CZ285968B6

CZ285968B6 - Snímač průtoku

Info

Publication number: CZ285968B6
Application number: CZ97993A
Authority: CZ
Inventors: Daniel Berckmans; Erik Vranken; Victor Goedseels; Gijs Jansen
Original assignee: Fancom B. V.
Priority date: 1994-10-04
Filing date: 1995-10-03
Publication date: 1999-12-15
Also published as: CA2201641A1; KR100406597B1; AU3710795A; DE69503928T2; CZ99397A3; EP0805958B1; DE69503928D1; CA2201641C; PL177781B1; EP0805958A1; US6009763A; WO1996010733A1; NL9401632A; ES2120235T3; ATE169398T1; DK0805958T3; PL319487A1

Abstract

Snímač průtoku zejména vhodný pro použití měření proudění vzduchu sestává z oběžného kola (12, 40), které je zavěšeno pro volné otáčení v trubkovém dílu (8) a má střed (30) a řadu lopatek (16, 41) vyčnívajících ze středu (30), nejméně jednu lopatku (16, 41) vyčnívající ze středu (30) až k vnitřní stěně trubkového dílu (8) a dále obsahuje měřící prostředky (17) pro měření počtu otáček oběžného kola (12, 40) za jednotku času. Snímač průtoku je upraven pro registraci, proudí-li vzduch kalibrační průtokovou rychlostí trubkovým dílem (8) a přidružená kalibrační rychlost otáčení oběžného kola (12, 40) je registrována měřícími prostředky (17). ŕ

Description

(57) Anotace:

Je vhodný pro použiti měřeni prouděni vzduchu, sestává z oběžného kola (12, 40), které je zavěšeno pro volné otáčeni v trubkovém dílu (8) a má střed (30) a řadu lopatek (16, 41) vyčnívajících ze středu (30), nejméně jednu lopatku (16, 41) vyčnívající ze středu (30) až k vnitřní stěně trubkovém dílu (8) a dále obsahuje měřicí prostředky (17) pro měření počtu otáček oběžného kola (12, 40) za jednotku času. Snímač průtoku je upraven pro registraci, proudí-li vzduch kalibrační průtokovou rychlostí trubkovým dílem (8) a přidružená kalibrační rychlost otáčení oběžného kola (12, 40) je registrována měřicími prostředky (17). Úhel H(r) lopatky (17, 41) vyhovuje rovnici tg H(r) x Caldeb x C/(r x D²) = Calrev, kde r je vzdálenost části od osy střední, H(r) úhel části lopatky ve vzdálenosti r, D průměr trubkového dílu (8), Calrev kalibrační rychlost otáčeni a Caldeb kalibrační průtoková rychlost.

Snímač průtoku

Oblast techniky

Vynález se týká snímače průtoku, zejména vhodného pro použití při měření proudění vzduchu a sestávajícího z oběžného kola zavěšeného tak, aby se mohlo volně otáčet v trubkovém dílu.

Dosavadní stav techniky

U známých snímačů rychlosti proudění shora uvedeného typu se jako oběžné kolo používá například oběžné kolo ventilátoru, uspořádané v trubkovém dílu tak, aby se v něm mohlo volně otáčet. Měří se rychlost otáčení oběžného kola, na základě které se s určitou přesností stanoví rychlost proudění trubkovým dílem. U známých snímačů není vztah mezi měřenou rychlostí a rychlostí proudění lineární a více méně závisí na poklesu tlaku nad měřicí soustavou. Zejména při nízkých otáčkách a malých rychlostech proudění a při velkých tlakových rozdílech v trubkovém díle, mohou nastat velice rozdílné podmínky.

Oběžné kolo ventilátoru je vytvořeno tak, aby rotační energie mohla být převedena na pohyb vzduchu. Podle toho se volí počet lopatek a konfigurace lopatek oběžného kola ventilátoru. Je-li oběžné kolo ventilátoru použito jako volně otočné oběžné kolo ventilátoru, tj. oběžné kolo ventilátoru není poháněno motorem nebo podobnými prostředky, vztah mezi rychlostí otáčení a rychlostí proudění plochou pokrytou oběžným kolem se bude podstatně lišit od lineárního vztahu, zejména při nízkých rychlostech a/nebo vysokých tlakových rozdílech mezi oběma stranami oběžného kola a bude dále přímo úměrný na rozdílu tlaku před trubkovým dílem.

Při nízkých otáčkách a velkém rozdílu tlaků, bude vzduch veden zpět oběžným kolem, tzv. zpětný proud, který způsobuje změnu rychlosti otáčení oběžného kola při konstantní průtokové lychlosti, např. následkem v sousedství umístěného větráku. Dále oběžné kolo obvykle způsobuje silnou turbulenci vzduchu, která zpětně ovlivní činnost snímače průtoku. To znamená, že snímače průtoku mají špatnou charakteristiku měření, zejména při nízkých průtokových rychlostech a že tyto známé snímače průtoku nejsou nezávislé na tlaku.

Úkolem vynálezu je vytvořit snímač průtoku toho typu, který byl popsán v úvodním odstavci, přičemž se odstraní uvedené nedostatky a všechny výhody se zachovají.

Podstata vynálezu

Tento úkol se dosáhne snímačem průtoku podle vynálezu, jehož podstata je uvedena v nároku 1.

Úhly lopatek oběžného kola snímače průtoku podle vynálezu, které mají různý průřez způsobují, že snímač průtoku má charakteristiku měření v měřeném rozsahu snímače průtoku téměř nezávislou na tlaku. Popsaná kalibrační kombinace, obsahující kalibrační průtokovou rychlost a kalibrační rychlost otáčení, může být zvolena tak, aby charakteristika měření mohla být rychle přizpůsobena měřícím prostředkům a případným dalším prostředkům, pro zpracování registrované rychlosti oběžného kola během jeho používání. Podle vynálezu, charakteristika křivky úhlů lopatek přes lopatky oběžného kola nabízí tu výhodu, že počínaje konstrukční dvojicí vhodnou pro požadované použití a pro vhodný průměr trubkového dílu, lze vždy získat snímač průtoku nezávislý na tlaku, tj. pro jakékoliv použití může být vytvořen snímač průtoku, mající v podstatě lineární charakteristiku měření, která obsahuje alespoň zvolenou konstrukční dvojici. Následkem této konstrukce v určité kombinaci se zvoleným vhodným materiálem, snímač tlaku je vhodný pro použití v prašných a korozivních prostředích, při silně se měnících teplotách a při různých

-1 CZ 285968 B6 vlhkostech. Snímač průtoku může být použit pro měření průtoku plynu, ale také je vhodný pro použití pro měření průtoku tekutin.

Snímač průtoku podle vynálezu je zejména vhodný pro použití v průmyslu, zemědělství a v občanské vybavenosti jako je vzduchotechnika, kontrola provozu, kontrola emisí, měření emisí za určitých okolností a pod.

Podstata dalšího provedení snímače průtoku podle vynálezu je uvedena v nároku 2.

Je-li použit snímač průtoku svolně se otáčejícím oběžným kolem je důležité, aby byly otáčky oběžného kola během provozu udržovány v daném rozsahu minimální a maximální měřené rychlosti, aby se zabránilo narušení charakteristiky měření. Při příliš vysokých otáčkách, pohyby lopatek způsobí nesprávné chování oběžného kola, které zpětně působí na přesnost měření a citlivost. Dále, při příliš vysokých otáčkách oběžného kola nastává nepřijatelný hluk a opotřebení. Při příliš nízkých otáčkách, je přesnost měření snímačem průtoku velmi malá.

Aby se dosáhlo lepšího způsobu měření snímačem průtoku v požadovaném měřícím rozsahu, má snímač průtoku znaky uvedené v nároku 3.

Zejména výhodné provedení snímače průtoku podle vynálezu je charakterizováno znaky uvedenými v nároku 4 a 5.

Je-li oběžné kolo opatřeno s výhodou dvěma proti sobě na průměru ležícími lopatkami, získá se stabilní oběžné kolo, které je jednoduchým způsobem uloženo v ložisku, protože na ložisko působí pouze minimální síly. Přesto, oproti oběžným kolům známých snímačů průtoku, oběžné kolo podle vynálezu není určeno k přenosu energie. Je nutno překonat pouze tření ložiska. Dále, pouze velmi malá část čelní plochy trubkového dílu je zakryta stacionárním oběžným kolem. Díky těmto rozměrům, jsou odpor proudění a vzhledem k tomu i vliv oběžného kola na proudové pole v trubkovém dílu minimální. Protože lopatky vyčnívají k vnitřní stěně trubkového dílu, je celý trubkový díl pokryt během otáčení oběžného kola. Oběžné kolo podle vynálezu má tu výhodu, že kinetické poleje nezávislé na proudovém poli trubkového dílu. Snímač průtoku podle vynálezu lze použít jak při turbulentním tak laminámím proudění v trubkovém dílu aniž by se ovlivnila charakteristika měření, přičemž v obou případech si snímač průtoku zachovává naprosto přesnou funkci.

V dalším provedení je snímač průtoku charakterizován znaky uvedenými v nároku 9.

Umístěním ventilátoru do trubkového dílu se získá kompaktní zařízení, které lze snadno instalovat, přičemž oběžné kolo a ventilátor lze vzájemně nastavit optimálním způsobem. Uspořádání ventilátoru směrem po proudu za oběžným kolem má za následek vysokou přesnost snímače průtoku.

V této souvislosti je zejména výhodné, má-li snímač průtoku znaky uvedené v nároku 10.

Opačný směr otáčení ventilátoru a oběžného kola vytváří výhodné proudové pole uvnitř trubkového dílu, což zabraňuje nežádoucímu narušení charakteristiky měření, např. způsobené nežádoucími vibracemi.

Vynález se dále týká oběžného kola popsaného v předvýznakové části nároku 14, přičemž podstata oběžného kola podle vynálezu spočívá v tom, že je charakterizován znaky uvedenými v nároku 14.

Takovéto oběžné kolo může být s výhodou uspořádáno uvnitř trubkového dílu a je potom vhodné pro použití se snímačem průtoku, protože má v podstatě charakteristiku otáčení nezávislou na

-2CZ 285968 B6 tlaku. Oběžné kolo lze snadno přizpůsobit průměru vhodného trubkového dílu tak, že při jednom otočení oběžného kola uvnitř trubkového dílu, je lopatkami pokryt v podstatě celý průřez trubkového dílu.

Vynález se dále týká větracího zařízení, zejména vhodného pro použití pro větrání prostorů a způsobu výroby snímače průtoku, sestávajícího z volně se otáčejícího oběžného kola umístěného v trubkovém dílu.

Přehled obrázků na výkrese

Příkladná provedení snímače průtoku podle vynálezu jsou znázorněna na připojených výkresech, kde obr. 1 je řez stájí, v níž je umístěno větrací zařízení, obr. 2 je částečný řez bokorysem snímače průtoku podle vynálezu, obr. 3 je řez III-III oběžným kolem z obr. 2, obr. 4 schematicky znázorňuje spodní stranu průřezu lopatky z obr. 3 a obr. 5 je nárys oběžného kola.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje stáj 1, s vnitřním prostorem 5 tvořeným několika stěnami 2, střechou 3 a podlahou 4. Vnitřní prostor 5 je opatřen topnými prostředky 6 a měřicími prostředky 7 pro stanovení složení vzduchu ve vnitřním prostoru 5. Ve střeše 3 je umístěn trubkový díl 8 spojený jedním otevřeným koncem 9 s vnitřním prostorem 5 a opačným druhým koncem 10 s vnějším prostorem 11 stáje L V trubkovém dílu 8, který má kruhový vnitřní průřez, je u dovnitř obráceného prvního otevřeného konce 9, zavěšeno volně se otáčející oběžné kolo 12, které bude popsáno dále. U druhého otevřeného konce 10 je v trubkovém dílu 8 umístěn ventilátor 13, kterým může být vzduch odtahován z vnitřního prostoru 5 do vnějšího prostoru 11 trubkovým dílem 8.

Topné prostředky 6, prostředky 7 pro měření složení vzduchu, oběžné kolo 12 a ventilátor 13 jsou všechny spojeny s ovládací jednotkou, například počítačem řízenou regulační jednotkou 14. Také spojením s regulační jednotkou 14 jsou řízeny ventily 15 regulující větrání, umístěné ve stěnách 2, střeše 3 a/nebo podlaze 4. Na základě měřeného složení vzduchu, jsou ventily 15 regulující větrání ovládány do otevřené a zavřené polohy, ventilátor 13 je řízen takovým způsobem, aby požadovaný proud vzduchu, nezbytný pro osvěžení vzduchu ve vnitřním prostoru 5, se odtahoval trubkovým dílem 8. V souvislosti s tím je důležité, aby byl odtahovaný proud vzduchu přesně stanoven a regulován, aby se dosáhlo optimálního větrání vnitřního prostoru 5, aniž by se například vyplýtvalo příliš mnoho tepla a nebo nevznikl průvan.

Oběžné kolo 12 je opatřeno dvěma lopatkami 16, umístěnými proti sobě a připevněnými ke středu 30, který je uložen v ložisku 32 tak, aby hladce běžel a jeho skříň je uprostřed zavěšena uvnitř trubkového dílu 8 pomocí řady radiálních paprsků 33. Střed 30 má malou přední plochu a je aerodynamicky tvarován, aby bylo proudové pole vzduchu uvnitř trubkového dílu 8 co nejméně ovlivněno středem 30. Osa otáčení S oběžného kola 12 se shoduje s podélnou osou trubkového dílu 8. Lopatky 16 procházejí až k vnitřní stěně trubkového dílu 8. Vzdálenost mezi vnitřní stěnou trubkové části 8 a volným koncem lopatky 16 je menší než 2 % průměru trubkového dílu 8 a je s výhodou asi 1 %. Tak je při provozu téměř celý vnitřní průřez trubkového dílu 8 pokryt lopatkami 16, a to umožňuje použití snímače průtoku jak při turbulentním, tak při laminámím proudění v trubkovém dílu 8. S výhodou je směr otáčení oběžného kola 12 opačný než směr otáčení oběžného kola ventilátoru 13.

Ve znázorněném provedení je trubkový díl 8 na svém prvním otevřeném konci 9 opatřen ven ohnutým vstupním okrajem 31, jehož poloměr R zakřivení je větší než 10% průměru D trubkového dílu. Oběžné kolo 12 může být s výhodou umístěno jak v úrovni vstupního okraje 31,

-3CZ 285968 B6 tak v určité vzdálenosti od vstupního okraje 31. Tato vzdálenost je nejméně polovina průměru D trubkového dílu 8. Použitím jedné z těchto konfigurací se zabrání, aby proudové pole přiváděného vzduchu v trubkovém dílu 8 ovlivňovalo charakteristiku měření snímačem průtoku. Dále jsou z toho důvodu oběžné kolo 12 a ventilátor 13 umístěny v určité vzdálenosti od sebe a tato 5 vzdálenost odpovídá alespoň průměru D trubkového dílu 8.

Pro měření průtokové rychlosti trubkovým dílem 8, oběžné kolo 12 sestává z měřicích prostředků 17 pro stanovení rychlosti otáčení oběžného kola 12. Rychlost otáčení je určena pro rychlost proudění na jejímž základě může být například seřízena rychlost otáčení ventilátoru 13, 10 přizpůsobena poloha různých regulačních ventilů 15 a přeseřízeny topné prostředky 6, pomocí regulační jednotky 14.

Aby bylo možno spočítat průtokovou rychlost z rychlosti otáčení oběžného kola 12 levným a spolehlivým způsobem, je důležité, aby byl lineární vztah mezi rychlostí proudění a měřenými 15 otáčkami, bez ohledu na rozdílu tlaku mezi vnitřním prostorem 5 a vnějším prostorem 11 a bez ohledu na proudové pole uvnitř trubkového dílu 8. Tento lineární vztah je v podstatě dán konfigurací oběžného kola 12 a zejména konfigurací lopatek 16.

Z toho důvodu, musí u lopatek 16 oběžného kola 12, jak je znázorněno na obr. 2, úhel H všech 20 jejich částí vyhovovat rovnici [tg(H)r * Caldeb * C]/[r * D²] = Calrev (1) kde r = vzdálenost části lopatky od osy středu (m)

H(r) = úhel části lopatky ve vzdálenosti r (°)

Caldeb = kalibrační průtoková rychlost (m³/h)

Calrev = kalibrační rychlost otáčení (ot/min)

D = průměr trubkového dílu (m) kde C leží mezi 0,003 a 0,004 a je s výhodou 6,67/1974. V praxi se úhel lopatky s výhodou liší maximálně o 3° od optimálního úhlu lopatky.

Úhel H lopatky je určen jako úhel, který svírá lopatka 16 s osou S otáčení oběžného kola 12 jak je znázorněno na obr. 3.

Pro výpočet vhodné konfigurace lopatek 16 je základem kalibrační kombinace K o které lze říci, že je to dvojice vhodná pro praktické použití a která sestává z kalibrační rychlosti proudění 40 Caldeb a příslušné kalibrační rychlosti otáčení Calrev. Konstrukční dvojice Kje mezi jiným zvolená na základě regulační jednotky 14 a použitých prostředků 17 pro měření rychlosti a tvoří bod v měřicí charakteristice snímače průtoku. Tabulka 1 uvádí jako příklad úhly lopatek 16 oběžného kola 12, které jsou nezávislé na tlaku a proto jsou zejména vhodné pro použití ve snímači průtoku podle vynálezu.

-4CZ 285968 B6

Tabulka 1

Caldeb	500 m³/h	Maxdeb	8000 m³/h
Calrev	125 ot/min	Maxrev	2000 ot/min
D	0,45 m	Mindeb	120 m³/h
C	0,0034	Minrev	30 ot/min
r(m)	H(r)(°)	B(m)
0,05	36,8	0,100
0,06	42,0
0,07	46,4
0,08	50,2
0,09	53,4
0,10	56,3	0,061
0,11	58,8
0,12	60,9
0,13	62,8
0,14	64,5
0,15	66,0	0,051
0,16	67,4
0,17	68,6
0,18	69,7
0,19	70,6
0,20	71,5	0,047
0,21	72,4

Dále, pro další optimalizaci snímače průtoku a zejména oběžného kola 12, musí pro alespoň větší část každé lopatky 16, stanovená šířka B lopatky pro každou část vyhovovat následujícímu vzorci:

[ri * cos(Hi) * B]J/[r₂ * cos(H₂) * B₂] > 1 kde

Γ] = vzdálenost první části od osy středu (m), r₂ = vzdálenost druhé části od osy středu (m), kde r₂ > Γ],

Hi = úhel první části lopatky (°),

H₂ = úhel druhé části lopatky (°),

B] = šířka první části lopatky (m), a

B₂ = šířka druhé části lopatky (m), kde pro všechny úhly lopatek oběžného kola platí, že leží na jednom kvadrantu a že úhel H lopatky a šířka B lopatky mají přes lopatku plynulé zakřivení. Pro použití oběžného kola ve snímači průtoku vzduchu v situaci znázorněné na obr. 1, by měla být šířka lopatky s výhodou mezi 1 a 15 cm. Pro provedení uvedené v tabulce 1, začíná šířka B lopatky 10 cm ve vzdálenosti 5 cm. Křivka šířky lopatky je uvedena v tabulce 1 v pravém sloupci. Ve znázorněném provedení má střed průměr asi 10 cm.

V případe měření průtoku vzduchu pomocí volně se otáčejícího oběžného kola, iychlost otáčení se bude s výhodou udržovat v určitém rozsahu. Při příliš vysoké rychlosti otáčení oběžného kola

-5CZ 285968 B6 je velká možnost, že nastane nestabilita lopatek 16 oběžného kola, která zpětně ovlivní charakteristiku měření. Dále způsobí podstatné opotřebení různých součástí zařízení a nepříjemný hluk. Při příliš nízkých rychlostech je přesnost měření snímačem průtoku také snadno zpětně ovlivnitelná.

Při maximální a minimální možné rychlosti otáčení, lze stanovit maximální a minimální měřitelnou průtokovou rychlost pro každé oběžné kolo 12 podle vzorce:

[tg(H(r)_max) * Maxdeb * C]/[r * D²] < Maxrev (3) a

[tg(H(r)_min) * Mindeb * C]/[r * D²] < Minrev (4) kde

H(r)_max = maximální úhel části lopatky ve vzdálenosti r (°) H(r)_min = minimální úhel části lopatky ve vzdálenosti r (°) Maxdeb = maximální měřená průtoková rychlost (m³/h) Mindeb = minimální měřená průtoková rychlost (m³/h) Maxrev = maximální měřená rychlost otáčení (ot/min) Minrev = minimální měřená rychlost otáčení (ot/min).

Dosazení úhlu H lopatky a maximální dovolené rychlosti otáčení do horní rovnice (3), může se snadno stanovit maximální měřitelná průtoková rychlost, dosazením úhlu H lopatky a minimální dovolené rychlosti otáčení do spodní rovnice (4), může se stanovit snadno minimální měřitelná průtoková rychlost.

Naopak, na základě stejných rovnic (3), (4), je také možno spočítat maximální dovolený úhel lopatky pro každou její část na základě měřené maximální průtokové rychlosti a proto maximální dovolené rychlosti otáčení a podobně, spočítat minimální úhel lopatky pro každou její část dosazením měřené minimální průtokové rychlosti a pro ni požadovanou minimální rychlost otáčení. To nabízí možnost stanovit, před stanovením úhlů lopatek oběžného kola 12, konstrukčním omezením na jejichž základě lze zvolit výhodnou kalibrační kombinaci K. Tabulka 2 uvádí maximální a minimální úhly H(r)_max, H(r)_min pro různé části oběžného kola, počínaje konstrukčními kritérii uvedenými v záhlaví tabulky 2.

-6CL 285968 B6

Tabulka 2

Maxdeb	6000 m³/h
Maxrev	2000 r/min
Mindeb	200 m³/h
Minrev	30 r/min
D	0,45 m
C	0,0034
poloměr	min. úhel	max. úhel
m	(°)	(°)
0,05	24,2	45
0,06	28,3	50,2
0,07	32,2	54,4
0,08	35,7	58,0
0,09	39	60,9
0,10	42	63,4
0,11	44,7	65,5
0,12	47,2	67,4
0,13	49,4	68,9
0,14	51,5	70,3
0,15	53,4	71,5
0,16	55,2	72,6
0,17	56,8	73,6
0,18	58,3	74,5
0,19	59,7	75,2
0,20	60,9	76
0,21	62,1	76,6
0,22	63,2	77,2
0,23	64,2	77,7
0,24	65,1	78,2
0,25	66	78,7
0,26	66,8	79,1
0,27	67,6	79,5
0,28	68,3	79,9

Když byla zvolena konstrukční dvojice K, optimální úhel H lopatek lze stanovit dosazením do 5 první rovnice (1). Jestliže se stane, že zjištěné úhly H lopatky leží příliš mimo mezní hodnoty zjištěné třetí a čtvrtou rovnicí (3), (4), lze zvolit nastavenou konstrukční dvojici K. Tímto způsobem, lze křivku úhlů lopatek optimalizovat. Potom pro každou část lopatky lze stanovit šířku na základě druhé rovnice (2) takovým způsobem, že konfigurace lopatek splňuje soubor všech požadavků a proto také nezávislost na tlaku a vytvoří se tak lineární charakteristika měření 10 vhodné přesnosti.

Obr. 3 znázorňuje řez částí lopatky 16 oběžného kola 12. Lopatka 16 má přední stranu 18, zadní stranu 19, vodicí stranu 20 a zakřivenou horní stranu 21. Ve znázorněném provedení je vodicí strana 20 v podstatě plochá, což má pozitivní vliv na tlakovou nezávislost oběžného kola 12. 15 Zakřivení lopatky 16, dané rozdílem mezi přiváděcím úhlem β[ a odváděcím úhlem β₂, jak je znázorněno na obr. 4, je menší než 5° a s výhodou asi 0°. Maximální tloušťka lopatky 16 je asi 10 % šířky lopatky 16 a leží asi v 1/3 šířky lopatky, měřeno od přední strany 18 lopatky 16. Úhel H lopatky 16 odpovídá průměrné hodnotě přiváděcího úhlu βι a odváděcího úhlu β₂.

Obr. 5 znázorňuje oběžné kolo 40 vhodné pro použití jako snímač průtoku, který je nezávislý na tlaku. Úhly Hi, H₂ lopatky 41 dvou částí v různých vzdálenostech η, r₂ od středu 30 splňují následující rovnici:

(r₂/ri * tan(H,) = tan(H₂) (5) kde η = vzdálenost první části od osy středu (m) r₂ = vzdálenost druhé části od osy středu (m)

Hi = úhel první části lopatky (°) H₂ = úhel druhé části lopatky (°).

Na základě takovéhoto oběžného kola 40 může být snímač průtoku sestaven jednoduchým způsobem a vždy je téměř nezávislý na tlaku.

Vhodný průměr D trubkového dílu může být pro tento účel stanoven počínaje od zvoleného úhlu lopatek projeden průřez lopatky 41 a vhodnou konstrukční dvojici K a dosazením těchto hodnot do první rovnice (1). Potom může být délka L lopatek 41 nastavena podle tohoto trubkového dílu. Pokud jsou zjištěné hodnoty a maximální dovolená rychlost otáčení dosazeny do druhé rovnice (2), je tím dána horní hranice měřicího rozsahu průtokoměru a podobně je-li dosazena třetí rovnice (3), je dána i spodní hranice. Protože má snímač průtoku lineární měřicí charakteristiku, může se snadno stanovit, zda tato maximální rychlost otáčení skutečně nastane. Když hrozí, že tato rychlost bude překročena, musí se zvolit jiná kombinace, k níž bude přidružen jiný průměr trubkového dílu. Tímto způsobem lze na základě oběžného kola 40 získat vhodnou konfiguraci na tlaku nezávislého snímače průtoku. Samozřejmě, na základě konstrukční dvojice je také možné stanovit pro každý průřez trubkového dílu vhodný úhel lopatky dosazením zjištěné hodnoty do rovnice (1).

Způsobem podle vynálezu je možno získat snímač průtoku, který lze použít například v zemědělství, průmyslu a je vhodný i pro civilní použití pro vzduchotechniku, řízení postupů práce, měření emisí a pod. Snímač průtoku lze použít například pro měření průtoku vzduchu a tekutin v korozivním a prašném prostředí, při různých teplotách a stupních vlhkosti.

Snímač průtoku lze konstruovat pro měření průtokových rychlostí mezi 200 a 6000 m³/h, ale měření vyšších i nižších rychlostí je také možné. Délka lopatek oběžného kola se může pohybovat mezi 15 a 40 cm, ale menší a větší délky lopatek jsou také možné. Snímač průtoku podle vynálezu je použitelný alespoň při rozdílech tlaku 0 až 120 Pa a lze dosáhnout přesnosti měření okolo 60 m³/h nad zvolený rozsah měření nebo méně. Samozřejmě, vynález není omezen pouze na popsaná příkladná provedení. V rámci rozsahu vynálezu je možno provést řadu změn.

Například, oběžné kolo může být opatřeno různým počtem lopatek a snímač průtoku může být použit bez ventilátoru, například v případě přirozeného větrání. K regulační jednotce mohou být připojeny další snímače, jako například mechanické vypínače a časové vypínače.

Regulační jednotka může obsahovat různé regulační programy, přizpůsobené procesu, ve kterém je snímač zařazen.

Na základě jednoho nebo více daných parametrů, snímač průtoku nebo oběžné kolo podle vynálezu může být v každém případě nastaven na řízený proces. V této souvislosti je nutno poznamenat, že volba velikosti parametrů spadá v každém případě do rozsahu vynálezu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Snímač průtoku, zejména pro měření průtokové rychlosti vzduchu, obsahující oběžné kolo (12, 40) volně otočně zavěšené v trubkovém dílu (8) a mající střed (30) a řadu lopatek (16, 41) vyčnívajících ze středu (30), kde alespoň jedna lopatka (16, 41) vyčnívá ze středu (30) k vnitřní stěně trubkového dílu (8), a měřicí prostředky (17) pro měření počtu otáček oběžného kola (12, 40) za jednotku času, vyznačující se tím, že pro měření kalibrační průtokové iychlosti trubkovým dílem (8), odpovídající kalibrační rychlosti otáčení oběžného kola (12, 40) měřené měřicími prostředky (17) v alespoň jedné sérii průřezů lopatky (16, 41), úhel H(r) lopatky (17, 41) vyhovuje rovnici (tgH(r) * Caldeb * C)/(r * D²) = Calrev kde r = vzdálenost části od osy středu (m)

H(r) = úhel části lopatky ve vzdálenosti r (°)

Caldeb = kalibrační průtoková rychlost (m³/h) Calrev = kalibrační rychlost otáčení (rev/min) D = průměr trubkového dílu (m) a kde 0,003 < C < 0,004 a C s výhodou činí 6,67/1974.
2. Snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro každý příčný průřez lopatky (16, 41) její úhel vyhovuje vzorci (tgH(r)_max) * Maxdeb * C)/(r * D²) < Maxrev a

(tgH(r)_m,_n) * Mindeb * C)/(r * D²) < Minrev kde

H(r)_max = maximální úhel části lopatky ve vzdálenosti (r°)

H(r)_mi_n = minimální úhel části lopatky ve vzdálenosti (r°)

Maxdeb = maximální průtoková rychlost měření (m³/h) Mindeb = minimální průtoková rychlost měření (m³/h) Maxrev = maximální rychlost otáčení měření (rev/min) Minrev = minimální rychlost otáčení měření (rev/min).
3. Snímač podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že pro každou kombinaci dvou průřezů lopatky (16, 41) platí vzorec (ri * cos(Hi) ♦ B0/ r₂ * cos(H₂) * B₂) > 1 kde ri = vzdálenost první části od osy středu (m) r₂ = vzdálenost druhé části od osy středu (m),

-9CZ 285968 B6 kde Γι větší než r₂,

H] = úhel první části lopatky (°)

H₂ = úhel druhé části lopatky (°)

B| = šířka první části lopatky (m)

B₂ — šířka druhé části lopatky (m), kde pro všechny úhly H(r) lopatek (16, 41) oběžného kola (12, 40) platí, že leží v jednom kvadrantu a úhel (H) lopatky (16, 41) a šířka (B) lopatky (16, 41) mají plynulou křivku přes celou lopatku (16, 41).
4. Snímač podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že oběžné kolo (12, 40) sestává ze dvou lopatek (16, 41), které spolu se středem (30) pokrývají celý průměr příslušného průřezu trubkového dílu (8), přičemž lopatky (16, 41) jsou s výhodou uspořádány na průměru vzájemně proti sobě.
5. Snímač podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi volným koncem každé lopatky (16, 41) a vnitřní stěnou trubkového dílu (8) je menší než 2 %, s výhodou 4 % průměru trubkového dílu (8).
6. Snímač podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že u každé lopatky (16, 41) je její zakřivení na vodicí straně (20) menší než 5 %, s výhodou 0 %.
7. Snímač podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že průřez každé lopatky (16, 41) má největší tloušťku ve vzdálenosti 1/3 šířky lopatky (16, 41) a největší tloušťka lopatky (16, 41) činí 10% odpovídající šířky lopatky (16, 41), měřeno od přední strany (18) lopatky (16, 41).
8. Snímač podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že střed (30) má přední plochu větší než 10 % vnitřního průřezu trubkového dílu (8).
9. Snímač podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že v trubkovém dílu (8), u jeho otevřeného konce (10), po proudu od oběžného kola (12, 40), je uspořádán ventilátor (13) pro nasávání vzduchu z vnitřního prostoru (5) trubkového dílu (8) ze strany odvrácené od ventilátoru (13) a rovinou, kterou pokrývá oběžné kolo (12, 40) během svého otáčení a pro odvádění vzduchu do vnějšího prostoru (11) ven z trubkového dílu (8).
10. Snímač podle nároku 9, vyznačující se tím, že ventilátor (13) je upravený otočně opačným směrem při provozu než oběžné kolo (12, 40).
11. Snímač podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi lopatkami ventilátoru (13) a lopatkami (16, 41) oběžného kola (12, 40) odpovídá alespoň průměru trubkového dílu (8).
12. Snímač podle některého z nároků 9ažll, vyznačující se tím, že na straně oběžného kola (12, 40) je trubkový díl (8) opatřen ven vyhnutým přívodním okrajem (31), jehož poloměr zakřivení je větší než 10 % průměru trubkového dílu (8), přičemž oběžné kolo (12, 40) je umístěno v úrovni přívodního okraje (31).
13. Snímač podle některého z nároků 9ažll, vyznačující se tím, že na straně oběžného kola (12, 40) je trubkový díl (8) opatřen ven vyhnutým přívodním okrajem (31), jehož

-10CZ 285968 B6 poloměr zakřivení je větší než 10 % průměru trubkového dílu (8), přičemž oběžné kolo (12, 40) je umístěno ve vzdálenosti, rovnající se alespoň polovině průměru trubkové části (8), od přívodního okraje (31).
14. Oběžné kolo, pro snímač podle některého z nároků 1 až 13, umístěné v trubkovém dílu (8) snímače a zahrnující střed (30) a několik lopatek (16, 41) vyčnívajících ze středu (30), vyznačující se tím, žeu každé kombinace dvou průřezů neboli částí lopatky (16, 41) jejich úhly vyhovují vztahu (r₂/ri) * tan(Hi) = tan(H₂) kde

Γι = vzdálenost první části od osy středu (m) r₂ = vzdálenost druhé části od osy středu (m)

Hi = úhel první části lopatky (°) H₂ = úhel druhé části lopatky (°).
15. Oběžné kolo podle nároku 14, vyznačující se tím, že pro každý průřez lopatky (16, 41) při kalibrační kombinaci kalibrační průtokové rychlosti a kalibrační rychlostí otáčení oběžného kola (12,40) platí pro úhel lopatky rovnice (tgH(r) * Caldeb * C)/(r * D²) = Calrev kde r = vzdálenost části od osy středu (m)

H(r) = úhel části lopatky ve vzdálenosti r (°)

Caldeb - kalibrační průtoková rychlost (m³/h) Calrev = kalibrační rychlost otáčení (rev/min) D = průměr trubkového dílu (m) kde 0,003 < C < 0,004 a C je s výhodou 6,67/1974.
16. Způsob výroby snímače podle některého z nároků 1 až 13, zahrnujícího oběžné kolo (12, 40) upravené v trubkovém díle (8), kde oběžné kolo (12, 40) má alespoň střed (30) a množství lopatek (16, 41) protahujících se ze středu (30), střed (30) nesoucí prostředky, nosné prostředky pro zabezpečení středu (30) v trubkové části (8) a prostředky pro měření rychlosti otáčení oběžného kola (12, 40), vyznačující se tím, že na základě užitého snímače průtoku a měřicího rozsahu měřicích prostředků se zvolí průměr trubkového dílu (8) a kalibrační kombinace kalibrační průtokové rychlosti a odpovídající kalibrační rychlosti otáčení oběžného kola (12, 40), na jejich základě se stanoví úhel (H) lopatky (16, 41), který pro všechny její části splňuje rovnici (tgH(r) * Caldeb * C)/(r * D²) = Calrev kde r = vzdálenost části od osy středu (m)

H(r) = úhel části lopatky ve vzdálenosti r (°)

Caldeb = kalibrační průtoková rychlost (m³/h)

-11 CZ 285968 B6

Calrev = kalibrační rychlost otáčení (rev/min)

D = průměr trubkového dílu (m) kde 0,003 < C < 0,004 a C je s výhodou 6,67/1974.
17. Způsob podle nároku 16, vyznačující se tím, že během provozu se měří maximální a minimální průtoková rychlost a podle ní se stanoví maximální a minimální rychlost otáčení oběžného kola (12, 40), přičemž pro každý průřez lopatky (16, 41) se zvolí úhel (H) pro který platí, že leží mezi dvěma mezními hodnotami H(r)_max a H(r),nin vyhovujícími vzorci (tgH(r)_max) * Maxdeb * C)/(r * D²) < Maxrev a

(tgH(r)nun) * Mindeb * C)/(r * D²) < Minrev kde r = vzdálenost části od osy středu (m)

H(r)_max = maximální úhel části lopatky ve vzdálenosti (r°)

H(r)_min = minimální úhel části lopatky ve vzdálenosti (r°)

Maxdeb = maximální průtoková rychlost měření (m³/h)

Mindeb = minimální průtoková rychlost měření (m³/h)

Maxrev = maximální rychlost otáčení měření (rev/min) Minrev = minimální rychlost otáčení měření (rev/min), kde 0,003 < C < 0,004 a C je zejména 6,67/1974.
18. Způsob podle některého z nároků 16 nebo 17, vyznačující se tím, že pro každou kombinaci dvou příčných průřezů lopatky (16, 41) se šířka i úhel (H) lopatky (16, 41) stanoví podle vzorce (η * cos(Hi) * B])/ r₂ * cos(H₂) * B₂) 1 kde

Γ] = vzdálenost první části od osy středu (m) r₂ = vzdálenost druhé části od osy středu (m) kde ri větší než r₂,

Hi = úhel první části lopatky (°)

H₂ = úhel druhé části lopatky (°)

Bi = šířka první části lopatky (m)

B₂ = šířka druhé části lopatky (m) kde všechny úhly H(r) lopatek (16, 41) oběžného kola (12, 40) leží vjednom kvadrantu a úhel (H) lopatky (16, 41) a šířka (B) lopatky (16,41) mají plynulý průběh přes celou lopatku (16,41).