RU2497153C1 - Device to measure turbulent pulsations of liquid flow speed - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: device comprises a dielectric body of streamlined shape with installed metering electrodes, a metering unit comprising amplifiers, to inputs of which electrodes are connected, a summator, inputs of which are connected with outputs of amplifiers, and also an additional electrode, at the same time metering electrodes are made in the form of wires with insulated side surface, assembled into a cord or bundle with a polished end, the minimum distance between which and the additional electrode exceeds the size of the turbulence zone, the number of amplifiers is equal to the number of metering electrodes, every of which is connected to the input of the appropriate amplifier, and the additional electrode is connected with the common bus of the metering unit. The additional electrode is made in the form of a hollow metal cylinder installed on the dielectric body, the surface area of which is ten times and more exceeds the total area of the end surface of metering electrodes, at the same time the cord of wires, in the form of which metering electrodes are arranged, is installed inside the second electrode so that its end protrudes beyond the edge of the additional electrode.

EFFECT: increased resolving capacity and increased accuracy of measurement of small-scale fluctuations of flow speed.

2 cl, 2 dwg

Description

Устройство относится к электроизмерениям и может быть использовано для исследования турбулентности в потоке слабо электропроводящей жидкости, например морской или пресной воды.The device relates to electrical measurements and can be used to study turbulence in the flow of a weakly conductive liquid, such as sea or fresh water.

Известно устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости жидкости - термоанемометр [1, с.69], которое содержит датчик в виде двух диэлектрических стоек и натянутой между ними тонкой металлической проволоки, источник тока и измерительный блок. Датчик помещают в зону измерения, по металлической проволоке пропускают ток, который ее нагревает. Сопротивление проволоки изменяется в соответствии с изменениями скорости жидкости, поскольку с увеличением скорости жидкости возрастает теплоотдача от проволоки, температура и сопротивление проволоки уменьшаются. Измерительный блок преобразует изменение сопротивления датчика в электрическое напряжение, пропорциональное изменению скорости жидкости. Недостатки аналога следующие. Во-первых, датчик имеет низкую надежность, поскольку имеющая малый диаметр (менее 10 мкм) проволока часто обрывается, поэтому его применяют только при малых скоростях потока. Во-вторых, он неприменим при исследовании турбулентности потока жидкости при наличии теплопереноса. В частности, при исследовании пристеночной турбулентности, если температура стенки отличается от средней температуры жидкости, а также при смешивании потока нагретой жидкости с такой же жидкостью другой температуры. В-третьих, это недостаточная точность при проведении мелкомасштабных измерений, поскольку конструкция датчика скорости (термоанемометра) не позволяет сделать его размер меньше нескольких миллиметров. При этом сам датчик является причиной турбулентных вихрей, то есть точность измерений получается невысокой. Кроме того, проволока обладает тепловой инерцией, поэтому рабочий частотный диапазон у аналога не превышает сотен герц.A known device for measuring turbulent pulsations of the fluid velocity - hot-wire anemometer [1, p.69], which contains a sensor in the form of two dielectric posts and a thin metal wire stretched between them, a current source and a measuring unit. The sensor is placed in the measurement zone, a current is passed through the metal wire, which heats it. The resistance of the wire changes in accordance with changes in the speed of the liquid, since with increasing speed of the liquid the heat transfer from the wire increases, the temperature and resistance of the wire decrease. The measuring unit converts the change in the sensor resistance into an electrical voltage proportional to the change in the fluid velocity. The disadvantages of the analogue are as follows. Firstly, the sensor has low reliability, since a wire having a small diameter (less than 10 microns) often breaks, so it is used only at low flow rates. Secondly, it is not applicable when studying the turbulence of a fluid flow in the presence of heat transfer. In particular, when studying near-wall turbulence, if the wall temperature differs from the average temperature of the liquid, as well as when mixing the flow of a heated liquid with the same liquid of a different temperature. Thirdly, this is insufficient accuracy when conducting small-scale measurements, since the design of the speed sensor (hot-wire anemometer) does not allow making its size less than a few millimeters. In this case, the sensor itself is the cause of turbulent vortices, that is, the measurement accuracy is not high. In addition, the wire has thermal inertia, so the analog operating frequency range does not exceed hundreds of hertz.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства является устройство [2], содержащее диэлектрический корпус с установленными на нем электродами и измерительный блок, включающий в себя усилители, к которым подключены электроды, и сумматор. В корпусе также размещена магнитная система с четырьмя магнитами, в зазорах между которыми установлены электроды. Магниты в зоне измерений создают магнитное поле. В соответствии с законом электромагнитной индукции при движении в магнитном поле проводящей жидкости в ней возникает электрическое поле, напряженность которого пропорциональна скорости жидкости. Напряжение между находящимися в жидкости двумя электродами также пропорционально скорости протекающей между ними жидкости. Недостатками прототипа является невысокая пространственная разрешающая способность, и, как следствие этого, недостаточная точность при мелкомасштабных измерениях. Разрешающая способность прототипа определяется расстоянием между измерительными электродами, которое должно быть много меньше размера исследуемых турбулентных вихрей. Поскольку датчик, включающий в себя электроды с магнитной системой, имеет размеры порядка 1 см и более, то пространственное разрешение не превышает 5…10 см, при этом сам датчик является источником дополнительной турбулентности, что создает дополнительные ошибки при измерениях. Часто же для исследования реальных задач прибегают к моделированию их в лабораторных условиях при небольших размерах моделирующих установок. В этом случае основным требованием к устройству является высокая пространственная разрешающая способность и точность в условиях мелкомасштабной турбулентности. Кроме того, при малых размерах турбулентных вихрей устройство должно обеспечивать широкий частотный диапазон измеряемых пульсаций скорости, до 1000 Гц и более.The closest analogue of the claimed device is a device [2], containing a dielectric housing with electrodes installed on it and a measuring unit, including amplifiers, to which the electrodes are connected, and an adder. The housing also houses a magnetic system with four magnets, in the gaps between which electrodes are installed. Magnets in the measurement area create a magnetic field. In accordance with the law of electromagnetic induction, when a conductive fluid moves in a magnetic field, an electric field arises in it, the intensity of which is proportional to the speed of the fluid. The voltage between the two electrodes in the liquid is also proportional to the speed of the fluid flowing between them. The disadvantages of the prototype is the low spatial resolution, and, as a consequence of this, insufficient accuracy in small-scale measurements. The resolution of the prototype is determined by the distance between the measuring electrodes, which should be much smaller than the size of the investigated turbulent vortices. Since the sensor, which includes electrodes with a magnetic system, has dimensions of the order of 1 cm or more, the spatial resolution does not exceed 5 ... 10 cm, while the sensor itself is a source of additional turbulence, which creates additional measurement errors. Often, in order to study real problems, they resort to modeling them in laboratory conditions with small sizes of modeling plants. In this case, the main requirement for the device is a high spatial resolution and accuracy in conditions of small-scale turbulence. In addition, with small sizes of turbulent vortices, the device should provide a wide frequency range of the measured velocity pulsations, up to 1000 Hz and more.

Техническая задача, решаемая в заявленном устройстве, состоит в увеличении разрешающей способности и точности в условиях мелкомасштабной турбулентности. Для этого в устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости потока жидкости, содержащее диэлектрический корпус обтекаемой формы с установленными на нем измерительными электродами и измерительный блок, включающий в себя усилители, к входам которых подключены электроды, и сумматор, входы которого соединены с выходами усилителей, введен дополнительный электрод, измерительные электроды выполнены в виде проволок с изолированной боковой поверхностью, собранных в жгут или пучок с шлифованным торцом, число усилителей равно числу измерительных электродов, каждый из которых соединен с входом соответствующего усилителя, при этом дополнительный электрод соединен с общей шиной измерительного блока, а минимальное расстояние между дополнительным электродом и торцом жгута превышает размер зоны турбулентности. Кроме того, дополнительный электрод выполнен в виде установленного на диэлектрическом корпусе полого металлического цилиндра, площадь поверхности которого на порядок и более превышает суммарную площадь торцевой поверхности измерительных электродов, при этом жгут из проволок, в виде которых выполнены измерительные электроды, установлен внутри второго электрода так, что его торец выступает за край дополнительного электрода.The technical problem solved in the claimed device is to increase the resolution and accuracy in conditions of small-scale turbulence. To this end, an additional device is introduced into the device for measuring turbulent pulsations of the fluid flow rate, containing a streamlined dielectric housing with measuring electrodes mounted on it and a measuring unit including amplifiers, the inputs of which are connected to electrodes, and an adder, the inputs of which are connected to the outputs of the amplifiers electrode, measuring electrodes are made in the form of wires with an insulated lateral surface, assembled into a bundle or a bundle with a ground end, the number of amplifiers is equal to the number of measuring electrodes, each of which is connected to the input of the corresponding amplifier, while the additional electrode is connected to the common bus of the measuring unit, and the minimum distance between the additional electrode and the end of the bundle exceeds the size of the turbulence zone. In addition, the additional electrode is made in the form of a hollow metal cylinder mounted on a dielectric body, the surface area of which is an order of magnitude or more greater than the total area of the end surface of the measuring electrodes, while the bundle of wires in which the measuring electrodes are made is installed inside the second electrode so that its end protrudes beyond the edge of the additional electrode.

На фиг.1 изображено предложенное устройство, на фиг.2 схематически изображена контактирующая с жидкостью торцевая поверхность одного измерительного электрода (на чертеже показана штриховкой), на которую набегает турбулизованный поток жидкости.Figure 1 shows the proposed device, figure 2 schematically shows the end surface of one measuring electrode in contact with the liquid (shown in the drawing by hatching), on which a turbulent fluid flow is incident.

Устройство содержит диэлектрический корпус 1, плотно собранные в пучок или жгут измерительные электроды 2, дополнительный электрод 3 и измерительный блок 4, включающий в себя усилители 5 и сумматор 6. Корпус 1 выполнен в виде цилиндра, вдоль оси которого установлен жгут 2 из измерительных электродов. Они выполнены в виде проволок, боковая поверхность которых покрыта слоем изоляции, а шлифованные торцевые поверхности находятся в одной плоскости и имеют электрический контакт с жидкостью. Для достижения высокой механической прочности проволоки склеены между собой. Дополнительный электрод 3 выполнен в виде полого металлического цилиндра, установленного на боковой поверхности корпуса 1. Жгут 2 измерительных электродов установлен внутри дополнительного электрода так, что его торец выступает за край дополнительного электрода 3 на расстояние, превышающее размер зоны турбулентности. Размер зоны турбулентности определяется конкретной задачей измерения и априори известен с точностью, необходимой для выбора длины выступающей части первого электрода. Каждый из измерительных электродов (проволок жгута 2) соединен с входом соответствующего ему усилителя 5, входящего в состав измерительного блока 4, выходы усилителей подключены к входам сумматора 6, а дополнительный электрод 3 соединен с общей шиной измерительного блока. Для защиты от помех измерительные электроды соединены с усилителями 5 экранированным проводом. Для достижения высокой точности необходимо, чтобы площадь дополнительного электрода 3 на порядок и более превышала суммарную площадь торцевой поверхности измерительных электродов. Кроме того, он должен располагаться вне зоны турбулентности, где пульсации жидкости минимальны, и иметь обтекаемую форму, не создающую турбулентности при обтекании его жидкостью. Вся рабочая поверхность дополнительного электрода должна находиться внутри жидкости, поскольку граница раздела жидкость-воздух является источником сильных помех электрохимической природы. Дополнительный электрод не обязательно должен быть жестко механически связан с измерительными электродами. Он может быть установлен отдельно от измерительных электродов внутри жидкости в таком месте, где скорость движения жидкости минимальна, при этом форма его должна оказывать минимальное влияние на течение жидкости в зоне измерений. Предпочтительна обтекаемая форма в виде цилиндра, шара или пластины, поверхность которой параллельна вектору скорости течения жидкости.The device comprises a dielectric housing 1, measuring electrodes 2 tightly assembled in a bundle or bundle, an additional electrode 3 and a measuring unit 4, including amplifiers 5 and an adder 6. The housing 1 is made in the form of a cylinder along the axis of which a bundle 2 of measuring electrodes is installed. They are made in the form of wires, the side surface of which is covered with a layer of insulation, and the polished end surfaces are in the same plane and have electrical contact with the liquid. To achieve high mechanical strength, the wires are glued together. The additional electrode 3 is made in the form of a hollow metal cylinder mounted on the side surface of the housing 1. A tow of 2 measuring electrodes is installed inside the additional electrode so that its end faces beyond the edge of the additional electrode 3 by a distance exceeding the size of the turbulence zone. The size of the turbulence zone is determined by the specific measurement task and a priori is known with the accuracy necessary to select the length of the protruding part of the first electrode. Each of the measuring electrodes (wire harness 2) is connected to the input of the corresponding amplifier 5, which is part of the measuring unit 4, the outputs of the amplifiers are connected to the inputs of the adder 6, and an additional electrode 3 is connected to a common bus of the measuring unit. To protect against interference, the measuring electrodes are connected to amplifiers 5 by a shielded wire. To achieve high accuracy, it is necessary that the area of the additional electrode 3 is an order of magnitude or more greater than the total area of the end surface of the measuring electrodes. In addition, it should be located outside the zone of turbulence, where the pulsations of the liquid are minimal, and have a streamlined shape that does not create turbulence when it flows around the liquid. The entire working surface of the additional electrode must be inside the liquid, since the liquid-air interface is a source of strong interference of an electrochemical nature. The additional electrode need not be rigidly mechanically connected to the measuring electrodes. It can be installed separately from the measuring electrodes inside the fluid in a place where the fluid velocity is minimal, while its shape should have minimal effect on the fluid flow in the measurement zone. A streamlined shape in the form of a cylinder, ball or plate, the surface of which is parallel to the fluid velocity vector, is preferred.

Устройство работает следующим образом. Датчик, состоящий из установленных на диэлектрическом корпусе 1 измерительных электродов, выполненных в виде плотно собранных в пучок или жгут 2 изолированных проволок, и дополнительного электрода 3, помещают в поток жидкости так, что вектор скорости направлен перпендикулярно к оси жгута 2. Торец жгута 2 располагают в той точке зоны турбулентности, где требуется провести измерение. Как показано ниже, переменная составляющая разности потенциалов между шлифованной торцевой поверхностью каждой из проволок и жидкостью определяется переменной составляющей скорости жидкости. Причем эта разность потенциалов зависит от площади электрода, контактирующей с жидкостью. В частности, она тем больше, чем меньше площадь электрода. В данном случае, чем меньше площадь шлифованного торца проволоки, то есть чем меньше диаметр проволоки, тем больше разность потенциалов. Разность потенциалов между поверхностью дополнительного электрода и жидкостью определяется свойствами материала электрода и жидкости и практически постоянна, поскольку, во-первых, дополнительный электрод находится вне зоны турбулентности, и пульсации скорости потока в зоне его расположения малы. Во-вторых, площадь электрода много больше, чем суммарная площадь торцевой поверхности измерительных электродов, поэтому флуктуации его потенциала, вызванные пульсацией скорости, пренебрежимо малы. В-третьих, цилиндрическая форма дополнительного электрода обеспечивает хорошую обтекаемость и отсутствие турбулентности, вызванной самим электродом. Таким образом, переменная составляющая напряжения между каждым измерительным электродом и дополнительным электродом пропорциональна переменной составляющей, то есть, пульсации, скорости жидкости. Благодаря тому, что измерительные электроды выполнены в виде тонких проволок, плотно собранных в пучок или жгут, размеры торцевой поверхности последнего малы (1 мм и менее) по сравнению с размером турбулентных вихрей. Напряжения, поступающие с измерительных электродов на входы усилителей 5, полностью коррелированны, поэтому их выходные напряжения суммируются сумматором 6. Напряжение на выходе измерительного блока 4 вследствие этого увеличивается в N раз, где N - число измерительных электродов, что обеспечивает повышение точности измерения за счет уменьшения влияния внешних электрических полей. Это имеет существенное значение, поскольку, как показали наши экспериментальные исследования, напряжение полезного сигнала, генерируемое на торцевой поверхности каждой проволоки, составляет доли микровольта. Кроме того, поскольку некоррелированный тепловой и электрохимический шум торцевой поверхности каждой из проволок суммируется по мощности, то отношение по напряжению полезного сигнала к собственному шуму датчика увеличивается в $$\sqrt{N}$$

The device operates as follows. A sensor consisting of measuring electrodes mounted on a dielectric housing 1, made in the form of 2 insulated wires tightly assembled in a bundle or bundle, and an additional electrode 3, are placed in a fluid stream so that the velocity vector is directed perpendicular to the axis of the bundle 2. The end of the bundle 2 is placed at the point in the turbulence zone where the measurement is required. As shown below, the variable component of the potential difference between the polished end surface of each wire and the liquid is determined by the variable component of the fluid velocity. Moreover, this potential difference depends on the area of the electrode in contact with the liquid. In particular, the larger it is, the smaller the electrode area. In this case, the smaller the area of the polished end of the wire, that is, the smaller the diameter of the wire, the greater the potential difference. The potential difference between the surface of the additional electrode and the liquid is determined by the properties of the material of the electrode and the liquid and is almost constant, because, firstly, the additional electrode is outside the zone of turbulence, and the pulsations of the flow velocity in the zone of its location are small. Secondly, the electrode area is much larger than the total area of the end surface of the measuring electrodes; therefore, the fluctuations of its potential caused by the velocity pulsation are negligible. Thirdly, the cylindrical shape of the additional electrode provides good streamlining and the absence of turbulence caused by the electrode itself. Thus, the variable component of the voltage between each measuring electrode and the additional electrode is proportional to the variable component, that is, ripple, fluid velocity. Due to the fact that the measuring electrodes are made in the form of thin wires tightly assembled into a bundle or bundle, the dimensions of the end surface of the latter are small (1 mm or less) compared to the size of turbulent vortices. The voltages supplied from the measuring electrodes to the inputs of the amplifiers 5 are completely correlated, therefore, their output voltages are summed by the adder 6. The voltage at the output of the measuring unit 4 therefore increases by a factor of N, where N is the number of measuring electrodes, which improves measurement accuracy by reducing the influence of external electric fields. This is significant because, as our experimental studies have shown, the voltage of the useful signal generated on the end surface of each wire is a fraction of a microvolt. In addition, since the uncorrelated thermal and electrochemical noise of the end surface of each wire is summed in power, the ratio of the voltage of the useful signal to the intrinsic noise of the sensor increases by $$\sqrt{N}$$

раз. Расположение жгута 2 внутри дополнительного электрода 3 обеспечивает экранирование измерительных электродов от внешних электрических полей, что также повышает точность измерения. Выходное напряжение измерительного блока 4 пропорционально переменной составляющей скорости потока Vtime. The location of the bundle 2 inside the additional electrode 3 provides shielding of the measuring electrodes from external electric fields, which also increases the accuracy of the measurement. The output voltage of the measuring unit 4 is proportional to the variable component of the flow velocity V

U_вых=kV, U _out = kV,

где коэффициент пропорциональности k определяется калибровкой по известному измерителю, например, по термоанемометру.where the proportionality coefficient k is determined by calibration with a known meter, for example, by a hot-wire anemometer.

В качестве материала для электродов следует выбирать металлы, обладающие наименьшим собственным электрохимическим шумом, например титан и нержавеющую сталь, поскольку собственный шум измерительных электродов ограничивает нижний предел измерения флуктуации скорости.Metals with the lowest intrinsic electrochemical noise, such as titanium and stainless steel, should be selected as the material for the electrodes, since the intrinsic noise of the measuring electrodes limits the lower limit of the measurement of velocity fluctuations.

В основе принципа действия устройства лежит обнаруженная автором связь между мгновенным значением потенциала некорродирующего металлического электрода относительно проводящей жидкости и скоростью обтекающей электрод жидкости. При помещении электрода в электролит на его поверхности, как известно [3], образуется двойной электрический слой (ДЭС). Причиной его образования в водных электролитах на поверхности нерастворимых электродов, как правило, является специфическая адсорбция имеющихся в электролите ионов кислорода, создающих отрицательный заряд поверхности. Так образуется первая обкладка ДЭС, который по структуре подобен конденсатору. Вторая (жидкостная) обкладка двойного слоя формируется за счет положительно заряженных ионов водорода и металлов, раствор солей которых и представляет собой электролит. В жидкостной обкладке ДЭС выделяют плотную и диффузную части. Плотная часть ДЭС представляет собой слой противоионов, сильно связанных электростатическими силами с заряженной поверхностью. Диффузная часть - это та часть ДЭС, где энергия взаимодействия противоионов с поверхностью сравнима с тепловой энергией или меньше ее в результате экранирования поверхностного заряда плотной частью жидкостной обкладки. При обтекании электрода потоком электролита часть жидкостной обкладки ДЭС увлекается потоком по условной поверхности скольжения, отстоящей на некоторое расстояние от поверхности электрода. Плоскость скольжения расположена внутри ДЭС, то есть в области, где потенциал отличается от потенциала в толще электролита на некоторую величину С, называемую электрокинетическим потенциалом, величина которого зависит от материала электрода.The principle of the device’s operation is based on the relationship discovered by the author between the instantaneous value of the potential of a non-corroding metal electrode relative to a conductive fluid and the velocity of the fluid flowing around the electrode. When an electrode is placed in an electrolyte on its surface, as is known [3], a double electric layer (DEL) is formed. The reason for its formation in aqueous electrolytes on the surface of insoluble electrodes, as a rule, is the specific adsorption of oxygen ions present in the electrolyte, creating a negative surface charge. This forms the first cladding of the DEL, which is similar in structure to a capacitor. The second (liquid) lining of the double layer is formed due to positively charged hydrogen and metal ions, the solution of salts of which is an electrolyte. In the liquid lining of the DES, dense and diffuse parts are distinguished. The dense part of the DES is a layer of counterions strongly coupled by electrostatic forces to a charged surface. The diffuse part is that part of the DEL, where the interaction energy of counterions with the surface is comparable to or less than thermal energy as a result of screening of the surface charge by the dense part of the liquid lining. When the electrode flows around the electrode with a stream of electrolyte, part of the liquid lining of the DEL is carried away by the flow along a conventional sliding surface spaced some distance from the electrode surface. The slip plane is located inside the DEL, that is, in the region where the potential differs from the potential in the thickness of the electrolyte by a certain value C, called the electrokinetic potential, the value of which depends on the material of the electrode.

Пусть плоский прямоугольный электрод (фиг.2) длиной В и шириной L, поверхность которого совпадает с плоскостью координат XOY, а передняя граница - с осью ОХ, помещен в поток водного электролита так, что вектор скорости V направлен по оси Y. На всей поверхности электрода существует сформированный ДЭС, внутренняя обкладка которого образована адсорбированными ионами кислорода. Также в набегающем потоке уже сформирована область вязкого подслоя, характеризующаяся линейным законом нарастания скорости по перпендикуляру к поверхности [1].Let a flat rectangular electrode (figure 2) of length B and width L, the surface of which coincides with the XOY coordinate plane and the front boundary with the OX axis, be placed in the aqueous electrolyte stream so that the velocity vector V is directed along the Y axis. On the entire surface electrode there is a formed DES, the inner lining of which is formed by adsorbed oxygen ions. Also in the incident flow, a region of a viscous sublayer has already been formed, characterized by a linear law of increasing velocity along the perpendicular to the surface [1].

Вдоль оси Г возникает поверхностный ток, образуемый движущейся с потоком жидкостной обкладкой ДЭС. На передней границе электрода (Y=0) происходит замена сформированной диффузной части жидкостной обкладки ДЭС электронейтральным электролитом, в связи с чем поверхность имеет не скомпенсированный заряд плотной части ДЭС. На задней границе электрода (Y=B) возникает не скомпенсированный заряд противоположного знака. Таким образом, вблизи поверхности электрода возникает электрическое поле, вызванное сторонней силой, стремящееся привести электрические заряды в равновесное состояние. Избыточный заряд, смываемый с электрода на его задней границе, под действием этого электрического поля отводится в толщу электролита.Along the Γ axis, a surface current arises, formed by the liquid cladding of the DEL traveling with the flow. At the front boundary of the electrode (Y = 0), the formed diffuse part of the liquid cladding of the DEL is replaced by an electrically neutral electrolyte, and therefore the surface has an uncompensated charge of the dense part of the DEL. At the rear boundary of the electrode (Y = B), an uncompensated charge of the opposite sign appears. Thus, an electric field arises near the surface of the electrode caused by an external force, which tends to bring the electric charges into equilibrium. Excess charge washed off the electrode at its rear boundary is diverted to the thickness of the electrolyte under the influence of this electric field.

Вблизи передней границы электрода происходит восстановление структуры ДЭС, в процессе которого избыточные заряды также отводятся в толщу электролита, замыкая тем самым поверхностный ток. Таким образом, у поверхности электрода вблизи его передней границы существует электрическое поле, имеющее составляющие, направленные вдоль осей Z и Y. Составляющая E_z участвует в восстановлении структуры ДЭС, а составляющая Е_у оказывает влияние на скорость движения зарядов, либо ускоряя, либо тормозя их по отношению к скорости потока. Длина l в направлении оси Y не восстановленной части ДЭС зависит от скорости V, которая сама различна на разных расстояниях Z от поверхности. Однако при достаточно высокой скорости потока можно достичь неравенства l>>d (d - толщина ДЭС). Это позволяет рассматривать заряженную границу электрода как заряженную плоскую полоску с изменяющейся плотностью заряда и, не претендуя на точный количественный расчет, получить качественную зависимость потенциала электрода от скорости потока.Near the front boundary of the electrode, the structure of the DEL is restored, during which excess charges are also diverted to the thickness of the electrolyte, thereby closing the surface current. Thus, at the surface of the electrode near its frontier, there is an electric field having components directed along the Z and Y axes. Component E _{z is} involved in restoring the DEL structure, and component E _y affects the speed of charges, either accelerating or slowing them down in relation to the flow rate. The length l in the direction of the Y axis of the unreduced part of the DEL depends on the velocity V, which itself is different at different distances Z from the surface. However, at a sufficiently high flow rate, inequality l >> d can be achieved (d is the thickness of the DEL). This allows us to consider the charged electrode boundary as a charged flat strip with a varying charge density and, without claiming to be accurate quantitative, to obtain a qualitative dependence of the electrode potential on the flow velocity.

Как известно [4], в статическом состоянии свободный заряд в электролите компенсируется противоионами таким образом, что за пределами радиуса Дебая (D) его электрическим полем можно пренебречь. Длительность процесса релаксации заряда составляет ≅τ, D≅d. Время t, за которое поток проходит это расстояние, t ≅d/V. Выше было принято, что l>>d, или Vτ>>d, т.е. d/V<<τ. Это означает, что процесс релаксации в набегающем потоке не успевает произойти, и на скорость движения ионов электрическое поле Е_Y не оказывает существенного влияния.As is known [4], in a static state, the free charge in the electrolyte is compensated by counterions in such a way that outside the Debye radius (D) its electric field can be neglected. The duration of the charge relaxation process is ≅τ, D≅d. The time t over which the stream travels this distance is t ≅d / V. It was assumed above that l >> d, or Vτ >> d, i.e. d / V << τ. This means that the process of relaxation in the oncoming flow does not have time to occur, and the electric field E _Y does not significantly affect the speed of ions.

У поверхности электрода между его передней и задней кромками существуют как составляющая поля Е₂, так и E_Y, причем последняя создает для противоионов в диффузной части ДЭС тормозящую силу, в связи с чем плотность заряда противоионов в диффузной части ДЭС повышается. Величина поверхностного тока при этом не изменяется, так как увеличение плотности заряда компенсируется уменьшением скорости его упорядоченного движения.At the surface of the electrode between its front and trailing edges, there is both a field component E ₂ and E _Y , the latter creating a braking force for counterions in the diffuse part of the DES, and therefore the charge density of the counterions in the diffuse part of the DES increases. The magnitude of the surface current does not change, since an increase in the charge density is compensated by a decrease in the speed of its ordered motion.

В дальнейшем будем предполагать, что относительное изменение плотности заряда противоионов в диффузной части ДЭС очень мало, поэтому структура ДЭС практически на всей площади электрода близка к той, которая существует при отсутствии движения электролита. Итак, пусть течение электролита направлено вдоль плоской поверхности электрода, причем поперечный профиль скорости соответствует выражениюIn the future, we will assume that the relative change in the charge density of counterions in the diffuse part of the DEL is very small, therefore, the structure of the DEL in almost the entire area of the electrode is close to that which exists in the absence of electrolyte movement. So, let the electrolyte flow be directed along the flat surface of the electrode, and the transverse velocity profile corresponds to the expression

$$\text{ (1) }{V}_Y=\{\begin{array}{l}0при0\le z\le z_1\\ а(z-z_1)приz>z_1\end{array},$$

$$\text{(one)}{V}_Y=\{\begin{array}{l}0PR\mathrm{and}0\le z\le z_{\mathrm{one}}\\ \mathrm{but}(z-z_{\mathrm{one}})PR\mathrm{and}z>z_{\mathrm{one}}\end{array},$$

где a - коэффициент, зависящий от скорости потока.where a is a coefficient depending on the flow rate.

Поскольку часть ДЭС, для которой z>z₁, участвует в движении, то существует поверхностный ток с плотностью j_Y=qnV, где q - заряд противоиона, n - избыточная концентрация противоионов, V - скорость течения. Поскольку как V, так и n, являются функциями координаты z, то поверхностный ток определяется формулойSince the part of the DEL, for which z> z ₁ , is involved in motion, there is a surface current with a density j _Y = qnV, where q is the counterion charge, n is the excess concentration of counterions, V is the flow velocity. Since both V and n are functions of the z coordinate, the surface current is determined by the formula

$$(2){\text{ i}}_{\text{Y}}=\underset{z_1}{\overset{\infty }{\int }}\underset{0}{\overset{L}{\int }}{j}_{Y}dzdx.$$

$$(2){\text{i}}_{\text{Y}}=\underset{z_{\mathrm{one}}}{\overset{\infty }{\int }}\underset{0}{\overset{L}{\int }}{j}_{Y}dzdx.$$

Концентрация избыточного заряда p(z)=qn(z) в ДЭС [4]Concentration of excess charge p (z) = qn (z) in a DEL [4]

$$(3)\text{ p(z)}=\frac{{\epsilon }_{\text{0}}\epsilon }{D^2}{\varphi }_0{е}^{-z/D}$$

$$(3)\text{p (z)}=\frac{{\epsilon }_{\text{0}}\epsilon }{D^2}{\varphi }_0{e}^{-z/D}$$

где φ₀ - потенциал поверхности электрода, ε₀ - диэлектрическая постоянная, ε - относительная диэлектрическая проницаемость жидкости (для воды ε=81). Подставляя (3) в формулу (2), получим с учетом выражения (1)where φ ₀ is the electrode surface potential, ε ₀ is the dielectric constant, ε is the relative dielectric constant of the liquid (for water ε = 81). Substituting (3) into the formula (2), we obtain, taking into account the expression (1)

$$(4){\text{ i}}_{\text{Y}}=\underset{z_1}{\overset{\infty }{\int }}\underset{0}{\overset{L}{\int }}{j}_{Y}dzdx=L\underset{z_1}{\overset{\infty }{\int }}V(z)p(z)dz=La{\epsilon }_0\epsilon {\phi }_0{e}^{-z_{1/D}}.$$

$$(\mathrm{four}){\text{i}}_{\text{Y}}=\underset{z_{\mathrm{one}}}{\overset{\infty }{\int }}\underset{0}{\overset{L}{\int }}{j}_{Y}dzdx=L\underset{z_{\mathrm{one}}}{\overset{\infty }{\int }}V(z)p(z)dz=La{\epsilon }_0\epsilon {\phi }_0{e}^{-z_{\mathrm{one}/D}}.$$

Величина φ₀e^-z/D есть электрокинетический потенциал ζ [4]. Итак,The quantity φ ₀ e ^{-z / D} is the electrokinetic potential ζ [4]. So,

$$(5){\text{ i}}_{\text{Y}}=La{\epsilon }_0\epsilon \zeta$$

. $$(5){\text{i}}_{\text{Y}}=La{\epsilon }_0\epsilon \zeta$$

.

В состоянии равновесия для сохранения электронейтральности электрода должно удовлетворяться равенство i_Y=i_z. Обозначим через dQ избыточный заряд элементарной площадки ds. ТогдаIn equilibrium, to maintain the electroneutrality of the electrode, the equality i _Y = i _z must be satisfied. Denote by dQ the excess charge of the elementary site ds. Then

$$(6){\text{ i}}_{\text{z}}=\underset{s}{\int }\sigma Eds=\underset{s}{\int }\frac{\sigma dQ}{2{\epsilon }_0\epsilon ds}ds=\frac{\sigma }{2{\epsilon }_0\epsilon }Q$$

$$(6){\text{i}}_{\text{z}}=\underset{s}{\int }\sigma Eds=\underset{s}{\int }\frac{\sigma dQ}{2{\epsilon }_0\epsilon ds}ds=\frac{\sigma }{2{\epsilon }_0\epsilon }Q$$

Отсюда избыточный краевой заряд "металлической" обкладки ДЭС равенHence the excess edge charge of the “metal” plate of the DES is equal to

$$(7){\text{ i}}_{\text{z}}=\frac{2{\epsilon }_0\epsilon }{\sigma }{i}_Y=\frac{2{\epsilon }_0\epsilon }{\sigma }La{\epsilon }_0\epsilon \zeta$$

$$(7){\text{i}}_{\text{z}}=\frac{2{\epsilon }_0\epsilon }{\sigma }{i}_Y=\frac{2{\epsilon }_0\epsilon }{\sigma }La{\epsilon }_0\epsilon \zeta$$

То естьI.e

$$(8)\text{ Q}={\epsilon }_0\epsilon \tau La\zeta ,$$

$$(8)\text{Q}={\epsilon }_0\epsilon \tau La\zeta ,$$

где τ=2εε₀/σ - постоянная времени релаксации ДЭС. Поскольку в целом электрод электронейтрален, то недостающий в жидкостной части ДЭС на передней кромке электрода заряд Q распределен по всей остальной его площади. ДЭС на поверхности электрода можно уподобить плоскому конденсатору, у которого пластины сдвинуты относительно друг друга, с той разницей, что силы электрического взаимодействия не могут втянуть заряды с открытых краев пластин в область их взаимного перекрытия. Этому препятствуют силы специфической адсорбции на передней границе электрода и силы внутреннего трения в жидкости на задней границе электрода. При сдвиге пластин конденсатора заряд Q_nл на каждой из них сохраняется, а емкость С уменьшается на некоторую величину АС, причем относительное изменение емкости конденсатора приблизительно равно относительному изменению площади перекрывающейся части пластин. Следовательно, разность потенциалов между пластинами, определяемая как отношение полного заряда Q_nл к емкости, увеличивается на некоторую величину Δφ, считая поверхностную плотность заряда постоянной на всей площади S пластин,where τ = 2εε ₀ / σ is the relaxation time constant of the DEL. Since the electrode as a whole is electrically neutral, the charge Q, which is missing in the liquid part of the DEL on the front edge of the electrode, is distributed throughout its entire area. The DEL on the surface of the electrode can be likened to a flat capacitor, in which the plates are shifted relative to each other, with the difference that the forces of electrical interaction cannot draw charges from the open edges of the plates into the region of their mutual overlap. This is prevented by specific adsorption forces on the front electrode boundary and internal friction forces in the liquid on the rear electrode boundary. When the capacitor plates are shifted, the charge Q _{nl is retained} on each of them, and the capacitance C decreases by a certain AC value, and the relative change in the capacitor capacitance is approximately equal to the relative change in the area of the overlapping part of the plates. Therefore, the potential difference between the plates, defined as the ratio of the total charge Q _nl to the capacitance, increases by a certain value Δφ, considering the surface charge density constant over the entire area S of the plates,

$$\text{(9) }\Delta \varphi \frac{Q_{nл}\Delta С}{{С}^2}=\frac{Q}{C}$$

, $$\text{(9)}\Delta \varphi \frac{Q_{nl}\Delta \mathrm{FROM}}{{\mathrm{FROM}}^2}=\frac{Q}{C}$$

,

где Q - заряд неперекрывающейся части пластин. Для конденсатора, образованного ДЭС на поверхности электрода, в соответствии с (8) получим изменение разности потенциалов на обкладках металл-электролитwhere Q is the charge of the non-overlapping part of the plates. For a capacitor formed by a DEL on the electrode surface, in accordance with (8), we obtain the change in the potential difference on the metal-electrolyte plates

$$(10)\Delta \phi =\frac{\tau \zeta {\epsilon }_{\text{0}}\epsilon La}{C},$$

$$(10)\Delta \phi =\frac{\tau \zeta {\epsilon }_{\text{0}}\epsilon La}{C},$$

где С - емкость ДЭС электрода. Учитывая, что С=С_УДS, где С_УД - удельная емкость, то есть емкость единицы площади электрода,where C is the capacitance of the DEL electrode. Given that C = C _UD S, where C _UD - specific capacity, that is, the capacity of a unit area of the electrode,

$$(11)\Delta \varphi =\frac{a\tau \zeta {\epsilon }_{\text{0}}\epsilon }{B{C}_{УД}}$$

$$(\mathrm{eleven})\Delta \varphi =\frac{a\tau \zeta {\epsilon }_{\text{0}}\epsilon }{B{C}_{\mathrm{At}D}}$$

Как видим, зависимость его от скорости движения жидкости определяется коэффициентом а, который, как показали проведенные автором эксперименты, линейно зависит от скорости. Увеличение линейного размера В электрода ведет к уменьшению разности потенциалов Δφ. На практике обычно электроды покрыты слоем окисла, являющегося диэлектриком, поэтому ДЭС образуется на границе окисел-электролит. Роль "металлической" обкладки в таком случае выполняет слой адсорбированных из раствора ионов кислорода. В этом случае сами электроды можно считать продолжением соединительных проводов, к которым подключена нагрузка, а окисные пленки - разделительными конденсаторами с емкостью С, через которые подключены истинные электроды - адсорбированные слои ионов кислорода.As you can see, its dependence on the fluid velocity is determined by the coefficient a, which, as shown by the experiments conducted by the author, linearly depends on the velocity. An increase in the linear size B of the electrode leads to a decrease in the potential difference Δφ. In practice, usually the electrodes are coated with a layer of oxide, which is a dielectric, so a DEL is formed at the oxide-electrolyte interface. The role of the “metal” plate in this case is played by the layer of oxygen ions adsorbed from the solution. In this case, the electrodes themselves can be considered a continuation of the connecting wires to which the load is connected, and the oxide films as separation capacitors with a capacitance C, through which the true electrodes are connected - adsorbed layers of oxygen ions.

Чтобы измерить флуктуации потенциала электрода относительно жидкости, в электролит необходимо поместить дополнительный электрод, который должен быть расположен вне зоны измерений. В заявленном устройстве это электрод 3. Изменение потенциала уменьшается с ростом площади электрода, поэтому измерительный электрод должен иметь небольшие размеры, а дополнительный - наоборот, большие. Таким образом, дополнительный электрод имеет большую площадь, и скорость жидкости вблизи него минимальна, поэтому колебания разности потенциалов между электродами определяются флуктуациями скорости жидкости в месте расположения измерительного электрода. Оба электрода подключены к некоторому сопротивлению нагрузки (например, к входному сопротивлению усилителя). Поскольку постоянный ток через окисную пленку протекать не может, то напряжение на нагрузке может существовать только при нестационарном характере течения. Если флуктуации скорости потока имеют длительность t<<τ_Э=(R+r)С/2, где R - сопротивление нагрузки, r - сопротивление внутренней цепи электродной ячейки (сопротивление растекания между электродами), то ток в нагрузке определяется выражениемTo measure fluctuations of the electrode potential relative to the liquid, an additional electrode must be placed in the electrolyte, which should be located outside the measurement zone. In the inventive device, this is electrode 3. The change in potential decreases with increasing electrode area, therefore, the measuring electrode should be small in size, and an additional one, on the contrary, large. Thus, the additional electrode has a large area, and the fluid velocity near it is minimal, therefore, the fluctuations in the potential difference between the electrodes are determined by fluctuations in the fluid velocity at the location of the measuring electrode. Both electrodes are connected to some load resistance (for example, to the input impedance of the amplifier). Since direct current cannot flow through the oxide film, the voltage at the load can exist only with the unsteady nature of the flow. If the fluctuations in the flow velocity have a duration t << τ _E = (R + r) C / 2, where R is the load resistance, r is the resistance of the internal circuit of the electrode cell (spreading resistance between the electrodes), then the current in the load is determined by the expression

$$(12)i(t)=\frac{a\tau \zeta {\epsilon }_{\text{0}}\epsilon }{B{C}_{УД}(R+r)}.$$

$$(12)i(t)=\frac{a\tau \zeta {\epsilon }_{\text{0}}\epsilon }{B{C}_{\mathrm{At}D}(R+r)}.$$

Следовательно, напряжение на сопротивлении нагрузки пропорционально флуктуациям скорости потока.Consequently, the voltage across the load resistance is proportional to fluctuations in the flow rate.

Экспериментальные исследования автора [5] подтвердили справедливость теоретических выводов о связи флуктуации электродного потенциала с флуктуациями скорости движения жидкости. А именно, подтвердили пропорциональность разности потенциалов между измерительным и дополнительным электродами и флуктуации скорости движения жидкости относительно измерительного электрода. В эксперименте измерительный электрод совершал гармонические колебания в водном растворе поваренной соли. Дополнительный электрод значительно большей площади находился в неподвижном состоянии в одном сосуде с измерительным электродом. Напряжение между электродами также имело вид гармонического колебания с частотой, равной частоте механических колебаний электрода. Амплитуда его пропорциональна амплитуде и частоте механических колебаний. Следовательно, коэффициент а в формуле (1) пропорционален скорости потока. Автором экспериментально установлено также, что увеличение площади, контактирующей с жидкостью поверхности электрода, приводит к уменьшению флуктуации его потенциала при обтекании электрода потоком жидкости [6].The author’s experimental studies [5] confirmed the validity of theoretical conclusions about the relationship between fluctuations in the electrode potential and fluctuations in the fluid velocity. Namely, the proportionality of the potential difference between the measuring and additional electrodes and fluctuations of the fluid velocity relative to the measuring electrode were confirmed. In the experiment, the measuring electrode performed harmonic oscillations in an aqueous solution of sodium chloride. The additional electrode of a much larger area was stationary in the same vessel with the measuring electrode. The voltage between the electrodes also had the form of harmonic oscillations with a frequency equal to the frequency of the mechanical vibrations of the electrode. Its amplitude is proportional to the amplitude and frequency of mechanical vibrations. Therefore, the coefficient a in formula (1) is proportional to the flow rate. The author also experimentally established that an increase in the area in contact with the liquid on the electrode surface leads to a decrease in the fluctuation of its potential when the fluid flows around the electrode [6].

Таким образом, заявленное техническое решение использует два установленных автором факта: переменная составляющая напряжения между опорным и измерительным электродами пропорциональна флуктуациям (пульсациям) скорости жидкости и обратно пропорциональна линейному размеру электрода (или квадратному корню из площади электрода). Эти факты получены автором теоретически и проверены экспериментально. Если площадь поверхности одного измерительного электрода на два порядка меньше, чем площадь дополнительного электрода, то согласно (11) и (12) это уже обеспечивает ошибку измерения за счет влияния последнего не более 10%. Если при этом дополнительный электрод находится вне зоны турбулентности в области, где скорость жидкости имеет небольшие пульсации, то ошибка измерения за счет его влияния не превышает долей процента и ею можно пренебречь. Предложенное устройство использует N>>1 измерительных электродов в виде проволок с площадью торцевой поверхности S у каждой, суммарная площадь которых равна NS, поэтому для практики достаточно, чтобы площадь поверхности дополнительного электрода была не менее чем на порядок больше, чем площадь всей торцевой поверхности измерительного электрода.Thus, the claimed technical solution uses two facts established by the author: the variable component of the voltage between the reference and measuring electrodes is proportional to fluctuations (pulsations) of the fluid velocity and inversely proportional to the linear size of the electrode (or the square root of the electrode area). These facts were obtained theoretically by the author and verified experimentally. If the surface area of one measuring electrode is two orders of magnitude smaller than the area of the additional electrode, then according to (11) and (12) this already provides a measurement error due to the influence of the latter not more than 10%. If at the same time the additional electrode is outside the zone of turbulence in the region where the fluid velocity has small ripples, then the measurement error due to its influence does not exceed a fraction of a percent and can be neglected. The proposed device uses N >> 1 measuring electrodes in the form of wires with an end surface area S for each, the total area of which is NS, therefore, in practice it is enough that the surface area of the additional electrode is not less than an order of magnitude larger than the area of the entire end surface of the measuring electrode.

Технический результат, достигаемый при применении предложенного устройства, состоит в увеличении разрешающей способности и повышении точности измерения мелкомасштабных флуктуаций скорости потока. Он обеспечивается минимальным диаметром жгута, размеры шлифованной торцевой поверхности которого и определяют разрешающую способность устройства, при одновременном увеличении напряжения полезного сигнала, что уменьшает влияние собственного шума и помех на результат измерения. Разрешающая способность предложенного устройства достигает единиц миллиметров, что в десятки раз лучше, чем у прототипа. Выполнение измерительного электрода не сплошным, а в виде жгута из N изолированных проволок и использование суммирования коррелированных напряжений, снимаемых с каждой из них, дает возможность в десятки раз увеличить выходное напряжение устройства. Достигаемое при этом увеличение в $$\sqrt{N}$$

раз отношения по напряжению полезного сигнала к собственному шуму датчика вместе с экранировкой измерительных электродов от внешних электрических полей также обеспечивают повышение точности измерения. Устройство не обладает инерционностью. Даже очень быстрые изменения скорости потока (длительностью в доли миллисекунд) вызывают соответствующие изменения разности потенциалов между электродами, частотный диапазон измеряемых флуктуации достигает единиц килогерц и более. Отсутствие чувствительности к изменению температуры позволяют использовать его при исследовании турбулентности вблизи стенки, температура которой отличается от температуры жидкости. Жгут из склеенных проволок обладает высокой прочностью.The technical result achieved by the application of the proposed device consists in increasing the resolution and improving the accuracy of measuring small-scale fluctuations in flow velocity. It is ensured by the minimum diameter of the bundle, the dimensions of the polished end surface of which determine the resolution of the device, while increasing the voltage of the useful signal, which reduces the effect of intrinsic noise and interference on the measurement result. The resolution of the proposed device reaches units of millimeters, which is ten times better than the prototype. The implementation of the measuring electrode is not continuous, but in the form of a bundle of N insulated wires and the use of summing up the correlated voltages removed from each of them, makes it possible to increase the output voltage of the device tens of times. The increase achieved in this $$\sqrt{N}$$

times the ratio of the voltage of the useful signal to the intrinsic noise of the sensor, together with the shielding of the measuring electrodes from external electric fields, also provide increased measurement accuracy. The device does not have inertia. Even very fast changes in the flow velocity (in a fraction of a millisecond duration) cause corresponding changes in the potential difference between the electrodes; the frequency range of the measured fluctuations reaches several kilohertz or more. The lack of sensitivity to temperature changes allows it to be used in the study of turbulence near a wall whose temperature differs from the temperature of the liquid. Bonded wire harness has high strength.

Флуктуации потенциала поверхности электродов передаются на измерительный блок через слой окиси, играющий роль разделительного конденсатора, поэтому нижняя граница частотного диапазона флуктуации скорости, которые могут быть измерены, определяется как ƒ_н≈1/2πR_ВХС, где R_ВХ - входное сопротивление усилителя 5 измерительного блока, С - емкость электрода относительно электролита. Электроды из титана и нержавеющей стали имеют удельную емкость относительно электролита около 0,03 мкФ/мм². При площади торцевой поверхности проволоки 0,05 мм² и входном сопротивлении усилителя R_ВХ=100 МОм нижняя граница частотного диапазона составляет около одного герца.Electrode surface potential fluctuations are transmitted to the measuring unit through the oxide layer plays the role of the coupling capacitor, therefore, the lower limit of the frequency range of velocity fluctuations that can be measured is defined as ƒ _n ≈1 / 2πR _BX C, where R _BX - amplifier input impedance measuring 5 block, C is the electrode capacity relative to the electrolyte. The electrodes of titanium and stainless steel have a specific capacitance relative to the electrolyte of about 0.03 μF / mm ² . When the area of the end surface of the wire is 0.05 mm ² and the input impedance of the amplifier is R _BX = 100 MΩ, the lower boundary of the frequency range is about one hertz.

ЛитератураLiterature

1. Рейнольдс А. Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. Пер. с англ./М.: Энергия, 1979. - 408 с.1. Reynolds A. J. Turbulent flows in engineering applications. Per. from English / M.: Energy, 1979. - 408 p.

2. Авт. св. №1239604, МПК⁵ G01P 5/08, опубл. 23.06.1986, Бюл. №23.2. Auth. St. No. 1239604, IPC ⁵ G01P 5/08, publ. 06/23/1986, Bull. Number 23.

И.Л. Повх, А.Л.Аржанников, В.А.Цвикевич, И.Г Дунаевский. Устройство для измерения параметров турбулентного потока жидкости.I.L. Povkh, A.L. Arzhannikov, V.A. Tsvikevich, I.G. Dunaevsky. A device for measuring the parameters of a turbulent fluid flow.

3. Фрумкин А.Н., Багоцкий B.C., Иофа З.А., Кабанов Б.Н. Кинетика электродных процессов. М.: Изд-во МГУ, 1952, 319 с.3. Frumkin A.N., Bagotsky B.C., Iofa Z.A., Kabanov B.N. Kinetics of electrode processes. M.: Publishing House of Moscow State University, 1952, 319 p.

4. Духин С.С., Дерягин Б.В. Электрофорез. М.: Наука, 1976, 328 с.4. Dukhin S.S., Deryagin B.V. Electrophoresis M .: Nauka, 1976, 328 p.

5. Акиндинов В.В., Максименко В.Г. Экспериментальные исследования поляризации металлического электрода при движении в электролите // Радиотехника и электроника. - 1996. - Т.41, №8. - С.985-989.5. Akindinov V.V., Maksimenko V.G. Experimental studies of the polarization of a metal electrode when moving in an electrolyte // Radio Engineering and Electronics. - 1996. - T.41, No. 8. - S. 985-989.

6. Максименко В.Г. Проблемы уменьшения собственного шума электродных датчиков электрического поля, движущихся в электролите // Радиотехника и электроника. - 2002. - Т.47, №7. - С.809-813.6. Maksimenko V.G. Problems of reducing the intrinsic noise of electrode sensors of an electric field moving in an electrolyte // Radio Engineering and Electronics. - 2002. - T. 47, No. 7. - S.809-813.

Claims (2)

1. Устройство для измерения турбулентных пульсаций скорости потока жидкости, содержащее диэлектрический корпус обтекаемой формы с установленными на нем измерительными электродами и измерительный блок, включающий в себя усилители, к входам которых подключены электроды, и сумматор, входы которого соединены с выходами усилителей, отличающееся тем, что в него введен дополнительный электрод, измерительные электроды выполнены в виде проволок с изолированной боковой поверхностью, собранных в жгут или пучок с шлифованным торцом, число усилителей равно числу измерительных электродов, каждый из которых соединен с входом соответствующего усилителя, при этом дополнительный электрод соединен с общей шиной измерительного блока, а минимальное расстояние между дополнительным электродом и торцом жгута превышает размер зоны турбулентности.1. A device for measuring turbulent pulsations of the fluid flow rate, comprising a streamlined dielectric housing with measuring electrodes mounted on it and a measuring unit including amplifiers, the inputs of which are connected to electrodes, and an adder, the inputs of which are connected to the outputs of the amplifiers, characterized in that an additional electrode is introduced into it, the measuring electrodes are made in the form of wires with an insulated lateral surface, assembled into a bundle or a bundle with a polished end, the number will be amplified leu equal to the number of measuring electrodes, each of which is connected to the input of the respective amplifier, wherein the additional electrode is connected to the common bus of the measuring unit, and the minimum distance between the additional electrode and the end of harness exceeds the turbulence zone. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный электрод выполнен в виде установленного на диэлектрическом корпусе полого металлического цилиндра, площадь поверхности которого на порядок и более превышает суммарную площадь торцевой поверхности измерительных электродов, при этом жгут из проволок, в виде которых выполнены измерительные электроды, установлен внутри дополнительного электрода так, что его торец выступает за край дополнительного электрода. 2. The device according to claim 1, characterized in that the additional electrode is made in the form of a hollow metal cylinder mounted on a dielectric body, the surface area of which is an order of magnitude or more greater than the total area of the end surface of the measuring electrodes, while the wire harness, in the form of which are made measuring electrodes are installed inside the additional electrode so that its end protrudes beyond the edge of the additional electrode.

Images