Косулин В.В.
Казанский государственный энергетический
университет, Россия
ДАТЧИК НАПРАВЛЕНИЯ
ПОТОКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ЛАМИНАРНОМ ПОТОКЕ
Возрастающие требования к точности определения угла направления гидродинамического
потока требуют разработки принципиально новых подходов к построению аппаратуры
измерения параметров гидродинамических потоков. Подавляющее количество известных
систем требуют специальных условий измерения и так или иначе влияют на
параметры потока, что нарушает истинную картину процессов в пристенной области.
В качестве метода определения направления
потока предполагается использовать электродиффузионный метод. Его работа
основана на измерении тока диффундирующих к электроду и разряжающихся на нем
ионов. На размещенном в потоке контрольном электроде протекает быстрая
электрохимическая реакция перезарядки ионов. В измерительной системе создаются
условия, при которых прохождение тока в цепи лимитируется лишь конвективной диффузией
ионов в среде. Достоинством электродиффузионного метода является отсутствие
нарушения в картине протекания жидкости. Необходимым условие работы
электродиффузионного метода является наличие электропроводящей среды. А так как
подавляющее большинство текущих сред в экологических системах являются
жидкостями сложного ионного состава, то применение электродиффузионного метода
наиболее предпочтительно.
В качестве датчика направления течения
гидродинамического потока предлагается использовать электродиффузионный датчик.
Конструктивно датчик выполнен в виде диэлектрического диска с заделанной
заподлицо с его поверхностью системой инертных микроэлектродов (платина,
никель). Входной (генерирующий) микроэлектрод располагается в центре
диэлектрического основания, а выходные (сигнальные) – около него по окружности,
эквидистанционно между собой (рис. 1а).
Между входным и выходным электродами
прикладывается постоянное напряжение: на входной электрод подается “+”, на
выходные “–”. В результате прохождения тока через такую систему происходит
изменение концентрации электропроводящей жидкости в приэлектродных слоях. На
величину тока оказывает влияние концентрация электропроводящих ионов в рабочей
жидкости, приложенное напряжение и направление потока.
Был изготовлен экспериментальный датчик (рис
1б), состоящий из одного входного и
четырех выходных электродов расположенных на одной линии в ряд. Расстояние
между всеми электродами равно одному диаметру. При проведении эксперимента
диаметр всех электродов брался 0,3 мм.
а) предлагаемый б)
экспериментальный
Рис. 1. Датчик
направления потока
В результате проведенных экспериментов были
сняты диаграмма направленности и зависимость тока сигнального электрода от
скорости течения жидкости при различных расстояниях между ГЭ и СЭ. Данные
характеристики приведены на рис. 2.
Как видно из представленных рисунков
диаграмма направленности имеет единственный максимум, по которому возможно
определить направление потока – максимум диаграммы направленности указывает на
направление максимума. Поскольку измерение скорости течения жидкости одинаково
сказывается на токах всех сигнальных электродов, то можно предположить, что
определять направление потока можно практически при любой скорости течения жидкости.
Видно, что при изменении скорости течения жидкости диаграмма направленности
либо заостряется, либо наоборот, делается более тупой, но свой качественный вид
сохраняет – при любой скорости течения диаграмма направленности имеет свой единственный
максимум.
