Спосіб вимірювання швидкості газового потоку по всьому полю поперечного перерізу

Спосіб вимірювання швидкості газового потоку по всьому полю поперечного перерізу, що включає визначення різниці параметрів потоку у даній точці й у точці незбуреного потоку, який відрізняється тим, що як різницю параметрів потоку визначають різницю показників заломлення nnnc у даній точці й у точці незбуреного потоку відповідно, вимірюють показники заломлення шляхом освітлення набором лазерних ліній газового потоку поперечно, реєструють викривлені у результаті градієнта показника заломлення лазерні лінії, що пройшли газовий потік, і визначають показник заломлення у відповідній точці по радіусу кривизни лазерної лінії, а швидкість газового потоку визначають за формулою: Корисна модель відноситься до області вимірювальної техніки і може бути використана в різних інформаційно-вимірювальних системах, зокрема, для вимірювання швидкості газових та аерозольних потоків. Відомий спосіб вимірювання швидкості газового потоку [а.с. СРСР №281037, кл. G01F 1/00, 1969р.], в якому іонізований за допомогою коронного розряду потік газу пропускають між двома пасивними вимірювальними електродами, а швидкість потоку газу визначають за різницею потенціалів на електродах. Суттєвим недоліком цього способу є труднощі формування уніполярне іонізованого потоку газу в однорідну струмінь. Крім того, при коронному розряді зникають пульсації струму із-за екранування коронуючого електрода позитивними зарядами. Таким чином, виникає залежність різниці потенціалів вимірювальних електродів від того, як саме і скільки зарядів утворюється при розряді. Унаслідок цього, між вимірювальними електродами проходить різна кількість зарядів при одній і тій самій швидкості потоку. Найбільш близьким по технічній сутності є спосіб вимірювання швидкості й тиску в потоках, а також швидкостей у прикордонних шарах при експериментальних дослідженнях як у лабораторних, так і у виробничих умовах із використанням напірних трубок [Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы, - М: Энергия, 1978, ст.498]. Вимірювання швидкості в даній точці потоку проводиться шляхом вимірювання різниці повного й статичного тисків у подальшому, що іменуються як різниця параметрів потоку у даній точці й у точці незбуреного потоку. Недоліком даного способу є невисока точність вимірювання так, як швидкість потоку в різних точках поперечного перерізу неоднакова. Вона досягає максимального значення в центральній частині перерізу і зменшується до стінок трубопроводу, у зв’язку з чим для вимірювання швидкості у відповідній точці необхідно переналаштовувати положення напірної трубки При цьому необхідно враховувати не тільки густину досліджуваного середовища, але й густину середовища, яке знаходиться над робочою рідиною. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу вимірювання швидкості газово nkT (n2 3 2)dr 2 0 (n 1)r , (19) UA (11) 19724 (13) U де k - стала Больцмана; T - абсолютна температура; r - радіус кривизни у точці вимірювання; n - показник заломлення у точці незбуреного потоку; 0 - електрична стала. 3 19724 го потоку по всьому полю поперечного перерізу, у якому визначають різницю параметрів потоку у даній точці й у точці незбуреного потоку, в якості різниці параметрів потоку визначають різницю показників заломлення nn-nс у даній точці й у точці незбуреного потоку відповідно, вимірюють показники заломлення шляхом освітлення набором лазерних ліній газового потоку поперечно, реєструють викривлені у результаті градієнта показника заломлення лазерні лінії, що пройшли газовий потік і визначають показник заломлення у відповідній точці по радіусу кривизни лазерної лінії, а швидкість газового потоку визначають за формулою: nkT (n2 3 2)dr 2 0 (n 1)r , де k - стала Больцмана; Т - абсолютна температура; к - радіус кривизни у точці вимірювання; n - показник заломлення у точці незбуреного потоку. 0 - електрична стала. На кресленні представлена схема пристрою для реалізації запропонованого способу. Пристрій містить послідовно розташовані та оптично пов’язані лазерний 1 діод, блок 2 формування паралельних ліній, сферичне 3 дзеркало, кювету 5 із досліджуваним середовищем та прозорими вікнами 4 і 6, сферичне 7 дзеркало та матрицю 8 фотодіодів, вихід якої електрично зв’язаний з входом блока 9 обчислення. Спосіб здійснюється наступним чином. Промінь світла, що генерує лазерний діод за допомогою блока 2 формування паралельних ліній, які проходять через кювету 5 за допомогою сферичних дзеркал 3, 7 і прозорих вікон 4, 6 та потрапляють на матрицю 8 фотодіодів. В результаті проходження світлових ліній через кювету 5 відбувається відхилення ділянок світлових ліній так, як різні ділянки поперечного перерізу газового потоку в кюветі мають різну швидкість, а отже, різну густину. Блок 9 обчислення визначає швидкість потоку в будь-якій точці поперечного перерізу. Так як виникають поля з неоднорідним розпо 4 діленням густини (поля градієнтів густини) газу, що зазнає стиснення у відповідності до швидкості руху, то світловий промінь, що поширюється через дане середовище змінює свій напрямок уздовж шляху поширення і для кожної точки справедливе співвідношення: dn , n r dr де r - радіус кривизни променя; dn - градієнт показника заломлення. dr При постійній температурі зміна показника заломлення пропорційна зміні тиску: nkT , P 2 де k - стала Больцмана; - коефіцієнт пропорційності, що характеризує електричну поляризованість окремих молекул і визначається: Т - абсолютна температура 3 R 0 , N де N - число Авогадро; R - питома рефракція речовини, яка є величиною, постійною для даної довжини хвилі, практично не залежить ні від густини речовини, ні від його агрегатного стану, ні від його хімічного зв’язку. Зв’язок показника заломлення n та густини газу має вид: 1 n2 1 R. n2 2 Тоді швидкість газу у будь-якій точці поперечного перерізу визначається: nkT (n2 3 2)dr 2 1)r 0 (n . Запропонований спосіб дозволяє збільшити ефективність процесу вимірювання швидкості газових потоків і дозволяє визначати не тільки середнє значення швидкості потоку газу, але й швидкість газового потоку у будь-якій точці поперечного перерізу. 5 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 19724 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601