DK174441B1 - Fluidikoscillator for et shuntflowmeter, og shuntflowmeter med fluidikoscillator - Google Patents

Description

DK 174441 B1 i

Opfindelsen vedrører en fluidikoscillator for et shuntflowmeter til måling af fluidumstrøm gennem en rørledning, hvor fluidumoscillatoren omfatter en første strømningssektion med en indløbsende, et vekselvirk-5 ningskammer, en fluidum-hoveddyse forbundet med indløbsenden af den første sektion og rettet ind i vekselvirkningskammeret, divergerende sidevægge, der strækker sig nedstrøms fra vekselvirkningskammeret, og -tilbagekoblingssløjfer, .der strækker sig., fra ..de.-dive ΓΙΟ gerende sidevægge til styredyser ved vekselvirknings-kammeret, og en anden strømningssektion nedstrøms for og placeret ved siden af den første strømningssektion, hvilken anden strømningssektion har en udløbsende, og følerporte, der udmunder i den anden strømningssektion 15 opstrøms for udløbsenden. Opfindelsen vedrører også et shunt- eller bypass-flowmeter.

Halvlederfabrikanter har konstrueret og udviklet massestrømsfølere fremstillet på siliciumchip, og det er ønskeligt at udnytte sådanne føleres egenskaber for 20 at forbedre strømningsmålingen for fluidumer, såsom luft- og gasforsyninger i industrianlæg. De lineære dimensioner af de aktive, strømningsfølende elementer på siliciumchips er typisk 1 eller 2 mm, hvorimod dimensionerne af industrielle luft- og gasforsynings-25 rørledninger typisk svarer til en diameter på 25-300 mm.

En nøjagtig måling af luft eller gasstrøm i sådanne rørledninger under anvendelse af siliciumchip-strøm-ningsfølere er således ikke ligetil, især i tilfældet med luft, da denne ofte stammer fra fabriksatmosfærer, 30 som er forurenet med processtøv og snavs. Der kan også i tilfælde med forbrændingsluft optræde varierende grader af strømningsoscillationer i luftforsyningsledningen stammende fra forbrændingsluftventilatorer.

Det forudses, at et flowmeter, der er egnet til an-35 vendelse med siliciumchip-føler kan baseres på fluidik- 2 DK 174441 B1 oscillatorprincippet. Nøjagtigheden og området for strømningsmålingen ville således primært afhænge af geometrien af fluidikoscillatoren, hvor siliciumchip-føleren benyttes i digital måde til detektering og 5 tælling af oscillationerne eller omslagene af fluidumstrømningen. Under disse omstændigheder ville det være ønskeligt at udføre fluidikoscillatoren således, at den kunne anvendes- inden for et standardområde af rørled-n-i-ngsdiametre, og—en løsning .på dette problem med 10 tilpasning til rørledningernes størrelse er udviklingen af en fluidikenhed, der kan anvendes i et shunt- eller bypass-flowmeter sammen med en hvilken som helst rørledningsdiameter. Shuntarrangementet er særlig attraktivt for luftforsyningsrør med store rørdiametre, 15 da dette arrangement også ville tilvejebringe en måde, hvorpå strømningsføleren kunne beskyttes mod at blive ramt af støv med høj hastighed.

GB-A-2177204 beskriver en fluidikoscillator af en type omfattende en første strømningssektion med en 2 0 indløbsende, et vekselvirkningskammer, en fluidum-hoved-dyse forbundet til indløbsenden af den første strømningssektion og rettet ind i vekselvirkningskammeret, og en anden strømningssektion nedstrøms for og placeret ved siden af den første strømningssektion, hvilken anden 25 sektion har en udløbsende, og følerporte, der udmunder i den anden sektion opstrøms for udløbsenden.

En ulempe ved fluidikoscillatoren i førnævnte GB-A-2177204 er, at den er bestemt til anvendelse i serie med rørledningen og er således pladskrævende.

30 Fordi det påtænkes at benytte en fluidikoscillator i shunt- eller bypassforbindelse med rørledningen, kan forbindelserne mellem fluidikoscillatoren og rørledningen være af mindre diameter end svarende til det indre af rørledningen, og bredden af fluidikoscillatoren 35 kan således reduceres. Men længden af en fluidumstrøm- 3 DK 174441 B1 ningsbane direkte gennem en fluidikoscillator er en direkte funktion af fluidumstrømningshastigheden gennem denne. Den totale længde af kroppen for en kendt fluidikoscillator er således lang, fordi den i det 5 væsentlige har samme længde som nævnte strømningsbane.

Det er hensigten med opfindelsen at' reducere den totale længde af en fluidikoscillator af den indledningsvis angivne art, så den kan gøres mere kompakt med henblik på brug i et shuntflowmeter..

10 Ifølge opfindelsen tilvejebringes en fluidikoscil lator af den i indledningen angivne art, der er ejendommelig ved, at den første og den anden strømningssektion er placeret side om side, således at den generelle retning af fluidumstrømmen gennem den første 15 strømningssektion er i det væsentlige parallel med, men modsat den generelle retning af fluidumstrømmen gennem den anden strømningssektion, og at følerportene hver udmunder ved den ene ende ved det ydre af fluidikoscil-latoren, og hver udmunder ved den anden ende i den anden 20 strømningssektion, således at en strømningsføler ved hjælp af følerportene kan forbindes til den anden strømningssektion til detektering af oscillationer i fluidumstrømmen gennem den anden strømningssektion.

Ved således at placere den første og den anden 25 strømningssektion side om side afkortes den totale længde af fluidikoscillatoren.

Et strømningspåvirkende element kan være placeret tværs over i det mindste indløbsenden af den første sektion, hvilket strømningspåvirkende element tjener 30 både til at fremme turbulensen af fluidet, strømmer ind i indløbsenden, og som et filter til fjernelse af partikler fra fluidet.

Den anden strømningssektion kan omfatte et strømningsdelende legeme til mekanisk deling af strømmen fra 35 den første strømningssektion. Følerportene kan være 4 DK 174441 B1 placeret på hver sin side af det strømningsdelenede legeme og er ikke udformet i det strømningsdelende legeme.

Den anden strømningssektion kan have divergerende 5 sidevægge, der afsluttes i en strømningsrestriktion, der støder op til udløbsenden af den anden strømnings-sektion.

Det foretrækkes, at den første strømningssektion har en udløbsende forbundet til en indløbsende af den 10 anden strømningssektion ved hjælp af en tredje strømningssektion. Fx kan den tredje strømningssektion være placeret i det væsentlige i en ret vinkel på både udløbsenden af den første strømningssektion og indløbsenden af den anden strømningssektion, og den tredje 15 strømningssektion kan have i det væsentlige parallelle sidevægge.

Den tredje strømningssektion kan have en strømningsdelende skillevæg placeret parallelt med sidevæggene, og den strømningsdelende skillevæg kan ligge i linie 20 med det strømningsdelende legeme af den anden strømningssektion.

Et strømningsdelende element kan være placeret ved og stødende op til udløbsenden af den første strømnings-sektion i linie med den strømningsdelende skillevæg i 25 den tredje strømningsdelende sektion.

De tre strømningssektioner kan være udformet i respektive tre dele, soln er samlet til dannelse af oscillatoren.

Det strømningspåvirkende element kan være monteret 30 i en fjerde del, som er samlet med indløbsenden af den første strømningssektion og med udløbsenden af den anden strømningssektion.

Opfindelsen vedrører også en shuntflowmeter til måling af fluidumstrøm gennem en rørledning. Shunt-35 flowmeteret er ejendommeligt ved, at det omfatter en 5 DK 174441 B1 strømningsføler og en fludikoscillator som beskrevet ovenfor, hvilken føler er tilvejebragt til detektering af oscillationer i fluidikoscillatoren via følerportene. Shuntflowmeteret omfattende en strømningsføler med • 5 en siliciumchip-føler kan være monteret i shunt eller bypass i forbindelse med en rørledning, således at indløbsenden til den første strømningssektion er forbundet med en shunt-udløbsport i væggen af rørledningen, og udløbsenden af -den anden strømningssektion 10 er forbundet til en shunt-returport i væggen af rørledningen, og indvendig i rørledningen kan der være monteret en restriktion, placeret mellem shuntudløbs-og -indløbsportene.

Opfindelsen vil nu blive nærmere forklaret ved 15 hjælp af en udførelsesform og med henvisning til tegningen, på hvilken fig. l, 2 og 3 er planbilleder af delene i en fluidikoscillator ifølge opfindelsen, fig. 4 og 5 er snitbilleder af den samlede oscilla-20 tor, hvor snittene er lagt i indbyrdes parallelle planer gennem henholdsvis den første og den anden sektion, fig. 6 er et billede af et snit i et plan, der danner en ret vinkel med snittene i fig. 4 og 5, og fig. 7 er et længdesnit i en rørledning, der er 25 udstyret med et flowmeter ifølge opfindelsen.

Den på tegningen viste fluidikoscillator er samlet af tre blokformede dele 1, 2 og 3, der hver indeholder en af oscillatorens hovedsektioner 4, 5 og 6. Fig. 1, 2 og 3 er planbilleder af disse dele i adskilt tilstand, 30 hvor de mod hinanden vendende sider af de to dele vist i fig. 1 og 2 er fjernet, så den første og den anden strømningssektion 4, 5 afgrænset af disse dele, kan ses.

Den første sektion 4 omfatter en indløbsende 7 til kobling med en udløbsport i en rørledning, på hvilken 35 strømningsmåleren skal monteres, et vekselvirknings- 6 DK 174441 B1 kammer 8, en hovedfluidumdyse 9 forbundet med indløbsenden 7 og rettet ind i vekselvirkningskammeret, divergerende sidevægge 10, der strækker sig fra vekselvirkningskammeret, og tilbagekoblingssløjfer 11, der 5 strækker sig fra de divergerende sidevægge nedstrøms fra vekselvirkningskammeret til styredyser ved vekselvirkningskammeret. Et strømningsdelende element 13 til mekanisk at -dele strømningen gennem sektionen er .placeret v.ed og.stødende op til sektionens .udløbsende 10 14.

Den anden sektion 5 har divergerende sidevægge 15, der strækker sig fra sektionens indløbsende 16, og som afsluttes i en strømningsrestriktion 17 stødende op til udløbsenden 18. Et strømningsdelende legeme 19 til 15 mekanisk at dele strømningen gennem sektionen springer frem fra dennes indløbsende 16 til en position stødende op til restriktionen 17. Det strømningsdelende legeme 19's sidevægge 20 divergerer over størstedelen af deres længde generelt parallelt med sektionens sidevægge 15.

20 Ved legemet 19's udløbsende generelt over for restriktionen 17 løber sidevæggene 20 sammen til en kant 21. Følerporte 22, via hvilke en strømningsføler er forbundet med den anden sektion, er placeret på modstående sider af legemet 19.

25 Den tredje sektion 6 omfatter to indbyrdes paral lelle kanaler 23 til forbindelse mellem udløbs- og indløbsenderne 14, 16 af den første og den anden sektion og er adskilt fra hinanden af en strømningsdelende skillevæg 24 placeret, så det flugter med det strøm-30 ningsdelende element 13 og legemet 19 i de andre to sektioner. Den samlede bredde af den tredje sektion svarer til bredden af udløbs- og indløbsenderne i den første og den anden sektion, og væggene i kanalerne er indbyrdes parallelle.

7 DK 174441 B1

De forskellige strømningspassager i de tre sektioner 4, 5, 6 har generelt et rektangulært tværsnit.

Fig. 4, -5 og 6 viser snitbilleder gennem den samlede oscillator i tilstanden, hvor denne er sat 5 sammen. De to blokformede dele 1, 2 er monteret side om side, således at strømningsretningerne gennem de to sektioner 4, 5 stort set er parallelle og går modsat hinanden, og den tredje del er fastgjort over enderne af delene-l, 2, således at kanalen-23 står vinkelret på 10 udløbs- og indløbsenderne 14, 16 i den første og den anden sektion, og forbinder sidstnævnte med den strømningsdelende skillevæg 24, der flugter med det strømningsdelende element og legemet 13, 19 i den første og den anden sektion. De tre sektioner er således anbragt 15 i serie og tilvejebringer en generelt U-formet strømningsbane i oscillatoren.

Fig. 7 viser et flowmeter, der indeholder den ovenfor beskrevne fluidikoscillator monteret på en sektion 25 af et gasforsyningsrør og viser også et 20 strømningspåvirkende element dannet af et trådnet 26, via hvilket indløbs- og udløbsenden af strømningsmåleren kan forbindes med rørledningen. Rørsektionen 25 er indrettet til at blive indsat i en rørledning, der skal udstyres med flowmeteret. Det har shuntindløbs- og 25 udløbsporte 27, 28 til at bypasse en del af gasstrømmen i rørledningen gennem flowmeteret, og disse porte er placeret på modstående sider af en restriktion 29 udformet i rørsektionen 25. Flowmeteret omfatter de samlede dele 1, 2, 3 i fluidikoscillatoren, en strøm-30 ningsføler 30 baseret på en siliciumchip og monteret på ydersiden af delen 2, til detektering af oscillationerne i fluidikoscillatoren via følerportene 22 (fig. 2 og 5) , og det strømningspåvirkende element 26 er placeret over indløbs- og udløbsenderne af den første og den anden 35 sektion af oscillatoren, og omfatter egnede, ikke viste 8 DK 174441 B1 organer til påvirkning af strømningen mellem disse indløbs- og udløbsender og shuntindløbs- og udløbsportene 27, 28 i rørsektionen 25.

Claims (15)

1. 8 DK 174441 B1 5 i. Fluidikoscillator (1,2,3) foret shuntflowmeter (1,2,3,30) til måling af fluidumstrøm gennem en rørledning (25), hvor fluidumoscillatoren omfatter en første strømningssektion (4) med en indløbsende (7), et vekselvirkningskammer (8) , en fluidum-hoveddyse (9) 10 forbundet med indløbsenden af den første sektion og rettet ind i vekselvirkningskammeret, divergerende sidevægge (10), der strækker sig nødstrøms fra vekselvirkningskammeret (8), og tilbagekoblingssløjfer (11) , der strækker sig fra de divergerende sidevægge til 15 styredyser (12) ved vekselvirkningskammeret, og en anden strømningssektion (5) nedstrøms for og placeret ved siden af den første strømningssektion (4) , hvilken anden strømningssektion (5) har en udløbsende (18), og følerporte (22) , der udmunder i den anden strømnings-20 sektion (5) opstrøms for udløbsenden (18), kendetegnet ved, at den første og den anden strømnings-sektion (4,5) er placeret side om side, således at den generelle retning af fluidumstrømmen gennem den første strømningssektion (4) er i det væsentlige parallel med, c 25 men modsat den generelle retning af fluidumstrømmen gennem den anden strømningssektion (5), og at følerportene (22) hver udmunder ved den ene ende ved det ydre af fluidikoscillatoren (1,2,3) , og hver udmunder ved den anden ende i den anden strømningssektion (5), således 30 at en strømningsføler (30) ved hjælp af følerportene (22) kan forbindes til den anden strømningssektion (5) til detektering af oscillationer i fluidumstrømmen gennem den anden strømningssektion. 9 DK 174441 B1
2. 2. Fluidikoscillator ifølge krav 1, kendetegnet ved, at et strømningspåvirkende element (26) er placeret på tværs over i det mindste indløbsenden (7) af den første strømningssektion (4), hvilket 5 strømningspåvirkende element (26) tjener både til at fremme turbulensen af fluidet, der strømmer ind i indløbsenden (7), og som et filter til at fjerne faste partikler fra fluidet.
3. 3. Fluidikoscillator ifølge krav 1 eller 2, k e n - 10 detegnet ved, at den anden strømningssektion (5) omfatter et strømningsdelende legeme (19) til mekanisk deling af strømmen fra den første strømningssektion (4) .
4. 4. Fluidikoscillator ifølge krav 3, kendetegnet ved, at følerportene (22) er placeret på 15 hver sin side af det strømningsdelende legeme (19) og er ikke udformet i det strømningsdelende legeme.
5. 5. Fluidikoscillator ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den anden strømningssektion (5) har divergerende sidevægge (15), der afsluttes i en strøm- 20 ningsrestriktion (17), der støder op til udløbsenden (18) af den anden strømningssektion.
6. 6. Fluidikoscillator ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at den første strømningssektion (4) har en udløbsende (14) forbundet 25 til en indløbsende (16) af den anden strømningssektion (5) ved hjælp af en tredje strømningssektion (6).
7. 7. Fluidikoscillator ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den tredje strømningssektion (6) er placeret i det væsentlige i en ret vinkel på både 30 udløbsenden (14) af den første strømningssektion (4) og indløbsenden (15) af den anden strømningssektion (5), og at den tredje strømningssektion (6) har i det væsentlige parallelle sidevægge.
8. 8. Fluidikoscillator ifølge krav 3 og 7, k e n - 35 detegnet ved, at den tredje strømningssektion 10 DK 174441 B1 (6) har en strømningsdelende skillevæg (24) placeret parallelt med sidevæggene af den tredje strømnings -sektion, og at den strømningsdelende skillevæg (24) ligger i linie med det strømningsdelende legeme (19) af 5 den anden strømningssektion (5) .
9. 9. Fluidikoscillator ifølge krav 8, kendetegnet ved, at et strømningsdelende element (13) er placeret ved-og stødende op til udløbsenden (14) af den første strømningssektion (4) i linie med den 10 strømningsdelende skillevæg (24) i den tredje strømningsdelende sektion (6).
10. 10. Fluidikoscillator ifølge krav 6-8, kende -tegnet ved, at de tre strømningssektioner (4,5,6) er udformet i respektive tre dele (1,2,3) , som er samlet 15 til dannelse af oscillatoren.
11. 11. Fluidikoscillator ifølge krav 10 og 2, k e n -detegnet ved, at det strømningspåvirkende element er placeret i en fjerde del (26), som er samlet med indløbsenden (7) af den første strømningssektion (4) 2. og med udløbsenden (18) af den anden strømningssektion (5) .
12. 12. Shuntflowmeter (1,2,3,30) til måling af fluidumstrøm gennem en rørledning (25), kendetegnet ved, at det omfatter en strømningsføler 25 (30) og fluidikoscillator ifølge ethvert af de fore gående krav, hvilken føler er tilvejebragt til detektering af oscillationer-i fluidikoscillatoren via følerportene (22) .
13. 13. Shuntflowmeter ifølge krav 12, kende- 30 tegnet ved, at strømningsføleren (30) omfatter en siliciumchipføler.
14. 14. Shunt flowmeter ifølge krav 12 eller 13, k e n -detegnet ved, at det er monteret i shunt eller i bypass i forbindelse med en rørledning (25), således 35 at indløbsenden (7) til den første strømningssektion (4) 11 DK 174441 B1 er forbundet med en shunt-udløbsport (27) i rørledningen (25) , og udløbsenden (18) af den anden strømningssektion (5) er forbundet til en shunt-returport (28) i rørledningen .
15. 15. Shuntflowmeter ifølge krav 13, kende tegnet ved, at det er monteret i shunt eller i bypass i forbindelse med en rørledning (25), således at indløbsenden (7) til den første strømningssektion (4) er forbundet med en shunt-udløbsport (27) i væggen af 10 rørledningen (25) , og udløbsenden (18) af den anden strømningssektion (5) er forbundet til en shunt-retur-port (28) i væggen af rørledningen, og at der indvendig i rørledningen (25) er en restriktion (29) , placeret mellem shuntudløbs- og -indløbsportene (27,28) .