Algorytmiczna optymalizacja pasma przenoszenia anemometru z grzanym włóknem

• Autorzy: Ligęza Paweł

Warianty tytułu

EN

Algorithmic optimization of the frequency bandwidth of the hot-wire anemomete

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Optymalizacja pasma przenoszenia anemometrów z grzanym włóknem stanowi jedno z wyzwań metrologii przepływów turbulentnych i pulsacyjnych. W tym celu stosowana jest miniaturyzacja czujników zmniejszająca inercję termiczną elementu pomiarowego, struktura układu elektronicznego i parametry jego elementów podlegają optymalizacji, rozwijane są metody i algorytmy przetwarzania sygnału wyjściowego. W typowych anemometrach z grzanym włóknem wyjściowy sygnał napięciowy przetwarzany jest na sygnał mierzonej prędkości z zastosowaniem statycznej funkcji wzorcowania. W artykule opisano algorytm pomiarowy wykorzystującą równocześnie dwa sygnały pomiarowe z anemometru. Są to sygnały proporcjonalne do napięcia i prądu czujnika. Na podstawie tych sygnałów i dynamicznego modelu czujnika z parametrami wzorcowania odtwarzany jest przebieg mierzonej prędkości przepływu.

EN

One of the challenges of turbulent and pulsed flow metrology is the optimization of the bandwidth of hot- -wire anemometers. The miniaturization of sensors is used there, which reduces the thermal inertia of the measuring element, the structure of the electronic system and parameters of its elements are optimized, methods and algorithms for processing the output signal are developed. In typical hot-wire anemometers, the output voltage signal is converted into the measured velocity signal using a static calibration function. The article describes a measurement algorithm that simultaneously uses two measurement signals from an anemometer. These are signals proportional to the sensor voltage and current. Based on these signals and the dynamic calibration function, the measured flow velocity is calculated using a dynamic sensor model.

Słowa kluczowe

PL

anemometr z grzanym włóknem; przepływy turbulentne; przepływy pulsacyjne; optymalizacja pasma przenoszenia; model dynamiczny

EN

hot-wire anemometer; turbulent flows; pulsed flows; bandwidth optimization; dynamic model

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2021
• Tom: T. 23, nr 1-4
• Strony: 3--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Ligęza Paweł

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-2865-4001

Bibliografia

• [1] Silin N., Cuscueta D., Clausse A., Experimental assessment on the performance of hot wire anemometry in and around a permeable medium by comparison with Particle Image Velocimetry. Flow Measurement and Instrumentation 78, 2021, 101827.
• [2] Freymuth P., Feedback Control Theory for Constant-Temperature Hot-Wire Anemometers. Rev. of Sci. Instrum. 1967, 38, 677-681.
• [3] Davis M.R., The dynamic response of constant resistance anemometers. J. Phys. E: Sci. Instrum. 1970, 3, 15-20.
• [4] Freymuth P., Frequency response and electronic testing for constant-temperature hot-wire anemometers. J. Phys. E: Sci. Instrum. 1977, 10, 705-710.
• [5] Watmuff J.H., Investigation of the Constant-Temperature Hot-Wire Anemometer. Exp. Thermal and Fluid Sci. 1995, 11, 117-134.
• [6] Saddoughi S.G., Veeravalli S.V., Hot-wire anemometry behaviour at very high frequencies. Meas. Sci. Technol. 1996, 7, 1297-1300.
• [7] Freymuth P., On higher order dynamics of constant-temperature hot-wire anemometers. Meas. Sci. Technol. 1998, 9, 534-535.
• [8] Payne S.J., Unsteady Loss in a High Pressure Turbine Stage. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements of the degree of Doctor of Philosophy at the University of Oxford. Hilary Term, Department of Engineering Science, University of Oxford, 2001 http://www.robots.ox.ac.uk/~sjp/publns/sjp_thesis_c4_chapter4.pdf
• [9] Li D.J., Dynamic response of constant temperature hot-wire system in turbulence velocity measurements. Meas. Sci. Technol. 2004, 15, 1835-1847.
• [10] Li D.J., The effect of electronic components on the cut-off frequency of the hot-wire system. Meas. Sci. Technol. 2005, 16, 766-774.
• [11] Li D.J., Dynamic response of constant temperature hot-wire system under various perturbations. Meas. Sci. Technol. 2006, 17, 2665-2675.
• [12] Ligęza P., Constant-bandwidth constant-temperature hot-wire anemometer. Review of Scientific Instruments, vol. 78, 2007.
• [13] Ligęza P., Construction and experimental testing of the constant-bandwidth constant-temperature anemometer. Review of Scientific Instruments, vol. 79, 2008.
• [14] Ligęza P., An investigation of a constant-bandwidth hot-wire anemometer. Flow Measurement and Instrumentation, vol. 20, 2009.
• [15] Fan Y., Arwatz G., Buren T.W., Hoffman D.E., Hultmark M., Nanoscale sensing devices for turbulence measurements. Experiments in Fluids, 2015, 56, 138.
• [16] Hutchins N., Monty J.P., Hultmark M. et al., A direct measure of the frequency response of hot-wire anemometers: temporal resolution issues in wall-bounded turbulence. Experiments in Fluids 2015, 56, 18.
• [17] Fan D., Xiaoqi C., Wong C.W., Li J.-D., Optimization and Determination of the Frequency Response of Constant- -Temperature Hot-Wire Anemometers. AIAA Journal 2017, 55 (8).
• [18] Diribarne P., Thibault P., Roche P.-E., Nano-shaped hot-wire for ultra-high resolution anemometry in cryogenic helium. Review of Scientific Instruments 90, 2019, 105004.
• [19] Ligęza P., Modification of Hot-Wire Anemometers Frequency Bandwidth Measurement Method, Sensors 20 (6), 2020, 1595.
• [20] Bruun H.H., Hot-wire Anemometry. Principles and Signal Analysis. University Press, Oxford, 1995.
• [21] Ligęza P., On unique parameters and unified formal form of hot-wire anemometric sensor model. Review of Scientific Instruments, 2005, 76, 1, 126105.
• [22] Ligęza P., Static and dynamic parameters of hot-wire sensors in a wide range of filament diameters as a criterion for optimal sensor selection in measurement process. Measurement 2020, 151, 107177.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).