• 03.04.2010
  • Преобразователи расхода "СПИРОСЕНС" зарегистрированы в Государственном реестре средств измерения
  • ПОДРОБНЕЕ >>>

Оценка влияния состава контролируемого потока на погрешности акустического анемометра.

Шкундин С.З., Буянов С.И., Румянцева В.А.

Акустическим анемометром называется прибор, измеряющий скорость воздушного потока по изменения фазы акустического сигнала. Этот прибор измеряет скорость звука в пределах от 0 до 20м/с с погрешностью 5%. Для обеспечения безопасной работы в шахтах необходимо контролировать вентиляционную систему с достаточной точностью. Повышение точности анемометров позволяет снизить энергозатраты на вентиляцию, не уменьшая безопасность шахты. Целью настоящей работы является совершенствование акустического анемометра, выявление факторов, вызывающих погрешности и, по возможности, устранение этих погрешностей.

Акустический анемометр (см. рис. 1) представляет собою цилиндрический волновод-воздуховод (1), содержащий источник (2) и приемники (3 и 4) акустического сигнала, которые имеют форму колец.


Рис. 1. Анемометрический канал


Из-за наличия воздушного потока время прихода акустического сигнала на приемник, расположенный по потоку будет отличаться от времени прихода на приемник, расположенный против потока. Пусть и время прихода некоторой фазы на приемники 3 и 4 соответственно, тогда [1] , где - скорость потока, - скорость звука, - расстояние от источника до приемников, . При измерении скоростей много меньших скорости звука можно считать пропорциональным , если постоянна. Но скорость звука в воздухе зависит от температуры воздуха, от его состава. Рассмотрим, насколько меняется скорость звука в нормальных условиях. Для этого используем формулу для скорости звука в идеальном газе [2]: , где - показатель адиабаты, Дж/моль·К – универсальная газовая постоянная, - абсолютная температура, - молекулярная масса смеси газов, где - молекулярная масса -го компонента, а - его концентрация. На рис. 2 показаны зависимости скорости звука от концентрации метана а) и от температуры б).

Рис. 2. Зависимость скорости звука а) от концентрации метана, б) от температуры

Мы видим, что если температура и состав воздуха меняются в допустимых для шахты пределах, то изменения скорости звука будут порядка измеряемой скорости потока. Следовательно, для обеспечения требуемой точности измерения необходимо учесть эти изменения.

Для этого используется следующий метод. Измеряется разность и сумма времен прихода сигнала на приемники, а затем выражаем скорость потока через эти величины, исключая скорость звука.

Можно показать [3], что при

где и сумма и разность времен прихода сигнала на приемники, - постоянная (определяется выбором фазы, время прихода которой мы измеряем), - -й корень уравнения , - номер моды, на которой проводятся измерения, - несущая частота акустического сигнала, - радиус волновода.

Таким образом, применение данного алгоритма в акустическом анемометре позволяет измерять скорость потока вне зависимости от внешних условий (таких, как температура и газовый состав), что существенно повышает точность измерений.


Литература

1. Кремлева О.А. Совершенствование акустического способа измерения скоростных параметров газовоздушных потоков в горных выработках.// канд.дис. М:1997.

2. Яворский Б.М, Детлас А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов.// М:”Наука”. 1974. 942с.

3. Шкундин С.З., Бондарев А.М., Лихачев А.А. Аналитическое описание распространения акустических волн в анемометрическом канале // Горный журнал. Изв. ВУЗов, № 8, 1987.

 
 
Тел: (499)237-9467, (499)230-2531
Copyright © 2011 SirSensor