CC BY
22
СЕМИНАР 19
КЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯ
2000
МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000
1^ С.З. Шкундин, С.И. Буянов, В.А. Румянцева, 2000
УДК 622.414:621
С.З. Шкундин, С.И. Буянов, В.А. Румянцева
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОСТАВА КОНТРОЛИРУЕМОГО ПОТОКА НА ПОГРЕШНОСТЬ АКУСТИЧЕСКОГО
где V - скорость потока, С - ско-
рость звука, і -
кустическим анемометром называется прибор, измеряющий скорость воздушного потока по изменению фазы акустического сигнала. Этот прибор измеряет скорость потока в пределах от 0.01 до 20 м/с с погрешностью до 5 %. Для обеспечения безопасной работы в шахтах необходимо контролировать вентиляционную систему с достаточной точностью. Повышение точности анемометров позволяет снизить энергозатраты на вентиляцию, не уменьшая безопасность шахты. Целью настоящей работы является совершенствование акустического анемометра, выявление факторов, вызывающих погрешности и, по возможности, устранение этих погрешностей.
Акустический анемометр (рис. 1) представляет собою цилиндрический волновод-воздуховод 1, содержащий источник 2 и приемники 3 и 4 акустического сигнала, которые имеют форму колец.
Из-за наличия воздушного потока время прихода акустического сигнала на приемник, расположенный по потоку будет отличаться от времени прихода на приемник, расположенный против потока. Пусть ^ и
?2 время прихода некоторой фазы на приемники 3 и 4 соответственно, то-2Vl
гда [1] а = ^ = 2 2 , р2с 2
Рис. 1. Анемометрический канал Рис. 2. Зависимость скорости звука: а) от концентрации метана, б) от температуры
расстояние от источ-2
Р2 1 V
ника до приемников, р = 1--------— .
С 2
При измерении скоростей много меньших скорости звука а можно считать пропорциональным V, если С постоянна. Но скорость звука в воздухе зависит от температуры воздуха, от его состава. Рассмотрим, насколько меняется скорость звука в нормальных условиях. Для этого используем формулу для скорости звука
в идеальном газе [2]: с =
кТЯ
где
к = 1.401 - показатель адиабаты, Л =8.31
Дж/моль-К - универсальная газовая постоянная, Т -абсолютная температура,
^ = Т,^1п1 - мо-
масса I -го компонента, а П{ - его
концентрация. На рис. 2 показаны зависимости скорости звука от концентрации метана а) и от температуры б).
Мы видим, что если температура и состав воздуха меняются в допустимых для шахты пределах, то изменения скорости звука будут порядка измеряемой скорости потока. Следовательно, для обеспечения требуемой точности измерения необходимо учесть эти изменения.
Для этого используется следующий метод. Измеряется разность и сумма времен прихода сигнала на приемники, а затем выражаем скорость потока через эти величины, исключая скорость звука.
Можно показать [3], что при
V << с
V = -
2аю21
где у и а - сумма и разность времен прихода сигнала на приемники, X - постоянная (определяется выбором фазы, время прихода которой мы измеряем), /Л - П -й корень уравнения J1 (х) = 0 , П - номер моды, на которой проводятся измерения, О -несущая частота акустического сигнала, а - радиус волновода.
Таким образом, применение данного алгоритма в акустическом ане-
лекулярная масса смеси газов, где
- молекулярная
2
со
мометре позволяет измерять скорость условий (таких, как температура и га- зовый состав), что существенно по-потока вне зависимости от внешних вышает точность измерений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кремлева О.А. Разработка математической модели распространения акустических волн в канале анемометра для контроля проветривания горных выработок. Канд. дисс. -М: 1997.
2. Яворский Б.М, Детлас А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов.// М:»Наука». 1974. 942 с.
3. Шкундин С.З., Бондарев А.М., Лихачев АА. Аналитическое описание распространения акустических волн в анемометриче-ском канале // Горный журнал. Изв. ВУЗов, № 8, 1987.
у
г
Шкундин Семен Захарович - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой электротехники, Московский государственный горный университет
Буянов Сергей Игоревич — кафедра электротехники, Московский государственный горный университет
Румянцева Валентина Анатольевна — кафедра электротехники, Московский государственный горный университет
