Способ измерения составляющей вектора скорости потока газа или жидкости
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистическик
Республик ()885891 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 07.09,79 (21) 2816194/18-10 с присоединением заявим М (23) Приоритет р )м. к,.
G 01 P 5/06
I осударственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 301181 Бюллетень 149 44 (5Ç) l94 532. 574 (088..8) Дата опубликования описания 30. 11. 81 (72) Автор изобретения
Ю.Ф. Иванов с !
Научно-исследовательский институт г îoðîëîãè÷åñêîãî приборостроения (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ВЕКТОРА
СКОРОСТИ ПОТОКА ГАЗА ИЛИ ЖИДКОСТИ
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в метереологии, гидрологии, вентиля- ционной технике, в других областях народного хозяйства, а также для обслуживания спортивных соревнований.
Для измерения составляющей вектора скорости потока жидкости или газа преобразователем пропеллярного типа необходимо, чтобы последний имел точно косинусоидальную угловую характеристику (зависимость выходного сигнала от угла между направлением измерительной оси измерительного преобразователя и вектором скорости 15 потока). У известных винтовых или пропеллярных измерительных преобразователей угловые характеристики имеют отличия от косинусоидальной формы. Поэтому при .непосредственном 20 их использовании для измерений составляющей вектора скорости потоков возникают существенные (до 10-20Ъ) систематические погрешности.
Известен способ измерения состав- 25 ляющих вектора скорости ветра, при . котором пропеллерный измерительный преобразователь при измерениях ориентируют по направлению ветра при помощи флюгера, на котором он установ- 30 лен, а составляющие вектора ветра вычисляют, умножая сигнал от измерительного преобразователя на синус и косинус угла, измеренного флюгером. В этом случае форма угловой характеристики не имеет значения, так как измерительный преобразователь измеряет вседа полный вектор ветра (1) . но этому способу присущи погрешности, возникающие при изменениях направления потока и обусловленные инерционностью и недостаточной чувствительностью всей системы, приводи« мой в движение лопастью флюгера. При этом неточно определяется направле- . ние потока, а неточная ориентация пропеллера, приводит к занижению значений вектора скорости. потока.
Наиболее близким к предлагаеМому является .способ измерения составляющей вектора скорости преобразователями пропеллерного типа путем измерения скоростей в нескольких нанравлениях.под различными углами к измеряемой составляющей вектора ско" рости и суммирования полученных результатов измерений с учетом весовых коэффициентов (21.
885891 где К1 — номера компенсируемых 45 нечетных гармоник; и - номер пары симметричных относительно измеряемой составляющей вектора скорости потока измере- $0 ний, производимых под уг- лами cL к этой составляющей;
N — число пар измерений;
С,1 — весовой коэффициент для результатов.п-й пары измеренийу
C — весовой коэффициент для результата измерений при д =0 °
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что хотя угловая характеристика измерительного преобразователя составляющей вектора скорости потока имеет. отклонения от косинусоидального закона, она симмет- 65
Недостатком этого способа является необходимость определения чувствительности всей системы в аэродинамической трубе, так как для повышения точности нужно. ввести поправки в величину чувствительности преобразователей, учитывающие их работу в . ограниченной области углов. Способ не дает возможности увеличения точности при увеличении количества отдельных измерений из-за наличия систематических погрешностей, обусловленных некосинусоидальностью диаграммы направленности преобразователей.
Цель изобретения — повышение точности измерений составляющей вектора скорости потока жидкости или газа 15 эа счет исключения систематических погрешностей, обусловленных некосинусоидальностью диаграммы направленности преобразователей.
Поставленная цель достигается тем, Щ что в известном способе измерения составляющей вектора скорости потока газа или жидкости преобразователями р ропеллерного типа путем измерения скоростей в нескольких направлениях под различными углами к измеряемой составляющей вектора скорости и суммирования полученных результатов измерений с учетом весовых коэффициентов, направления измерений выбирают симметричными относительно измеряемой составляющей вектора скорости и параллельно плоскости изменений направления вектора скорости, а углы и весовые коэффициенты определяют с учетом взаимной компенсации наибольших нечетных гармоник угловых характеристик измерительных преобразователей из системы уравнений
М
\,<) +0Е С СОВ 4=1 40
11=1
Й
С + С„сов ;* =O
0 „„а 1 рична относительно направления измерэния.
Спектр разложения такой характеристики в ряд фурье содержит кроме первой гармоники только нечетные гармоники, сумма которых определяет отклонение реальной угловой характеристики от идеальной и величину погрешности при измерениях составляющей вектора скорости потока. Амплитуда гармоник в спектре разложения реальных измерительных преобразователей составляющей скорости потока быстро убывает с увеличением номера гармоники. Поэтому для уменьшения погрешности достаточно скомпенсировать низшие нечетные гармоники, начиная с третьей. Количество компенсируемых гармоник определяется требованиями к точности измерений.
В общем случае величины углов и весовых коэффициентов могут быть найдены путем системы решений системы уравнений, .составленной с учетом следующих условий.
Условие полной взаимной компенсации гармоники с номером К при N измерениях определяется выражением я
С, COSK1*tl=0
Н=1
Условие сохранения средней чувствительности измерительного преобразователя для вычисленного результата совокупности из измерений
М бпсОВс 1= 1 я=1
Условие симметрии относительно направления измеряемой составляющей вектора скорости потока состоит в попарном равенстве углов и весовых коэффициентов.
Предлагаемый способ измерений может быть использован непосредственно или в устройствах с одним измерительным преобразователем составляющей вектора скорости потока, ориен- тируемым поочередно под разными углами или одновременно несколькими идентичными измерительными преобразователями, установленными под этими углами. Поочередные измерения одним измерительным преобразователем предпочтительнее .тогда, когда нельзя пренебречь пространственными неоднородностями потока, сравнимыми с расстояниями возможной установки нескольких измерительных преобразователей, но имеется возможность обеспечить неизменность скорости потока в течение периода измерения. Такие условия могут иметь место в аэродинамических трубах, вентиляционных системах, гидрологических лотках, русловых моделях. Вариант с одновременными измерениями несколькими измерительными преобразователями применим в крупно885891
Составитель Ю.Власов
Техред И.Асталош
Корректор M.Ïîæî
Редактор Н.Безродная
Заказ 10534/65
Ти.раж 910 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 масштабных нестационарных потоках без мелких турбулентностей, например, при измерениях ветра на открытых площадках или течений в крупных водоемах .
В предпочтительном варианте производятся три измерения по углам с = с 1 = 45, с p -= О и алгебраичесо а ки суммируются с весовыми множителя1,с 1 ми с„=с = —
1, tO при относительно небольшом количестве измерений обеспечивает"я взаи лная ко."лпенсация гармоник с номерами К = 3, 5, 11, 13, 19 и т.д. без измeíåíèÿ фазы и амплитуды других гармоник.
Введение весовых коэффициентов можно осуществлять соответствующим измерением интервалов времени, в течение которых производится подсчет оборотов винта. Так, например, если подсчет оборотов винта для определе- . ния составляющей вектора скорости потока должен осуществляться в течение 100 с, то при варианте трех измерений производят одно измерение 25 под углом 450 вправо от направления измеряемой составляющей в течение
100 х у = 35,36 с, затем под углом
45 влево в течение такого же времени, после чего вдоль измеряемой сос- 4ц тавляющей в течение 100 х — = 50 с и л
Q складывают результаты измерений.
Эффект от применения предлагаемого способа определяется повышением точности измерений. Если погрешность измерений составляющих скорости потока винтовыми датчиками составляют
10-20Ъ от величины модуля вектора потока, то при применении предлагаемого способа прь . трех измерениях удается уменьшить величину этой пог- 40 решности до долей процента.
Формула изобретения
Способ измерения составляющей вектора скорости потока газа или жидкости преобразователями пропеллерного типа путем измерения скоростей в нескольких направлениях под различными углами к измеряемой составляющей вектора -скорости и суммирования полученных результатов измерений с учетом весовых коэффициентов, о т— личающийcят.ем,что,с целью повышения точности измерений за счет исключения систематических погрешностей, обусловленных некосинусоидальностью диаграммы направленности преобразователей, направления измерений выбирают симметричными относительно измеряемой составляющей вектора скорости и параллельно плоскости изменений направления вектора скорости, а углы и весовые коэффициенты определяют с учетом взаимной компенсации небольших нечетных гармоник угловых характеристик измерительных преобразователей из системы уравнений и с + 1 - соcosd. 1 а
Я
Со+1 M С сов К;с1в=О, б=л где K — номера компенсируемах нечетных гармоник; п — номер пары симметричных относительно измеряемой составляющей вектора скорости потока измерений, производимых под углами oLy к этой составляющей;
N — число пар измерений;
С„ — весовой коэффициент для результатов и-й пары измерений;
Cg — весовой коэффициент для результата измерений при о =О..
Источнйки информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Протопопов Н.Г. Проектирование ветроизмерительных приборов. Л., Гидрометеоиздат, 1976, с. 43 °
2. Патент Франц и Р 2356946, кл. G 01 Р 5/ОО, G 01 W 7/00, опублик. 1978 (прототип) .
