CS229248B1

CS229248B1 - Flowmeter to measure the flow of air or other gases, especially in ventilation and air conditioning

Info

Publication number: CS229248B1
Application number: CS104483A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Ing Csc Tesar
Original assignee: Tesar Vaclav
Priority date: 1983-02-17
Filing date: 1983-02-17
Publication date: 1984-06-18

Abstract

Řeší se problém jednoduchého uspořádání průtokoměru, který generuje elektrické pulsy s frekvencí úměrnou procházejícímu průtoku tekutiny, přičemž zpětnovazebním zapojením se dosahuje resonančních vlastností pro stabilitu a koherenci aerodynamických oscilaci. V potrubí je mezi separačnlm klínem u jedné stěny a protilehlou kontrakční stěnou vytvořeno skloněné ústí, z něhož vytékající proud sleduje přídržnou stěnou a jeho část je deflektorem odvedena do akumulační dutiny za přídržnou a kontrakční stěnou. Po dosažení určitého tlaku v akumulační dutině z ní vytékající tekutina vychýlí proud mimo deflektor. Akumulační dutina se pak vyprazdňuje a nakonec se proud může vrátit do výchozí polohy. Tento děj se periodicky opakuje s frekvencí závislou na velikosti průtoku. Periodicky se tak ochlazuje thermistor na držáku spojeném s deflektorem a tak se generuje elektrický výstupní signál. V zásadě lze takovéto uspořádání využít v nejrůznějších dalších oborech, kde je též žádoucí měřjt průtok a odpovídající signál mít zakódován ve frekvenci samobuzených oscilací.The problem of a simple arrangement of a flow meter is solved, which generates electrical pulses with a frequency proportional to the passing fluid flow, while the feedback circuit achieves resonant properties for the stability and coherence of aerodynamic oscillations. In the pipeline, an inclined orifice is created between the separation wedge at one wall and the opposite contraction wall, from which the flowing stream follows the retaining wall and part of it is diverted by the deflector into the accumulation cavity behind the retaining and contraction walls. After reaching a certain pressure in the accumulation cavity, the fluid flowing out of it deflects the stream outside the deflector. The accumulation cavity is then emptied and finally the stream can return to its initial position. This process is periodically repeated with a frequency dependent on the flow rate. The thermistor on the holder connected to the deflector is thus periodically cooled and an electrical output signal is generated. In principle, such an arrangement can be used in various other fields where it is also desirable to measure the flow rate and have the corresponding signal encoded in the frequency of self-excited oscillations.

Description

Vynález se týká zařízení k měření průtoku vzduchu nebo jiných plynů v potrubí obdélníkového průřezu, které je zejména určeno k vyhodnocování množství přiváděného větracího nebo vytápěcího vzduchu ve větrací a klimatisační technice. V tomto oboru se dnes průtok měří nejčastěji měřidly 'založenými na vyhodnocování aerodynamických efektů vznikajících při lokálním zúžení protékaného průřezu potrubí. Dalšími používanými principy je zejména měření rychlostí v několika místech průřezu a podobné rychlostní methody. V naprosté většině těchto případů se dostává výstupní signál průtokoměru v podobě tlakové diference mezi dvěma vývody.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for measuring the flow of air or other gases in a duct of rectangular cross-section, which is particularly intended for evaluating the amount of supplying ventilation or heating air in ventilation and air-conditioning technology. In this field today, flow is most commonly measured by gauges based on the evaluation of the aerodynamic effects arising from a local constriction of the flow cross-section of a pipe. Other principles used are in particular measurement of velocities at several cross-sectional points and similar velocity methods. In the vast majority of these cases, the output signal of the flowmeter is in the form of a pressure difference between the two terminals.

Rostoucí nároky na kvalitu regulace větracího nebo klimatisačního systému vedou stále častěji k tomu, že systém je řízen elektronickým regulátorem provádějícím dosti složité vyhodnocování stavů v systému. Předpokládá se, že v blízké budoucnosti bude regulace převážně prováděna mikroprocesory. Pro převod výstupního signálu dosavadních průtokoměrů na potřebný elektrický signál je dnes zapotřebí poměrně náročné a drahé ústrojí, sestávající z kapacitního nebo jiného převodníku tlaku na výstupní napětí a zpravidla z dále následujícího analogově-číslicového převodníku. Je-li zapotřebí získávat informace o průtoku ve více místech systému, může být cena těchto převodníků i mnohonásobně vyšší než cena vlastního mikroprocesorového regulačního ústrojí.Increasing demands on the quality of regulation of the ventilation or air-conditioning system are increasingly leading to the system being controlled by an electronic controller, which performs a rather complicated evaluation of the conditions in the system. It is anticipated that in the near future regulation will be largely done by microprocessors. To convert the output signal of the prior art flowmeters to the required electrical signal, a relatively demanding and expensive device, consisting of a capacitive or other pressure transducer to the output voltage, and usually of the following analog-to-digital converter, is required today. If it is necessary to obtain flow information at multiple points of the system, the cost of these transducers can be many times higher than the cost of the actual microprocessor control device.

Je proto zájem o jiné průtokoměry, zejména takové, dávající výstupní signál v podobě oscilací jejichž frekvence je úměrná měřené velikosti průtoku. Jsou známy dva základní principy takových průtokoměrů, v nichž dochází k samobuzeným periodickým procesům s frekvencí závislou na průtokuj jsou to jednak průtokoměry tvořené v podstatě fluidickým zesilovačem proudového typu se zavedenými zpětnými vazbami buČL mezi řídicímiThere is, therefore, an interest in other flow meters, particularly those giving an output signal in the form of oscillations whose frequency is proportional to the flow rate measured. There are two basic principles of such flowmeters in which self-excited periodic processes with a flow-dependent frequency occur, namely flowmeters consisting essentially of a fluid-type current amplifier with established feedbacks between the controllers.

-5-.-5-.

229 248 tryskami navzájem nebo mezi výstupem a řídicími tryskami, jednak průtokoměry detekující frekvenci odtrhávání vírů z obtékaného tělesa s tupou odtokovou stranou. Nevýhodou prvních z nich je značná složitost a tím i cena, a prostorové nároky. Druhý prin cíp pak má všeobecnou nevýhodu, že detekovaný aerodynamický efekt je poměrně slabý, výstupní signál bývá zatížen značným šumem způsobovaným turbulencí při proudění a tento šum vede ke zhoršené přesnosti a spolehlivosti měření.229 248 nozzles to each other or between the outlet and the control nozzles, and flow meters detecting the frequency of vortex plucking from the flowing body with a blunt outlet side. The disadvantage of the first of these is the considerable complexity and hence the cost and space requirements. The second principle has the general disadvantage that the detected aerodynamic effect is relatively weak, the output signal is burdened with considerable noise caused by the flow turbulence and this noise leads to impaired measurement accuracy and reliability.

Problém je řešen průtokoměrem podle tohoto vynálezu k měření průtoku vzduchu nebo jiných plynů v potrubí obdélníkového průřezu, jehož podstatou je, že do potrubí je u jedné stěny vsazen separační klín a naproti němu kontrakční stěna mezi jejímž úsťovým koncem a separačnim klínem tak vznikne ústí jehož směr je skloněn vzhledem k podélnému směru potrubí a ve směru tohoto ústí je přídržná stěna, která je robněž skloněna vzhledem k podélnému směru potrubí, zejména tak, že je rovnoběžná se směrem ústí a pokračuje ve směru úsťového konce kontrakční stěny, přičemž mezi přídržnou stěnou a úsťovým koncem kontrakční stěny je štěrbina deflekční trysky, zatímco na protilehlém konci přídržné stěny je štěrbinou hrdla oddělen deflektor s držákem rychlost ního čidla, jímž je například thermistor elektricky propojený s výstupem průtokoměřu, kde mezi stěnami potrubí a kontrakční stěnou s přídržnou stěnou je uzavřena akumulační dutina propojená s ostatní dutinou potrubí pouze štěrbinou deflekční trysky a štěrbinou hrdla.The problem is solved by a flowmeter according to the invention for measuring the flow of air or other gases in a pipe of rectangular cross section, the principle being that a separating wedge is inserted into the pipeline at one wall and opposite the contracting wall between its muzzle end and separating wedge it is inclined with respect to the longitudinal direction of the conduit and in the direction of the mouth there is a retaining wall which is also inclined with respect to the longitudinal direction of the conduit, in particular parallel to the mouth and continuing in the direction of the muzzle end of the contraction wall; the end of the contraction wall is a deflection nozzle slot, while at the opposite end of the retaining wall a deflector with a velocity sensor holder is separated by a throat slot, for example a thermistor electrically connected to the flowmeter outlet where The accumulation cavity connected to the other cavity of the piping is closed only by the deflection nozzle slot and the throat slot.

Průtokoměr podle vynálezu je velmi jednoduchý a levně vyrobí telný - spočívá v podstatě ve vložení několika jednoduchých plechů^ plechových stěn), dovnitř potrubí jímž měřený průtok vzduchu prochází. Nejsou zde žádné prostorové nároky navíc, průtokoměr může mít zvnějšku naprosto stejné rozměry jako potrubí před ním a za ním. Přitom však v něm dochází k oscilacím vyznačujícím se výraznou koherencí a jednoznačností frekvence, vůči nimž je turbulentní šum zcela nevýznamný. Průtokoměr převádí měřený průtok na hodnotu frekvence výstupních elektrických pulsů, jíž je neobyčejně snadné převést na digitální signál vhodný pro zpracování digitálním, například mikroprocesorovým regulátorem. Přitom převod na elektrický signál může být proveden velice levně thermistorem, tedy součástkou mající haléřovou výrobní cenu; vzhledem k frekvenčnímu charakteru výstupu se od této součástky nevyžaduje žádná přesnost funkce.The flow meter according to the invention is very simple and inexpensive to manufacture (essentially consisting of inserting a few simple sheets (sheet metal walls)) inside the duct through which the measured air flow passes. There are no extra space requirements, the outside of the flow meter can be exactly the same size as the pipes upstream and downstream. However, there are oscillations characterized by marked coherence and frequency uniqueness, to which turbulent noise is completely insignificant. The flowmeter converts the measured flow rate to the frequency value of the output electrical pulses, which is extremely easy to convert to a digital signal suitable for digital processing, for example by a microprocessor controller. The conversion to the electrical signal can be carried out very cheaply by a thermistor, that is to say a component having a pennies production cost; due to the frequency character of the output, no accuracy of function is required from this component.

229 248229 248

Na připojeném obrázku je znázorněn příklad provedení průtokoměru podle vynálezu. Průtokoměr je zabudován do potrubí obdélníkového průřezu, jehož osa směřuje na obrázku vodorovně, měřený průtok jím prochází zleva doprava. V dolní části obrázku je znázorněn příčný řez průtokoměrem vedený rovinou A-A, základní část obrázku představuje podélný řez.The attached figure shows an exemplary embodiment of a flowmeter according to the invention. The flowmeter is built into a rectangular cross-sectional pipeline whose axis points horizontally in the figure, and the measured flow passes through it from left to right. In the lower part of the figure there is a cross-section of the flowmeter along the line A-A, the basic part of the figure is a longitudinal section.

U spodní stěny potrubí 1 je připevněn separační klín 2, zhotovený jednoduchým ohnutím z pruhu plechu o šířce rovné šířce potrubí 1. U znázorněného provedení je separační klín 2 dosedacími plochami ke stěně potrubí 1 přilepen epoxydovou pryskyřicí. Může však být, stejně jako ostatní dále popisované součástky připevněn přinýtováním, přivařením, připájením a pod.. S horní strany proti separačnímu klínu 2 je podobným způsobem připevněna dovnitř potrubí 1 kontrakční stěna 3. Její jeden konec dosahuje až k horní stěně potrubí 1. Opačný, úslový konec 31 je ohnut tek, že jeho směr je souběžný se směrem protilehlé stěny separačního klínu 2 a poté je zahnut nahoru. Mezi souběžnými stěnami se tak vytváří ústí 4. Důležité je, že osa ústí 2 není rovnoběžná s osou potrubí 6, ale je vůči ní skloněná vzhůru. Třetí součástkou vloženou a přilepenou do potrubí 1 je přídržná stěna 7, opět zhotovená ohnutím z plechu. V příčném řezu dole je patrné, že má stejnou šířku jako potrubí 1 a ohybem vytvořené dosedací patky, za něž je přilepena. Poslední, čtvrtou součástkou je deflektor 10. Je to plechový žlábek s držákem rychlostního čidla 11, jímž je zde thermistor elektricky propojený s výstupem průtokoměru.A separating wedge 2, made by simple bending from a strip of sheet metal with a width equal to the width of the piping 1, is attached to the bottom wall of the piping 1. In the illustrated embodiment, the separating wedge 2 is adhered to the wall of the piping 1 with epoxy resin. However, like the other components described below, it can be fixed by riveting, welding, soldering, and the like. With the upper side opposite to the separation wedge 2, a contracting wall 3 is fixed in the pipeline 1 in a similar manner. , the end 31 is bent so that its direction is parallel to the direction of the opposite wall of the separation wedge 2 and is then bent up. An orifice 4 is thus formed between the parallel walls. Importantly, the axis of the orifice 2 is not parallel to the axis of the conduit 6 but is inclined upwards relative to it. The third component inserted and glued into the pipe 1 is a retaining wall 7, again made by bending from sheet metal. In the cross-section at the bottom, it can be seen that it has the same width as the pipe 1 and the bending-formed abutment feet behind which it is glued. The last, fourth component is the deflector 10. It is a sheet metal groove with a speed sensor holder 11, by means of which the thermistor is electrically connected to the output of the flow meter.

Vzduch přitékající zprava prochází ústím 4 a vytváří tak proud, vycházející z ústí 4, ve směru osy ústí 5 poněkud šikmo vzhůru tak, že sleduje přídržnou stěnu 7. Větší část proudu odtud pokračuje vpravo další částí potrubí 1. Jistá část je však zachycena deflek torem 10 a vstupuje do akumulační dutiny 12.The air flowing from the right passes through the mouth 4, creating a flow coming out of the mouth 4 slightly obliquely upwards in the direction of the mouth 5, following the retaining wall 7. The greater part of the flow continues from here to the right. 10 and enters the storage cavity 12.

V té postupně narůstá tlak a dochází k výtoku štěrbinou deflekční trysky 8 - která ústí do místa největší průřezové kontrakce a tedy nejnižšího tlaku, čímž je výtok z ní usnadněn. Proud z ústí 4 však zůstává přilnut k přídržné stěně 7 účinkem Coandova jevu. Teprve až tlak v akumulační dutině 12 nabude kritické hodnoty, dojde k odtržení proudu od přídržné stěny 7. Proud pak směřuje mimo deflektor 10, do akumulační dutiny 12 přestává vzduch přitékat a naopak štěrbinou hrdla 9 jistý průtok v této funkční fázi vytéká, což ovšem ztěžuje zpětné přilnutí proudu kpřídržné stěně 7. Teprve až kdvž se akumul ačn-fIn this case, the pressure gradually increases and flows through the gap of the deflection nozzle 8 - which opens to the location of the greatest cross-sectional contraction and hence the lowest pressure, thereby facilitating the discharge therefrom. However, the current from the mouth 4 remains adhered to the retaining wall 7 due to the Coanda effect. Only when the pressure in the accumulation cavity 12 reaches a critical value does the current break away from the retaining wall 7. The current then flows away from the deflector 10, the air stops flowing into the accumulation cavity 12 and vice versa. back current to the retaining wall 7. Only when the accumulator-f

229 248 dutina 12 vyprázdní a výtok z ní pomine, dojde k opětnému přilnutí a proud se navrátí do výchozí polohy. Potom se celý popsaný funkční cyklus opakuje. To se děje s periodou závislou na rychlosti průtoku potrubím 1, nebol na ní závisejí tlakové spády jimiž je akumulační dutina 12 plněna a vyprazdňována a také charakteristický čas plnění se s ní mění.229 248, the cavity 12 empties and the effluent passes therethrough, re-adheres, and the current returns to the starting position. Thereafter, the entire functional cycle described is repeated. This happens with a period dependent on the flow rate through the line 1, since the pressure drops through which the accumulation cavity 12 is filled and emptied and the characteristic filling time vary with it depend on it.

Vždy když proud vytékající z ústí 4 přilne k přídržné stěně 7 je thermistor představující rychlostní čidlo 11, který je ohříván procházejícím elektrickým proudem, daleko více ochlazován než když dojde k odtržení proudu. Toto periodicky se opakující větší ochlazování vede k periodickým změnám elektrického odporu a například při konstantním napájecím napětí tedy k periodickým zm(ěnám velikosti procházejícího proudu, které se registrují.Whenever the current flowing from the orifice 4 adheres to the retaining wall 7, the thermistor representing the speed sensor 11, which is heated by the passing electric current, is much more cooled than when the current breaks. This periodically repetitive greater cooling leads to periodic changes in the electrical resistance and, for example, at a constant supply voltage, to periodic changes in the magnitude of the current passing through, which are registered.

Vynález je určen především pro větrací a klimatisační systémy, již také proto, že předpokládá potrubí 1 obdélníkového příčného průřezu, které je v těchto oborech běžné. Je však zřej mé, že jej lze právě tak využít v nejrůznějších jiných oborech, všude tam, kde je třeba měřit průtok tekutiny - al plynu nebo kapaliny, u níž je ovšem třeba provést úpravy umožňující akumulaci kapaliny v akumulační dutině 12_f například spojení s nádobou v níž je volná hladina kapaliny která může stoupat, když se akumulační dutina 12 plní . V případě potrubí s kruhovým průřezem samozřejmě do něj může být vložena vložka která na krátkém úseku mění průřez na obdélníkový nebo čtvercový. Výčet takových aplikací pak nelze ani podat, měření průtoku je nejčas tější úlohou v průmyslové měřicí technice vůbec - od chemických a energetických soustav až třeba k vozidlům, letadlům, lékařské technice a pod..The invention is primarily intended for ventilation and air-conditioning systems, also because it provides for a rectangular cross-sectional pipe 1 that is common in these fields. However, it is evident to me that it can well be used in various other fields wherever it is necessary to measure the flow of fluid - Al gas or liquid, in which, however, is necessary to make adjustments enabling the accumulation of liquid within the storage cavity 12 _f for example, communication with the container in which there is a free level of liquid that can rise when the storage cavity 12 is being filled. In the case of a pipe with a circular cross-section, of course, an insert can be inserted into it, which changes the cross-section to a rectangular or square cross section on a short section. A list of such applications can not even be given, flow measurement is the most common task in industrial measuring technology ever - from chemical and power systems to vehicles, aircraft, medical technology, etc.

Claims

Flow meter for measuring the flow of air or other gases, in particular in ventilation and air-conditioning technology, in a rectangular duct, characterized in that a separating wedge (2) is inserted into the duct (1) and confronting the traction wall (3) between its orifice end (31) and the separation wedge (2) there is formed a mouth (4) whose direction is inclined with respect to the longitudinal direction of the pipe 4 and in this direction the mouth (4) is a retaining wall (7) which is also inclined with to the longitudinal direction of the conduit (1), in particular parallel to the direction of the mouth (4) and continuing in the direction of the mouth end (31) of the contraction wall (3), between the retaining wall (7) and the mouth end (31) the contractile wall (3) is the slot of the deflection nozzle (8), while at the opposite end of the retaining wall (7) the deflector (10) is separated by the slot of the neck (9) with the speed sensor holder (11). r electrically connected to the flowmeter outlet and between the walls of the pipe (1), the contraction wall (3) and the retaining wall (7), an accumulation cavity (12) is connected to the other pipe cavity (1) only by the deflection nozzle slot (8) and throat (9).