Stosowana w badaniu przepływów turbulentnych metoda termoanemometryczna polega na pomiarze wielkości fizycznych opisujących przepływ poprzez pomiar strat cieplnych miniaturowego nagrzanego elementu. Termoanemometr umożliwia pomiary przepływów szybkozmiennych w szerokim zakresie prędkości, przy dobrym stosunku sygnału do szumu. Pasmo przenoszenia sięga setek kiloherców, a zakres mierzonych prędkości od ułamków metra na sekundę do prędkości ponaddźwiękowych. W artykule przedstawiono koncepcję modyfikacji klasycznego mostkowego układu anemometru stałotemperaturowego z przeznaczeniem do badań w szerokim zakresie fluktuacji prędkości przepływu. Istotą zaproponowanej modyfikacji jest przede wszystkim ograniczenie szumów własnych układu przy zachowaniu bardzo dobrych parametrów dynamicznych. Układ przeznaczony jest do badań przepływów turbulentnych o szerokim spektrum częstotliwościowym fluktuacji prędkości.
EN
The hot-wire anemometric method used in the study of turbulent flows consists in measuring the physical quantities describing the flow by measuring thermal losses of a miniature heated element. The hot-wire anemometer enables measurements of fast-varying flows over a wide velocity range, with a good signal-to-noise ratio. The frequency response is of hundreds of kilohertz, and the measured velocity ranges is from centimeters per second to supersonic speeds. The article presents the concept of modification of the classic bridge of constant-temperature anemometer system intended for testing in a wide spectral range of flow velocity fluctuations. The essence of the proposed modification is, above all, to reduce the system’s own noise while maintaining very good dynamic parameters. The system is designed to study turbulent flows with a wide frequency spectrum of velocity fluctuations.
An approach to building a multi-channel digital-analog system is proposed, in which, unlike the known ones, a code-current converter, a controlled current generator, and also a current communication block are used. For a given accuracy, this saves on the analog system equipment. It has been shown that the proposed principle of building a controlled current source in the form of a highly linear push-pull amplifier – current scalar on bipolar transistors with a grounded load – has a high output resistance and wide bandwidth, which allows the use of current switching to implement the multi-channel system mode.
PL
Proponowane jest podejście do budowy wielokanałowego systemu cyfrowo - analogowego, w którym w odróżnieniu od znanego jednego przetwornika oferowany jest kod - prąd, generator prądu sterowanego, a także blok komunikacji prądów. Pozwala to zaoszczędzić na danej dokładności na sprzęcie analogowym systemu. Wykazano, że proponowana zasada budowy sterowanego generatora prądu w postaci wysoce liniowego wzmacniacza dwutaktowego – skaler prądu na tranzystorach bipolarnych z uziemionym obciążeniem ma wysoką rezystancję wyjściową i szerokie pasmo, co pozwala na zastosowanie przełączania prądu do realizacji trybu systemu wielokanałowego.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Podstawowy obszar aplikacyjny termoanemometrów stanowią pomiary fluktuacji prędkości przepływu gazów w szerokim spektrum częstotliwości. Istotną cechą termoanemometrycznych systemów pomiarowych jest więc możliwie duże pasmo przenoszenia sygnału pomiarowego. Standardowo szerokie pasmo przenoszenia uzyskuje się poprzez zastosowanie stałotemperaturowego trybu pracy anemometru. W trybie tym temperatura grzanego elementu pomiarowego utrzymywana jest na stałym poziomie dzięki zastosowaniu układu elektronicznego ze sprzężeniem zwrotnym. Pasmo przenoszenia dla termoanemometrów stałotemperaturowych może sięgać setek kiloherców. Ponieważ czujnik termoanemometryczny stanowi pod względem elektrycznym rodzaj pętli indukcyjnej, mogą indukować się w nim zakłócenia elektromagnetyczne. Duże wzmocnienie oraz szerokie pasmo przenoszenia układu stałotemperaturowego powodują, że w przypadku występowania zakłóceń elektromagnetycznych udział sygnałów niepożądanych w sygnale wyjściowym termoanemometru może być znaczący. W pracy tej przedstawiono koncepcję metody eliminacji tych zakłóceń.
EN
The main application area for hot-wire anemometers are measurements of gas flow velocity fluctuations in a wide range frequency spectrum. An important feature of hot-wire anemometric measuring systems is therefore the highest possible frequency bandwidth of the measuring circuit. As a standard, a wide frequency response is obtained by using a constant temperature mode of the anemometer. In this mode, the temperature of the heated measuring element is kept constant, by the use of an electronic system with feedback. The frequency response for constant temperature anemometers can reach hundreds of kilohertz. Since the hot-wire sensor is a kind of induction loop in electrical terms, electromagnetic interference may be induced in it. The high gain and the wide frequency bandwidth of the constant temperature system mean that in the event of electromagnetic interference, the share of unwanted signals in the output signal of the anemometer can be significant. This work presents the concept of the method for eliminating these disturbances.
For the ERc 1400-30/7 type bucket wheel excavator (BWE) used in various Romanian open pit mines, a virtual model of the boom was constructed in SolidWorks. On this model, the variable in time forces acting during the excavation process were simulated, and the time history analysis (time response) was performed. This dynamic time response analysis was performed for excavation of homogenous material only, considering the damping as being of Rayleigh’s type, where the damping matrix is a linear combination of the mass and stiffness matrices. Based on the conducted analysis, the displacements of the boom during excavation were observed.
The paper deals with the modal analysis and frequency response analysis of a bucket wheel excavator (BWE) boom, obtained by simulation, based on a virtual model of an existing BWE boom. The boom, which generally is realized as a spatial truss, is the most vulnerable subsystem of the BWE, being submitted to severe operational loads characterized by very pronounced cyclical, dynamic and stochastic variability. This vulnerability is the consequence of its shape and constructive parameters and the nature, source and character of the external exciting loads to which it is exposed. The classical approach recommended by standards and norms cannot predict the occurrence of failures caused by vibration, which produces fatigue due to the load’s cyclical variability and the deformation produced by resonant vibration of some constitutive elements. As exciting load we considered the operational forces acting on the bucket wheel. In this manner we can take into account the constructive features - with modal analysis, and the vibration regime - with frequency response analysis. The proposed method is useful both in the design phase of new load-bearing structures of truss type subjected to high-variability forces, and also in refurbishment or improvement phases of the existing structures of this kind.
In the article, the authors analyze the effect of a fuel mixture (iso-octane, butanol and ethanol) on the generation of engine vibrations. The paper presents the results in the form of frequency response (using the Fast Fourier Transform - FFT) for three mixtures of different proportions. The measurements were made with the use of accelerometers and data acquisition cards, conditioning the received signal. The vibration component, in the form of acceleration, will be subjected to a FFT and presented in graphical form (periodogram). The authors put a special emphasis on a comparative analysis, indicating changes in harmonics, which may be a potential cause of engine degradation.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Pomiary fluktuacji prędkości stanowią główny obszar aplikacyjny termoanemometrów. Dlatego też wyznaczenie pasma przenoszenia termoanemometru stanowi ważne zagadnienie dla oceny jego właściwości metrologicznych. Standardowa, pośrednia metoda wyznaczania pasma przenoszenia termoanemometru polegająca na podłączeniu przewodowo do elektronicznego układu termoanemometrycznego periodycznego, testującego sygnału napięciowego. Na podstawie odpowiedzi termoanemometru na taki sygnał można oszacować pasmo przenoszenia termoanemometru. W artykule proponuje się modyfikację metody z periodycznym sygnałem testującym. Modyfikacja polega na bezprzewodowym doprowadzeniu elektrycznego sygnału testującego do czujnika pomiarowego poprzez transformatorowe sprzężenie indukcyjne.
EN
Measurements of gas velocity fluctuations constitute the main application area of hot-wire anemometers. Therefore, determining the frequency response of the hot-wire anemometer is an important issue for the assessment of its metrological properties. A standard, indirect method of determining the frequency response of a anemometer consists of use of an periodic testing signal connected directly to the anemometer circuit. Based on the response of the anemometer to such a signal, the frequency response can be estimated. The article proposes to modify the method with a periodic test signal. The modification consists in wireless connection of the electrical test signal to the measuring sensor via transformer inductive coupling.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Typowym układem pracy anemometru z grzanym włóknem jest układ stałotemperaturowy. Jest to elektroniczny układ automatycznej regulacji, który utrzymuje średnią temperaturę włókna czujnika na stałym, zadanym poziomie. Układ stałotemperaturowy zawiera mostek komparacji rezystancji oraz regulator pracujący w pętli sprzężenia zwrotnego. W takim układzie prąd czujnika jest funkcją strat cieplnych włókna pomiarowego, a więc pośrednio mierzonej prędkości przepływu. Anemometr stałotemperaturowy umożliwia pomiar szybkozmiennych fluktuacji prędkości przepływu, jednak pasmo przenoszenia jest funkcją parametrów układu, oraz współczynnika nagrzania włókna i prędkości przepływu. Dobór parametrów i regulacja układu stałotemperaturowego umożliwiają kształtowanie i optymalizację pasma przenoszenia anemometru do pomiarów w szybkozmiennych przepływach turbulentnych. W pracy przedstawiono model matematyczny anemometru stałotemperaturowego oraz badania symulacyjne obrazujące kształtowanie pasma przenoszenia i metodykę optymalnej regulacji anemometru. Artykuł stanowi pierwszą część cyklu poświęconego tematyce pomiarów termoanemometrycznych w przepływach szybkozmiennych.
EN
A typical system for supply a hot-wire flow velocity sensor is a constant-temperature system. It is an electronic automatic control system, that maintains an average temperature of the wire at a constant, preset level. The constant-temperature system consists of a resistance bridge and a regulator working in the feedback loop. In such an arrangement, the current of the sensor is a function of the heat loss from wire to flow, and therefore, indirectly, the function of the measured fl ow velocity. The constant-temperature anemometer enables the measurement of fast fluctuations in flow, but the frequency bandwidth of the anemometer is a function of the overheat ratio and the flow velocity. The choice of system parameters allows to optimize the frequency bandwidth of the anemometer. Presented mathematical model of the constant-temperature anemometer and research methodology of computer simulations allows analysis of the process of regulation, optimization and determination of the frequency bandwidth of the anemometer. This article is the first part of a series dedicated to the topic of hot-wire anemometric measurements in fast changing flows.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Pomimo ciągłego rozwoju optycznych technik pomiaru przepływów metoda termoanemometryczna w dalszym ciągu pozostaje doskonałym narzędziem badawczym w metrologii przepływów turbulentnych. Anemometr stałotemperaturowy umożliwia pomiar szybkozmiennych fluktuacji prędkości przepływu, jednak pasmo przenoszenia jest funkcją parametrów układu, oraz współczynnika nagrzania włókna i prędkości przepływu. Dobór parametrów układu stałotemperaturowego umożliwia kształtowanie i optymalizację pasma przenoszenia anemometru. W pracy przedstawiono wyniki badań symulacjach zależność pasma przenoszenia anemometru w zależności od współczynnika nagrzania i prędkości przepływu. Artykuł stanowi drugą część cyklu poświęconego tematyce pomiarów termoanemometrycznych w przepływach szybkozmiennych.
EN
Despite the continuous development of flow measurement optical techniques, the hot-wire anemometric method continues to be an excellent research tool in turbulent flow metrology. A typical system for supply a hot-wire flow velocity sensor is a constant-temperature system. It is an electronic automatic control system, that maintains an average temperature of the wire at a constant, preset level. The constant-temperature system consists of a resistance bridge and a regulator working in the feedback loop. In such an arrangement, the current of the sensor is a function of the heat loss from wire to flow, and therefore, indirectly, the function of the measured flow velocity. The constant- -temperature anemometer enables the measurement of fast fluctuations in flow, but the frequency bandwidth of the anemometer is a function of the overheat ratio and the flow velocity. The choice of system parameters allows to optimize the frequency bandwidth of the anemometer. Presented computer model simulations of the constant-temperature anemometer and research methodology allows analysis of the process of determination of the frequency bandwidth of the anemometer. This article is the second part of a series dedicated to the topic of hot-wire anemometric measurements in fast changing flows.
W artykule zaprezentowano opracowany model symulacyjny zmodyfikowanej struktury sterowanego energoelektronicznego źródła prądowego. Głównym celem prowadzonych prac było osiągnięcie możliwie szerokiego pasma przenoszenia układu. W konsekwencji poprawiono właściwości dynamiczne przekształtnika, dzięki czemu wzrósł stopień dokładności odwzorowania w sygnale wyjściowym źródła prądowego sygnału referencyjnego cechującego się dużą szybkością zmian w czasie (np. sygnału prostokątnego). Opisana struktura przekształtnika bazuje na implementacji dodatkowego modulatora prądu sprzężonego z modułem głównym źródła. Ponadto zastosowano rozwiązanie, które umożliwia zmianę parametrów wyjściowego filtru dolnoprzepustowego modułu pomocniczego (modułu modulatora prądu) w czasie pracy zależnie od wymaganej dynamiki. W artykule przedstawiono zarówno część silnoprądową, jak i sterującą zamodelowanego przekształtnika. Zaprezentowano wybrane wyniki badań dla różnych warunków pracy uwzględniających m.in. przykładową aplikację.
EN
In this paper the elaborated structures of modified wideband controlled current source is presented. The power circuit and also control system were described. The main task of presented power electronic converter was to achieve the widest possible bandwidth of the system. The elaborated structure is based on main module, which works with additional power electronics current modulator with output filter with variable inductance. The chosen simulation results of research was also analyzed.
The technique and results of experimental studies of dynamic characteristics of spatial Drive Systems, which includes six coordinate parallel kinematic machine and system manipulation as six coordinate table. The amplitude-frequency and impulse response relative movement of the table and platform machine based on the analysis of characteristics from the mathematical model of the spatial system drive as the transfer function and defines the numerical parameters of the model. Technological complex spatial systems, drives, frequency response, pulse characteristics, natural frequencies, damping parameters, mathematical models, transfer functions.
PL
W artykule przedstawiono metodykę oraz wyniki badań eksperymentalnych charakterystyki dynamicznej przestrzennych systemów napędowych maszyny, na które składa się sześć współrzędnych równoległej kinematyki i manipulacji systemu. Częstotliwości i amplitudy odpowiedzi impulsowej względnego ruchu maszyny, obejmującej stolik oraz platformę ustalono na podstawie analizy cech modelu matematycznego systemowego dysku przestrzennego, który traktowano jako funkcję przenoszenia umożliwiającą zdefiniowanie parametrów numerycznych modelu.
The use of measurement apparatus under conditions which differ significantly from those under which the apparatus was adjusted carries the risk of altering the previously determined measurement characteristics. This is of special concern in the case of apparatus which is sensitive to external measurement conditions. Advanced measurement systems are equipped with algorithms which allow the negative effect of unstable environmental conditions on their static characteristics to be compensated for. Meanwhile, the problem of altered dynamic properties of such systems is often neglected. This paper presents a model study in which the effect of variable operational conditions on dynamic response of hot-wire anemometric measurement system in the case of simulated mine flows was investigated. A mathematical model of measurement system able to compensate the negative effect of changes in flow velocity and configuration of measurement apparatus itself on its dynamic properties was developed and investigated. Based on conducted experiments, we have developed an automatic regulation algorithm enabling the transmission band of measurement apparatus to be optimized for measurement conditions prevailing in mine environment.
PL
Stosowanie aparatury pomiarowej w warunkach różnych od warunków, w których aparatura ta była adjustowana niesie ze sobą ryzyko zmian wyznaczonych wcześniej charakterystyk pomiarowych. Dotyczy to w szczególności aparatury wrażliwej na zewnętrzne czynniki pomiarowe. Zaawansowane systemy pomiarowe wyposaża się w algorytmy pozwalające na kompensację negatywnego oddziaływania zmiennych warunków środowiskowych głównie na charakterystyki statyczne. Pomija się często przy tym problem zmian właściwości dynamicznych systemów. W artykule przedstawiono modelowe badania wpływu zmiennych warunków użytkowania na odpowiedź dynamiczną termoanemometrycznego systemu pomiarowego w warunkach pomiarów symulowanych przepływów kopalnianych. Opracowano i przebadano symulacyjnie matematyczny model układu pomiarowego zdolnego do kompensacji negatywnego wpływu zmian prędkości przepływu oraz konfiguracji aparatury pomiarowej na jej właściwości dynamiczne. Na podstawie przeprowadzonych badań stworzono algorytm automatycznej regulacji pozwalający na optymalizację pasma przenoszenia aparatury pomiarowej w warunkach pomiarów w środowisku kopalnianym.
W artykule przedstawiono eksperyment polegający na pomiarze czasu pogłosu sali wykładowej metodą wstecznego całkowania odpowiedzi impulsowej z wykorzystaniem czterech rodzajów mikrofonów pomiarowych. Źródłem pobudzenia był pistolet hukowy. Zarejestrowane dane pomiarowe przeanalizowano pod kątem wpływu różnych czynników na wyliczoną charakterystykę czasu pogłosu w siedmiu pasmach oktawowych. W wyniku analizy stwierdzono, że największy wpływ na rozrzut wyników ma jakość źródła dźwięku (energia i pasmo przenoszenia). Przy zastosowaniu jako źródła pistoletu hukowego stosunkowo niewielki wpływ na dokładność pomiaru ma jakość mikrofonu pomiarowego oraz zastosowany sposób aproksymacji krzywej pogłosowej.
EN
The experiment consisting in the reverberation time measurement of the lecture auditorium using the back integration of the impulse response method and four different measuring microphones there is presented in the paper. As an impulse source the starting gun was used. Collected measuring data were analyzed due to the influence of various factors on calculated reverberation time characteristics in seven octave bands. The analysis showed, that the biggest influence on the results spread has the quality of sound source (energy and frequency bandwidth). If for the technical purposes the starting gun is used, the influence on measurement accuracy of microphone quality and approximation method is rather insignificant.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Pomiary termoanemometryczne w przepływach nieizotermicznych wymagają zastosowania układu kompensacji lub korekcji temperaturowej. Jednym z rozwiązań jest termoanemometr dwustanowy, pracujący z cyklicznie zmieniającym się w czasie poziomem nagrzania pojedynczego czujnika. Układ ten pozwala na prowadzenie pseudosymultanicznych pomiarów prędkości i temperatury w przepływach nieustalonych. Obszar pomiarowy ograniczony jest do rozmiarów elementu czynnego czujnika. Układ przeznaczony jest do badania przepływów z dużym gradientem prędkości i temperatury. Pasmo przenoszenia jest jednak znacznie ograniczone. W pracy zaproponowano metodę optymalizacji pasma przenoszenia termoanemometru dwustanowego opartą o dwa elementy. Metoda polega na zastosowaniu specjalizowanego układu stałotemperaturowego o zmiennych parametrach dynamicznych oraz na odpowiedniej organizacji cyklu pomiarowego. Analizę metody przeprowadzono w oparciu o symulacyjne badania modelowe. W wyniku przeprowadzonych badań wykazano, że istnieje możliwość znacznego poszerzenia pasma przenoszenia termoanemometru dwustanowego.
EN
Hot-wire anemometric measurements of non-isothermal flows require the use of thermal compensation or correction circuitry. One possible solution is a two-state hot-wire anemometer that uses the cyclically changing heating level of a single sensor. The area in which flow velocity and fluid temperature can be measured is limited by the dimensions of the sensor’s active element. The system is designed to measure flows characterized by high velocity and temperature gradients, although its transmission bandwidth is very limited. In this study, we propose a method to optimize the two-state hot-wire anemometer transmission bandwidth. The method is based on the use of a specialized constant-temperature system together with variable dynamic parameters. It is also based on a suitable measurement cycle paradigm. Analysis of the method was undertaken using model testing. Our results reveal a possible signifi cant broadening of the two-state hot-wire anemometer’s transmission bandwidth.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono propozycję wprowadzenia do układu stałotemperaturowego regulatora adaptacyjnego działającego w taki sposób, aby uzyskać możliwie stałe pasmo przenoszenia anemometru w funkcji prędkości przepływu. Jest to realizowane poprzez zastosowanie drugiej pętli sprzężenia zwrotnego. W pętli tej sygnał wyjściowy z anemometru steruje parametrami regulatora tak, aby zarówno dla małych jak i dla dużych prędkości pasmo przenoszenia było zbliżone. Opracowany model matematyczny anemometru stałotemperaturowego oraz przeprowadzone badania modelowe pozwalają na ocenę zaproponowanego rozwiązania.
EN
A modification of constant temperature anemometer circuit is outlined whereby an adaptive controller is incorporated in the CT system such that the anemometer’s transmission band should remain constant in the function of flow velocity. For that purpose a second feedback loop is provided and the output signal from the anemometer will regulate the controller’s parameters such that the transmission band remain identical both for small and high velocities. The developed mathematical model of a CTA and model testing data allow a through evaluation of the proposed solution.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Typowym układem pracy anemometru z grzanym włóknem jest układ stałotemperaturowy. Jest to elektroniczny układ automatycznej regulacji, który utrzymuje średnią temperaturę włókna czujnika na stałym, zadanym poziomie. Układ stałotemperaturowy zawiera układ komparacji rezystancji oraz regulator pracujący w pętli sprzężenia zwrotnego. W takim układzie prąd czujnika jest funkcją strat cieplnych włókna pomiarowego, a więc pośrednio mierzonej prędkości przepływu. Anemometr stałotemperaturowy umożliwia pomiar szybkozmiennych fluktuacji prędkości przepływu, jednak pasmo przenoszenia jest funkcją prędkości przepływu. W przepływach, w których prędkość średnia nie zmienia się znacząco nie stanowi to istotnej wady metody pomiarowej. Jednak w przepływach, w których prędkość średnia zmienia się w szerokim zakresie może to stanowić źródło błędów dynamicznych. W pracy omówiono problem oraz przedstawiono metody kształtowania pasma przenoszenia anemometru stałotemperaturowego. Opracowany model matematyczny anemometru stałotemperaturowego oraz przeprowadzone badania modelowe pozwalają na analizę metod kształtowania pasma anemometru stałotemperaturowego.
EN
A typical set-up for a hot-wire anemometer sensor operation is the constant-temperature (CT) system, involving automatic control of current supplying the sensor so that the temperature of hot element should remain on a fixed, preset level. The CT system incorporates a comparator circuit and a controller operating in a feedback loop. In such configuration the sensor current becomes the function of thermal losses from the sensor wire, and, indirectly, of the flow velocity to be measured. A CTA (constant-temperature anemometer) enables the measurements of fast-changing velocity fluctuations, though the transmission band will still be the function of flow velocity. This is a minor drawback when the average flow velocity does not significantly change, though might lead to dynamic errors when flow velocity varies over a considerable range. The developed mathematical model of a CTA and model testing data allow an analyze of the methods of frequency bandwidth forming in constant temperature anemometer.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.