Способ поверки роторных анемометров с применением измерителя динамического крутящего момента



Способ поверки роторных анемометров с применением измерителя динамического крутящего момента
Способ поверки роторных анемометров с применением измерителя динамического крутящего момента
Способ поверки роторных анемометров с применением измерителя динамического крутящего момента

 


Владельцы патента RU 2631912:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова" (ФГБУ "ГГО") (RU)

Изобретения относятся к области измерительно-преобразующей техники и могут быть использованы для поверки роторных анемометров. Способ позволяет проводить поверку роторного анемометра непосредственно на месте его эксплуатации. Устройство для осуществления способа содержит образцовый торсиометр с системой отсчета показаний, электродвигатель и контроллер. При этом вращение оси анемометра осуществляется электродвигателем через образцовый торсиометр. Скручивание торсиометра пропорционально крутящему моменту, создаваемому на оси анемометра. Система отсчета расположена вне торсиометра и позволяет измерять частоту вращения анемометра и угол скручивания. Крутящий момент, создаваемый на оси анемометра, имеет две составляющие, обусловленные трением оси анемометра и аэродинамическими характеристиками воздушного винта. Отклонение крутящего момента от номинального для каждой из моделей анемометров в рабочем диапазоне скорости вращения служит критерием годности. Технический результат заключается в упрощении процедуры поверки анемометра. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Способ поверки роторных анемометров с применением измерителя динамического крутящего момента.

Изобретение относится к области измерительно-преобразующей техники и может быть использовано для поверки роторных анемометров.

Наиболее близким к изобретению является способ поэлементной калибровки анемометров путем измерений заданной скорости вращения и крутящего момента трогания оси анемометра с применением устройств Model 18802 Anemometer Drive и Model 18310 Propeller Torque Disc, входящих в состав Wind system calibration model 18860-90 фирмы RM Young Company.

Представленный аналог имеет следующие сходства с предлагаемым способом:

о Измеряется заданная скорость вращения оси анемометра.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

• Выполняется измерение крутящего момента перевода из состояния покоя в состояние движения, что характеризует порог чувствительности; погрешность измерения скорости воздушного потока по диапазону, характеризуемая трением оси анемометра, не определяется.

• Погрешность измерения скорости воздушного потока по диапазону, характеризуемая, аэродинамической характеристикой воздушного винта, не определяется.

Известно устройство патент №2326357 от 04.02.2004 г. на изобретение «Измеритель крутящего момента».

Представленный аналог имеет следующие сходства с предлагаемым устройством для реализации способа поверки роторных анемометров:

о Измеритель крутящего момента располагается в канале передачи мощности между вращающимися приводом и нагрузочным валом.

о Чувствительный элемент деформируется в ответ на измеряемый крутящий момент.

о Измеритель крутящего момента имеет бесконтактную систему отсчета, регистрирующую угловое смещение чувствительного элемента.

Причины, препятствующие получению требуемого технического результата:

• Сложность конструкции и отсутствие универсальности.

• Применяемые чувствительные элементы и их расположение не обеспечивают высокую разрешающую способность.

Задачей и техническим результатом изобретения является разработка способа определения метрологических характеристик роторных анемометров, направленного на повышение эффективности поверки, с воспроизведением усилий, развиваемых электродвигателем, эквивалентных создаваемым в аэродинамической установке.

Осуществление предлагаемого способа основано на замещении последовательности традиционных преобразований, выполняемых роторными анемометрами:

1) воздушный поток оказывает аэродинамическую нагрузку на воздушный винт, пропорциональную скорости;

2) воздушный винт преобразует оказываемую аэродинамическую нагрузку в угловую скорость пропорциональную шагу (воздушного винта);

3) трение на оси воздушного винта создает тормозящий момент, вызывающий понижение угловой скорости следующим образом:

1) предлагаемым устройством на оси анемометра с установленным воздушным винтом создавать усилия, эквивалентные аэродинамическим нагрузкам, создаваемым воздушными потоками различных скоростей;

2) фиксировать задаваемые скорости воздушных потоков, предлагаемым устройством (или анемометром);

3) предлагаемым устройством на оси анемометра без установленного воздушного винта измерять создаваемые усилия на различных угловых скоростях.

Учет аэродинамической характеристики воздушного винта и динамической характеристики оси анемометра выполняется путем сравнения с номинальными крутящими моментами. Коэффициенты функции зависимости номинальных крутящих моментов от скорости воздушного потока могут быть предоставлены производителем роторного анемометра, или определены теоретически, или определены экспериментально.

При вращении с постоянной скоростью роторного анемометра предлагаемым устройством передаваемый крутящий момент (М) от двигателя и измеряемый предлагаемым устройством будет складываться из момента силы трения (Мтр) (направлен в противоположную сторону относительно М) на оси анемометра (теоретически не зависит от скорости вращения) и крутящего момента Мкр, необходимого для вращения винта. Так как поверка делается при постоянной угловой скорости (угловое ускорение ε=0), то крутящий момент Мвинта, обусловленный инерцией воздушного винта (J) Мвинта=J×ε также равен нулю.

Крутящий момент, необходимый для вращения винта, вычисляется по формуле

где β - аэродинамический коэффициент;

ρ - плотность воздуха;

D - диаметр винта;

ns - обороты винта в секунду.

С учетом формулы (1) суммарный крутящий момент будет вычисляться по формуле

Как видно из формулы (2), суммарный крутящий момент пропорционален квадрату скорости вращения. Таким образом, задавая крутящий момент М1, эквивалентный скорости вращения , и измерив воспроизводимую скорость , - получаем погрешность измерения скорости воздушного потока , где kпр - коэффициент преобразования скорости вращения оси анемометра в скорость воздушного потока.

При отрицательном результате поверки (погрешность скорости воздушного потока ΔV превышает предел допустимой погрешности), выполнив измерения крутящего момента на оси анемометра без воздушного винта и с воздушным винтом, можно выявить составляющие погрешности, возникающие на оси и на воздушном винте.

Коэффициенты функции зависимости (β и Мтр) номинальных крутящих моментов от скорости воздушного потока могут быть определены экспериментально следующим образом.

Берется группа датчиков (относящихся к одному типу средств измерений), для которых определяются значения измеряемых скоростей воздушного потока от заданных в аэродинамической трубе (Vизм1(Vзад)); определяются значения измеряемых скоростей воздушного потока от заданных крутящих моментов (Vизм2зад)), а также без воздушного винта (Vизм3зад)) предлагаемым устройством. На основе полученных данных методом наименьших квадратов определяются искомые коэффициенты.

Фиг. 1 - устройство для осуществления способа поверки роторных анемометров 9 (вид сбоку). На фигуре изображено расположение основных элементов устройства для измерений частоты вращения вала и создаваемого крутящего момента на нем.

На фиг. 1 изображено устройство для осуществления способа поверки роторных анемометров 9. Устройство состоит из двух дисков 3 и 4, обеспечивающих фиксацию положения и соосное вращение относительно друг друга. Между дисками 3 и 4 расположена плоская спиральная пружина 5, внутренний конец которой закреплен на диске 3, внешний - на диске 4, угловое смещение дисков 3 и 4 может составлять несколько оборотов. На дисках 3 и 4 расположены метки 7, предназначенные для фиксации системой отсчета 6 относительного смещения дисков 3 и 4 при вращении вала 1 (2) под действием нагрузки на вал 2 (1). Диск 8 обеспечивает свободное вращение диска 4 и фиксацию его положения относительно системы отсчета 6.

Зависимость угла скручивания (угол между метками 7) от векторной разности крутящих моментов на валах 1 и 2 определяется калибровкой плоской спиральной пружины 5. Угловая скорость вращения дисков 3 и 4 определяется калибровкой системы отсчета 6.

1. Способ поверки роторных анемометров, заключающийся в том, что поверку производят посредством сравнения показаний крутящего момента на вращающейся оси поверяемого датчика, отсчитанных с образцового торсиометра, с номинальной характеристикой анемометра, отличающийся тем, что учитываются аэродинамическая характеристика воздушного винта и динамическая характеристика оси анемометра.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее образцовый торсиометр с системой отсчета показаний, электродвигатель и контроллер, отличающееся тем, что чувствительный элемент торсиометра выполнен из спиральной пружины и имеет многооборотную шкалу, а система отсчета - высокое разрешение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и предназначено для определения составляющих погрешности потребителем при эксплуатации во время обязательных регламентных работ и перед периодической поверкой гигрометров для измерения объемной доли влаги чистых нейтральных газов, указанных в технических условиях на конкретный тип гигрометра.

Использование: для поверки ультразвуковых анемометров. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой анемометр помещают в неподвижную воздушную среду с произвольно установившейся температурой воздуха, включают в режим измерений и сравнивают значения скорости ветра, полученные ультразвуковым анемометром, со значением скорости ветра в неподвижной воздушной среде, которые должны совпадать, при этом об окончательном соответствии метрологических характеристик ультразвукового анемометра паспортным данным судят после того, как преобразовывают акустические импульсы, излучаемые акустическими излучателями ультразвукового анемометра, в электрические, исключая при этом распространение акустического импульса через воздушную среду, и задерживают полученные электрические импульсы на время ti, устанавливаемое испытателем, которое определяют по заданному математическому выражению.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерению концентрации кислорода и водорода, предназначенных для поверки, калибровки анализаторов растворенного в жидких средах кислорода и водорода.

Изобретение относится к области газоаналитических исследований и может быть использовано для градуировки и поверки сигнализаторов довзрывоопасных концентраций паров многокомпонентных жидкостей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при калибровке (поверке) гигрометров природного газа. .

Изобретение относится к метеорологии, а именно к способам и устройствам поверки средств измерений подвижности воздуха (анемометров, термоанемометров). .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к газоаналитическим измерениям, и может быть использовано во всех отраслях промышленности для градуировки и поверки газоанализаторов.

Изобретение относится к области испытания гигрометров и может быть использовано на установках осушки газа, станциях подземного хранения газа и других предприятиях газовой отрасли.

Изобретение относится к получению влажных газовых потоков, как калибровочных стандартов, и может быть использовано в аналитической химии в качестве эталона для градуировки кулонометрических анализаторов влажности в области микроконцентраций.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к гигрометрии, и может быть использовано во всех отраслях промышленности для калибровки и поверки гигрометров.

Предложен способ определения скорости ветра над водной поверхностью, в котором получают более двух пространственно-временных изображений водной поверхности из оптических изображений, полученных с помощью более чем двух оптических систем на основе линеек ПЗС-фотодиодов, синхронизированных между собой единым задающим генератором и установленных с разными направлениями визирования в заданном угловом секторе, определяемом азимутальным углом между крайними линейками ПЗС-фотодиодов, причем каждая линейка ПЗС-фотодиодов регистрирует одномерные оптические изображения с захватом линии горизонта и части неба под малыми углами наблюдения, стыкуют по дальности два полученных с соседних линеек ПЗС-фотодиодов изображения по дальности, определяют направления распространения ветровых порывов (определяют углы между направлениями визирования соседних линеек ПЗС-фотодиодов и направлением движения полос ветровых порывов между соседними линейками ПЗС-фотодиодов) и скорость ветровых порывов для соседних линеек ПЗС-фотодиодов по углам наклона полос ветровых порывов на пространственно-временных изображениях, полученных соседними линейками ПЗС-фотодиодов, и известному углу между направлениями визирования соседних линеек ПЗС-фотодиодов, скорость ветра определяют над каждой точкой водной поверхности в направлении визирования каждой линейки ПЗС-фотодиодов из известной модельной зависимости дисперсии уклонов волн от скорости ветра с учетом направления ветровых порывов, а значение дисперсии уклонов волн в направлении визирования в каждой точке водной поверхности получают решая задачу «обращения» зависимости яркости водной поверхности от дисперсии уклонов волн с учетом углового распределения яркости неба, причем для решения задачи «обращения» используют в каждой точке водной поверхности в направлении визирования каждой линейки ПЗС-фотодиодов сравнение измеренной яркости водной поверхности, нормированной на яркость неба у горизонта, зарегистрированной в оптическом изображении водной поверхности, и модельной (расчетной) нормированной яркости водной поверхности, при этом в формуле для яркости водной поверхности используют либо аналитическое выражение для углового распределения яркости неба в зависимости от условий освещения, либо используют угловое распределение яркости неба и окологоризонтного участка водной поверхности, зарегистрированное в цифровом виде в случае необходимости достижения высокого пространственного разрешения на водной поверхности в направлении визирования линеек ПЗС-фотодиодов либо с помощью двух взаимно откалиброванных видеокамер, на объективы которых установлены поляроиды с вертикально и горизонтально расположенными осями пропускания, либо с помощью одной видеокамеры, на объектив которой, как и на объективы линеек ПЗС-фотодиодов, установлены поляроиды или с вертикально, или с горизонтально расположенной осью пропускания, при этом в линейках ПЗС-фотодиодов используют длиннофокусные узкоугольные объективы, а в случае необходимости достижения широкой полосы обзора - с помощью самих линеек ПЗС-фотодиодов с установленными на них широкоугольными объективами и установленными на объективах поляроидами с вертикально или горизонтально расположенной осью пропускания.

Изобретение относится к измерительной технике и касается способа измерения скорости течения жидкости с рассеивающими свет частицами. Способ включает в себя освещение потока жидкости одновременно двумя пучками лазерного излучения и определение спектра мощности P12(f) отраженного сигнала.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при проведении геофизических исследований в горизонтальных и наклонно-направленных действующих нефтяных скважинах.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для указания параметров ветра при посадке летательного аппарата. Сущность: устройство развертывается вдоль воздушной траектории по направлению к поверхности земли, например, после сброса с летательного аппарата в полете.

Анемометр // 2535650
Предложенное изобретение относится к микромеханическим системам для измерения потоков жидкостей и газов и определения направления данных потоков. Заявленный анемометр, предназначенный для измерения указанных величин, содержит цилиндр, датчики, расположенные на его поверхности, и блок съема и анализа данных.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения параметров потока флюида (нефть, вода, газ и их смеси), таких как температура, скорость и фазовый состав, и может быть использовано при проведении геофизических исследований скважин, а также при контроле за транспортировкой жидких углеводородов по трубопроводной системе.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для измерения скорости движения жидкости или газа по стволу действующей скважины. .
Наверх