагнитного поля, а также два боковых относительно направления осевой линии судна электрода, и один электрод управления в передней части датчика, боковые электроды подключены к входам первичного преобразователя скорости, выход которого подключен к центральному прибору, управляющий электрод попарно соединен с двумя боковыми электродами через блок сравнения и управления, соединенный с синхронно-следящим приводом, при этом лаг-дрейфомер дополнительно содержит датчик угловых скоростей, к выходу которого подключен блок радиуса циркуляции, при этом все указанные приборы подключены к источнику питания. Технический результат изобретения - расширение номенклатуры навигационных приборов. 1 ил.

Группа изобретений относится к измерительной технике, представляет собой устройство и способ измерения скорости электропроводящей среды и может быть использована при добыче и транспортировке нефти. Устройство содержит полый корпус с проводником внутри, расположенным вдоль направления движения среды, датчик электродвижущей силы с двумя электродами, соединенными с усилителем и детектором, трансформатор тока возбуждения, вторичную обмотку которого образуют проводник и корпус, выполненные в виде объемного короткозамкнутого витка. Центральный электрод датчика ЭДС расположен на внешней поверхности проводника, периферийный - на внутренней поверхности корпуса. По проводнику вдоль направления движения среды пропускают переменный ток с частотой f для создания коаксиального магнитного поля и детектируют ЭДС, наведенную между корпусом и проводником. В выделенной ЭДС исключают постоянную электрохимическую составляющую и составляющие с частотами, отличными от f. Скорость движения среды находят по формуле: V=2πE/(μμ0I), где V - скорость среды E - ЭДС, μ - магнитная проницаемость среды, μ0 - магнитная проницаемость вакуума, μ0=4π10-7 Гн/м, I - ток. Техническим результатом является повышение точности и расширение диапазона измерения скорости движения проводящей среды. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к электромагнитным устройствам для измерения скорости потока электропроводной жидкости и основывается на явлении электромагнитной индукции: при движении проводника в магнитном поле в нем индуцируется электродвижущая сила Е, пропорциональная магнитной индукции В и скорости V проводника, которая действует в направлении, перпендикулярном к движению жидкости и магнитному полю. Изобретение может быть использовано для измерения пульсаций трех ортогональных составляющих вектора скорости течения, сильно изменяющегося по направлению и скорости, при проведении гидрофизических и гидродинамических исследований. Технические результаты изобретения - уменьшение погрешности при измерении малых пульсаций вектора скорости потока и увеличение пространственной разрешающей способности устройства за счет создания концентрации магнитного поля в зонах расположения измерительных электродов, а также за счет устранения в' зонах контакта измерительных электродов с исследуемой жидкостью эффекта "отсутствия движения" этой жидкости. Сущность: устройство для измерения пульсаций скорости потока электропроводной жидкости содержит первичный преобразователь со сферическим обтекателем (8) из электроизоляционного материала, в котором вмонтирована магнитная система. Магнитная система содержит четыре постоянных магнита (2) прямоугольного сечения, у которых поверхности полюсов сопряжены с поверхностями полюсных наконечников (3). Магниты (2) установлены попарно в вертикальных ортогональных плоскостях симметрично относительно вертикальной оси сферического обтекателя (8), одноименными полюсами друг к другу. Электродная система содержит восемь измерительных электродов (5), установленных в двух вертикальных ортогональных плоскостях в заполненных электроизоляционным материалом зазорах (4) магнитной системы под углом 45° к ее горизонтальной плоскости. Электроды (5) подключены попарно к входам вычитающих усилителей измерительного блока устройства. При этом магниты (2) закреплены на вертикальной немагнитной стойке (1), проходящей через центр сферического обтекателя (8), полюсные наконечники (3) выполнены плоскими, установлены на полюсах магнитов (2) и имеют выступы, образующие восемь отдельных зазоров (4), в которых установлены измерительные электроды (5) в виде стержней, у которых один торец выходит на поверхность сферического обтекателя (8), на которой соосно электродам (5) закреплены восемь шайб (9) с заданными размерами из электроизоляционного материала. 4 ил.

Группа изобретений относится к области измерений параметров движения, предназначена для исследования движения жидких сред и может быть использована для измерения составляющих пульсаций вектора скорости потока жидкости, в частности пресной и морской воды при проведении гидрологических исследований. В первом варианте исполнения устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости содержит металлический корпус, заполненный диэлектриком, в котором установлена магнитная система, по крайней мере, из четырех магнитов с чередующимися полюсами. Магниты, образующие магнитную систему, установлены попарно вплотную друг к другу с зазором между парами, и попарно подключены к измерительному электронному блоку. Вся поверхность устройства вне металлического корпуса покрыта диэлектриком. Во втором варианте исполнения устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости имеет обтекаемую форму, содержит металлический корпус, близкий по форме к усеченному конусу, установленную на его вершине или частично утопленную в корпусе, отделенную от корпуса слоем диэлектрика магнитную систему, выполненную, по крайней мере, из четырех магнитов, попарно установленных вплотную друг к другу с зазором между парами и подключенных к измерительному электронному блоку, при этом, вся поверхность устройства вне металлического корпуса покрыта диэлектриком. Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение и повышение чувствительности устройства для измерения параметров турбулентного потока жидкости. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости потока электропроводящей жидкости, например морской воды. Способ повышения чувствительности электромагнитных датчиков пульсаций скорости преобразователей гидрофизических полей согласно изобретению включает нанесение платиновой черни на торцевые поверхности платиновых электродов, установленных в зазорах магнитной системы датчика, заподлицо с их внешней поверхностью, при этом перед нанесением платиновой черни электроизоляционный материал датчика покрывают дополнительным слоем электроизолирующего материала, инертного к соляной, азотной и платинохлористоводородной кислотам, при этом толщину дополнительного слоя выбирают исходя из возможности обеспечения блокировки диффузии примесей из компаунда в процессе платинирования электродов. Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение электрического сопротивления между электродом и водной средой и, соответственно, уменьшения электрохимических шумов, возникающих из-за химических примесей, диффундирующих в осаждающуюся на электроды платиновую чернь, что обеспечивает повышение чувствительности электромагнитного датчика пульсаций скорости. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензометрическим средствам измерения. Технический результат: расширение динамического диапазона преобразования напряженно-деформированных состояний сенсорной консоли вследствие воздействия на ее поверхность скоростного напора (динамического давления) газовых или жидкостных потоков. Сущность: тензорезистивный преобразователь содержит сенсорную консоль, работающую на изгиб, выполненную из упругой подложки тонкопленочного эластичного полимера, двух фольговых тензорезисторов, планарно расположенных на противоположных сторонах подложки, продольные оси которых параллельны между собой, или четырех фольговых тензорезисторов, планарно и попарно расположенных на противоположных сторонах подложки, продольные оси которых симметричны относительно ее продольной оси и параллельны между собой. Тензорезисторы включены в смежные плечи полу- или полномостовую схему измерительного моста. Сенсорная консоль ориентирована ортогонально вектору приложенной силы. В преобразователь введены кольцевой сегмент с кривизной поверхности, соответствующей максимально возможному упругому изгибу сенсорной консоли, хонейкомб, и флюгерный элемент. Кольцевой сегмент выполнен с проницаемой поверхностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерительного оборудования, а именно к области средств измерения скорости перемещения твердых тел относительно жидких сред, и может быть использовано в навигационном приборостроении при конструировании и изготовлении лагов для водоизмещающих плавсредств. Электромагнитный лаг комплексных измерений содержит поворотный датчик скорости с синхронно следящим приводом для определения истинного значения скорости и направления движения, блок определения мгновенного центра скоростей, датчик угловых скоростей, блоки координат датчика лага и заданных «характерных» точек измерения. Технический результат - возможность определения скорости и направления движения любой точки судна, надводного и подводного корабля, а также кинематических параметров движения при качке с целью выбора оптимального, безопасного ходового режима, повышения эффективности судовождения и работы бортовых систем в сложных условиях плавания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх