Меню

Измерение малых скоростей потока



Методы измерения скорости течения в реке или канале.

При проведении комплексных гидрологических исследований используются приборы для измерения скорости водного потока. Приборы, измеряющие скорость течения различных водных потоков, как в реках, каналах, так и трубопроводах могут иметь огромное количество моделей, которые различаются по устройству, по своим конструктивным особенностям и другим характеристикам.

На сегодняшний день в гидрометрической практике известны принципиально различные методы определения скорости течения водных потоков.

Все многообразие методов классифицируют следующим образом:

1. Метод, основанный на подсчёте и регистрации числа оборотов лопастного винта или ротора. Приборы, принцип действия которых основан на этом методе наиболее распространены. К таким приборам относят гидрометрические вертушки. При проведении измерения скорости регистрируется общее количество оборотов ротора и учитывается длительность проведения этого измерения. Скорость течения определяют по специальному тарировочному графику по числу оборотов в секунду. При помощи гидрометрических вертушек, как правило, определяют местную скорость течения в отдельных точках потока или среднюю поверхностную скорость потока.

2. Метод, основанный на регистрации скорости плывущего тела. Это так называемый поплавочный метод, для которого применяются глубинные поплавки, поплавки-интеграторы, а так же гидрометрические штанги и шесты. Для измерения скорости потока применяются различные поплавки, которые запускают как на поверхности потока, так и на требуемой глубине. При этом, скорость течения равняется скорости движения поплавка. Скорость движения поплавка определяют в зависимости от времени, за которое поплавок проходит определенное расстояние. Однако, при поплавочных измерениях значение скорости течения получается осредненным для участка потока по траектории движения поплавка.

3. Метод, использующий регистрацию скоростного напора. При измерении скорости потока данным методом характерно использование гидрометрических трубок различных конструкций. Впервые, такую гидрометрическую трубку предложил А. Пито в 1732 г. Скорость течения определяют путем введения гидрометрической трубки в поток отверстием навстречу течению. Скорость течения определяется исходя из скоростного напора, который измеряется по высоте подъема уровня воды непосредственно в трубке. Гидрометрические трубки, также как и гидрометрические вертушки, позволяют получить информацию о местной скорости потока в его отдельных точках.

4. Метод, основанный на измерении силового воздействия потока. Это так называемый метод водных флюгеров. Здесь, для измерения скорости потока применяются приборы, обладающие чувствительным элементом, т.е. специальный «водный» тензодатчик, который способен измерить силовое воздействие потока. Подобные приборы используются, как правило, при проведении научно-исследовательских работ в целях измерения и непрерывной регистрации значений скоростей потоков в отдельных точках. Приборы с датчиками позволяют измерять пульсацию скоростей.

5. Метод, использующий принцип теплообмена. Здесь, для измерения скорости потока применяются приборы, которые в качестве рабочего органа имеют нагретый элемент, который и вводится непосредственно в поток. Скорость течения потока определяют в зависимости от скорости охлаждения чувствительного элемента прибора. Как правило, такие приборы используются в лабораторных условиях для измерения скорости потока с непрерывной записью.

6. Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей внутрь прибора за отведенное время наблюдения. Это, в первую очередь, батометры-тахиметры, предложенные В.Г. Глушковым в 1932 г. Батометр-тахиметр вводится в поток входным отвестием навстречу течению и выдерживается в потоке определенное время; после этого прибор вынимают и замеряют объем воды, вошедший в прибор. При этом, скорость определяют по специальному тарировочному графику в зависимости от объема воды, вошедшего внутрь прибора за единицу времени. Данный способ применяется редко, однако, это единственный способ измерения малых скоростей течения потока.

7. Метод ионного паводка. В поток воды вводят электролит, как правило, раствор поваренной соли, а ниже точки введения электролита производят непрерывную запись концентрации NaCl в потоке. График хода концентрации напоминает, по своей форме, гидрограф паводка (отсюда и название). Метод аналогичен методу регистрации скорости плывущего тела (поплавка), поскольку в данном случае плывущим телом является «солевое облако». Метод не получил широкого применения, однако в сложных условиях измерения скорости течения горных рек, таких, как, например, каменистое дно или повышенная турбулентность, при использовании данного метода достигается наивысшая точность измерений.

8. Метод, использующий ультразвуковые колебания. При распространении ультразвука в движущейся среде, такой, как вода, скорость ультразвуковых колебаний относительно неподвижной системы координат равняется векторной сумме скорости ультразвука и скорости самой среды. В настоящее время ультразвуковой метод используется при измерении скорости течения различных жидкостей, включая загрязненные, агрессивные и кристаллизующиеся, только в закрытых трубопроводах. В гидрометрии такой метод не распространен.

9. Методы, в основание которых положено использование электромагнитной индукции в индукционных катушках. Суть метода заключается в следующем: известно, что в проводнике, который движется в магнитном поле, возникают токи, называемые токами М. Фарадея, которые были открыты в 1831 г. Тот же эффект наблюдается при прохождении через магнитную катушку потока воды. Таким образом, измеряя силу тока, можно определить скорость потока.

10. Методы, в основание которых положен эффект Доплера. Суть эффекта, открытого Кристианом Доплером в 1842 г., состоит в использовании изменения частоты и длины отраженных от частиц потока волн, которые регистрируются приёмником, вызванного движением их источника, т.е. потока воды.

Источник

Измерение малых скоростей потока

Различные методы измерения скорости широко применяются в технике, в частности при измерении расхода жидкости (газа) в трубах или каналах. Их можно разделить на несколько групп: кинематические, динамические и физические методы измерения скорости. Каждая из них обладает рядом особенностей, которые отличают их среди остальных.

Кинематические методы основываются на измерении либо времени прохождения меткой известного расстояния, либо пройденного расстояния за заданное время. Под меткой понимается инородное тело, помещенное в исследуемую среду или элемент объема, который обладает свойствами, отличающимися от некоторых свойств среды, что позволяет отслеживать движение этого объема. В связи с этим, расходомеры, основанные на кинематическом методе измерения скорости, называют меточными расходомерами в виду его особенностей.

Динамические методы, в свою очередь, связаны с непосредственным взаимодействием исследуемой среды с измерительным прибором (трубкой Пито, нитью накала и т.д.), т.е., как следует из названия метода, он основывается на динамическом взаимодействии измеряемого потока и зонда, с помощью которого проводятся измерения. Помимо зонда, в качестве источника взаимодействия применяются электрические и магнитные поля, в том случае, если среда является электропроводящей. В качестве прибора для измерения широко используются трубки Пито, предназначенные для измерения скоростного напора, т.е. давления, которое создает движущийся поток в точке его торможения. Это давление связано со скоростью набегающего потока, что и позволяет производить измерения. Кроме трубок Пито, применяются нити накала, чаще всего они изготавливаются из платины, по причине того, что существует практически линейная зависимость между сопротивлением нити и ее температурой нагрева. Соответственно зная сопротивление нити, можно с легкостью узнать, какую температуру при этом она имеет. Исследуя теплообмен между зондом и измеряемой средой или между двумя зондами, расположенными на некотором расстоянии друг от друга, можно судить о скорости потока, в котором они находятся.

Читайте также:  Лабораторная работа по биологии 8 класс подсчет пульса измерение артериального давления

Физические методы отличает тот факт, что измерение скорости основывается на каких-либо физических процессах, протекание которых зависит от скорости потока. Однако сложность заключается в том, что зачастую определенный физический параметр зависит не только от скорости потока, но и от других параметров, например температуры и давления. Это необходимо учитывать при проведении измерений. Следовательно, наблюдая за изменениями, можно вычислить необходимый параметр среды, а именно скорость. Измерения, как правило, производятся без внедрения зондов в среду, т.е. она [среда] не возмущается. Чаще всего в данном методе используется явление доплеровского сдвига, возникающего при пропускании высокочастотных акустических волн через поток. Причиной сдвига является рассеяние волн на взвешенных частицах среды. Этими частицами обычно являются пыль или примеси. Пропускаются через среду именно высокочастотные волны, поскольку они имеют наименьший коэффициент затухания. По доплеровскому сдвигу можно найти скорость потока. Кроме этого, для измерения применяются устройства, основанные на эффекте Физо. Этот эффект связан с влиянием движущегося потока на скорость электромагнитного излучения.

Поговорим более подробно о первом методе измерения скорости потока, а именно: о его преимуществах, недостатках и типах применяемых меток.

Кинематический метод измерения скорости обладает рядом преимуществ, в результате чего он имеет широкую область применения. Прежде всего, его использование не вносит каких-либо возмущений в среду, т.к. он является беззондовым. Это означает, что в поток не помещаются приборы для измерения скорости, которые могут привести к изменению направления движения, возникновению турбулентных течений и ударных волн. Соответственно отсюда вытекает еще одно преимущество: кинематический метод может быть применен в достаточно большом диапазоне скоростей, поскольку наибольшие возмущения возникают при скоростях потока, превышающих скорость звука в среде. Кроме того, кинематический метод может применяться для измерения скорости различных типов сред (жидкости, газы, плазма).

Наиболее простое применение данного метода – это измерение скорости течений в океане посредством измерения положения в пространстве и во времени поплавков движущихся в потоке воды. Для измерения характеристик течений используются различного рода поплавки, которые могут запускаться как на поверхность воды, так и на требуемую глубину[1]. Скорость потока считается равной скорости движения метки.

Также в качестве метки может быть использована область среды, в которой концентрация ионов выше, чем во всех остальных областях. Это позволяет применять данный метод не только для измерения скорости течения жидкости, но и газов. Отслеживая движение этого объема, можно определить его скорость. Для того чтобы концентрация ионов была велика, т.е. достаточна для регистрации, применяют несколько методов для ионизации элемента объема: применение радиоактивных изотопов (источников β-излучения) и пропускание электрического разряда. Таким образом, происходит ионизация частиц среды посредством электронного удара: электроны, сталкиваясь с атомами, выбивают с электронных оболочек электроны атома, вследствие чего он становится положительно заряженным. Кроме этого, применяется также ионизация фотонами: они, имея энергию большую, чем энергия вылета электрона из атома, выбивают его [электрон] с электронной оболочки, тем самым ионизируя атом. Зная расстояние между источником разряда и регистрирующим устройством или расстояние между двумя регистрирующими устройствами, и время прохождения ионами среды этого расстояния, можно найти скорость этой области течения. В качестве регистрирующих устройств могут применяться конденсаторы, по разрядке которых фиксируется наличие ионов в области между обкладками[2]. Недостатком данного типа меток является ограниченное время существования метки, поскольку происходит рекомбинация ионов, что влечет за собой необходимость поддержания малого расстояния между источником и приёмником (порядка 1 метра), а от этого страдает точность производимых измерений[3].

Помимо ионизации, для измерения скорости среды (жидкостей, газов) применяется внедрение радиоактивных изотопов. В поток впрыскивается радиоактивный газ, чаще всего используется радон или вводятся твёрдые тела, которые обладают плавучестью, но при этом содержат некоторое количество радиоактивных изотопов. Данный тип меток часто используют для измерения скорости движения жидкой или газовой среды в труднодоступных для установки каких-либо других измерительных приборов объектах, например в доменных печах, ракетных двигателях, газопроводах, при проведении глубоководных исследований морских течений, а использование гамма-излучающих препаратов позволяет регистрировать движение меток даже через металлические стенки конструкций[4]. Соответственно разместив два регистратора ионизирующего излучения, например счётчики Гейгера или сцинтилляционные счётчики на заданном расстоянии друг от друга и, фиксируя время прохождения изотопами этого расстояния, можно узнать скорость метки, а значит и скорость течения, в котором эта метка находится[4]. Особенностью данного типа меток является необходимость сопоставить период полураспада радиоактивного элемента, его активность и расстояние между регистраторами ионизирующего излучения таким образом, чтобы за время прохождения заданного расстояния элемент не распался, и его активность не уменьшилась до уровня фонового излучения. Так как в данном случае измерить скорость течения не удастся.

При измерении скорости течения жидкости кинематическим методом широко используется явление ядерного магнитного резонанса, которое наиболее ярко проявляет себя в водородсодержащих средах. Метки создаются путём поляризации ядер жидкости во внешнем магнитном поле. Если в конце измерительного участка трубопровода расположить датчик ядерного резонанса, то при соблюдении определенных условий амплитуда сигнала будет пропорциональна намагниченности ядер. Быстрое изменение поляризации жидкости, произведенное вначале измерительного участка, вызовет через некоторое время соответствующее изменение амплитуды сигнала ядерного резонанса[5]. Проблема применения данного явления заключается в том, что измерение поляризации ядер происходит длительное время, порядка нескольких секунд. Это, в свою очередь, может привести к большой погрешности измерений. Для того чтобы этого избежать, производят искусственную деполяризацию ядер действием резонансного осциллирующего поля, а именно: перед прохождением жидкости через участок, на котором проводится измерение скорости, ее поляризуют сильным магнитным полем, а в начале этого участка помещают радиочастотную катушку. Инициировав резонансное осциллирующее поле в этой катушке, можно вызвать быструю деполяризацию или переполяризацию жидкости, а выключив это поле – быструю поляризацию[5].

К распространенным типам меток также относят так называемые тепловые метки. Они применяются для измерения скорости или расхода жидкости или газа[3]. Метку создает нагреватель, либо она вводится извне, т.е. некоторый объем жидкости или газа предварительно нагревается в отдельном резервуаре, а затем помещается в измеряемую среду. После этого термопреобразователи фиксируют время, за которое она пройдет заданное расстояние. Применяются конструкции и без нагревателя, тогда в качестве метки выступают тепловые неоднородности, возникающие в результате некоторых флуктуаций в среде, что характерно для турбулентных течений. Это связано с тем, что турбулизация потока приводит к возникновению еще одного вида передачи тепла в среде помимо теплопроводности и конвекции – перенос тепла турбулентными массами. Соответственно фиксируя движение этих масс, можно судить о скорости потока. Но может возникнуть ситуация, когда неоднородности будут неотличимы друг от друга из-за их высокой интенсивности, что негативно повлияет на их регистрацию и, как следствие, значение скорости потока. Удобство использования данного типа меток заключается в том, что нагреватель может находиться как внутри канала, так и снаружи, поскольку это позволяет несколько упростить конструкцию измерительного прибора.

Читайте также:  Постановка задачи обработки результатов измерений

Метками могут служить вещества, обладающие оптическими свойствами, отличными от свойств измеряемой среды. В больших и средних трубопроводах оптические метки занимают лишь некоторую часть потока, но в случае с трубами малых диаметров (порядка 10 мм) метка может перекрывать все сечение потока. Ими могут быть алюминиевая стружка, плексигласовый или алебастровый порошок, окрашенные жидкости или различные эмульсии, например эмульсия из вазелинового масла и хлорбензола, которая в потоке воды превращается в шарики диаметром 2-2,5 мм. Индикаторы подбирают таким образом, чтобы их плотности были близки к плотности измеряемой жидкости. Кроме того, существуют разные способы образования меток в измеряемом веществе: если поток содержит флуоресцирующие частицы, то метки создаются с помощью периодического излучения через прозрачные для этого излучения стекла[3].

Метка может создаваться путем намагничивания некоторого объема среды, в этом случае в качестве регистраторов применяются катушки индуктивности. Когда намагниченный объем проходит через каждую из этих катушек, в них возникает ток, по наличию которого можно судить о перемещении метки. Зная расстояние между катушками и фиксируя время возникновения тока в каждой катушке, мы можем найти скорость потока, в котором движется намагниченный объем.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что кинематический метод измерения скорости является наиболее простым. Это связано с тем, что скорость метки находится как отношение пройденного пути к затраченному времени, а скорость среды принимается равной скорости этой метки. Кроме того, установки отличаются конструкционной простотой и минимумом подвижных частей.

Метод является универсальным, поскольку его можно применять при измерениях скорости агрессивных сред, а также систем, которые находятся в различных агрегатных состояниях (жидкость, газ, плазма).

Необходимо упомянуть о недостатках, которые связаны с точностью измерений. Она, в свою очередь, зависит от длины исследуемого участка течения: чем длиннее участок, тем точнее определяется значение скорости. Но при использовании меток определенного типа, их время существования, т.е. время, в течение которого детектор зафиксирует неоднородность среды, ограниченно. Соответственно отсюда следует, что необходимо выбирать параметры так, чтобы скорость была определена наиболее точно с учетом особенностей применяемых меток.

Таким образом, были рассмотрены основные преимущества и недостатки кинематического метода измерения скорости потока, а также типы меток, которые получили наибольшее распространение в технике.

Источник

Измерение скоростей

2.1. Измерение малых скоростей. Существует много методов, применяемых в практике для измерения скорости потока. Наиболее часто применяют анемометрический и пневмометрический. В основе анемометрического способа лежит непосредственное воздействие потока на приемный элемент прибора — анемометра. Анемометр — это прибор, непосредственно измеряющий величину скорости. IIри певмометрическом способе измеряется давление, по его величине, затем вычисляется соответствующая скорость. В качестве приемников давления применяются различные насадки, рассмотренные в 1. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Выбор метода зависит от особенностей эксперимента. В практике аэромеханического эксперимента наибольшее рас­пространение получил пневмометрический способ, который при­меняется при измерениях скорости как в дозвуковом, так и сверхзвуковом потоке.

Рис. 53. Анемометры. Непосредственное измерение малых скоростей от 0,5 до 50 м/с осуществляют с помощью различного рода анемометров (рис. 53). Наиболее распространенный тип анемометров — вертушка. По форме приемного элемента различают чашечные и крыльчатые анемометры. Чашечные работают до скоростей 50 м/с, крыльчатые — до 15 м/с. Принцип работы этих верту­шек одинаков, различие состоит в приемном элементе прибора: в чашечных — полушарие, в крыльчатых — крылышки. Набегающий на приемный элемент поток создает аэродинамическую силу, момент которой относительно оси поворачивает вертушку.

Скорость выражается формулой

где п — число оборотов вертушки; а и b— постоянные прибора, определяемые тарировкой. Вертушки используются в установившихся потоках, поскольку они обладают большой инерцион­ностью и измеряют некоторую среднюю скорость в области, ометаемой колесом. Недостатком вертушки является ее боль­шой размер. Поэтому наиболее широко они используются в ме­теорологии, где масштабы изучаемых величин велики.

Рис. 54. Проволочный датчик термоанемометра. / — нагреваемая нить; 2—поддерживающие стойки; 3 — основание; 4 — корпус; 5 — выводы При измерении скорости в неустановившихся течениях, а также малых скоростей до 5 м/с применяются термоанемо­метры. Принцип действия термоанемометра основан на извест­ном физическом эффекте зависимости электрического сопро­тивления проводника от его температуры.

Тонкую проволочку (диаметром 0,005—0,2 мм и длиной 3-Ь 10 мм), нагреваемую электрическим током, помещают в поток (направление потока должно быть перпенди­кулярно нити). При ох­лаждении потоком нити ее сопротивление изме­няется: чем больше ско­рость потока, тем больше охлаждение. Включив проволочку в цепь с мостиком Уитстона, измеряют ее сопротивление. Зная тарировочные характеристики прибора, определяют скорость потока. Проволочный датчик изображен на рис. 54.

Различают два метода измерения скорости термоанемомет­ром: метод постоянной силы тока и метод постоянного сопро­тивления. В первом случае проволочка включается в одно из плеч мостовой схемы (рис. 55). После того как поток охладит нить, сопротивление ее изменится и равновесие мостика нару­шится; стрелка гальванометра отклонится па величину, кото­рая будет соответствовать скорости, определяемой по тариро-вочному графику. Этот метод пригоден для измерения малых скоростей (до 5 м/с). При больших скоростях охлаждение про­волочки почти не увеличивается и, следовательно, сопротивле­ние ие изменяется.

Рис. 55. Схема термоане- Рис. 56. Схема термо- мометра с постоянным со- анемометра с постоянным противлением насадка. напряжением накала. Г —термонасадок; l’ —вольтметр; Г —термонасадок; G —галь- А — амперметр; G — гальвано- нанометр. метр.

Более широко применяется второй метод — метод постоян­ного сопротивления. Схема включения проволочки (термона­садка) изображена на рис. 56. По этой схеме сила тока, проте­кающего по проволочке, регулируется. Этот метод иногда называют нулевым, так как стрелка гальванометра при измерениях поддерживается на нуле с помощью реостата, увеличивающего или ослабляющего ток накала. По силе тока, измеренной анемометром, определяют величину скорости, используя график предварительной тарировки прибора.

Если в схему ввести осциллограф, то термоанемометром можно будет фиксировать нестационарные процессы, характеристики турбулентности и т. д.

По сравнению с другими приборами термоанемометры имеют ряд преимуществ: а) малую инерционность, б) высокую чувствительность, причем с уменьшением скорости чувствительность увеличивается, в) малые размеры, что особенно важно при измерениях в пограничном слое. Нижний предел измеряемых скоростей около 0,1 м/с. Эти скорости сравнимы но величине со скоростями конвективных течений воздуха относительно нагретой проволочки.

Читайте также:  Деньги как средство измерения мера стоимости
Рис. 57. Трубка Пито — Прандтля При измерении скорости пневмометрическим способом измеряют давление в потоке, а скорость вычисляют по измеренному давлению, чаще всего по перепаду давлений полного и статического. Наиболее распространенным типом прибора для измерения перепада давлений является комбинированный насадок Пито — Прандтля (рис. 57).

Насадок состоит из двух трубок, концентрически расположенных одна в другой, трубки полного давления Пито и трубки статического давления Прандтля. Если противоположные концы трубок соединить с микроманометром, то он зафиксирует разность между полным р„ и статическим рст давлениями. Принимая во внимание, что во внутренней трубке v1=0, из уравнения Бернулли ( ) получим выражение для полного давления в виде , откуда скорость определится по формуле

.

Здесь — поправка на сжимаемость.

Для несжимаемого потока ε= 0 и выражение для скорости имеет вид

. (1)

Разность давлений (рп — рст), подводимая к микроманометру с учетом ( ), определяется выражением

(2)

Подставив (2) в (1) и введя поправочный коэффициент насадка ς,, получим окончательно рабочую формулу для определения скорости при помощи насадка в следующем виде:

, (3)

где F==sinα — фактор наклона шкалы микроманометра. В качестве жидкости, наполняющей микроманометр, применяется спирт, удельный вес которого в зависимости от его температуры определяется по формуле

. (4)

Массовая плотность воздуха с учетом поправки на отклонение температуры и барометрического давления от нормальных условий (15°С и 760 мм рт. ст.) определяется по формуле , где κ=сp/cv.

Коэффициенты насадка ς, и микроманометра k определяются специальной тарировкой.

Наименьшая скорость, измеряемая насадком типа Пито — Прандтля с точностью до ±1%, равна 5 м/с. Однако на практике измеряют и несколько меньшие скорости: 1—2 м/с. Верхний предел применимости насадка М = 0.85.

Необходимо иметь в виду, что при измерении больших до­звуковых скоростей отверстия, воспринимающие статическое давление, работают неправильно. Так, начиная с М≈ 0,7 погрешность может доходить до 5% от величины скорости, а на­чиная с М≈0,85 — до 10%. Это обусловливается местными кризисными явлениями, связанными с эффектом сжимаемости среды.

При измерении скорости потока с помощью насадка прихо­дится его устанавливать в рабочей части аэродинамической трубы вблизи испытуемого тела. При этом тело в некоторой степени искажает показания скоростной трубки, а трубка в какой-то степени влияет на результаты испытания тела. Чтобы избежать этого, скорость в рабочей части трубы измеряют по перепаду давления в сопле.

Рассмотрим два сечения в аэродинамической трубе: сече­ние I в форкамере или на входе в сопло, сечение II в среднем сечении рабочей части трубы. Введем обозначения: F1, v1, p1— площадь поперечного сечения, скорость и давление в сечении I; F2, v2, p2 — соответственно в рабочей части, т. е. в сечении II.

В современных аэродинамических трубах ядро потока в ра­бочей части оказывается достаточно равномерным, поэтому, применяя уравнение Бернулли и уравнение неразрывности для всего потока в целом (среда несжимаемая), напишем

,

Здесь ζ2 — коэффициент потерь при переходе от сечения I к се­чению II. Исключая v1из этих уравнений, получим

, где .

Коэффициент μ, характерный для данной трубы, определяют экспериментально. Измерения скорости по перепаду давления широко применяются в скоростных трубах.

Очень часто на практике надо знать не только величину, но и направление скорости . Для этой цели используют трубку полного давления, показания которой очень чувствительны к малым изменениям направления потока (угла скоса), если ось отверстия трубки установлена под углом 45° к направлению потока. Это свойство нашло широкое применение при конструировании весьма разнообразных насадков для измерения направления потока как в одной плоскости (плоского потока), гак и в двух плоскостях (вертикальной и горизонтальной). Наиболее часто применяемые насадки для этой цели изображены на рис. 58. Одним из наиболее удачных насадков, позволяющих одновременно определять величину и направление скорости, является шестиствольный насадок ЦАГИ (рис. 59)

Рис. 58. Трубчатые масадки с прямым срезом. а м 6 — для плоского потоку; и—лля пространственного потока. Скос потока, определяемый такими насадками, равен тому углу, на который надо довернуть насадок, чтобы манометр, присоединенный к нему, не показывал разности давлений. При этом ось насадка совпадает с направлением потока. На практике, однако, скос потока часто определяют не по углу поворота, а по разности давлений и тарировочной кривой насадка
Рис. 59. Шестиствольный насадок ЦАГИ. 1 и 4 — отверстия для определения разности давлений при определении напра­вления потока в вертикальной плоскости; 2 — отверстие для восприятия полного давления; Я п 5 — отверстия для измерения разности давлений при определении папрапленпя потока в горизонтальной плоскости; в — отверстия лля восприятия статического давления.

3. Детальные средства изучения среды: лазерный доплеровский измеритель скоростей

Схема одного из вариантов ЛДИС приведена н рис. 1.

Луч лазера 1 непрерывного действия (этот луч называй, прямым или опорным), пройдя диафрагму 2, фокусируется объективом 3 в исследуемой точке потока М. Излучение лазера, рассеянное под углом α к направлению прямого луча, собирается объективом 4, фокусируется и при помощи зеркала 5 через полупрозрачное зеркало 6 направляется в фотоэлектрический множитель 8.

Прямой луч лазера, пройдя исследуемый поток без рассеяния, фокусируется объективом 10, затем, ослабленный нейтралым фильтром 9, проходит полупрозрачное зеркало 6 и, отразившись от зеркала 7 и задней поверхности noлупрозрачного зеркала 6, также направляется в фотоэлектрический умножитель 8 (ФЭУ)..

Зеркало 7 предназнано для устранения разницы оптических путей прямого и рассеянного лучей.

Рис. 1. Схема лазерного доплеровского измерителя скорости с опорным лучом. 7 —лазер; 2 —диафрагма; 3 — фокусирующий объектив; 4— собирательный объектив для рассеянного излучения; 5 — зеркало; 6—свето-делительная пластина (полупрозрачное зер­кало ПЗ); 7 — зеркало; 8—фотоэлектрический умножитель; 9 — нейтральный фильтр; 10—со­бирательный объектив для опорного излучения; 11— усилитель; 12—спектроанализатор; 13—блок питания; 14 — генератор рассеивающих частиц (I — опорный луч . И—луч рассеянного излу­чения). Равество оптических путей необходимо для улучшения качества гетеродинирования (так называется процесс выделения разностной частоты ппри смешении двух процессов с разными частотами) на входе в ФЭУ. Полученный в результате гетеродинирования сигнал поступает в усилитель 11, а затем в устройство 12 (анализа спектра), где регистрируется доплеровская частота ∆νд. Скорость потока определяется по измеренной доплеровской частоте; из соотношения , где — масштабный коэффициент; n— показатель преломления среды; α— угол между прямым и рассеянным лучами (рис. 1); λ — длина волны основного излучения:

Глава 5. Понятие о реальной и идеальной средах

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник