ES2347994T3 - Caudalímetro que usa un oscilador fluídico con señal de excitación alternativa. - Google Patents

Abstract

Un caudalímetro con oscilador fluídico, que comprende un cuerpo (2) que tiene una parte (3) de entrada para recibir un flujo de líquido a medir, una parte (4) de salida, un canal (5) principal que define una vía de flujo que incluye medios (6, 7) de retroalimentación para inducir oscilaciones en el flujo de fluido circulante, siendo detectadas las oscilaciones por un medio (11) detector, comprendiendo el medio (11) detector medios (14, 15) de generación de campo magnético para aplicar un campo magnético a través de la vía de flujo, y al menos un par de electrodos (16, 17, 18) de detección para detectar la f.e.m. resultante, caracterizado porque el medio (11) detector incluye también un medio (25) de señal de excitación que aplica una señal de excitación alternativa a los electrodos (16, 17) de detección.

Description

La presente invención se refiere a un caudalímetro fluídico y, concretamente, a un medidor para la medición del flujo de líquidos y que opera sobre el principio del oscilador fluídico.

Es muy conocido que la frecuencia de oscilación de un oscilador fluídico dependa (aunque no necesariamente de forma lineal) del caudal a su través. Este principio ha sido usado para la medición del caudal de líquidos y, en particular, en contadores de agua para medir el consumo de agua de un inmueble, por ejemplo. Sin embargo, en la práctica, puede ser especialmente difícil obtener mediciones precisas (es decir, dentro de un uno o un dos por ciento) en situaciones en las que el caudal puede variar en una gama amplia, y en las que la presión del fluido puede variar sustancialmente. La precisión de la medición hay que mantenerla por encima de una relación de al menos 200 a 1, y en la que el caudal pueda cambiar también por encima de una gama correspondiente de 200 a 1. Además, las fluctuaciones de la presión pueden variar en un factor de hasta 40.000 a 1.

Los osciladores fluídicos que se usan para la medición del consumo de agua comprenden típicamente un cuerpo que contiene una lanza de entrada que conduce a dentro de un par de canales separados por un bifurcador. Corriente abajo del bifurcador, el canal principal incluye dos bucles de retroalimentación que conducen hacia atrás de los lados opuestos de la vía del fluido contigua a la lanza de entrada. Como es sabido, el componente de alta velocidad del fluido se “unirá” a la pared de uno de los canales por el efecto Coanda pero, seguidamente, como consecuencia de la acción del fluido que se realimenta, pasará a la otra pared. El cambio u oscilación es dependiente del caudal.

Estas oscilaciones pueden ser detectadas electromagnéticamente aplicando de un campo magnético a través del flujo, y detectando la f.e.m. resultante generada en la pared del canal adecuada para no perturbar el flujo, ni añadir a la velocidad y presión cambios sustanciales encontrados en la medición del agua. Así, esta disposición puede ser utilizada en la medición de suministros de agua doméstica ya que se puede construir para medir precisión suficiente a los fines de la medición.

Además, se puede hacer que el agua se mueva por dentro del oscilador por otros efectos externos tales como vibración mecánica o pulsación de presión de agua aunque no exista flujo neto alguno de agua. En dichas circunstancias, es posible detectar señales en los electrodos de detección que podrían confundirse con señales producidas por el flujo de fluido genuino. Estas señales podrían ser generadas bien por reacciones de la inducción electromagnética o reacciones electroquímicas en la superficie de los electrodos.

El documento EP 0 381 344 revela un caudalímetro con oscilador fluídico que usa un par

de electrodos para detectar la diferencia de potencial resultante de la oscilación del flujo de fluido.

De acuerdo con la invención, se provee un caudalímetro de líquido con oscilador fluídico que comprende cuerpo que tiene una parte de entrada para recibir un flujo de líquido a medir, una parte de salida, un canal principal que define una vía de flujo que incluye medios de retroalimentación para inducir oscilaciones en el fluido fluyente, siendo las oscilaciones detectadas por medio de detector, comprendiendo el medio detector medios generadores de campo magnético para aplicar un campo magnético a través de la vía de flujo, y al menos un par de electrodos de detección para detectar la f.e.m. resultante, en el que el medio detector incluye también medio de señal de excitación que aplica una señal de excitación alternativa a los electrodos de detección.

El uso de una señal de excitación y, concretamente, una señal de excitación alternativa, es ventajoso ya que el medio detector y, por lo tanto, la medición del caudal es precisa y fiable.

Preferiblemente, la señal de excitación alternativa tiene una frecuencia de entre 700 Hz y 1 KHz. Sin embargo, se ha observado que la frecuencia de la señal aplicada debería ser diferente de, y preferiblemente sustancialmente diferente, de la gama de señales producidas por el flujo de fluido oscilante, que está, típicamente, entre 0 y 100 Hz. Así, dependiendo del caudal, la señal de excitación alternativa tiene, preferiblemente, una frecuencia mayor que 200 Hz y menor que 200 KHz.

La señal alternativa puede ser una onda sinusoide o una onda en dientes de sierra. Preferiblemente, la señal es sustancialmente una onda cuadrada. Preferiblemente, la señal de excitación alternativa se aplica a los electrodos por medio de condensadores y, por lo tanto, si se aplica una onda cuadrada a través de condensadores, la señal alternativa en los electrodos una onda cuadrada redondeada.

Preferiblemente, la señal alternativa tiene un voltaje entre 0 voltios y 3,6 voltios.

De acuerdo con una realización de la invención, se provee el caudalímetro de líquido con oscilador fluídico que tiene al menos un par de electrodos de detección para detectar la

e.m.f resultante, estando situados los electrodos de manera tal que sobresalen del cuerpo hacia dentro de la vía de flujo.

Esta disposición de los electrodos es especialmente ventajosa ya que se mejora la sensibilidad del medio detector sin que se vean afectadas negativamente la calibración y la estabilidad del oscilador como dispositivo caudalímetro. Así, la situación de los electrodos es tal que en vez de estar a ras con el cuerpo, sobresalen hacia dentro el flujo, sin perturbar el flujo en la medida en que deja de ser posible la medición precisa y, de hecho, permite una medición especialmente precisa. Además, se ha observado que la disposición de los electrodos de la invención minimiza las falsas lecturas provocadas por la vibración mecánica o la pulsación de

presión de agua.

Preferiblemente, al menos uno del par de electrodos de detección sobresale del cuerpo hacia dentro del flujo a una distancia de entre 0,5 mm y 10 mm. Este rango protuberancias mejora la precisión del medidor, mientras que no crea bloqueo significativo alguno en la vía de flujo que pudiera dar lugar a una caída de presión que perturbara las oscilaciones y por lo tanto la precisión.

Los electrodos pueden estar situados en el canal principal. Alternativamente, los electrodos pueden estar situados en al menos un canal de retroalimentación.

El oscilador puede incluir un bifurcador en el canal principal para promover la oscilación del flujo. Preferiblemente, el medio de retroalimentación comprende dos canales de retroalimentación que dividen el canal principal y van conducen de nuevo a su reunión con el canal principal corriente arriba contiguo a la parte de entrada.

Preferiblemente, existen dos pares de electrodos de detección, estando situado cada uno en cada canal de retroalimentación. Alternativamente, un par puede esta situado en el canal de retroalimentación, y el otro par situado en el canal principal.

Los medios de generación de campo magnético pueden comprender al menos un imán permanente. Preferiblemente, el al menos un imán permanente está empotrado en las paredes del cuerpo del medidor, y está aislado eléctricamente del flujo de fluido. El imán puede estar hecho de un material no conductor eléctricamente, tal como ferrita impregnada con plástico y, por lo tanto, puede formar parte de la pared del cuerpo.

Ahora sigue, a modo de ejemplo solamente, una descripción detallada de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista en sección parcial de un contador de agua de oscilación fluídica; La figura 2 muestra una vista en sección lateral del contador mostrado en la figura 1; La Figura 3 muestra una primera realización de un circuito excitador de electrodos para su uso en el caudalímetro de la invención; La figura 4 muestra una segunda realización de un circuito excitador de electrodos para su uso en el caudalímetro de la invención; La Figura 5 es un gráfico que muestra la forma de la señal de excitación alternativa que se aplica a la electrónica del circuito de excitación, y La figura 6 es un gráfico que muestra la forma de la señal de excitación alternativa que se aplica a los electrodos a través de la electrónica del circuito de excitación.

En la figura 1 se muestra un oscilador 1 fluídico ha sido mostrado que es generalmente de tipo conocido y se usa como contador de agua doméstico. El medidor 1 de oscilador comprende un cuerpo 2 que incluye paredes 20 que definen una pluralidad de vías de flujo. El cuerpo 2 define una parte 3 de entrada, una parte 4 de salida, y un canal 5 principal entre las mismas. El cuerpo 2 define también medio de retroalimentación que comprende dos canales 6, 7 de retroalimentación arrollados que se bifurcan desde el canal 5 principal y, seguidamente, van hacia atrás para reunirse con el canal 5 principal contiguos a la parte 2 de entrada. El bifurcador 8 está situado centralmente en el canal 5 principal, entre los puntos de bifurcación y de reunión de los canales 6, 7 de retroalimentación.

La parte 3 de entrada comprende una abertura estrechada que flujo de un tubo de entrada (no mostrado) que está conectado a la parte 3 de entrada por una rosca 10 de tornillo. Análogamente, la parte 4 de salida está adaptada para recibir un tubo de salida (no mostrado) que está conectado a la misma por una rosca 9 de tornillo.

El fluido recibido a través de la parte 3 de entrada fluye a través de la vía de flujo del canal 5 principal, y se “unirá” en virtud del efecto Coanda, a una de las superficies 12 ó 13. El bifurcador 8 impulsa el flujo para que sea predominantemente contiguo a una u otra de los superficies 12, 13. Si el flujo está “unido” a la superficie 12, fluirá predominantemente alrededor del canal 6 de retroalimentación. Este fluido retroalimentado perturbará la parte del flujo contigua a la entrada 3, e impulsará el flujo a “unirse” a la otra superficie 13. De esta manera, el flujo desde la parte 3 de entrada hasta la parte 4 de salida, oscilará entre estar “unido” a la superficie 12, y fluir predominantemente a través del canal 6 de retroalimentación, a estar “unido” a la superficie 13, y fluir predominantemente a través del canal 7 de retroalimentación. Estas oscilaciones son dependientes del caudal a través del medidor 1.

El medidor 1 de oscilador fluídico incluye medios 11 detectores. Los medios 11 detectores comprenden medios de generación de campo magnético, en forma de imanes 14, 15 permanentes, montados en las paredes 20 de las vías de flujo definidas por el cuerpo 2. Los imantes 14, 15 aplican un campo magnético a través del flujo del canal 5 principal. Los medios 11 detectores incluyen también electrodos 16, 17, 18 para detectar la f.e.m. resultante, generada en el flujo oscilante. Esta señal se usa en la medición del caudal de fluido a través del medidor 1.

Los electrodos 16, 17, 18 comprenden miembros cilíndricos de metal que se extienden a través de una pared 19 superior del cuerpo 2. Los extremos 21, 22, 23 distales de los electrodos 16, 17, 18 sobresalen a través del cuerpo 2 hacia dentro de la vía de flujo del canal 5 principal. El medio 11 detector es capaz de medir con precisión el caudal a través del medidor 1 puesto que los electrodos sobresalen hacia dentro de la vía de flujo. Los electrodos 16, 17, 18 sobresalen hasta más allá de la pared 19 del cuerpo 2 una distancia de aproximadamente 1 mm. Se apreciará que los imanes 14, 15 y los electrodos 16, 17, 18 pueden ser situados en cualquier sitio de las vías de flujo definidas por el cuerpo 2. Por ejemplo, los imanes 14, 15 pueden estar situados dentro de las paredes 20 opuestas del bucle 6 ó 7 de retroalimentación, con los electrodos situados aproximadamente y sobresaliendo hacia dentro de la vía de flujo de retroalimentación. Además, los electrodos podrían sobresalir alternativamente una distancia de aproximadamente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ó 9 mm.

Los electrodos comprenden dos electrodos 16, 17 de detección y un electrodo 18 de tierra. Los electrodos 16, 17, 18 están conectados a un medio de señal de excitación que comprende un circuito 25 de predisposición de electrodos. Las figuras 3 y 4 muestran dos realizaciones del circuito 23 de predisposición de electrodos. Los circuitos 25 de predisposición de electrodos incluyen ambos una pluralidad de amplificadores 26 operacionales y resistores 27 dispuestos para aplicar una señal de excitación, que se introduce en 2, en los electrodos 16, 17 de detección. La señal de excitación se aplica a los electrodos 16, 17 de detección a través de condensadores 29, 30 (siendo los condensadores de la figura 4 de tipo polarizado). El electrodo 18 de tierra está conectado a tierra 31.

La forma de la señal de excitación aplicada a los circuitos 25 de polarización de electrodos se muestra en la figura 5, y es una onda cuadrada. Es ventajoso aplicar una señal de excitación a los electrodos 16, 17 para lograr una medición precisa y fiable del caudal de fluido. La forma de la señal que se aplica a los electrodos a través de los condensadores 29, 30 se muestra en la figura 6. Como puede verse, la onda cuadrada es redondeada debido a la constante de tiempo de los condensadores 29, 30. Como se apreciará, los gráficos que muestran la señal de excitación (Figura 5) y la señal de excitación aplicada (Figura 6), se proponen solamente para mostrar la forma de la señal y no para hacer comparación alguna con respecto a las dos señales.

Sin embargo, la frecuencia de la señal de excitación aplicada es típicamente 0,5 kHz y el voltaje la raíz cuadrada media (RMS) de la señal es típicamente de 2 Voltios.

Claims (8)

1. Reivindicaciones

   1. Un caudalímetro con oscilador fluídico, que comprende un cuerpo (2) que tiene una parte

   (3) de entrada para recibir un flujo de líquido a medir, una parte (4) de salida, un canal (5) principal que define una vía de flujo que incluye medios (6, 7) de retroalimentación para inducir oscilaciones en el flujo de fluido circulante, siendo detectadas las oscilaciones por un medio (11) detector, comprendiendo el medio (11) detector medios (14, 15) de generación de campo magnético para aplicar un campo magnético a través de la vía de flujo, y al menos un par de electrodos (16, 17, 18) de detección para detectar la f.e.m. resultante, caracterizado porque el medio (11) detector incluye también un medio (25) de señal de excitación que aplica una señal de excitación alternativa a los electrodos (16, 17) de detección.

2. 2.

   Un caudalímetro con oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la señal de excitación alternativa tiene una frecuencia de entre 700 Hz y 1 KHz.

3. 3.

   Un caudalímetro con oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el la frecuencia de la señal aplicada es diferente del rango de señales producido por el flujo de fluido oscilante.

4. 4.

   Un caudalímetro con oscilador fluídico de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la señal alternativa es una onda sinusoidal.

5. 5.

   Un caudalímetro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la señal alternativa es una onda en dientes de sierra.

6. 6.

   Un caudalímetro de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en el que la señal alternativa es sustancialmente una onda cuadrada.

7. 7.

   Un caudalímetro de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la señal de excitación alternativa se aplica a los electrodos (16, 17) por medio de condensadores (29, 30).

8. 8.

   Un caudalímetro de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la señal alternativa tiene un voltaje entre 0 voltios y 3,6 voltios