Спосіб градуювання вимірника швидкості потоку

Спосіб градуювання вимірника швидкості потоку з визначенням коефіцієнтів a ij ( j = 0 , m ) гра 3 79833 1 j a j , N = a 1N 2 , ( ) коефіцієнт a1 , визначають з регресійної залежності Винахід відноситься до вимірювальної техніки і призначений для використання при градуюванні і перевірці вимірників швидкості потоку рідин або газів, наприклад, переносних вимірників швидкості течії вод або швидкості вітру в гідрометеорології. Відомі способи градуювання вимірників швидкості потоку на спеціальних аеро- або гідродинамічних стендах, де швидкість потоку задається і контролюється зразковим вимірювальним засобом і коефіцієнти градуювальної характеристики атестованого вимірника визначаються по показаниях вимірника і зразкового засобу в робочому діапазоні швидкостей потоку. Загальним недоліком цих способів градуювання вимірників швидкості потоку, характеристики яких залежать від фізичних параметрів середовища, є обмежена точність через те, що фізичні параметри середовища (температура, теплоємність, теплопровідність, густина, кінематична в'язкість, електропровідність, швидкість звуку) і характеристики потоків (спектр турбулентності і його просторова анізотропія) в стенді та в реальному середовищі майже завжди різні. Наприклад, це характерне для гідродинамічних, термоанемометричних і акустичних вимірників, які містять датчики швидкості обтікання потоком [1]. Відомий спосіб градуювання датчика термоанемометра [2] в організованому потоку газу з відомою витратою, що полягає в тому, що при різних значеннях витрати переміщують датчик швидкості обтікання упоперек потоку і синхронно з вимірюванням вихідного сигналу датчика вимірюють значення поперечної координати, по отриманих значеннях вихідного сигналу датчика при відомих витратах, в тому числі при відсутності потоку, і положеннях датчика з урахуванням його геометричних і фізичних характеристик визначають градуювальну характеристику. Цей спосіб прийнятий як прототип по сукупності ознак, бо містить, зокрема, ознаку, в найбільшій мірі, в порівнянні з ознаками інших аналогів, що впливає на досягнення технічного результату винаходу - переміщення датчика в потоку при вимірюваннях, по і-тій координаті, його вихідного сигналу. Загальними ознаками для прототипу і заявленого способу градуювання є переміщення датчика в потоку, розміщення датчика в середовищі поза потоком і фіксування у обох разах значень його вихідного сигналу. Недоліком прототипу є обмежена точність внаслідок того, що операції способу проводять в штучно створеному потоку з відомими витратами, 4 1 1 (1) g (t ) = a 1N 2 (t )N (t ) , 2 де N (1)(t ) - перша похідна ряду відліків N (t ) . а не в реальному робочому середовищі, в якому здійснюють експлуатацію вимірника. Крім того, при градуюванні вимірників швидкості потоку на стенді є складності контролю швидкості переміщення вимірника. У основі винаходу лежить рішення задачі створення способу градуювання вимірника швидкості потоку, в якому шля хом спільного використання датчика швидкості обтікання потоком і датчика прискорення власних р ухів, а також за рахунок особливостей операцій визначення коефіцієнтів конкретних градуювальних функцій забезпечується технічний результат винаходу підвищення достовірності визначення коефіцієнтів градуювальної характеристики, що підвищує точність градуювання. Поставлена задача вирішується тим, що в способі градуювання вимірника швидкості потоку з визначенням коефіцієнтів aij (j=0,m) градуювальної характеристики Vi =jI (aij ,Ni) по значеннях Ni, вихідного сигналу по i-тій ( i = 1, n ) координаті nкомпонентного ( n = 1,3 ) датчика швидкості обтікання потоком, що використовується у вимірникові, при значеннях Vi складових швидкості обтікання, що полягає в переміщенні датчика в потоку і фіксації значень його вихідного сигналу, фіксації значень вихідного сигналу датчика поза потоком, новим є те, в геометричному центрі nкомпонентного датчика швидкості обтікання потоком додатково розміщують n-компонентний датчик прискорення власних рухів, розташовують датчики в потоку робочого середовища і переміщують їх поступально-зворотно по прямій лінії без зміни орієнтації осей, фіксують по кожній i-тій просторовій координаті одночасно ряд значень Ni(t) вихідного сигналу датчика швидкості обтікання потоком і ряд значень gi(t) вихідного сигналу датчика прискорення власних рухів при ( t = 1, l ) , розташовують датчики в робочому середовищі при відсутності потоку, забезпечують їх нерухомість і фіксують значення Ni0 вихідного сигналу датчика швидкості обтікання потоком, коефіцієнти aij градуювальної характеристики визначають по отриманій сукупності значень Ni(t), gi(t) і Ni0 для j = 1, m методом найменших квадратів з регресійної залежності 5 де 79833 - перша похідна за часом від функції для j=0 коефіцієнт аі0 визна чають за виразом наприклад, для акустичних вимірників швидкості потоку, що мають градуювальну характеристику у вигляді степеневого полінома коефіцієнти -перша похідна за часом ряду відліків Ni(t), коефіцієнт аі0 визначають за виразом для термоанемометрів, що мають градуювальну характеристику де Кi - градуювальній показник степеня, коефіцієнти аit, і Кi, визначають з регресійної залежності коефіцієнт аi0 визначають за виразом для гідродинамічних вимірників швидкості потоку тип у тр убки Піто, що мають градуювальну характеристику коефіцієнт залежності jij - функція, прийнята для вимірника з принципу вимірювання або яка є функцією апроксимації експериментальної градуювальної характеристики. Зокрема, якщо градуювальна характеристика вимірника задовільно апро-ксимується степеневим поліномом степеня т, то Такі градуювальні характеристики характерні для акустичних вимірників швидкості потоку. Для аеро-гідродинамічних вимірників (типу трубки Піто) характерна градуювальна характеристика вигляду визначають методом найменших квадратів з регресійної залежності де 6 аi0, визначають з регресійної де N(t)(t) - перша похідна ряду відліків N(t). Суть способу складається в наступному. Розглядаємо вимірники вектора або модуля швидкості потоку, градуювальні характеристики яких по і-ій координаті в приладовій системі координат з достатньою точністю апроксимуються функцією де Ni - відліки тиску напору від потоку. Для термоанемометричного вимірника типова градуювальна характеристика має вигляд де аі0 - коефіцієнт, що залежить від теплообміну датчика зі середовищем при відсутності потоку (Vi =0) і від фізичних параметрів середовища; аі1 - коефіцієнт, що залежить від конструкції датчика, фізичних параметрів середовища і характеристик потоку; Ni - відліки показань вимірника, пропорційні коефіцієнту теплообміну датчика зі середовищем, що залежить від параметрів середовищв і швидкості потоку; Кi - коефіцієнт, залежний від характеристик потоку, який визначається числом Рейнольдса і який набуває значення від 0,2 до 0,6. При одночасній у часі фіксації відліків вимірника швидкості потоку Ni(t) і показань датчика прискорень власних рухів gi(t) отримують два ряди відліків при t = 1, l . Для швидкості обтікання датчика швидкості потоку по /-ій координаті можна записати де Vix(t) - складова швидкості потоку; Vi0(t) - складова власної швидкості датчика. Відліки Ni,(t) відповідають градуювальній характеристиці швидкості обтікання датчика Vi (t). Якщо за час l відліків складова швидкості потоку Vix(t) міняється незначно так, що можна прийняти а швидкість власних р ухів датчика Vi0(t) змінюється істотно що цілком реалізо вно, то для похідної виразу (12) можемо записати де Ni - показання вимірника по i-координаті при значенні Vi, складової швидкості обтікання по i-ій координаті; аij - коефіцієнти градуювальної характеристики, які треба визначити ( j = 0 , m ) ; 7 79833 Диференціючи вираз Ni(t) за отримаємо де функції градуювальною для ряду характеристикою, - перші похідні за часом , які обчислюються по ряду Ni(t). Ці дані дозволяють визначити методом найменших квадратів коефіцієнти аі0 j = 1, m . При фіксації відліку Ni0 датчика швидкості потоку в робочому середовищі при відсутності швидкості потоку і власної швидкості визначають коефіцієнт аі0 по виразу (2). У окремому випадку для градуювальної характеристики вимірника швидкості потоку у вигляді степеневого полінома вигляду (9) отримаємо 8 вектора швидкості обтікання датчика потоком і не залежить від напряму. Тому градую-вальна характеристика термоанемометра може бути зображена виразом де функції jj відомі і шуканими є коефіцієнти aj, j = 0 ,m . Для виконання градуювання термоанемометра в реальних умовах в нього вбудований акселерометр, що дозволяє визначити прискорення власного граду-ювального руху вздовж деякої прямої. Якщо це однокомпонентный акселерометр, то градуювальний рух повинний бути вздовж його осі. Якщо це двокомпонентний акселерометр, то градуювальний рух повинний бути по прямій в площині осей акселерометра. Якщо це трикомпонентний акселерометр, то градуювальний рух може бути по довільній прямій в просторі. У процесі градуювального руху по прямій із змінною швидкістю з допомогою акселерометра визначається прискорення власного руху g(t) і ряд вихідних відліків N(t) термоанемометра. Можемо записати У загальному випадку градуювальні коефіцієнти визначають як коефіцієнти регре сії по рядах gi(t) і Ni(t) і виразу (16) методом найменших квадратів. Для градуювальної характеристики вигляду (10) отримаємо регресійний вираз Якщо градуювальна характеристика термоанемометра є степеневим поліномом, то отримаємо Прирізних = 1, l , l³ m отримаємо регресивне t де невідомими є Кi і ail Для градуювальної характеристики вигляду (6) отримаємо регресійний вираз Далі Таким чином визначаються коефіцієнти градуювальних характеристик типових моделей вимірників швидкості потоку. Розглянемо приклад реалізації способу для термоанемометра з двома датчиками температури, один з яких підігрітий і має сферичну діаграму спрямованості по чутливості до вектора швидкості обтікання. Вихідний сигнал такого термоанемометра, яким є величина, зворотна різниці температур двох датчиків температури, визначається модулем Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін рівняння для знаходження коефіцієнтів aj j = 1,m методом найменших квадратів. Коефіцієнт а0 визначаємо по відліку N0 вихідного сигналу нерухомого термоанемометра, вміщеного в робоче середовище при нульової швидкості потоку, по формулі Використані джерела: 1. Принципы построения технических средств исследования океана. М.:Наука, 1981, 324 с., С. 29-31. 2. Авторське свідоцтво СРСР №1538130 кл. 5G01Р5/12. Спосіб градуювання датчика термоанемометра. Автори: Ю.Л.Тонконогий, В.Н.Буз, А.А.Гарбуз. Опубл. 23.01.90, бюл. №3 (прототип). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601