ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 449
Скачиваний: 6
ками при измерении скоростей по сравнению |
с платиновой прово |
|||||||||||
локой. Электрическая схема |
прибора значительно усовершенство |
|||||||||||
|
вана, в частности, применяется |
автомати |
||||||||||
|
ческая |
стабилизация |
температуры |
дат |
||||||||
|
чика. В таком виде термогндрометр по |
|||||||||||
|
зволяет |
производить |
точные |
измерения |
||||||||
|
скорости. |
Обладая |
малой инерцией, он |
|||||||||
|
дает |
возможность |
изучать |
пульсацию |
||||||||
|
скоростей с большой разрешающей спо |
|||||||||||
|
собностью. Начальная |
скорость |
прибора |
|||||||||
|
1—2 |
мм/с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Другой разновидностью прибора, осно |
||||||||||
|
ванного |
на рассматриваемом |
принципе, |
|||||||||
|
являются датчики с полупроводниковыми |
|||||||||||
|
термосопротивлениями. |
Датчики |
состоят |
|||||||||
|
из |
термосопротнвленпя |
и |
подогревателя. |
||||||||
|
Электрическая |
схема |
состоит |
из |
двух |
|||||||
|
самостоятельных |
цепей: |
измерительной/ |
|||||||||
|
и |
подогревной |
2 |
(рис. |
11.40). |
Термо |
||||||
|
сопротивление 3 |
включается |
в |
одно из |
||||||||
|
плеч |
измерительного |
моста. Подогревная |
|||||||||
|
цепь предназначена для создания темпе |
|||||||||||
Рис. 11.40. Схема изме |
ратурного |
перепада |
между поверхностью |
|||||||||
рителя скорости течения |
датчика |
и потоком. |
|
|
|
|
|
|
||||
сполупроводниковым
термосопротнвлением. |
Описанные выше датчики |
приме |
|
няются в основном в лабораторных |
усло |
виях. В натурных условиях их используют только при проведении научных исследований.
11.7. Определение скоростей течения по объему воды, вошедшей в прибор, и продолжительности наблюдения
Сущность метода заключается в том, что измеряется время за полнения движущейся водой некоторого объема внутри введен ного в поток прибора; объем вошедшей воды также измеряется. Приборы, используемые при таких измерениях, требуют предвари тельной тарировки, в результате которой получают зависимость
между скоростью течения |
и объемом воды, |
вошедшей в прибор |
в единицу времени. |
|
|
Наиболее известным |
прибором является |
батометр-тахиметр |
В. Г. Глушкова (рис. 11.41), состоящий из плоско складывающе гося резинового баллона и металлической трубки. При измерении скорости прибор устанавливается в точке наблюдения на штанге сначала трубкой по течению, а в момент включения секундомера поворачивается трубкой навстречу потоку. Выждав время, доста точное для наполнения баллона прибора на 'Д—3 А его объема, батометр поворачивают трубкой по течению, останавливают секун домер и вынимают прибор из воды. Измеряют объем вошедшей воды, полученную величину делят на время выдержки. По полу-
1156
ченному объему воды, вошедшей в секунду, пользуясь тарировочной кривой (рис. 11.42), определяют скорость течения. Батометртахиметр одновременно может использоваться для взятия проб воды на мутность.
и М/С
Рис. 11.41. Батометр-тахиметр. |
Рис. 11.42. Тарировочная харак- |
л - т р у б к а ; G — наконечник; в — баллон . |
теристнка батометра-тахиметра. |
|
/ — с наконечником; 2 — без нако |
|
нечника. |
11.8. Измерение скоростей течения ультразвуковым методом |
|
Скорость течения может быть |
определена по разности времени |
распространения ультразвуковой волны по течению и против тече
ния на участке потока определен |
|
|
|
||||
ной |
длины /. Для этого |
в потоке |
|
[ |
|
||
создают два звуковых |
канала. |
И |
|
п |
|||
По первому из них ультразвуковая |
|
||||||
в |
• |
о 1-й канал |
|||||
волна распространяется |
по |
тече |
|||||
в- |
|
в 2-й канал |
|||||
нию, |
по второму — против |
тече |
я |
|
|||
|
|
\И |
|||||
ния. В первом канале пьезоэле- |
|
|
|
||||
мент-излучатель И располагается |
|
|
|
||||
в верхнем створе, а пьезоэлемент- |
|
|
|
||||
приемник Я в нижнем. Во втором |
а) |
|
|
||||
канале, наоборот, излучатель рас- |
i |
|
|||||
полагается в нижнем, а приемник |
|_ |
|
|||||
вверхнем створе (рис. 11.43/). Но можно создать только один
Рис. 11.43. Схемы расположения зву ковых каналов.
/ — два звуковых канала; |
2 — один |
звуко- |
Boii канал; а — по направлению |
потока, |
|
б — под углом к |
потоку. |
|
звуковой канал, при этом пьезоэлементы попеременно выполняют функции излучателя и приемника. В применяемых в настоящее
157
время ультразвуковых измерителях скоростей и расходов жидко
стей часто |
используется |
одноканальный |
способ. Звуковой канал |
||
может быть расположен |
в потоке по схеме а или б |
(рис. 11.43 2); |
|||
в схеме б пьезоэлементы |
располагаются |
на противоположных |
бе |
||
регах. |
|
|
|
|
а: |
Время |
распространения ультразвуковой волны |
по схеме |
|||
по течению |
Л = — г — > |
|
|
|
|
против |
течения |
|
О 1 - 3 4 ) |
||
|
|
|
|
||
|
|
^о = — ^ — . |
|
(11.35) |
|
Время распространения ультразвуковой волны по схеме б: по течению
*, = |
—г-^1_ |
|
. |
|
(П.36) |
|
С -+- U COS !р |
|
|
|
|
против течения |
|
|
|
|
|
U = |
|
, |
|
(11.37) |
|
- с |
— ucosy |
' |
|
4 |
' |
где с — скорость распространения ультразвука в воде, берется из таблиц или графиков в зависимости от температуры и солености воды; и — скорость течения, средняя на длине /.
Из приведенных уравнений получаем формулы для определения скорости течения воды:
по схеме а |
|
|
|
№ = М _ С . |
(11.38) |
по схеме б |
|
|
|
(to—-t\) С |
(11.39) |
|
(^i + h) c o s <? |
|
|
|
|
Время t прохождения |
ультразвуковой волны расстояния I мо |
|
жет быть определено импульсным, фазовым |
и другими методами. |
|
Рассмотрим в основных чертах импульсный метод. |
||
На рис. 11.44 показана |
упрощенная схема |
осциллографического |
устройства для измерения импульсным методом времени распро странения ультразвуковой волны. Генератор импульсов ГИ выра батывает короткий импульс затухающих колебаний, возбуждаю щий пьезоэлемент И, который при этом излучает импульс ультра звуковых колебаний. За время t ультразвуковой импульс достигает приемного пьезоэлемента Я, преобразуется им в импульс высоко частотного напряжения и поступает в усилитель У. Усиленный им пульс подается на вертикально отклоняющие пластины электрон нолучевой трубки ЭЛТ. Одновременно с возбуждением излуча-
158
теля импульсный генератор запускает задерживающее устройство ЗУ с регулируемым временем задержки t3. Задним фронтом им пульса задержки запускается развертывающее устройство РУ, вы-
ЗУ |
РУ |
|
ги |
гкн |
элт |
— i — |
|
|
ип
Рис. 11.44. Блок-схема осциллографического устройства для измерения импульсным методом
времени |
распространения |
ультразвуковой |
|
волны. |
|
рабатывающее пилообразное напряжение (рис. 11.45) для откло нения по горизонтали луча электроннолучевой трубки, и генера тор калибровочного напряжения ГКН высокой частоты. Для повы шения точности отсчета длительность развертки выбирается ма-
! |
IIW |
ГКН |
Рис. 11.45. Диаграмма импульсных сигналов
вотдельных узлах осциллографического
устройства.
лой, достаточной лишь для изображения двух-трех полупериодов переднего фронта принятого импульса.
Если калибровочное напряжение подвести к катоду электронно лучевой трубки, то оно будет управлять яркостью луча трубки, пе риодически усиливая яркость или гася ее.
159
Время распространения ультразвуковой волны определяется по формуле
|
t = |
ta + -j-, |
(11.40) |
где я — количество |
яркостных |
меток от начала развертки |
до пер |
вого полупериода |
импульса; |
/ к — частота калибровочного |
напря |
жения. |
|
|
|
Частота калибровочного напряжения выбирается обычно на по рядок выше частоты ультразвукового импульса. Практически от счет меток производится при помощи сетки на экране до десятых долей метки.
Точность измерения этим методом порядка 0,05—0,10% [9]. Опыты по применению ультразвука для измерения скоростей и расходов воды были проведены В. Е. Сулнмовым в лаборатории
МГУ. Скорости измерялись с помощью прибора УБ-1, схема и дей ствие которого аналогичны описанным выше. Измерение скоростей производилось параллельно гидрометрической вертушкой ГР-11 с записью на хронографе. Отмечено хорошее соответствие величин скоростей, измеренных обоими методами.
