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

напряжением с выхода релейного фазочувствительного усилите­ ля РУ, на вход которого подается напряжение разбаланса моста [7Р. При [7Р=И=0 сервопривод перемещает движок компенсирующе­ го реохорда в направлении, обеспечивающем установление ба­ ланса моста.

Балансу моста соответствует равенство

п

Ро

где

--- .

Д'^Ог

Из выражения (2.7) следует, что описываемое устройство обеспечивает автоматическое вычисление коэффициента давле­ ния с масштабом вычисления, равным ц.

2.3.3.Устройство для определения средней и местной приведенных скоростей потоков Яср и К

Моделирующая формула устройства для определения 7ср име­ ет вид

( 2. 8)

где р п ро — абсолютные значения статического давления в иссле­ дуемом сечении и полного давления в форкамере;

р„ и Рои — избыточные значения тех же давлений. Они воспри­ нимаются приемниками статического и полного дав­ лений;

vcp — средний коэффициент восстановления полного дав­

ментов ГРМ, измеряющих ри и роиДавление ра вводится в мост вручную при помощи потенциометров ПП-3 на 68 Ом. Для ввода vcp используется линейный реохорд ППМЛ, движок которого связан с ходовым винтом описанного выше устройства для вы-

143

числения vCp. В качестве компенсирующего устройства исполь­ зуется функциональный реохорд ППМФ (Р215Ф) на 2232 Ом, движок которого приводится в движение электромагнитной муф­ той одного из элементов ГРМ, выполняющего роль сервопри­ вода. Муфта управляется усилителем РУ, подключенным к из-

Рис. 2.16. Схема устройства для вычисления средней при­ веденной скорости потока Лср в диапазоне 0 ... 1: сопротивления:

^ППМЛ” 5 к0 м;/?ППМФ“ 22320м:

Я щ п - з ц = 33 0 м ; л ( п п - з ) 2 =

мерительной диагонали вычислительного моста. Результат вычисления Яср выдается в виде перемещения L\ движка функци­ онального реохорда. Перемещения движков реохордов и сопро­ тивления реохордов в плечах моста определяются выраже­ ниями:

■^"2 ^2P i ^ 2 0 2 ^ 2 62^2 Р ’

где /2, /3, Ц— масштабы преобразования р, р0 и vcp в омические сопротивления при помощи линейных реохордов;

Q2, Q3, Q4 — удельные сопротивления линейных реохордов;

к— средний масштаб вычисления ^Ср по перемеще­ нию движка функционального реохорда.

144

Условие баланса моста:

Достаточным условием пригодности рассматриваемой схемы для вычисления Хср является выполнение функционального рео­ хорда с взаимосвязью между Ri и L\, выражаемой формулой

Используемый в вычислительном устройстве реохорд ППМФ удовлетворяет этому требованию.

При измерении местной приведенной скорости в какой-либо точке потока моделирующая формула (2.8) упрощается вслед­ ствие исключения коэффициента vop, а в вычислительном мосте вместо линейного потенциометра ППМЛ на 5 кОм, перемещение движка которого имитирует изменение vcp, устанавливается по­ стоянное сопротивление Rc —2500 Ом. В этом случае приведен­ ная скорость К определяется в диапазоне 0<А<1.

2.3.4. Устройства для определения числа М потока

Аналоговые вычислительные устройства имеют широкое рас­ пространение для определения числа М потока. Такие приборы («махметры») существенно облегчают проведение эксперимента в трубах высоких скоростей, в которых исследования часто ве­ дутся при переменных числах М. По ним устанавливается ре­ жим работы сверхзвуковых труб с регулируемыми соплами. Из­ вестны устройства для определения числа М, основанные на использовании манометров различного типа (жидкостных, маят­ никовых, электромеханических, индуктивных), осуществляющих независимое измерение двух давлений или разности между ни-

145

ми и одного из давлений. Они осуществляют вычисление числа М по одной из зависимостей:

Бачковый манометр измеряет перепад Ар, U-образный мано­ метр с одним запаянным коленом измеряет абсолютное стати­ ческое давление р. Нулевые деления шкал соединены между собой прямой линией АВ. Между подвижными указателями С и D натягивается нить, пересекающая прямую АВ. При совмеще­ нии указателей с менисками жидкостей в трубках точка пересе­ чения нити и линии АВ делит последнюю на два отрезка, отно­ шение которых равно Ар/р. Вследствие этого линия АВ может быть проградуирована в числах М, указателем которых служит нить СД.

Автоматическое устройство для определения числа М можно разбить на две группы. К первой относятся приборы, являющие­ ся электромеханическими аналоговыми вычислительными уст­ ройствами. Вторую образуют приборы, основанные на принципе силовой компенсации. В приборах первой разновидности на вход вычислительного устройства подаются величины, пропорциональ­ ные двум давлениям, воспринятым двумя приемниками. На рис. 2.18 приведена схема вычислительного устройства, основанная на потенциометрическом принципе. Потенциометр образован линей­ ными реохордами 3. Действующие сопротивления реохордов

146

Ri = kip и R2 = k2\p . При питании потенциометра постоянным на­ пряжением Um„ выходное напряжение имеет вид

кч АР

Изменение отношения ki/k2 можно влиять на характер зависи­ мости Uпых— f (М ). Для диапазона чисел М от 0,3 до 1 функция ПВых=/(М) для k\lh2 ~ 0,5 практически линейна. Линейность уст­ ройства может быть улучшена, если сопротивления Ri и R2 из-

р

Для ki/k2 = 5 и а = 0,5 устройство имеет линейную зависимость ПВЫх=/(М ) (рис. 2.19).

Устройство для определения числа М, основанное на исполь­ зовании двух индуктивных рычажных манометров, изображено на рис. 2.20 [33]. Один манометр служит для измерения абсо­ лютного статического давления р. Он содержит измерительный рычаг 1, равновесие которого определяется усилиями, создавае­ мыми двумя сильфонами. Один из них воспринимает изме­ ряемое давление, а из другого воздух откачан до давления, ко­ торое можно принять за нуль. Изменение давления р приводит к

147

Рис. 2.19. Зависимости выходного напряжения Ui потенциометрического устройства (см. рис. 2.18) от числа М

Рис. 2.20. Схема определения числа М с помощью индуктивных ма­ нометров:

^ и V —'Измерительные рычаги; 2 и 2'—датчики перемещения; 3 и 3'—урав­ новешивающие катушки; 4 и 4'—магниты; 5 и 5'—сервомоторы- 6 и 6'—усили­

тели; 7—реохорд со шкалой в единицах статического давления р : 8—реохорд со шкалой в единицах числа М; 9—манометр р\ 10—устройство для определе­ ния числа М

148

отклонению измерительного рычага и возникновению сигнала в датчике перемещения 2. Будучи усилен усилителем 6 , этот сиг­ нал включает сервомотор 5, управляющий движком реохорда и изменением величины тока в цепи катушки уравновешивания 3 индуктивного датчика, жестко связанного с измерительным ры­

Второй манометр отличается от первого тем, что на измери­ тельный рычаг 1 ' действуют усилия двух сильфонов, восприни­ мающих давления ро и р и расположенных по разные стороны от точки опоры. Измерительный рычаг отклоняется под действием усилия, пропорционального разности давлений Ар — Ра—Р• Урав­ новешивающая катушка 3' этого манометра находится в поле электромагнита 4', обмотка которого последовательно соединена с уравновешивающей катушкой первого манометра. Поэтому сила взаимодействия между катушкой 3' и электромагнитом второго манометра 4' пропорциональна произведению сил токов ii и г2. Эта сила возвращает измерительный рычаг в равновесие, в момент которого имеет место соотношение

Следовательно, по измеренному току г2 в цепи уравновеши­ вающей катушки 3' второго манометра можно определить число М потока. Второй манометр является устройством для опреде­ ления числа М.

Наиболее простой является схема электромеханического махметра, основанная на принципе автоматически компенсируемых мостов, в которой используются электромеханические маномет­ ры, имеющие выходной величиной угловое перемещение вала сервомотора, и манометры типа ГРМ, в которых измеряе­ мое давление определяется числом оборотов измерительного вала.

На рис. 2.21 показана схема автоматически компенсируемо­ го равновесного моста, сопротивления двух плеч которого изме­ няются пропорционально давлениям р и Ар. Два других плеча моста образованы постоянным сопротивлением R3 и сопротивле­ нием функционального реохорда Rt, который используется для приведения моста к равновесию. Сервомотор, управляющий пере­ мещением движка реохорда R4, питается усиленным напряжени­ ем разбаланса моста, вызванного изменением сопротивлений [см. формулу 2.9)]

Ri = o.lb.p\ R2 = qA p -

149

В момент равновесия

х

•где

Если перемещение движка реохорда R4 пропорционально от- ношению давлений Ар/р, устройство имеет неравномерную шка-

лу для отсчета числа М. Для того чтобы шкала чисел М была равномерной, необходимо, чтобы между сопротивлением Ri и пе­ ремещением движка соблюдалось соотношение

где ki и k2 — постоянные коэффициенты.

На рис. 2.22 приведены схемы вычислительных мостов для определения числа М в диапазонах от 1 до 3 (рис. 2.22, а) и от 2 до 7 (рис. 2.22, б). Алгоритмом первого моста является выра­ жение (2.14) для р(М ), решенное относительно числа М

150

полного давления, установленным в потоке. Давления ри, р0и и р'0я измеряются манометрами ГРМ и вводятся в вычислительные

мосты автоматически в виде изменения сопротивлений реохордов потенциометров ППМЛ на 5 кОм. Давление рл вводится в мосты вручную при помощи потенциометров ПП-3. Результаты вычис-

Рис. 2.22. Схема мостов вычислительных устройств для определения числа М:

лений выдаются в виде перемещения движков функциональных реохордов потенциометров ППМФ на 5 кОм. Погрешность вы­ числений составляет 0,5 ... 1 %.

Известны схемы и конструкции электромеханических уст­ ройств, осуществляющих непосредственное измерение отноше­ ния двух давлений и, следовательно, прямое измерение числа М [15].

На рис. 2.23 приведена схема механического устройства для определения числа М, построенного на базе автоматического ве­ сового элемента, описанного в гл. I *. Оно состоит из двух весо-

* Это измерительное устройство разработано И. И. Слезингером.

151