Bezwzględna metoda pomiaru prędkości przepływu anemometrem z drgającym grzanym włóknem

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Bezwzględna metoda pomiaru prędkości przepływu anemometrem z drgającym grzanym włóknem"

Dawid Makowski
6 lat temu
Przeglądów:

1 187 Prace Instytutu Mechaniki Górtru PAN Tm 1, nr 1-4, (8), s Instytut Mechaniki Górtru PAN Bezzlędna metda pmiaru prędkści przepłyu anemmetrem z drającym rzanym łóknem JAN KIEŁBASA Strata Mechanics Research Institute, Reymnta 7, 3-9 Krakó, Pland Streszczenie W artykule zaprpnan ną metdę bezzlędne pmiaru prędkści przepłyu azu. Czujnik termanemnetryczny, którym rzany drut umieszczny prstpadle d prędkści przepłyu dra peridycznie płaszczyźnie rónlełej d ektra prędkści ze znaną częsttliścią i znaną amplitudą a. Mierzy się synał napięciy U(t). Reulując amplitudą a drań dpradza się d takiej sytuacji, że najmniejsza artść napięcia U(t) kresie jest róna napięciu, dy prędkść przepłyu jest róna zeru. Oznacza t, że amplituda prędkści łókna zrónała się z prędkścią przepłyu. Mżna także liczyć liczbę miejsc zerych pchdnej czasej napięcia kresie. Gdy ta liczba ynsi da i jest przeięcie funkcji U. (t) t =. Sła klucze: pmiary przepłyó, bezzlędna metda pmiaru przepłyu, termanemmetr 1. Wstęp Większść czujnikó d pmiaru prędkści przepłyu, szczeólnie azó musi zstać cześniej yzrcana. Dla prędkści przepłyu, które na rurce spiętrzeniej dają spadek ciśnienia mierzalny z dstateczną dkładnścią ystarczy rurka Pitta (Pitt tube). Dla prędkści mniejszych mżna stsać metdę fal cieplnych (Walker & Westenber, 196; Kiełbasa, 1978; Kiełbasa et al, 1978; Kiełbasa, ; Rachalski, 6), która jest metdą bezzlędną. Dbrze jest mieć druą metdę bezzlędna aby móc je zajemnie prónać. Częst także pracy labratryjnej zachdzi kniecznść pmiaru małych prędkści przepłyu bardz ln zmieniającym się składzie lub pli zmieniającej temperaturze. Stsanie tym przypadku anemmetru z rzanym łóknem je klasycznej aplikacji pradzi d znacznych błędó pmiarych, dyż straty cieplne drutu, które są miarą prędkści przepłyu zależą tak d składu azu jak i je temperatury. W 1969 rku znana óczas duńska firma (DISA, 1969 dzisiaj DANTEC) pradziła na rynek ny przyrząd d pmiaru plnych przepłyó azu tz. L elcity anemmeter. W anemmmetrze tym rzany drut pracujący jak anemmetr stałprądy, umieszczny jest prstpadle d prędkści przepłyu i jest ddatk praiany ruch harmniczny. Pnieaż synał z czujnika anemmetryczne jest niezależny d zrtu prędkści przepłyu je charakterystyka napięci-prędkścia mże być dla małych prędkści dbrze pisana parablą E A B (1) dzie E znacza napięcie na rzanym łóknie, prędkść płyające medium, A i B stałe uzyskiane prcesie zrcania sndy. Prędkść płyu (t) ibrującej sndy jest róna () t () t cs( ft) () dzie (t) jest chilą prędkścią płyu rzane łókna, prędkścią przepłyu medium a amplitudą prędkści ibracji łókna sndy.

2 188 Jan Kiełbasa Napięcie na rzanym łóknie jest óczas róne E A B ft [ cs( )] (3) Dzięki specjalnej analizie synału elektryczne uzyskiane z drające rzane drutu pleającej na dcięciu składej stałej i całkaniu mdułu reszty dstaje się 1 B 8B 1 ( cs( ) cs(4 )] E B ft ft (4) czyli synał, który dla nieielkich prędkści przepłyu jest prst prprcjnalny d tej prędkści. Zakres mierznych prędkści jest tym przyrządzie zaarty ranicach d kł minus 3 d 3 cm/s, a sam przyrząd jak każdy anemmetr cieplny ymaa zrcania i jest rażliy na skład medium i je temperaturę. Autr prpnuje inny spsób ykrzystania sndy z ibrującym rzanym drutem stsując zupełnie inny alrytm pracyania synału elektryczne, yniku cze mżna mierzyć prędkści przepłyu azó szerszych ranicach, także przypadku plnych zmian temperatury i składu azu.. Zarys terii metdy pmiaru Zakłada się, że rzany drut sndy termanemmetrycznej umieszczny jest przepłyie prstpadle d ektra prędkści przepłyu azu, zaś płaszczyzna, której zachdzą drania drutu jest d niej rónleła. Zakłada się dalej, że amplituda drań drutu jest na tyle mała, że przepły mżna uażać za niezakłócny. y x(t) V a x Rys. 1. Płżenie si sndy zlędem śrdka układu spółrzędnych (x, y) Płżenie sndy (Rys. 1) mżemy pisać rónaniem x asin( t) () lub x asin( ft) (6) dzie: α amplituda ibracji, ω pulsacja ibracji, f częsttliść ibracji, t czas. Prędkść chila (t) rzane łókna zlędem nieruchme układu (x, y) spółrzędnych yznaczamy różniczkując zlędem czasu rónanie () dx() t t () fcs( ft) cs( ft) (7)

3 Bezzlędna metda pmiaru prędkści przepłyu anemmetrem z drającym dzie fa (8) jest amplitudą prędkści drającej sndy. Wibrujący z prędkścią (t) rzany drut umieszczny jest azie płynącym z prędkścią, stąd prędkść płyu rzane drutu (t) jest róna () t () t cs( ft) (9) Niech napięcie U( ) ystępujące na rzanym łóknie pisuje parzysta d prędkści zależnść U ( ) A ( ) (1) dzie: A stała, Φ( ) pena ciąła i parzysta funkcja prędkści przepłyu. W pierszym przybliżeniu mżemy funkcję Φ( ) aprksymać rónaniem dzie A 1 i B są ielkściami stałymi. Łącząc (9), (1) i (11) dstaje się 1 ( ) A B (11) U [ ( t)] Ut ( ) C B [ cs( ft)] (1) dzie C A A 1 Napięcie U(t) przyjmuje najmniejszą kresie artść róną C niezależną d i dy składnik B [ cs( ft)] = (13) czyli dy (14) 3. Pmiar prędkści Dla zadanej ale nieznanej prędkści zmieniamy amplitudę a ibracji rzane łókna sndy aż napięciu U(t) kresie pjai się artść C róna napięciu z sndy przy braku przepłyu i drań. Wóczas nieznana prędkść jest róna fa () Ze zró (14 i ) idzimy, że zmierzenie nieznanej prędkści zstał spradzne d pmiaru trzech łat mierzalnych ielkści a t częsttliści ibracji f, amplitudy ibracji a i napięcia U(t), które jest znane z zrcania sndy dla amplitudy ibracji rónej zeru i zere przepłyu. du[ ( t)]. Mamy b- Dkładniejszą metdą będzie śledzenie miejsc zerych pchdnej czasej iem du[()] t 4 fb[ cs( ft)]sin( ft) (16) Rónanie (16) kresie mże się zerać da razy jeśli ( < ), cztery razy jeśli ( > ), natmiast dy ( = ) dstaje się da miejsca zere przy czym jedn jest pdójne dla [ cs( ft] = )

4 19 Jan Kiełbasa Analizując dalej druą pchdną czasą napięcia U.. [(t)] stierdzamy, że dla = ma artść róną zeru. Oznacza t punkt przeięcia funkcji U [(t)]. Te trzy przypadki ilustrują Rys. a d c. Amplitudy Ut [ ( )] i U't [()] < t Ut [()] U' [()] t Rys. a. Amplitudy Ut [ ( )] i U't [()] < t Ut [()] U' [()] t Rys. b. Amplitudy Ut [ ( )] i U't [()] < t Ut [()] U' [()] t Rys. c. 4. Zakńczenie Z rónania (16) idzimy, że zeranie się pchdnej czasej napięcia z ibrującej sndy nie zależy d spółczynnikó pisujących charakterystykę prędkści-napięcią sndy termanemmetrycznej a jedynie d częsttliści ibracji f i amplitudy ibracji a. Metdę zatem mżemy uznać za abslutną czyli bezzlędną. Pracę yknan ramach prac statutych Instytutu Mechaniki Górtru pt. Eksperymentalne i teretyczne badania przepłyó pulsacyjnych rzałęzinych naczyniach elastycznych 8 rku.

5 Bezzlędna metda pmiaru prędkści przepłyu anemmetrem z drającym Literatura Walker R.E., Westenber A.A. 196: Abslute l speed anemmeter. Re. Sci. Instrum. 7, 1, : DISA Infrmatin: L elcity anemmeter. Nr 7, pp. 3-. Kiełbasa J. 1978: Determinatin f the fl elcity ectr by usin the methd f heat aes. Bull. Acad. Pl. Sci., Ser. Sci. Techn. Vl.6, Nr 4, pp Kiełbasa J., Rysz J., Piarczyk J., Smlarski A.Z., Stasicki B. 1978: Heat aes in the metrly f fl s. Prc. f the FLOMEKO 1978 IMEKO-cnference f Fl Measurement f Fluid, Grninen. pp Kiełbasa J., : Measurements f steady fl elcity usin the thermal ae methd. Archies f Minin Sciences.,, pp Rachalski A., 6: Hih-precisin anemmeter ith thermal ae. Re. Sci. Instrum., 77. Abslute methd fr the measurement f fl elcity ith anemmeter ith ibratin ht ire Abstract In the article is prpsed a ne methd f abslute measurements f as fl elcity. The ht-ire prbe, in hich a ht ire is placed perpendicularly t the fl elcity, ibrates peridically in the plane parallel t the ectr f speed ith knn frequency f and knn amplitude a. Vltae U(t) is measured. Reulatin amplitude a f ibratins leads t such a situatin that the smallest ltae alue U(t) in the perid is equal t the ltae hen the fl elcity is equal t zer. This means that the amplitude f the speed f the ire equalled the fl elcity. One may als cunt the number f zers f a functin f time deriatie f the ltae in the perid. If this number amunts t t and there is an inflectin f functin U. (t) then =. Keyrds: fl measurement, abslute methd, ht-ire Recenzent: Prf. dr hab. inż. Stanisła Gumuła, Akademia Górnicz-Hutnicza

Podobne dokumenty

Analiza teoretyczna i opracowanie założeń oraz prognozowanie niepewności i obszaru aplikacyjnego systemu pomiarowego anemometru wibracyjnego

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN Tom 3, nr, (), s. 393 Instytut Mechaniki Górotworu PAN Analiza teoretyczna i opracowanie założeń oraz prognozowanie niepewności i obszaru aplikacyjnego systemu pomiarowego