Hidrológiai Közlöny 1965 (45. évfolyam)

10. szám - Bedeus Károly: Elektromos analógiás berendezések alkalmazása a hidraulikában

Bedeus K.: Elektromos analógiás berendezések Hidrológiai Közlöny 1965. 10. sz. 463 Az áramkörök a következő főbb típusokra oszlanak: 1. Vezetőlemez 2. Elektrolitikus tank 3. Ellenálláshálózat a) lineáris elemekkel b) nem-lineáris elemekkel 4. Erősítőket tartalmazó áramkörök. 1.4 A modellezés alapelemei 1. Ohmikus ellenállások 2. Kapacitások 3. Önindukciók 4. Transzformátorok 5. Erősítők Az elemeket, a paraméterek változtathatósága céljából, általában változtatható alakban építjük be a modellbe. Az áramköri elemek közötti kapcsoló elemek módot nyújtanak arra, hogy az egyes csomópontokat összeköthessük vagy szétválaszthassuk, áramot táplálhassunk be vagy azokon méréseket hajthassunk végre. 1.4.1 A vezetőlemez. A vezetőlemez igen vékony fémlemez, fél vezetőlemez, vagy megfelelő elektrolittel átitatott papír. A lemezt a kívánt alakzatnak megfelelően vágjuk ki, majd arra fémelektródokkal adjuk rá a kezdeti és határfeltételeket. Az ekvipotenciális pontokat a papír felületén voltmérővel keressük ki. A polarizáció elkerülése céljából legalább 1000 Hz-es váltóáramot kell használni. A vezetőpapír ellenállása a papír fő irányaiban rendszerint nem azonos, hanem 1,1—1,2 arányban változó. Ebből ered, hogy ez eljárással maximálisan 2% körüli pontosság érhető el. Általában felhasználható síkbeli és forgásszimmetrikus potenciálos problémák megoldására (főleg Laplace-, és Poisson-egyenletek szerint lefolyó jelenségek vizsgálatára). A vezetőpapír használatának előnyei: Olcsó berendezés, könnyű kezelési technika, komplikált alakzatok esetén is jól használható. Hátrányai: Korlátozott pontosság, csak síkbeli feladatok megoldására használható. 1.4.2 Az elektrolitikus tank. Ez a berendezés híg elektrolittel töltött medence, amelybe a vizsgált rendszer modelljét beépítjük. Az ekvipotenciális vonalak szonda-elektróddal tapogathatok le és voltmérővel mérhetők. Az áramforrás, a polarizációból eredő hibák csökkentése céljából, itt is legalább 1000 Hz-es váltóáramú generátor. Kis mértékű polarizáció azonban így sem kerülhető el, ami a mérések pontosságát korlátozza. A polarizáció hatása tovább csökkenthető az elektródfelületek érdességének növelésével, amit kormozással, vagy fémkorom lecsapatással érhetünk el. Különösen kényes a szonda, amelyet feltétlenül platina korommal bevont platinából kell készíteni. E berendezésekkel könnyű szerrel el lehet érni 5% pontosságot, de a legnagyobb gondosság esetén sem lehet 1%-os pontosságnál jobbat elérni. Az elektrolitikus tank előnyei: Bonyolultabb alakzatok esetén is használhatók, háromméretű problémák is tanulmányozhatók, olcsó berendezés. Hátrányai: Korlátozott pontosság és nehézkes méréstechnika. 1.4.3 Ellenálláshálózatok lineáris elemekhői. Ezek a berendezések ohmikus, kapacitív, vagy indukciós ellenálláselemekből álló, térbeli vagy síkbeli hálózatok, vonalbeli problémák megoldása esetén pedig egyszerű ellenállásláncok. Az egyes elemeket a határfeltételek beállíthatósága céljából szétkapcsolhatóan szereljük. Az áramhozzávezetés és árammérés céljából kivezetésekkel látjuk el. A modellezendő feladatnak megfelelően az egyes ellenálláselemek rendszerint azonos értékűek, de bizonyos függvény szerint a főtengelyek irányában egyenletesen, vagy rétegezetten változók is lehetnek. Előnyei: 0,1% pontosság könnyen elérhető, könnyű kezelési technika, matematikai szempontból bonyolultabb problémák megoldására is alkalmas. (Pl. nem-lineáris differenciálegyenletek, parciális differenciálegyenletek bonyolult határfeltételekkel, térbeli feladatok, tranziens jelenségek.) Hátrányai: A vezetőpapírnál és az elektrolitikus tanknál drágább berendezés, bonyolultabb feladatok modellezése esetén a modell méretezése fáradságos és hosszadalmas. 1.4.4 Ellenálláshálózatok nem-lineáris elemekkel. Ezeket a [lerendezéseket olyan feladatok megoldásánál lehet jól alkalmazni, ahol az egyenletek nem lineáris tagokat is tartalmaznak (pl. csőhálózat méretezés). A nem-lineáris ellenállások sok esetben egyszerűen izzólámpák, de újabban külföldi gyárak már forgalomba hoznak különböző nem-lineáris karakterisztikájú ellenállásokat is. Előnyük: hogy segítségükkel igen fáradságos méretezési feladatok gyorsan megoldhatók, előállításuk nem túlságosan költséges. Hátrányuk: hogy a kívánt karakterisztikájú nem lineáris ellenállások egyelőre csak külföldről szerezhetők be, kezelésük nem kis szakmai képzettséget és gondosságot igényel. 1.4.5 Erősítőket tartalmazó áramkörök. E berendezések aktív négypólusokat, azaz erősítőket és a megoldandó feladatok szerint különféle kapcsolóelemeket tartalmaznak. Alkalmasak úgyszólván minden műszaki feladat megoldására. Többek között pl. megoldhatók az Euler-, Navier-Stokes-, Van der Pol-, stb. differenciálegyenletek a legbonyolultabb határfeltételek esetén. Fő előnye e berendezéseknek a sokoldalú alkalmazási lehetőség, ezenkívül az, hogy a műszaki szempontból fontos paraméterek és határfeltételek változtatásának befolyása segítségükkel azonnal vizuálisan láthatóvá tehető, ami azt jelenti, hogy a kutató közvetlen kapcsolatot nyer a megoldandó feladattal. Hátránya : a berendezés az előbbieknél jóval drágább, kezelése pedig a gyakorlati matematika terén való teljes jártasságot igényel.