книги из ГПНТБ / Петунин А.Н. Измерение параметров газового потока. (Приборы для измерения давления, температуры и скорости)

тичного кода. Согласование низкого входного сопротивления ФТМ с выходным сопротивлением ВК7-10 осуществляется реги­ стром развязывающих усилителей 7, выполненным по схеме пов­ торителя на составном триоде.

Перфорация кодов на бумажной ленте производится в три строки. На первой перфорируется старший разряд, на послед­ ней — младший и признак числа. Собственно код числа занима-

Рис. 2.11. Образец перфоленты на выходе автоматической регистри­ рующей системы с серийным цифровым вольтметром в качестве пре­ образователя «аналог — код»

133

ет четыре дорожки, а признак числа — пятую, левую. В конце массива чисел перфорируется признак «граница зоны» в виде отверстия на 3-й и 4-й дорожках. Образец перфоленты для вво­ да данных в машину типа «Днепр-1» приведен на рис. 2.11. Код результата измерения первоначально заносится в запоминающий регистр 8 (см. рис. 2 .10), выполняющий функции буферного за­ поминающего устройства. Из ЗР код поступает на перфорацию.

При работе системы в основном режиме релейный блок пус­ ка 16, используя включение напряжения питания, автоматиче­ ски устанавливает в исходное положение коммутатор 3 и осталь­ ные блоки схемы. Для пуска системы на пульте нажимается кнопка «Пуск».

Синхронизация работы всей системы осуществляется импуль­ сами ДП1, ДП2, ДПЗ, вырабатываемыми синхронизатором пер­ форатора, которые усиливаются и формируются усилителями тактовых импульсов 6 в синхронизирующие сигналы СИ1, СИ2 и СИЗ. Эти сигналы поступают в блоки электронной схемы и вы­ полняют функции тактовых импульсов феррит-транзисторных мо­ дулей ФТМ. Регистр сдвига 14 является основным блоком, ре­ ализующим временную диаграмму управления. Перфорацию транспортной дорожки и продвижение перфоленты обеспечивает блок управления транспортировкой ленты 12. По окончании оп­ роса датчиков блок остановки перфоратора 15 осуществляет не­ большой прогон перфоленты и выключение перфоратора. Регистр тиристорных усилителей 1 1 обеспечивает усиление по мощности импульсов, управляющих соленоидами перфоратора.

Ограничения по частоте измерения и регистрации наклады­ вают два основных узла системы: перфоратор и коммутатор. Быстродействие перфоратора 50 чисел/с (150 строк/с). Комму­ татор построен на базе реле типа РПВ-2/7, надежно коммути­ рующих при частотах переключения 50 Гц. Большим быстродей­ ствием обладает вольтметр ВК7-10, уверенно работающий при частотах преобразования <300 Гц.

134

2.3. АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

2.3.1. Общие замечания

При применении аналоговых электромеханических устройств результаты вычислений получают непосредственно в процессе эксперимента. Наряду с автоматизацией вычислительных работ они используются для программного регулирования эксперимен­ тальных стендов и аэродинамических труб.

В аэромеханике простейшие специализированные аналоговые вычислительные устройства получили распространение для опре­ деления безразмерных аэродинамических коэффициентов и па­ раметров потока, зависящих от отношения двух давлений. Речь идет о коэффициенте давления, коэффициенте потерь полного давления, числах М и X и других величинах, в которые входят перечисленные коэффициенты. Аналоговые вычислительные уст­ ройства непрерывно информируют экспериментатора о значени­ ях основных газодинамических параметров потока и исследуемо­ го объекта и позволяют экспериментатору корректировать ход эксперимента. Применение аналоговых устройств повышает точ­ ность определения нужных величин за счет непосредственного измерения или самого отношения, или некоторой функции отно­ шения определяющих давлений. При этом исключается раздель­ ное определение давлений, последующая математическая обра­ ботка и возможные погрешности за счет неодновременного из­ мерения давлений.

Для автоматизации процесса обработки экспериментальных данных широко применяются электромеханические вычислитель­ ные моделирующие устройства, в которых с целью обеспечения достаточно сложной структуры моделирующих формул исполь­ зуются системы механически связанных, автоматически компен­ сируемых вычислительных мостов Уитстона.

Если применить в качестве плеч моста не постоянные сопро­ тивления, а функциональные реохорды и механически связать их между собой, можно создать вычислительные устройства, спо­ собные выполнять различные математические операции произ­ вольной сложности. Их можно использовать и в различных схемах автоматического регулирования и управления [6].

Вопросы использования автоматически компенсируемых вы­ числительных мостов в специализированных аналоговых вычис­ лительных устройствах получили существенное развитие в рабо­ тах В. Г. Васильева [5, 6, 7, 9]. Им получены моделирующие формулы вычислительных устройств для определения коэффици­ ента давления, чисел М и X, коэффициента и величины расхода и предложены описанные ниже схемы устройств для вычисления этих величин.

Принципиальная схема вычислительного устройства, исполь­ зующего два связанные автоматически компенсируемые вычис­

135

лительные моста, приведена на рис. 2.12. Оно предназначено для вычисления значений функции пяти переменных:

Ввод в устройство переменных осуществляется путем пере­ мещения движков функциональных реохордов 1, 2, 3, 4, 5. Вы­ численные значения функции выдаются в виде перемещения

Рис. 2.12. Схема электромеханического вычислительного моделирующего устройства с механически связанными между собой автоматически компенсируемыми мостами-

1, 2, 3, 4, 5—движки функциональных реохордов входных вели­ чин; в—движок реохорда, выдающего выходную величину; 7 и 8—движки механически связанных реохордов; 9—усилителк; 10—1

серводвигатели; 11—источник питания мостов; 12 и УЗ—вычис­ лительные мосты, механически связанные

движка реохорда 6 . На рис. 2.12 и на всех последующих сим­ волом в кружке обозначены физические величины, вводимые в

устройство элементом схемы, рядом с которым расположен кру­ жок.

Математическое условие баланса механически связанных вы­ числительных мостов ВМ4 (поз. 13, рис. 2.12) и ВМ2 (поз. 12) позволяет вычислить значение функции нескольких переменных практически произвольной сложности.

Условие равновесия моста ВМ4:

■^рф! ’ R рфЗ = -^рф2 • ^рф7-

136

Условие равновесия моста ВМ2:

■^рфб ' -^рф 4 — -^рф 5 ' ^ р ф 8 -

Из схемы видно, что независимые физические параметры, определяющие вычисляемую величину, управляют перемещения­ ми движков пяти реохордов РФ1, РФ2, РФ3, РФ4, РФб и ч т о пе­ ремещения движков механически связанных реохордов равны между собой: L7= L8, а вычисляемая величина пропорциональ­ на перемещению движка реохорда РФ6. Изменение хг преобра­ зуется в перемещение движка реохорда Lj = /i(Xj). Перемещение преобразуется в изменение сопротивления Дг = /у(1г). С другой стороны, изменение сопротивления приводит к перемещению

R i = Qi ( R i) ■

Из условия жесткой связи L7= L8 и из равновесия моста ВМ2

Достаточным условием пригодности рассматриваемой схемы для вычисления у является выполнение равенства

в требуемых диапазонах изменения параметров хи х2, х3, х4, х5. Рассмотренная схема удачно реализуется на базе описанного в гл. I электромеханического группового регистрирующего мано­ метра ГРМ-2, выходные валики измерительных элементов кото­ рого жестко сочленены с роторами многооборотных функцио­ нальных или линейных потенциометров.

В аналоговых вычислительных устройствах, основанных на базе ГРМ, измеряются и регистрируются давления, а также вы­ числяются и регистрируются некоторые характерные параметры потока или экспериментального объекта, являющиеся функция­ ми давлений.

Наряду с аналоговыми вычислительными устройствами, ис­ пользующими автоматически компенсируемые электрические мо­ сты, в практике, исследования газовых потоков для определения различных безразмерных параметров потока, зависящих от давлений, получили распространение простейшие вычислитель­ ные устройства, созданные на базе жидкостных манометров и

137

электромеханических весовых элементов, также описанных

в гл. I.

Ниже рассматриваются аналоговые вычислительные устрой­ ства, предназначенные для определения и регистрации:

1) среднего значения коэффициента восстановления давле­ ния vtp;

2)приведенной скорости потока Я;

3)числа М («махметры»);

4)коэффициента расхода воздуха /р.

Аналоговые вычислительные устройства в сочетании с коор­ динатографами обеспечивают автоматическое построение в де­ картовой системе координат графика зависимости двух вычис­ ленных параметров, например: vcp и /р; vcp= /(/P).

В устройствах, использующих электрические мосты, в качест­ ве компенсирующих реохордов применяются линейные и функ­ циональные 20-оборотные потенциометры типа ППМЛ и ППМФ [3], а в качестве элементов, осуществляющих преобразование «давление — электрическое сопротивление», применяются по­ тенциометры ППМЛ. Число оборотов реохордов выбрано равным числу оборотов ходового измерительного винта ГРМ-2. Это об­ легчает их механическое сочленение и полное использование рео­ хордов.

Измерительные элементы ГРМ используются для автомати­ ческого ввода в вычислительные мосты информации об избы­ точных давлениях в характерных точках аэродинамической тру­ бы или исследуемой модели, которые являются исходными дан­ ными для расчета. Их ввод осуществляется автоматически благодаря жесткой связи между выходными валиками измери­ тельных элементов ГРМ и роторами соответствующих реохордов ППМЛ, являющихся плечами мостовых схем (рис. 2.13). Рео­ хорды преобразуют давления, измеренные манометрами ГРМ, в действующие значения омических сопротивлений. Результаты вычисления считываются со шкал положений движков компен­ сирующих реохордов соответствующих мостовых схем.

Свободные измерительные элементы ГРМ используются в ка­ честве сервоприводов компенсации. Сервоприводы управляются сигналами релейных усилителей,' включенных в измерительные диагонали вычислительных мостов. В схемах вычислительных устройств используются малогабаритные релейные усилители переменного и постоянного тока.

В вычислительные мосты вводится также информация об атмосферном давлении, причем гарантированный минимальный уровень давления для данной высоты над уровнем моря вводится автоматически (вековой минимум для Московской области со­ ставляет 725 мм рт. ст.), а разница между действительным ат­ мосферным давлением и указанным минимумом вводится вруч­ ную одновременно для всех точек ГРМ. Устройство для ручного ввода рассчитано на диапазон 725.. . 775 мм рт. ст. Верхний пре­

138

цел является вековым максимумом атмосферного давления для Московской области.

Вычислительные устройства, реализованные на базе мано­ метров ГРМ, конструктивно выполнены в виде приставок к ним. На лицевой панели приставок размещены органы управления и контроля, внутри установлены элементы вычислительных схем.

Рис. 2.13. Узел сочленения многооборотного потенциомет­ ра 1 с выходным валиком 2 измерительного элемента ГРМ

139

Реохорды установлены в специальных держателях, обеспечиваю­ щих эластичное сочленение с выходным валиком ГРМ и возмож­ ность поворота, необходимого при наладке схемы. Этим осуще­ ствляется синхронность и синфазность передачи.

2.3.2. Устройство для определения среднего коэффициента восстановления полного давления [8]

Коэффициентом, или функцией давления, называют отноше­ ние двух характерных давлений. Известны функции давления:

При изучении течений в каналах газовых машин рассматривает­ ся величина

называемая коэффициентомвосстановления давления. В выра­ жение (2.6) входят:

рм — абсолютное полное давление в г-й точке контрольного се­ чения канала;

п —■число точек измерения; ро — абсолютное полное давление в невозмущенном потоке.

Устройство для определения коэффициента восстановления давления вычисляет среднеарифметическую величину из п пол­ ных давлений, измеренных в контрольном сечении канала, и де­ лит эту величину на полное давление, измеренное в невозмущен­ ном потоке. Иногда такое устройство называют v-метром. На рис. 2.14 приведена схема v-метра, реализованного на базе манометра ГРМ-2 и представляющего собой автоматический компенсирую­ щий мост Уитстона, плечи которого пропорциональны величинам, входящим в выражение (2.6). На рис. 2.15 приведена фотогра­ фия устройства для вычисления среднего коэффициента восста­ новления полного давления.

Плечо ВГ является последовательным соединением п пара­ метрических преобразователей «давление—сопротивление», пред­ ставляющих собой потенциометры ППМЛ на 5 кОм, установлен­ ные на измерительных элементах ГРМ. Оно обеспечивает ввод в

где k0i — коэффициент преобразования.

140

Плечо БВ обеспечивает ввод в вычислительное устройство давления р0 невозмущенного потока. Роль этого плеча выпол­ няет параметрический преобразователь «давление — сопротив-

Unum

Рис. 2.14. Схема вычислительного устройства для вычисления сред­ него коэффициента восстановления полного давления:

КУ_контактное устройство; РУ—релейный усилитель; ЭМ—электромагнитный сервопривод-. РФП—реверсивная фрикционная передача; ВФК—вал фрикцион­

=5 кОм; ^ПП-3= ^8 Ом; ^^=906 Ом

ление», подобный преобразователям, использованным в плече ВГ. Действующее сопротивление плеча БВ равно

R eb —^оРо-

Плечо АБ обеспечивает ввод величины п. Оно представляет собой п параллельно соединенных постоянных сопротивлений Ri величиной по 50 Ом. Действующее значение омического сопро­ тивления плеча равно

141