[其他]一種調頻型流體壁面剪切力儀

無效

• 申請號: 87205821
• 申請日: 1987-04-04
• 公開（公告）號: CN87205821U
• 公開（公告）日: 1988-02-03
• 發明（設計）人: 孫厚鈞
• 申請（專利權）人: 北京建筑工程學院
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為流體力學實驗中測定流體對固體壁面的流體剪切應變率，以確定作用于壁面的剪切應力或摩擦力的儀器，屬于計量流體應力的儀器類。

用以驅動宇航飛行器和潛射航行器的能量要用來克服其表皮所受空氣或水的摩擦力。石油工業與市政工程中，通過管道輸送油、水或氣時，主要由管道內壁的摩擦阻力決定耗能的多少。為了節能及改善上述管道和飛行器等的性能，需要在研制階段借助于儀器測定不同形狀及不同表面粗糙度情況下的摩擦阻力。此外，在壓水堆式核電站反應器的設計階段，也需要測定其模型棒束流場的剪切變形速率。本發明即應上述需要而創制。在本發明以前，一般是采用Preston管式、熱膜式或電化學式流體剪切力儀做為測量儀器。但是，Preston管插入流體近壁層會顯著地干擾流場，使測值不能反映真實的受力情況。熱膜式流體剪切力儀基于熱膜式剪力法的理論基礎，即承認熱交換與動量交換這兩種物理現象之間存在著確定的比擬關系，但這種比擬關系是否確實成立，目前仍有很大疑點，因而其測值的代表性并不可靠。電化學測量儀也以承認電化學反應與剪力之間的比擬關系為前提，故也是非直接測量，目前，對其測值的解釋尚有很大分歧。發明人在本發明以前，曾在英國發明了激光流體應變率儀，激光流體應變率儀可直接測量應變率。此外，美國田納西大學吳建民教授及Vakili博士在美國1986年航天航空學術會議上公開了一種活動條帶式流體摩擦力儀，也可以用來直接測量應變率。

上述兩種應變率儀比Preston管式、熱膜式和電化學式應變率儀有了很大改進。但是，激光流體應變率儀體積太大，造價昂貴，且要求流體及被測壁面透明；而活動條帶式流體摩擦力儀采用調幅式信號轉換，因而容易因溫度等環境變化而造成零點漂移及特性校正曲線的改變。這些缺點限制了上述兩種應變率儀的適用范圍。

本發明的目的是提供一種直測式的剪切力儀，并采用調頻式信號轉換，以易于直接對流體壁面剪切力進行測量，并能使讀數零點穩定，儀器安裝方便，且制造工藝簡單的流體壁面剪切力儀。

本發明的技術解決方案是：剪切力儀中的承剪片（5）繞在支承輥（6）上，并與金屬絲（13，14）相連，應變測量裝置包括一個固定在瓷墊座（8）上的永磁鐵（7），音頻放大器集成片（1）和（4），混頻器集成片（2）和直流放大器集成片（3）。

在本發明中儀器輸出信號的頻率將隨欲測的摩擦力之大小而變化，屬調頻工作方式，抗干擾能力強，易于遙傳，不必經模數轉換環節即可直接輸送給電子計算機進行數據處理。敏感元件對偶式地差動布置，儀器輸出信號為兩元件自振頻率的差拍頻率，可補償溫濕度影響，擴大適用的溫度范圍。傳力與導電部件都可以用高強度金屬絲與帶，經熔接焊聯接，沒有粘接環節，避免了由蠕變徐滑產生的零點漂移。在儀器安裝時即調整得使其與零荷載對應的差拍頻率等于某一特定頻率（如2^KHZ），而在受正方向剪切力時，輸出頻率將由該特定頻率增高，受負方向剪切力時輸出頻率將由該特定頻率降低，從而能夠測定湍動流體中正負交變的剪切力。在本發明中，用與被測模型表面具有同等粗糙度的活動承剪片（5）來承接傳遞剪切力，可以盡可能真實而無畸變地反映流體施加于飛行器表面的剪切力。承剪片（5）光滑地浮貼在可繞軸旋轉的圓弧形輪廓的支承輥（6）表面，可以減少上游（迎流面）與下游（背流面）間隙因剪切力作用而變動大小及上下游壓力差所帶來的誤差。支承輥（6）可以采用轉軸位于中間高度的橢圓形，也可以采用轉軸位于圓心的圓形。承剪片（5）的延伸部分與左右兩根金屬絲（13，14）用熔接焊焊牢。金屬絲（13，14）最好采用鎢錸合金絲。金屬絲（13，14）分別借助于純鎳片焊接固定在調節螺栓（9）上端。調節螺栓（9）采用異形螺栓，即在調節螺栓（9）的一端沿螺栓中心線用一縱切面與一垂直于直徑的橫切面切去一塊的螺栓，這樣可保證金屬絲（13，14）不致隨調節螺栓（9）的旋轉而纏繞導致損壞。S和N分別代表釤鈷（S_m－C_C）永磁鐵（7）的南北極。永磁鐵（7）固定在瓷墊座（8）上，瓷墊座（8）上有預置的半圓孔（10）以限制調節螺栓（9）的轉動。O代表儀器的輸出端，GND代表儀器接地端。借助于底板（11）上螺孔（12）可調節儀器使承剪片（5）恰好與試驗模型表面齊平。金屬絲（13，14）自振時切割永磁鐵（7）的磁力線將產生交變電信號，將這些信號饋送給音頻放大器集成片（1，4），放大后，送混頻器集成片（2）混頻，然后將差拍信號送到直流放大器集成片（3）放大，最后經輸出端O輸出，經低通濾波后可得金屬絲（13，14）自振頻率之差。圖中表示調頻型流體壁面剪切力儀的平面圖與A－A剖面圖。

附圖說明：