BR112020012267A2 - anemômetro ultrassônico para medir fluxo de ar, transdutor ultrasônico e método para medir o fluxo de ar através de um transportador espiral em uma câmara - Google Patents

Abstract

Um anemômetro omnidirecional e um método para usar esse anemômetro para medir o fluxo de ar ao longo de um caminho de transporte, tal como um caminho helicoidal através de uma câmara de processamento. O anemômetro é um anemômetro de três eixos omnidirecional de perfil baixo com estrutura de obstrução de fluxo de ar mínima. Devido ao seu baixo perfil, o anemômetro pode caber em transportadores espirais com um passo de camada curto.

Description

ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO PARA MEDIR FLUXO DE AR, TRANSDUTOR ULTRASÔNICO E MÉTODO PARA MEDIR O FLUXO DE AR ATRAVÉS DE UM TRANSPORTADOR ESPIRAL EM UMA CÂMARA FUNDAMENTOS

[001] A invenção se refere geralmente à medição de fluxo de ar e, em particular, a aparelho e métodos para medir fluxo de ar através de um transportador espiral.

[002] Em um transportador espiral, uma correia transportadora é acionada em um caminho helicoidal em torno de um tambor central. Como o caminho helicoidal inclui muitas camadas, ou enrolamentos, em torno do tambor, a correia é longa, mas é confinada a um espaço mais compacto do que uma correia em um caminho linear de igual comprimento. O espaço compacto e a pequena área ocupada pelos transportadores espirais os tornam populares para uso em câmaras congeladoras, cozedoras, fermentadoras e outras câmaras de processamento. Mas, compactação dos transportadores espirais afeta o fluxo de ar resfriado ou aquecido através da correia e dos produtos sofrendo um tratamento térmico particular durante sua viagem ao longo do caminho helicoidal. E o fluxo de ar afeta a qualidade do tratamento térmico dos produtos. A obtenção de um fluxo de ar ideal por posicionamento, orientação e ajuste de velocidade criteriosos dos ventiladores resulta em um tratamento térmico uniforme ou desejado dos produtos.

[003] Anemômetros são usados para medir o fluxo de ar. Anemômetros ultrassônicos, tal como o anemômetro ultrassônico Modelo 81000V fabricado e vendido pela R.M. Young Company de Traverse City, Michigan, U.S.A., usam três pares de transdutores ultrassônicos para medir fluxo de ar em três dimensões, a partir dos tempos de voo de pulsos ultrassônicos entre os transdutores em cada par. Os transdutores são montados em uma estrutura que protege o fluxo de ar em algumas direções muito mais que em outras. Por essa razão, o anemômetro não é uniformemente omnidirecional.

SUMÁRIO

[004] Uma versão de um anemômetro ultrassônico incorporando características da invenção para medir o fluxo de ar compreende pelo menos um par de transdutores ultrassônicos opostos suportados por uma base definindo uma área aberta central. Os transdutores ultrassônicos opostos transmitem e recebem pulsos ultrassônicos um do outro através de um espaço comum ao longo de múltiplos caminhos de transmissão que se interceptam em um ponto no interior do espaço comum para o qual a área aberta central abre. Um primeiro transdutor ultrassônico de cada par é disposto a uma primeira distância da base e um segundo transdutor ultrassônico de cada par é disposto a uma segunda distância menor que a primeira distância da base.

[005] Outra versão de um anemômetro ultrassônico para medir fluxo de ar compreende uma base definindo uma área aberta central e três pares de transdutores ultrassônicos opostos suportados pela base em localizações espaçadas. Os transdutores ultrassônicos de cada par transmitem e recebem pulsos ultrassônicos um do outro através de um espaço comum ao longo de um caminho de transmissão que intercepta os caminhos de transmissão dos outros dois pares em um ponto no interior do espaço comum para o qual a área aberta central abre. Um primeiro transdutor ultrassônico de cada par é montado na base a uma primeira distância da base e um segundo transdutor ultrassônico do par é montado na base a uma segunda distância menor que a primeira distância da base.

[006] Um método incorporando características da invenção para medir o fluxo de ar através de um transportador espiral em uma câmara compreende: (a) colocar um dispositivo de medição de fluxo de ar em uma superfície de transporte de uma correia transportadora espiral transportando o dispositivo de medição de fluxo de ar ao longo de um caminho helicoidal para cima ou para baixo de um transportador espiral dentro de uma câmara; (b) fazer medições periódicas de fluxo de ar com o dispositivo de medição de fluxo de ar quando ele avança com a correia transportadora espiral ao longo do caminho helicoidal; e (c) registrar ou exibir as medições periódicas do fluxo de ar, ou ambas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[007] FIG. 1 é uma vista isométrica de um anemômetro ultrassônico de baixo perfil incorporando características da invenção.

[008] FIG. 2 é uma vista em perspectiva de um anemômetro como na FIG. 1 em uma correia transportadora espiral.

[009] FIG. 3 é um diagrama de blocos do sistema elétrico do anemômetro da FIG. 1.

[0010] FIG. 4 é um diagrama de temporização ilustrando a transmissão bidirecional de pulsos ultrassônicos por um dos três pares de transdutores.

[0011] FIG. 5 é um diagrama representando um vetor de velocidade de fluxo de ar em coordenadas Cartesianas e esféricas.

[0012] FIG. 6 é um diagrama de blocos de um sistema de exibição utilizável com um sistema de anemômetro, como na FIG. 3.

[0013] FIGS. 7A e 7B ilustram como a refração dos pulsos ultrassônicos afeta o ângulo de elevação mínimo dos pares de transmissores.

[0014] FIG. 8 é uma vista isométrica de outra versão de um anemômetro ultrassônico capaz de determinar tempos de voo ao longo de múltiplos caminhos de transmissão mostrados com uma carcaça parcialmente aberta.

[0015] FIG. 9A é um exemplo de uma exibição de fluxo de ar versus azimute que pode ser exibida pelo sistema de exibição da FIG. 6 e a FIG. 9B é um exemplo de um mapa 3D de fluxo de ar versus elevação e ângulo de azimute que pode ser exibido pelo sistema de exibição da FIG. 6.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0016] Um anemômetro ultrassônico incorporando características da invenção é mostrado na FIG. 1. O anemômetro 10 tem uma base anular fina 12 definindo uma área aberta central 14. A base 12 tem um topo 13 e um fundo oposto 15 e forma uma faixa estreita. Em vez de ser um anular circular, como mostrado, a base 12 pode ser elíptica ou de outra forma curvada ou pode ser poligonal. E, em vez de ser uma faixa sem fim, como mostrado, a base 12 pode ser segmentada. Três suportes de transdutor de base 16A, 16B, 16C se estendem angularmente para cima no topo 15 da base 12. Os suportes de transdutor 16A–C são mostradas igualmente espaçados a cada 120° em torno da base. Mas eles não precisam ser igualmente espaçados. Um transdutor ultrassônico A1, B1, C1 é montado em um respectivo suporte 16A, 16B, 16C. Os transdutores A1, B1,

C1 são cada qual posicionados a uma primeira distância da base

12. Neste exemplo, todos os três transdutores A1, B1, C1 estão à mesma distância da base. Mas eles poderiam estar localizados a diferentes distâncias da base 12. E os eixos de transmissão dos transdutores A1, B1, C1 são todos angulados para cima da base 12 na mesma quantidade neste exemplo.

[0017] Cada um dos transdutores de base A1, B1, C1 é emparelhado com o transdutor superior correspondente A2, B2, C2. Os transdutores superiores A2, B2, C2 são diametralmente opostos e elevados acima dos transdutores de base A1, B1, C1 a uma distância maior da base 12 do que os transdutores de base inferiores. Os transdutores superiores A2, B2, C2 são montados em suportes de transdutor superiores 17A, 17B, 17C. Os suportes de transdutor são posicionados nas extremidades terminais distais dos braços curvos finos 18A, 18B, 18C que se estendem para cima das extremidades proximais na base 12. Neste exemplo, os braços em forma de C 18A, 18B, 18C dobram para fora da base 12 antes de dobrar de volta para dentro em suas extremidades distais, mas outras formas de braço são possíveis. Como os transdutores de base A1, B1, C1, os transdutores superiores A2, B2, C2 são igualmente espaçados a cada 120°. Os suportes de transdutores inferiores e superiores 16A–C, 17–C orientam os transdutores de cada par para ficarem voltados angularmente para cima ou para baixo, de modo que seus eixos de transmissão coincidam e definam caminhos de transmissão 20A, 20B, 20C para cada par de transdutor. Cada transdutor transmite um pulso ultrassônico e recebe um pulso ultrassônico de seu transdutor emparelhado ao longo de seu caminho de transmissão 20A, 20B, 20C. Os três caminhos de transmissão 20A–C se interceptam em um ponto P no meio de um espaço comum 24 entre os transdutores A1-C1, A2-C2. Os três caminhos de transmissão são mutuamente ortogonais na FIG. 1 para obter melhores resultados omnidirecionais, mas podem ser não ortogonais. A área aberta 14 da base 12 abre para o espaço comum 24. Os braços finos 18A-C e a base fina e estreita 12 com sua generosa área aberta 14 dão ao anemômetro uma omnidirecionalidade mais uniforme, minimizando elementos estruturais que obstruem o fluxo de ar. Para estabilizar os suportes de transdutores superiores 17A–C, elementos estabilizadores opcionais 22 podem ser fornecidos entre transdutores circunferencialmente consecutivos, como mostrado.

[0018] Os braços 18A–C são ocos para acomodar fios conectados aos transdutores superiores A2–C2. As cavidades nos braços 18A–C abrem para um canal (não mostrado) no fundo 15 da base 12. O canal forma uma passagem de cabo para os fios dos transdutores superiores e inferiores A–C1, A2–C2. Os fios são conectados ao circuito eletrônico em uma carcaça de eletrônicos 26 que se estende para fora da base 12. A carcaça 26 aloja, entre outras coisas, drivers e comutadores de transmissão/recepção para os transdutores. O canal de cabo pode abrir para o fundo 15 da base ou ele pode ser encerrado pelo fundo. A carcaça de eletrônicos 26 define arbitrariamente um eixo de anemômetro 28 ao longo de seu eixo radial de simetria que intercepta a base 12 que pode ser usado como uma referência para orientar o anemômetro 10 em uma correia transportadora com o eixo 28 paralelo à direção de transporte da correia, por exemplo. O eixo de anemômetro 26 também pode ser usado para definir um sistema de coordenadas Cartesianas 3-D com um eixo x paralelo ao eixo de anemômetro 26, um eixo y ortogonal ao eixo x em um plano paralelo ao plano da base 12 e um eixo z vertical perpendicular ao plano x-y.

[0019] FIG. 2 mostra um transportador espiral 30 em uma câmara congeladora, fermentadora, cozedora ou outra câmara 32. O transportador espiral 30 inclui uma torre de acionamento 34, ou tambor, com uma periferia externa cilíndrica 36 que se estende de um fundo 38 para um topo 39. Os membros de acionamento paralelos 40 se estendem em comprimento ao longo da periferia 36 do tambor de acionamento 34 do fundo 38 para o topo 39. Os membros de acionamento 40 se estendem radialmente para fora da periferia 36. Um par de tiras de desgaste paralelas 42 (apenas a tira de desgaste externa é mostrada) montado em um suporte de camada 44 forma uma esteira helicoidal em torno do tambor de acionamento 34. A esteira helicoidal define um caminho helicoidal de múltiplas camadas em torno da periferia 36 do tambor de acionamento 34 para uma correia transportadora de flexão lateral 46 apoiada nas tiras de desgaste 42. O tambor de acionamento 34 é acionado para girar em um eixo vertical 48 paralelo aos comprimentos dos elementos de acionamento 40, como na FIG. 2. Mas os elementos de acionamento poderiam alternativamente ser dispostos em paralelo em um ângulo oblíquo ao eixo vertical 48. Os elementos de acionamento 40 engatam positivamente na borda interna da correia transportadora 46 para conduzi-la ao longo do caminho helicoidal. Neste exemplo, o transportador espiral 30 é uma espiral ascendente na qual a correia 46 entra no caminho helicoidal em uma extremidade de entrada 50 da esteira no fundo 38 e sai numa extremidade de saída 52 no topo 39. Em uma espiral descendente, a extremidade de entrada está no topo 39 e a extremidade de saída está no fundo 38. A correia 46 saindo do transportador espiral 30 passa em torno das rodas dentadas de absorção (não mostradas) e dos rolos de retorno 54 quando ela faz o caminho de volta para a extremidade de entrada 50. O tambor de acionamento 34 e as rodas dentadas de absorção são acionadas convencionalmente por motores (não mostrados). Outros transportadores espirais, tal como uma espiral de baixa tensão, na qual a correia transportadora é acionada por atrito por um tambor de acionamento com rotação excessiva girando mais rápido que a velocidade da correia ou um transportador espiral acionado por rodas dentadas de acionamento e não um tambor de acionamento também seria utilizável na câmara 32 para obter uma pequena área de transportador. O anemômetro 10 é mostrado assentado na correia transportadora 46 para medir o fluxo de ar através do transportador espiral 30 ao longo do caminho helicoidal. Como as camadas podem estar próximas, o anemômetro tem que ter um perfil baixo. Isto é especialmente verdadeiro para correias espirais do empilhador, que têm passos de camadas curtos. A distância do fundo 15 da base de anemômetro 12 para os transdutores superiores A2-C2, isto é, a altura de anemômetro, pode ser inferior a 5 cm para uso em espirais de passo curto.

[0020] Outro fator que afeta o projeto do anemômetro ultrassônico 10 é a refração dos pulsos ultrassônicos. Como mostrado na FIG. 7A, cada suporte de transdutor 16 bloqueia o fluxo de ar em uma região sombreada 108 próxima ao transdutor inferior A1. O pulso acústico viaja na velocidade do som c no ar na região sombreada 108. Quando o pulso sai da região sombreada e entra no fluxo de ar não sombreado ao longo do caminho de transmissão 20 em um ângulo de incidência θ1, a mudança na velocidade do vento através do caminho de transmissão causa refração do pulso ultrassônico em um ângulo de refração θ2 e uma reflexão parcial do pulso em um ângulo de reflexão igual ao ângulo de incidência. O ângulo de refração θ2 aumenta com a velocidade do vento. O ângulo de incidência θ1 que resulta em um ângulo de refração θ2 de 90° é o ângulo crítico θC, como mostrado na FIG. 7B Toda a energia do pulso ultrassônico é refletida se o ângulo de incidência θ1 for menor que o ângulo crítico θC. O ângulo de incidência θ1 está relacionado ao ângulo de refração θ2 e às velocidades v1 𝑠𝑖𝑛𝜃1 𝑣1 e v2 do pulso nas duas regiões por = . No ângulo crítico 𝑠𝑖𝑛𝜃2 𝑣2 θC, o ângulo de refração θ2 = 90° e sinθ2 = 1. Como a velocidade do pulso na região sombreada 108 é dada por v1 = c e a velocidade no fluxo de ar na região não sombreada é dada por v2 = c + v, onde v é a velocidade do vento, sinθC = c/(c + v) ou θC = sin–1 [c/(c + v)]. Se a velocidade máxima do vento, ou fluxo de ar, a ser encontrada for vmax, o ângulo crítico pode ser calculado como θC = sin–1[c/(c + vmax)]. Por exemplo, se vmax = 30 m/s e c = 315 m/s, θC≈66°. Nesse caso, o ângulo de elevação θE do caminho de transmissão 20 medido a partir do plano 110 da base do anemômetro deve ser de 24° ou superior para assegurar que nem todo o pulso ultrassônico seja refletido e não transmitido ao transdutor receptor A2. Portanto, o anemômetro deve ser estruturado de modo que os ângulos de elevação θE dos caminhos de transmissão sejam maiores que o complemento do ângulo crítico θC para a velocidade máxima do vento vmax ser encontrada.

[0021] Um diagrama de blocos do sistema elétrico do anemômetro ultrassônico é mostrado na FIG. 3. Os três pares de transdutores ultrassônicos A1/A2, B1/B2 e C1/C2 são conectados a um comutador de transmissão/recepção (T/R) 56,

tal como, por exemplo, um comutador analógico de alta voltagem Microchip Modelo HV2605, que conecta não mais que um dos transdutores a um canal de transmissão 58 de cada vez. O comutador T/R 56 também conecta seletivamente um dos transdutores a um canal receptor 60. Um driver de transmissão 62 no canal de transmissão 58 reforça um pulso de transmissão até um nível apropriado para os transdutores. O canal receptor 60 inclui um pré-amplificador de baixo ruído 66 seguido por um amplificador de ganho programável 68 para reforçar os níveis de pulsos recebidos. O comutador T/R 56 e os amplificadores são controlados e alimentados por linhas de controle e energia 70 por circuitos de energia e controle 72. Exceto pelos transdutores, os outros componentes podem ser discretos ou podem ser integrados em um único dispositivo para compactação. Todos os componentes, exceto os transdutores, estão alojados na carcaça 26 da FIG. 1. Um conector 74 na carcaça combina com uma extremidade de um cabo 76 cuja outra extremidade conecta a um conector 78 em um módulo processador 80.

[0022] O módulo processador 80 inclui um processador programável 82, incluindo memória de programa e dados 83, e um conversor analógico para digital (ADC) 84, todos alimentados por uma bateria 86. O módulo processador 80, conectado ao circuito na carcaça 26, segue com o anemômetro na correia transportadora. O processador 82, executando etapas de programa armazenadas na memória de programa 83, gera pulsos de transmissão em uma linha de transmissão 88 que conecta através do cabo 76 à entrada do driver de transmissão 62 na carcaça

26. Pulsos recebidos pelos transdutores e amplificados pelos amplificadores 66, 68 na carcaça 26 são encaminhados para o ADC 84 através do cabo 76. O ADC 84 converte os pulsos analógicos recebidos em valores digitais que são enviados ao processador através de uma linha de dados receptora 90. O processador 82 controla a operação do comutador T/R 56 através de uma ou mais linhas de controle 92 conectadas pelo cabo 76 ao circuito de controle 72 na carcaça. A energia da bateria 86 também é fornecida aos circuitos de energia 72 através do cabo

76.

[0023] A operação da transmissão bidirecional do anemômetro ultrassônico é ilustrada na FIG. 4 com referência à FIG. 3 para um dos pares de transdutores. O processador 82 inicia o ciclo enviando um sinal de controle de comando 92’ ao comutador T/R para conectar, neste exemplo, o primeiro transdutor inferior A1 ao canal transmissor 58 e seu transdutor superior emparelhado A2 ao canal receptor 60. Ao mesmo tempo, o processador 82 inicia um temporizador e envia um pulso de transmissão 94 ao driver de transmissão 62 e ao transdutor A1. O pulso ultrassônico transmitido é, então, recebido pelo transdutor emparelhado A2 como um pulso atenuado 94'. O processador 82 opera nos valores digitais convertidos pelo ADC 84 no canal de receptor 60 por técnicas de correlação para detectar o pulso recebido amplificado 94” e determinar seu tempo de voo t12, do temporizador. Um modelo de forma de onda armazenado anteriormente de um pulso recebido para cada transdutor é correlacionado de modo cruzado com o pulso recebido para determinar o tempo de voo, que é registrado na memória de dados 83. Alternativamente, outros esquemas de receptor poderiam ser usados. Por exemplo, medir o retardo de fase na frequência ressonante de uma transformada de espectro de potência de espectro cruzado daria o tempo de voo. Como outro exemplo, o limiar de amplitude dos pulsos recebidos poderia ser usado em uma medição direta dos tempos de voo. Depois de o pulso ser recebido pelo transdutor A2, o processador 82 inicia a transmissão de pulso de direção reversa do transdutor A2 para o transdutor A1 comandando primeiro o comutador T/R 56 para conectar o transdutor A1 ao canal receptor 60 e ao transdutor A2 para o canal transmissor 58. O ciclo continua da mesma maneira que a transmissão de A1 para A2 para detectar o tempo do voo t21 do transdutor A2 para o transdutor A1. O início da transmissão na direção reversa pode ser um tempo fixo após o recebimento do primeiro pulso, mas pode ser um tempo fixo após a transmissão do primeiro pulso. O mesmo ciclo de transmissão bidirecional é, então, repetido para os outros pares de transdutores B1/B2 e C1/C2.

[0024] A medição do tempo de voo não retorna ao início do pulso recebido, mas em vez disso o tempo do pico de correlação. Mas como a distância entre o par de transdutores é conhecida, o tempo teórico de voo pode ser calculado para uma dada temperatura. As medições do tempo de voo são calibradas em uma passagem de calibração anterior à temperatura dada e sem fluxo de ar para determinar um tempo de calibração de voo. A diferença entre o tempo teórico de voo e o tempo de calibração de voo é um desvio de calibração que é aplicado às medições de tempo de voo operacional. O desvio de calibração para cada um dos transdutores é salvo na memória.

[0025] O fluxo de ar ao longo do caminho de transmissão afeta o tempo de voo. FIG. 4 representa a situação na qual o fluxo de ar ao longo do caminho de transmissão é dirigido do transdutor inferior A1 para o transdutor superior A2. Em outras palavras, o transdutor A1 está a montante do transdutor A2. Nessa situação, o tempo de voo t12 de A1 para

A2 é menor que o tempo de voo t21 de A2 para A1. A diferença nos tempos de voo, ΔTOF = t21 - t12, está relacionada à velocidade do vento v ao longo do caminho de transmissão por v ≈ (ΔTOF ∙ c2)/2d, em que c é a velocidade do som no ar e d é a distância entre o par de transdutores A1, A2. A direção da velocidade do vento v ao longo de um caminho de transmissão é dada pelo sinal de ΔTOF.

[0026] Uma vez que os tempos de voo TOFA12, TOFA21, TOFB12, TOFB21, TOFC12, TOFC21 para cada caminho de transmissão (20A, 20B, 20C, na FIG. 1) foram computados pelo processador 82 o processador, então, realiza uma rotação do sistema de coordenadas que converte os componentes nos eixos A–B–C definidos pelos três caminhos de transmissão do anemômetro para a estrutura de referência x–y–z 96 da FIG. 1 e computa as velocidades de fluxo de ar vx, vy, vz na estrutura de referência x–y–z 96. A computação é uma computação de matriz descrita por V = A⁻1 ∙ M, onde 𝑣𝑥 cos 𝜃𝐴 sin 𝜃𝐴 cos 𝜑𝐴 V = [𝑣𝑦 ], A = [cos 𝜃𝐵 sin 𝜃𝐵 cos 𝜑𝐵 ], M = 𝑣𝑧 cos 𝜃𝐶 sin 𝜃𝐶 cos 𝜑𝐶 𝑑𝐴 1 1 ( − ) 2 𝑇𝑂𝐹𝐴12 𝑇𝑂𝐹𝐴21 𝑑𝐵 1 1 ( − ), 2 𝑇𝑂𝐹𝐵12 𝑇𝑂𝐹𝐵21 𝑑𝐶 1 1 [ (𝑇𝑂𝐹 − )] 2 𝐶12 𝑇𝑂𝐹𝐶21 dA é a distância entre os transdutores A1 e A2, dB é a distância entre os transdutores B1 e B2, dC é a distância entre os transdutores C1 e C2, θA é o ângulo azimutal do eixo x para o caminho de transmissão 20A, θB é o ângulo azimutal do eixo x para o caminho de transmissão 20B, θC é o ângulo azimutal do eixo x para o caminho de transmissão 20C, φA é o ângulo de elevação do eixo z para o caminho de transmissão 20A, ϕB é o ângulo de elevação do eixo z para o caminho de transmissão 20B e ϕC é o ângulo de elevação do eixo z para o caminho de transmissão 20C, como mostrado na FIG. 5. Como o caminho helicoidal do transportador é inclinado para fora da horizontal, o sistema de coordenadas x–y–z é efetivamente girado em torno do eixo y se o eixo x do anemômetro, conforme definido na FIG. 1, for alinhado na correia na direção de transporte com o eixo y alinhado radialmente em relação ao eixo de rotação do tambor de acionamento.

Os componentes de velocidade do fluxo de ar vx e vz são, então, ajustados por esse ângulo de inclinação para se referir aos componentes de velocidade x–y–z a uma estrutura de referência X–Y –Z vertical no qual o eixo Z é um eixo vertical verdadeiro.

Uma vez que os componentes de velocidade do fluxo de ar vx, vy, vz são computados e convertidos em componentes vX, vY, vZ na estrutura de referência X–Y–Z, o processador 82, com um conhecimento prévio da velocidade da correia transforma os valores vX e vY dos eixos X e Y que estão constantemente girando quando a correia transportadora avança no caminho helicoidal para uma estrutura de referência estacionária.

As três conversões do sistema de coordenadas podem ser feitas individualmente uma após a outra ou podem ser feitas em uma única rotação do sistema de coordenadas da estrutura A–B–C para a estrutura de referência estacionária.

Os componentes finais da velocidade do fluxo de ar e os cálculos intermediários e os tempos de voo podem todos ser registrados na memória do computador 83 ou em um drive USB 85. A partir dos dados armazenados, um mapa do fluxo de ar ao longo do caminho helicoidal do transportador espiral pode ser produzido.

[0027] Em uma operação típica, o anemômetro 10 é colocado na correia transportadora espiral logo após a entrada da correia na espiral.

Quando o anemômetro segue em direção à saída, ele mede continuamente o fluxo de ar a uma taxa selecionada, por exemplo, oito vezes por segundo.

Antes de o anemômetro atingir a saída da espiral, ele é removido da correia.

Uma vez que o anemômetro é removido da correia, o módulo processador 80 pode ser conectado a uma exibição offline 98 para exibir os três componentes e a magnitude global do fluxo de ar na câmara 32 (FIG. 2) ao longo do caminho helicoidal versus tempo, como na FIG. 6 ou versus ângulo de azimute em qualquer plano horizontal ou em qualquer camada do caminho helicoidal, como na FIG. 9A.

A posição azimutal do anemômetro a qualquer tempo pode ser determinada a partir de um conhecimento da velocidade da correia, do comprimento do caminho helicoidal e do tempo decorrido a partir de uma posição de referência azimutal conhecida.

A posição de referência azimutal pode ser ajustada por um sensor de posição no ou passando com o anemômetro que detecta um mercado em uma posição de referência na estrutura do transportador.

Marcadores visíveis com sensores ópticos e marcadores de ímã com sensores magnéticos são duas maneiras pelas quais uma posição de referência pode ser detectada.

Outra maneira de obter uma posição de referência aproximada é com o conhecimento do leiaute do caminho helicoidal e da posição ao longo do caminho helicoidal onde se sabe que o fluxo de ar é máximo.

Então os picos no sinal de fluxo de ar versus tempo ou azimute corresponderão à posição de fluxo de ar máximo e o sinal de fluxo de ar entre picos consecutivos representa o fluxo de ar ao longo do caminho helicoidal em uma camada do caminho helicoidal. O fluxo de ar também pode ser exibido em função do ângulo de azimute e a elevação para produzir um mapa 3D do fluxo de ar, como na FIG. 9B. A exibição 98, como na FIG. 6, pode ser acoplada em um computador remoto ou local 99 com um dispositivo de entrada de usuário, tal como um teclado 100, por exemplo. O dispositivo de entrada 100 pode ser usado para ajustar vários parâmetros operacionais, tal como velocidade de correia, ângulo de inclinação do caminho helicoidal e taxa de ciclo de medição. A conexão 102 entre o computador 99 e o processador 82 pode ser com fio ou pode ser um link de comunicação sem fio. A partir da exibição, um operador pode determinar o padrão de fluxo de ar ao longo do caminho helicoidal e organizar e ajustar ventiladores 106 e defletores conforme apropriado para alcançar um fluxo de ar mais uniforme ou desejado através dos produtos transportados. Ou o computador 99 pode controlar a velocidade do ventilador automaticamente em função das medições de fluxo de ar. Os dados de medição e os dados calculados intermediários e finais também podem ser baixados do drive USB 85 para um cartão de memória flash removível 104 para análise offline.

[0028] Outra versão de um anemômetro ultrassônico é mostrada na FIG. 8. Em vez de ter três pares estacionários de transdutores ultrassônicos, como na FIG. 1, este anemômetro 112 tem um único par de transdutores opostos T1 e T2 definindo um caminho de transmissão 114 através de um espaço comum central 116. Os dois transdutores T1, T2 são montados em uma base 118 a diferentes distâncias da base. O transdutor inferior T1 é montado mais próximo da base 118 do que o transdutor superior T2, que é montado na extremidade de um braço 119 que se estende da base. A base 118 tem uma área aberta central 120 que abre para o espaço central do anemômetro 116. A área aberta central 120 da base 118 é limitada pelos dentes de engrenagem internos 122. Uma engrenagem de pinhão 124 alojada em uma carcaça 126 engrena com os dentes de engrenagem da base 122 para girar a base 116. A engrenagem de pinhão 124 é acionada por um motor escalonador bidirecional 128 na carcaça 126. Os dentes de engrenagem 122, a engrenagem de pinhão 124 e o motor 128 constituem um meio móvel para mover o único par de transdutores para medir os tempos de voo ao longo de caminhos de transmissão selecionados. Dessa forma, um único par de transdutores T1, T2 pode fazer medições de tempos de voo ao longo de múltiplos caminhos de transmissão. E como apenas um único par de transdutores é usado, há pouca interferência estrutural no fluxo de ar.

[0029] Embora a invenção tenha sido descrita em relação a uma versão específica do dispositivo de medição de fluxo de ar; ou seja, um anemômetro ultrassônico, outros dispositivos de medição de fluxo de ar podem ser usados para passar na correia. Exemplos incluem anemômetros Doppler a laser, anemômetros de temperatura constante, anemômetros mecânicos e tubos de pitot.

Claims (21)

REIVINDICAÇÕES

1. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO PARA MEDIR FLUXO DE AR, caracterizado por compreender: uma base definindo uma área aberta central; pelo menos um par de transdutores ultrassônicos opostos suportados pela base, em que: os transdutores ultrassônicos opostos do pelo menos um par transmitem e recebem pulsos ultrassônicos um do outro através de um espaço comum ao longo de múltiplos caminhos de transmissão que se interceptam em um ponto no interior do espaço comum para o qual a área aberta central abre; e um primeiro transdutor ultrassônico de cada um do pelo menos um par é disposto a uma primeira distância da base e um segundo transdutor ultrassônico de cada um do pelo menos um par é disposto a uma segunda distância menor que a primeira distância da base.

2. TRANSDUTOR ULTRASSÔNICO, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por pelo menos um par de transdutores ultrassônicos opostos consistir em três pares estacionários de anemômetros que definem três caminhos de transmissão mutuamente ortogonais.

3. TRANSDUTOR ULTRASSÔNICO, conforme definido na reivindicação 1, caracterizado por pelo menos um par de transdutores ultrassônicos opostos consistir em um único par de transdutores ultrassônicos opostos e meios móveis para mover o único par para definir diferentes dos múltiplos caminhos de transmissão.

4. TRANSDUTOR ULTRASSÔNICO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelos meios móveis compreenderem um motor e uma engrenagem acoplada à base para girar a base e o único par de transdutores ultrassônicos.

5. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO PARA MEDIR FLUXO DE AR, caracterizado por compreender: uma base definindo uma área aberta central; três pares de transdutores ultrassônicos opostos suportados pela base em localizações espaçadas, em que: os transdutores ultrassônicos de cada par transmitem e recebem pulsos ultrassônicos um do outro através de um espaço comum ao longo de um caminho de transmissão que intercepta os caminhos de transmissão dos outros dois pares em um ponto no interior do espaço comum para o qual a área aberta central abre; e um primeiro transdutor ultrassônico de cada par é montado na base a uma primeira distância da base e um segundo transdutor ultrassônico do par é montado na base a uma segunda distância menor que a primeira distância da base.

6. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela base ser anular.

7. TRANSDUTOR ULTRASSÔNICO, conforme definido na reivindicação 5, caracterizado pela primeira distância da base para os primeiros transdutores ultrassônicos ser inferior a 5 cm.

8. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender ainda elementos estabilizadores conectados entre os primeiros transdutores ultrassônicos.

9. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender três braços se estendendo de posições espaçadas na base até extremidades distais nas quais os primeiros transdutores ultrassônicos são montados.

10. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender uma carcaça se estendendo da base e alojando circuitos eletrônicos incluindo um comutador transmissor/receptor para conectar seletivamente o primeiro e o segundo transdutores ultrassônicos par a par para transmitir ou receber pulsos.

11. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender um processador medindo os tempos de voo dos pulsos ultrassônicos transmitidos em direções opostas ao longo de cada caminho de transmissão e computa os componentes da velocidade de fluxo de ar ao longo de cada caminho de transmissão das diferenças entre os tempos de voo em direções opostas ao longo cada caminho de transmissão.

12. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo processador converter os componentes de velocidade de fluxo de ar ao longo dos caminhos de transmissão em componentes de velocidade de fluxo de ar ao longo de uma estrutura de referência estacionária por uma rotação do sistema de coordenadas.

13. ANEMÔMETRO ULTRASSÔNICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo ângulo de elevação do caminho de transmissão ser maior que o complemento do ângulo crítico para a velocidade máxima do fluxo de ar a ser encontrada.

14. MÉTODO PARA MEDIR O FLUXO DE AR ATRAVÉS DE UM TRANSPORTADOR ESPIRAL EM UMA CÂMARA, caracterizado por compreender:

colocar um dispositivo de medição de fluxo de ar em uma superfície de transporte de uma correia transportadora espiral transportando o dispositivo de medição de fluxo de ar ao longo de um caminho helicoidal para cima ou para baixo de um transportador espiral dentro de uma câmara; fazer medições periódicas de fluxo de ar com o dispositivo de medição de fluxo de ar quando ele avança com a correia transportadora espiral ao longo do caminho helicoidal; registrar ou exibir as medições periódicas do fluxo de ar, ou ambas.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por exibir as medições periódicas de fluxo de ar versus tempo ou azimute do anemômetro.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por exibir as medições periódicas de fluxo de ar versus azimute e elevação do anemômetro ao longo do caminho helicoidal.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por produzir um mapa do fluxo de ar ao longo do caminho helicoidal.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo dispositivo de medição de fluxo de ar ser um anemômetro ultrassônico.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo dispositivo de medição de fluxo de ar medir o fluxo de ar ao longo de três eixos.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por remover o dispositivo de medição de fluxo de ar da correia transportadora espiral quando o dispositivo de medição de fluxo de ar estiver em uma extremidade de saída do caminho helicoidal.

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por controlar o fluxo de ar ajustando a velocidade de um ventilador em função das medições de fluxo de ar.