Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

зависит от внутреннего и внешнего радиусов трубки полного давле­ ния и для дозвуковых истоков несжимаемой жидкости определяется как

полного давления, соответствующее геометрической оси трубки, получается завышенным.

Влияние турбулентности невозмущенного потока на показания приемника полного давления в случаях дозвукового потока несжи­ маемой жидкости может быть оценено по формуле

ций скорости. Указанное влияние особенно существенно при тща­ тельных исследованиях распределения полного давления вблизи твердой поверхности из-за относительно большой величины q'.

Для уменьшения загроможденности сечения исследуемого потока в экспериментальной практике часто используют комбинированные приемные насадки для одновременного измерения статического и полного давлений или полного давления и температуры и т. п.

Давление от места измерения к чувствительному элементу изме­ рителя передается через жидкостную или газовую среду, заклю­ ченную в штуцерах, насадках, манометрических трубках и других элементах гидропневматических линий связи. Среда, давление ко­ торой измеряется, может выполнять роль среды-передатчика только тогда, когда имеет низкую температуру и неагрессивна по отношению к используемым материалам. При измерении давлений агрессивных или горячих сред в начале манометрических магистралей устанавли­ ваются механические (мембранные) или гидравлические разделители, а сами магистрали заполняются нейтральными жидкостями. Наличие в измеряемой среде взвесей может вызвать необходимость установки фильтров или отстойников в манометрических магистралях. При однородности среды (тщательная заливка жидкостью с дренирова­ нием воздушных пузырей) и полной герметичности системы гидрав­ лические параметры магистрали сказываются лишь на динамических режимах измерения давления.

К измерителям давления любого типа (манометрам, датчикам) применимы понятия резонансной частоты и успокоения подвижной части, т. е. жесткости упругих и чувствительных к давлению эле­ ментов, массы подвижной части и оптимального успокоения. В си­ стемах с механическими воспринимающими органами датчик пред­ ставляет собой элемент второго порядка с уравнением вида

286

где х — перемещение некоторой точки А подвижной системы; М —

площадь).

При измерениях быстропеременных давлений (т. е. при исполь­ зовании электрических датчиков) стремятся расположить датчик как можно ближе к точке измерения и, как правило, вворачивают датчик в штуцер на стенке полости, где измеряется давление. Таким образом исключается влияние соединительной магистрали, однако следует иметь в виду, что собственные динамические свойства чув­ ствительного элемента (мембраны) и внутренней полости штуцера могут вызвать нежелательные динамические эффекты. Так, например, установка датчика на стенке камеры сгорания высокотемператур­ ного двигателя в некоторых случаях способна вызвать резонанс давления (пульсации) в объеме камеры сгорания. Однако часто более важное значение приобретают динамические характеристики гидро­ пневматической части системы, т. е. системы вводная трубка—среда— полость преобразователя. Если, как это часто случается, акусти­ ческая резонансная частота оказывается ниже, чем резонансная частота подвижной части преобразователя давления, то манометри­ ческая трубка будет фактически определять динамические свойства измерителя давления в целом.

Теоретические исследования передачи переменных давлений по гидравлическим магистралям хотя и громоздки, но принципиально не вызывают затруднений [142]. Постоянная времени гидросистемы есть функция объемной упругости (Лр/ЛЕ) и гидравлического сопро­ тивления (Ap/Q) системы. Для газов получается система с распре­ деленными параметрами, требующая особого рассмотрения в каждом отдельном случае. Однако, если ограничиться грубой оценкой ве­ личины резонансной частоты акустической системы и степени успо­ коения, вносимой ею, то можно значительно упростить расчет. В этом случае вместо действительных распределенных параметров заполненной газом полости можно рассматривать эквивалентные сосредоточенные параметры и, прибегнув к электроакустической аналогии (см. гл. IV, п. 5), определить параметры эквивалентной цепи [171 ]:

акустическую индуктивность La = 4/р/Зяг2;

акустическое сопротивление га = 8т]//яг4,

акустическую емкость Са = V/pa2.

Здесь Е — объем рабочей полости, заполненный газом; р — плот­ ность газа; a — скорость распространения звука в среде; I — длина манометрической трубки; г — ее внутренний радиус; г] — динамиче­ ская вязкость газа.

Отношение давления ршш внутри рабочей полости преобразова­ теля к измеряемому давлению р на входном конце манометрической

287

трубки (амплитудно-частотная характеристика системы) выразится как

где частота собственных колебаний системы равна

а степень успокоения р вычисляется как

Фазовый сдвиг между ркш и /? определяется по формуле

Если подводящая трубка очень тонка, то акустической индук­ тивностью ее можно пренебречь и выражение (IX.7) упрощается

V iv

Р = 0 , 8 9 - 1 0 - 7 г3 *

Приведенные оценки являются весьма приближенными, но поз­ воляют сделать некоторые качественные выводы. Основными при­ чинами инерционного запаздывания являются геометрические раз­ меры манометрической магистрали. Длина соединительной трубки I оказывает наибольшее влияние при ее малых диаметрах. При боль­ ших г запаздывание увеличивается вследствие увеличения емкости системы; при малых г запаздывание также увеличивается из-за роста сопротивления.

288