BRPI0813585B1

BRPI0813585B1 - Sensor de fluxo e método para determinar a vazão de um fluido

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Publication number: BRPI0813585B1
Authority: BR
Publication date: 2019-07-23

Description

[0001] O presente pedido refere-se, em geral, a um sensor de fluxo para fluidos e, mais particularmente, referese a um sensor de fluxo adaptável para uso com fluidos de viscosidades variáveis.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0002] Os dispensadores de bebidas, em geral, combinam proporções e/ou quantidades medidas de fluidos diversos de modo a produzir a bebida desejada. Estes líquidos em geral podem ser descritos como microingredientes, macroingredientes e diluentes. Os microingredientes em geral têm proporções de reconstituição elevadas, enquanto os macroingredientes são adicionados seja em força total ou a proporções de reconstituição baixas, geralmente na faixa de cerca de 1 para 1 a cerca de 6 para 1, em relação ao diluente. Os macroingredientes têm uma ampla gama de viscosidades, no intervalo de 1 a 10.000 centipoise. Os macroingredientes incluem sucos de frutas, extratos concentrados, produtos lácteos, xarope de açúcar, xarope de milho de alto teor de frutose e outros tipos similares de ingredientes.

[0003] A fim de detectar um funcionamento anormal, um dispensador de bebidas pode ter diversas bombas de bebidas em comunicação com diversos sensores de fluxo de modo a fornecer retroalimentação e detectar eventos de “não fluxo” tais como embalagens vendidas ou linhas bloqueadas.

[0004] Os sensores de fluxo usados com bombas de macroingredientes necessários para acomodar uma grande

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2/8 variedade de viscosidades acima descritas. Os sensores de fluxo conhecidos, no entanto, normalmente trabalham com uma pequena faixa de viscosidades.

[0005] Há um desejo, portanto, de aperfeiçoar um sensor de fluxo que possa acomodar as viscosidades variáveis.

O sensor de	fluxo	deve	ser confiável,	fornecer
retroalimentação	adequado	e ser	de fácil limpeza.
SUMÁRIO DA	INVENÇÃO
[0006] O	presente	pedido	descreve um sensor	de fluxo
para
determinar	a vazão	de um	fluido através do	mesmo. O

sensor de fluxo pode incluir uma câmara para o fluido escoar, um imã móvel posicionado dentro da câmara, um ímã estacionário posicionado sobre a câmara, e um ou mais sensores posicionados sobre a câmara para determinar a posição do imã móvel.

[0007] A câmara pode incluir diversas nervuras de suporte para apoiar o imã móvel. O imã móvel e o ímã estacionário podem ter uma repulsão natural. O fluido que escoa na câmara supera a repulsão natural com base na vazão através da mesma. O ímã móvel e o imã estacionário podem ser ímãs permanentes. Os sensores podem ser sensores de efeito Hall ou outro tipo de sensor de força de campo magnético. Os sensores podem estar posicionados em torno da câmara para determinar a posição do ímã móvel pela detecção de um campo magnético sobre o imã móvel.

[0008] O sensor de fluxo pode incluir ainda uma pluralidade de imãs estacionários de campos magnéticos variáveis com cada um dos imãs estacionários acomodando um

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3/8 fluido de uma dada viscosidade. O sensor de fluxo pode ainda incluir um revestimento posicionado no imã estacionário.

[0009] Diversos revestimentos podem ser usados com cada um dos revestimentos, variando o campo magnético do ímã estacionário, de modo a acomodar um fluido de uma dada viscosidade.

[00010] O ímã móvel pode incluir um imã de anel. A câmara pode incluir uma espiga interna e o imã de anel pode ser posicionado para movimento no mesmo.

[00011] O presente pedido descreve ainda um sensor de fluxo para determinar a vazão de um fluido através da trajetória do fluxo. O método pode incluir as etapas de posicionamento um primeiro imã na trajetória do fluxo, posicionamento de um segundo ímã sobre a trajetória de fluxo, fluxo do fluido através da trajetória do fluxo, detectando o campo magnético sobre o primeiro imã e determinar a vazão com base no campo magnético detectado.

[00012] O sensor de fluxo pode incluir ainda uma pluralidade de segundos imãs de diferentes campos magnéticos e o método pode incluir a seleção de um segundo imã com base na viscosidade do fluido. O método pode incluir ainda a colocação de um revestimento de aço no segundo ímã de forma a variar o campo magnético do segundo imã.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [00013] A figura 1 é uma vista em perspectiva de um sensor de fluxo de fluido conforme aqui descrito.

[00014] A figura 2 é uma vista em seção transversal do sensor do fluxo de fluido da figura 1.

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4/8 [00015] A figura 3A é uma vista em seção transversal lateral do sensor do fluxo de fluido da figura 1.

[00016] A figura 3B é uma vista em seção transversal lateral do sensor do fluxo de fluido da figura 1.

[00017] A figura 4 é uma vista em seção transversal lateral do sensor do fluxo de fluido da figura 1.

[00018] A figura 5 é uma vista em seção transversal de uma modalidade alternativa do sensor do fluxo de fluido da figura 1.

[00019] A figura 6 é uma vista em seção transversal de outra modalidade alternativa do sensor do fluxo de fluido da figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA [00020] Com referência agora às figuras, em que os números semelhantes se referem aos elementos semelhantes em todos os pontos de vista, as figuras 1-4 mostram um exemplo de um sensor de fluxo 100, como é aqui descrito. Geralmente descrito, o sensor de fluxo 100 inclui uma câmara 110 com um conduíte de entrada 120 e um conduite de saída 130. A câmara do sensor de fluxo 110 pode ser feita de plástico moldado por injeção ou outros tipos de materiais substancialmente resistentes à corrosão.

[00021] A câmara 110 pode ter um diâmetro ampliado em relação ao conduite de entrada 120 ou o conduíte de saída 130 para o fluido escoar através da mesma. A câmara 110 pode ter diversas nervuras de alinhamento 140 posicionadas na mesma. Embora qualquer número ou posicionamento das nervuras 140 possa ser utilizado, são mostradas quatro (4) nervuras 140 posicionadas a cerca de 90° (noventa graus). A câmara

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110 também pode ter uma parada integral 150, enquanto a entrada 120 pode ter uma ponta 160 como será descrito com mais detalhes abaixo. A câmara 110 tem preferencialmente uma geometria interna geralmente suave com grandes raios e poucos cantos.

[00022] O imã móvel 170 pode ter um diâmetro expandido quando comparado com o conduite de entrada 120 ou o conduite de entrada 130 para o fluxo do fluido através do mesmo. O imã móvel 170 pode ter um núcleo de um material de imã permanente, tais como neodímio-ferro-boro (NdFeB), Ferrite, ou outros tipos similares de materiais magnéticos permanentes. O imã móvel 170 também pode ter um revestimento plástico externo, de modo a ser compatível com os fluidos escoando em torno do mesmo. O ímã móvel 170 pode ser em grande parte cilíndrico e tipo cápsula, embora qualquer forma convencional possa ser utilizada aqui. O ímã móvel 170 pode ter uma força de campo de cerca de 3.000 a cerca de 5.000 Gauss embora outras faixas possam ser utilizadas. O ímã móvel 170 pode ser magnetizado axialmente e na direção do fluxo de fluido.

[00023] Posicionados ao redor da câmara de 110 pode ser um imã estacionário do anel 180. O ímã de anel 180 pode cercar a câmara 110, integralmente ou em parte. O imã estacionário do anel 180 é mostrado posicionado fora da câmara 110 para facilitar a limpeza. Qualquer local, no entanto, pode ser usado aqui. O ímã de anel 180 pode ser feito de neodimio-ferro-boro (NdFeB), Ferrite, ou outros tipos similares de materiais magnéticos permanentes. O ímã de anel 180 pode ter uma força de campo em torno de cerca de

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3.000 a cerca de 5.000 Gauss embora outras faixas possam ser utilizadas. O ímã móvel 170 pode ser magnetizado axialmente e na direção do fluxo de fluido.

[00024] O ímã móvel 170 e o imã estacionário do anel 180 possuem uma repulsão natural, quando próximos uns aos outros sobre a faixa operacional do imã móvel 170 de forma que as forças de repulsão aumentam conforme o ímã móvel 170 se aproxima do ímã estacionário do anel 180. A repulsão entre os ímãs 170, 180 cria uma força na direção oposta ao do fluxo de fluido que vem através do conduíte de entrada 120. A magnitude da intensidade de repulsão aumenta geralmente em uma forma não-linear com o aumento do fluxo de fluido e os imãs 170, 180 se aproximam mais.

[00025] O ímã móvel 170 pode manobrar entre a parada integral 150 dentro da câmara 110 em uma extremidade e a ponta 160 no conduite de entrada 120 no outro. O imã móvel 170 pode ser apoiado no interior da câmara 110 por meio de nervuras de alinhamento 140. Os ímãs 170, 180 e do sensor de fluxo 100 como um todo, podem ser usados em qualquer orientação.

[00026] Um ou mais sensores de detecção 190 podem ser posicionados sobre a entrada 120. Neste exemplo, os sensores de detecção 190 podem assumir a forma de um ou mais efeitos Hall ou outros tipos de sensores de força de campo magnético. Outros tipos de sensores 190 incluem sensores restritivos a ímã e tipos similares de dispositivos. Os sensores de detecção 190 detectam o movimento do imã móvel 170 dentro da câmara 110 como uma mudança no campo magnético nas proximidades do ímã móvel 170 como descrito acima. Os sinais

Petição 870190018019, de 21/02/2019, pág. 16/22 de diversos sensores individuais 190 podem ser calculados de modo a minimizar qualquer ruído na medição causado pela vibração do imã móvel 170 ou outras interferências. Os sensores de detecção 190 determinam o campo magnético nos mesmos e fornecem a retroalimentação a um controle de bomba 195. O controle da bomba 195 pode ser um microprocessador convencional ou outro tipo de dispositivo de controle. O controle da bomba 195 pode ser um diagrama ou outro tipo de estrutura de dados para determinar a vazão baseado no campo magnético detectado.

[00027] Em uso, o fluido escoará através do sensor de fluxo 100 através do conduite de entrada 120, da câmara 110 e do conduite de saída 130.

[00028] O fluido pode ser água, um macroingrediente, um microingrediente e/ou combinações dos mesmos, na forma líquida ou gasosa. O fluxo vai superar a repulsão entre o ímã móvel 170 e o ímã de anel 180. Esta força moverá o imã móvel 170 para o imã de anel 180. Um aumento na vazão moverá o imã móvel 170 próximo do ímã de anel 180. A figura 3A mostra a posição do imã móvel 170 em uma situação de baixo fluxo, enquanto a figura 3B mostra a posição do imã móvel 170 em uma situação de alto fluxo. A mudança na posição do ímã móvel 170 é detectada pelos sensores de detecção 190 com base na intensidade do campo magnético. Os sensores de detecção 190, portanto, podem fornecer a data da intensidade do campo magnético para o controle de bomba 195, bem como a notificação de eventos não-fluxo. O controle da bomba 195, em seguida, poderá determinar a vazão e outras condições de vazão.

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8/8 [00029] O sensor de fluxo 100 pode ser utilizado em uma ampla gama de viscosidades. As alterações na viscosidade podem ser adequadas, alterando a intensidade do ímã estacionário do anel 180. Diversos anéis fixos 180 de diferentes intensidades do campo magnético, portanto, podem ser fornecidos. Alternativamente, um revestimento de aço 200 pode ser colocado sobre o imã de anel 180 como é mostrado na figura. 5. O revestimento de aço 200 reduz o campo magnético para uso com ingredientes tipo água com viscosidades próximas a um (1) centipoise. Estes ingredientes tipo água não podem desviar o imã móvel 170 a uma distância adequada, de modo a permitir a detecção de fluxo quando o imã móvel 170 estiver oposto ao campo magnético de intensidade total do imã estacionário do anel 180. O revestimento de aço 200 encurta parcialmente o campo magnético de modo a reduzir o campo magnético e a força de repulsão sobre o imã móvel 170, de modo a acomodar as diferentes viscosidades.

[00030] A figura 6 mostra uma modalidade de um sensor de fluxo 210.

[00031] O sensor de fluxo 210 é semelhante ao sensor de fluxo 100 descrito acima, exceto que não são utilizadas as nervuras de alinhamento 140. Em vez disso, uma espiga interna 220 pode ser posicionada dentro da câmara 110. Um imã móvel 230 sob a forma de um anel pode ser posicionado na espiga. O imã móvel 230 pode se mover sobre a espiga 230, dependendo das suas condições de fluxo. Estruturas magnéticas similares também podem ser usadas aqui.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sensor de fluxo (100,210) para determinar a vazão de um fluido através do mesmo, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma câmara linear (110) para o fluido escoar através do mesmo;

imã móvel (170,230) posicionado dentro da câmara linear (110);

imã estacionário permanente (180) posicionado dentro da câmara linear (110); e um ou mais sensores (190) posicionados em torno da câmara linear (110) para determinar a posição do ímã móvel no mesmo.
2. Sensor de fluxo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara (110) compreende uma pluralidade de nervuras de apoio (140) na mesma para apoiar o imã móvel (170).
3. Sensor de fluxo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o imã móvel (170,230) e o imã estacionário (180) compreendem uma repulsão natural.
4. Sensor de fluxo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o fluido que escoa na câmara (110) supera a repulsão natural com base na vazão através da mesma.

5. Sensor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que um ou mais sensores ( 190) compreendem um sensor de efeito Hall ou

um sensor de força do campo magnético.

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6. Sensor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que um ou mais sensores (190) posicionados em torno da câmara para determinar a posição do ímã móvel (170,230) na mesma detecta um campo magnético sobre o ímã móvel (170,230).
7. Sensor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende uma pluralidade de imãs estacionários permanentes (180) de campos magnéticos variáveis com cada uma da pluralidade de imãs estacionários permanentes acomodando um fluido de uma dada viscosidade.
8. Sensor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um revestimento (200) posicionado no imã estacionário permanente (180).
9. Sensor de fluxo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende uma pluralidade de revestimentos (200) com cada pluralidade de revestimentos variando o campo magnético do imã estacionário permanente (180) de forma a acomodar um fluido de uma dada viscosidade.
10. Sensor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o imã móvel (230) compreende um ímã de anel.
11. Sensor de fluxo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a câmara compreende uma espiga interna (220) e em que o imã de anel está posicionado para se movimentar na mesma.

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12. Sensor de fluxo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o ímã móvel (170,230) compreende um ímã permanente.
13. Método para determinar a vazão de um fluido através da trajetória do fluxo linear, caracterizado pelo fato de que compreende:

posicionamento de um primeiro ímã (170, 230) dentro da trajetória do fluxo linear;

posicionamento de um segundo ímã permanente (180) sobre a trajetória do fluxo linear;

fluxo do fluido através da trajetória do fluxo linear;

detecção do campo magnético sobre o primeiro imã (170, 230); e determinação da vazão baseada no campo magnético detectado. 14. Método, de acordo com a reivindicação 13,

caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende uma pluralidade de segundos imãs permanentes (170, 230) de diferentes campos magnéticos e onde o método compreende adicionalmente a seleção de uma pluralidade de segundos ímãs permanentes com base na viscosidade do fluido.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende a colocação de um revestimento de aço (200) no segundo ímã permanente (180) de forma a variar o campo magnético do segundo ímã permanente.