Modification of an algorithm for determining the gas flow velocity components in hot-wire measurements

• Autorzy: Ligęza P. , Socha K.

Warianty tytułu

PL

Modyfikacja algorytmu znaczenia składowych wektora prędkości przepływu gazu w pomiarach anemometrycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Measurements of flow velocity are of major importance in the studies of mine ventilation systems. One of applied methods of measuring velocity is hot wire anemometry which is based on heat transfer between the medium and a hot element. It is a indirect measurement method, utilising thermal phenomena. Presented in the paper is the experimental setup for measuring the velocity vectors. The main component is a three-wire sensor with orthogonally placed wires. The sensor is supplied from a digitally - controlled four-channel CTA system. This configuration enables the simultaneous measurement of three signals. The paper outlines the conventional method of determining the velocity vector. The calculation procedure involves two stages: determination of the effective velocity, and obtaining the velocity vector components. Of particular interest is the modified method whereby the velocity vector components are obtained directly from the measurement signals. Due to a large number of parameters in this method, they were determined using genetic algorithms. They are better in such applications then traditional optimisation methods. An experiment was conducted to compare the accuracy of the methods. In order that the results be easier to interpret, the parameters in each case were obtained for the traditional sensor configuration during the calibration. The evaluation of results is supported by the qualitative and quantitative analysis. It is readily apparent that the proposed modified method of determining the velocity vector components yields similar or even better results that the conventional two-step method. Careful selection of parameters in the genetic algorithms should further improve the accuracy of the procedure.

PL

Pomiar prędkości przepływu ma duże znaczenie przy badaniu procesu przewietrzania wyrobisk kopalnianych. Jedną ze stosowanych metod pomiaru prędkości jest termoanemometria. Polega ona na określaniu intensywności wymiany ciepła między medium, a umieszczonym w nim grzanym elementem. Jest to metoda pomiaru pośredniego oparta o wykorzystanie zjawisk cieplnych. W artykule omówiono stanowisko pomiarowe umożliwiające wykonanie pomiaru wektora prędkości. Głównym jego elementem jest trójwłóknowy czujnik rezystancyjny, z ortogonalnie rozmieszczonymi włóknami. Sonda pomiarowa zasilana jest sterowanym cyfrowo czterokanałowym układem temperaturowym. Taki system umożliwia jednoczesny pomiar trzech sygnałów. W pracy przedstawiono klasyczną metodę wyznaczania wektora prędkości. Obliczenia w tej metodzie można podzielić na dwa etapy: wyznaczenie prędkości efektywnych, a na ich podstawie składowych wektora prędkości. Następnie zaprezentowano metodę zmodyfikowaną. Polega ona na bezpośrednim wyznaczeniu z sygnałów pomiarowych składowych wektora prędkości. Ze względu na dużą liczbę parametrów w proponowanej metodzie, do ich wyznaczenia zastosowano algorytmy genetyczne. Lepiej radzą sobie one z tego typu zadaniami niż klasyczne metody optymalizacji. Przedstawiono również eksperyment wykonany w celu porównania obu metod. Dla łatwiejszej analizy otrzymanych wyników parametry, dla każdej z metod wyznaczono przy klasycznym ustawieniu sondy w trakcie wzorcowania. Do oceny otrzymanych wyników przeprowadzono analizę jakościową i ilościową. Na podstawie dokonanej analizy można stwierdzić, że zaproponowana modyfikacja metody wyznaczania wektora prędkości doprowadziła do otrzymania podobnych, a nawet lepszych wyników w porównaniu z metoda dwukrokową. Odpowiednie dobranie parametrów algorytmów genetycznych powinno zwiększyć dokładność wyznaczenia składowych wektora prędkości.

Słowa kluczowe

EN

hot-wire anemometry; three-wire sensor; velocity vector components; genetic algorithms

PL

termoanemometria; czujnik trójwłóknowy; składowe wektora prędkości; algorytmy genetyczne

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, no 3
• Strony: 327--341
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Ligęza P.

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

autor

Socha K.

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

Bibliografia

• [1] Ciombor, K., 2004. Programowany termoanemometryczny system pomiarowy. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 8, s. 5-11.
• [2] Elsner, J.W., Drobniak, S., 1995. Metrologia turbulencji przepływów. Zakład Narodowy im. Ossolińskich – Wydawnictwo PAN. Wrocław.
• [3] Gawor, M., Ligęza, P., Rachalski, A., 1994. Termoanemometryczny system wyznaczania wektora prędkości przepływu gazu. Materiały Konferencji Czujniki Optoelektroniczne i elektroniczne, COE’94.
• [4] Gawor, M., 1999. Karta szybkiego przetwornika analogowo cyfrowego z oprogramowaniem. Metrologia i Systemy Pomiarowe. VI, s. 249-255.
• [5] Gawor, M., 2003. Oprogramowanie termoanemometrycznego systemu pomiaru pól prędkości przepływu gazu. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, t. 5, nr 2, s. 245-252.
• [6] Jorgensen , F.E., 1971. Directional Sensitivity of Wire and Fiber-film Probes. Disa Information, No. 11.
• [7] Ligęza, P., 2003. Sterowany komputerowo termoanemometryczny system pomiarowy pracujący w oparciu o koncepcję sterowanego układu stałotemperaturowego. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, Kraków.
• [8] Poleszczyk, E., 2002. Termoanemometryczna metoda wyznaczania wektora prędkości przepływu gazu. Rozprawy, Monografie.
• [9] Rachalski, A., 2003. Algorytm wyznaczania wektora prędkości przepływu w pomiarach termoanemometrycznych. Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN, t. 5, nr 2, s. 253-259.