FI101019B - Mittauslaite aineen reologisten ominaisuuksien mittausta varten - Google Patents

Description

101019

Mittauslaite aineen Teologisten ominaisuuksien mittausta varten

Keksinnön kohteena on mittauslaite aineen reologis-5 ten ominaisuuksien mittausta varten, joka käsittää proses siin sovitettavan anturin, käyttölaitteen ja akselin anturin pyörittämiseksi prosessissa ja mittauselimen prosessissa pyörivän anturin ja prosessin välille syntyvän vään-tömomentin mittaamiseksi.

10 Esimerkkeinä Teologisista ominaisuuksista voidaan mainita viskositeetti, sakeus jne. Tällaisia mittauksia joudutaan tekemään hyvin monella eri tekniikan alalla. Näin ollen edellä esitetyt mittauslaitteet ovat varsin tunnettuja monella eri alalla. Esimerkiksi paperimassate-15 ollisuuden valmistusprosessien yhteydessä on välttämätöntä suorittaa tarkkoja mittauksia ja jatkuvasti säädellä massan sakeutta, ts. jähmeän aineen kuten puuhiokkeen suhdetta nesteeseen, johon se on liettynyt. Perusperiaatteena on prosessissa pyörivän anturin ja prosessin välille syntyvän 20 momentin mittaus.

Lisäesimerkkeinä aloista, joissa em. mittauslaitteita käytetään, voidaan mainita selluloosa- ja tekstiilikuituja sisältävien massojen ja erilaisten lietteiden käsittelyyn liittyvät tekniikan alat.

25 Esimerkkeinä tunnetuista ratkaisuista voidaan mai nita FI-patenttijulkaisussa 40754 kuvattu mittauslaite. Em. julkaisussa on kuvattu se tekniikka, joka on ollut keksinnön perustana.

Edellä esitetyn tunnetun mittalaitteen epäkohtana 30 on mm. se, että mitattavan massan virtaussuunnan vaihtelut ja nopeusvaihtelut vaikuttavat mittaustulokseen. Lisäksi ongelmana on ratkaisun epäsymmetrisyys, ts. levymäisen anturin toinen puoli jää virtauksen suunnan muuttuessa helposti tavallaan varjoon, jolloin massa ei vaihdu ko. 35 puolella. Ratkaisun epäkohtana ovat lisäksi asennus- vaikeudet, sillä käytännössä ko. ratkaisun yhteydessä jou- 101019 2 dutaan käyttämään erikoisyhteitä. Ongelmana ovat edelleen likaantumisesta aiheutuvat ongelmat, sillä epäsymmetrinen rakenne johtaa varjopaikkojen syntymiseen, jolloin epäpuhtaudet pääsevät kerääntymään ko. paikkoihin. Vastaavasti 5 on huomattava, että levymäisen anturin nopeus on keski osissa pienempi kuin reunoilla, joten epäpuhtaudet pyrkivät kokoontumaan anturin keskiosiin. Anturin puhdistuksen järjestäminen on levymäisen anturin kyseessä ollen suhteellisen hankala toteuttaa. Epäkohdaksi muodostuu myös 10 se, että levymäiseen anturiin kohdistuu massan virtaus- suunnan vaihtelun vaikutuksesta suuria aksiaalisia voimia ja taivutusvoimia, jotka voivat häiritä mittaussignaalin saantia. Ongelmana on lisäksi aiemmin ollut 0-piste ryö-mintää aiheuttavat seikat, ts. mittausakselin läpiviennis-15 sä prosessitilasta aiheutuva hysteresis, anturiin proses sin aiheuttamat virtaus- ja paineiskut sekä prosessissa kulkevien kappaleiden aiheuttamat iskut, lämpötilavaihteluiden aiheuttamat mekaaniset muutokset, mittauselimen vanhenemisesta aiheutunut ryömintä ja epäsymmetrisestä 20 virtausprofiilista aiheutuva virhemomentti.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan mittauslaite, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat voidaan eliminoida. Tähän on päästy keksinnön mukaisen mittauslaitteen avulla, joka on tunnettu siitä, että anturi on 25 pyörimissuuntaan nähden symmetrinen kappale, että mekaa ninen konstruktio ja käyttölaite ovat symmetrisiä pyörimissuuntaan nähden ja että momentinmittauselin on rakenteeltaan symmetrinen niin, että se antaa itseisarvoltaan samansuuruisia signaaleja anturin vastakkaisilla pyöritys-30 suunnilla, jolloin todellinen nollakohta 0to<J voidaan mää rittää laskemalla em. signaalin tietojen perusteella.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että keksinnön avulla voidaan eliminoida kaikki aiemmin tunnetun tekniikan yhteydessä esiintyneet 0-piste ryömintään liittyneet 35 seikat. Lisäksi etuna on se, että pyörimissuuntaa vaihta malla on mahdollista pitää anturi puhtaampana aiemmin tun- 3 101019 nettuihin mittauslaitteisiin verrattuna. Anturin symmetrisyydestä johtuen pyörityssuunnan muuttaminen on mahdollista, jolloin anturin tunnistuspinnan kaikki alueet tulevat vuorollaan kosketuksiin päävirtauksen kanssa ja ko. alueet 5 pysyvät puhtaina ja mittausominaisuudet vakioina. Etua syntyy edelleen siinä, että prosessissa olevat erilaiset narut, reunanauhat, lumput ja vastaavat, jotka voivat kiertyä anturin ympärille, saadaan anturin kiertosuuntaa vaihtamalla irtoamaan.

10 Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tar kemmin oheisessa piirustuksessa kuvatun erään edullisen sovellutusesimerkin avulla, jolloin kuvio 1 esittää keksinnön mukaista mittalaitetta periaatteellisena sivukuvantona ja 15 kuvio 2 esittää periaatteellisesti keksinnön avulla aikaansaatavaa todellisen nollakohdan määrittämistä.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukaisen mittauslaitteen eräs edullinen sovellutusmuoto. Viitenumeron 1 avulla on merkitty prosessiputki, ts. put-20 ki, jossa prosessiin kuuluva aine, esimerkiksi massa vir taa. Prosessiin kuuluvan aineen päävirtaussuunta on esitetty kuviossa 1 nuolen N avulla. Viitenumeron 2 avulla on merkitty prosessiin sovitettava anturi ja viitenumeron 3 avulla akseli, jonka avulla anturia 2 pyöritetään käyttö-25 laitteen 4 avulla. Käyttölaite voi olla mikä tahansa sopi va moottori, esimerkiksi sähkömoottori.

Viitenumeron 5 avulla kuvioon 1 on merkitty kytkin-välineet ja viitenumeron 6 avulla momentin mittauselin prosessissa pyörivän anturin 2 ja prosessin välille synty-30 vän vääntömomentin mittaamiseksi. Viitenumeron 7 avulla kuvioon 1 on merkitty signaalivahvistin. Viitenumeron 8 avulla kuvioon 1 on merkitty prosessiliitäntä, jonka avulla mittauslaite on asennettu prosessiputkeen 1. Viitenumeron 9 avulla on merkitty laakerit, viitenumeron 14 avulla 35 vääntömomentin prosessitilasta välittävä mittausakseli ja viitenumeron 10 avulla mittausakselin 14 läpivienti. Te- 101019 4 honsyöttö mittalaitteelle, ts. momentinmittauselimelle 6 ja signaalivahvistimelle 7 on merkitty viitenumeron 11 avulla. Tehonsyöttö voidaan toteuttaa millä tahansa sopivalla, anturin pyörityssuunnasta riippumattomalla tavalla.

5 Mittaustieto edellä esitetyltä pyörivätoimiselta laitteel ta voidaan siirtää esimerkiksi sopivalle näyttölaitteelle millä tahansa sopivalla, anturin pyörityssuunnasta riippumattomalla tavalla, esimerkiksi optisesti, kuten kuviossa 1 on esitetty viitenumeron 12 avulla.

10 Keksinnön olennaisen perusajatuksen mukaisesti an turi 2 on pyörimissuuntaan nähden symmetrinen kappale. Mekaaninen konstruktio ja käyttölaite 4 ovat vastaavasti symmetrisiä pyörimissuuntaan nähden. Momentinmittauselin 6 on lisäksi rakenteeltaan symmetrinen niin, että se antaa 15 itseisarvoltaan samansuuruisia signaaleja anturin 2 vas takkaisilla pyörityssuunnilla.

Anturi 2 voi olla mikä tahansa pyörimissuuntaan nähden symmetrinen kappale, esimerkiksi tämän hakemuksen kanssa yhtäaikaisesti jätetyssä FI-patenttihakemuksessa 20 950898 kuvattu sylinterin muotoinen kappale. Keksintöä ei kuitenkaan ole mitenkään rajattu em. kappaleeseen, vaan anturi voi olla esimerkiksi levymäinen kappale, pallomainen kappale tai jokin muu pyörähdyskappale.

Momentinmittauselimeltä 6 saatava signaalivahvistin 25 7 ja mahdolliset muuntimet on sovitettu vastaavasti toimi maan symmetrisesti pyörimissuunnan suhteen. Muuntimet voivat olla esimerkiksi mitä tahansa sopivia muuntimia.

Edellä esitetyn konstruktion avulla on mahdollista tehdä mittauksia pyörittämällä anturia kumpaan suuntaan 30 tahansa, sillä mittaustulokset ovat samat riippumatta pyö rityssuunnasta. Tämän mahdollistaa myös se, että mittauslaite varustetaan välineillä 13, jotka on sovitettu ennalta määrätyin väliajoin muuttamaan anturin pyörimissuunnan päinvastaiseksi, ts. anturia 2 pyöritetään ensin tietyn 35 ajan toiseen suuntaan ja sen jälkeen pyörityssuunta vaih detaan päinvastaiseksi ja pyöritystä jatketaan tässä suun- 5 101019 nassa ennaltamäärätyn ajan verran. Seuraavaksi pyöritys-suuntaa vaihdetaan jälleen jne. Välineet 13 voivat olla mitä tahansa sopivia välineitä, esimerkiksi ajan mittaukseen perustuvia laitteita, kierrosten lukumäärään perustu-5 via laitteita jne. Kuvioon 1 on nuolten avulla merkitty anturin 2 vastakkaiset pyörityssuunnat.

Pyörityssuunnan vaihtelun ansiosta saadaan anturi pysymään puhtaana varsin tehokkaalla tavalla, sillä pyörityssuunnan vaihtamisen seurauksena saadaan jopa anturiin 2 10 tarttuneet narut ja vastaavat kappaleet irtoamaan.

Pyörityssuunnan vaihtelumahdollisuuden tuloksena voidaan myös edullisella tavalla löytää mittauksen todellinen nollakohta. Nollakohta vaihtelee esimerkiksi hyste-resis-ilmiön johdosta kuten edellä on todettu. Todellisen 15 nollakohdan löytämistä on kuvattu periaatteellisesti kuvi ossa 2.

Kuviossa 2 on esitetty momentin ja mittausviestin riippuvuus. Kuvioon 2 on merkitty mittausalueet eri pyöri-tyssuunnissa viitteellä a. Taltioimalla mittausviesti en-20 nen pyörityssuunnan muutosta ja sen jälkeen, voidaan las kemalla näin saadusta tiedosta määrittää todellinen nolla-kohta 0tod. Em. tavalla on mahdollista poistaa aiemmin tunnetuissa ratkaisuissa 0-piste ryömintää aiheuttavat seikat, kuten aiemmin on esitetty.

25 Edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä ei ole tar koitettu mitenkään rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen mittauslaitteen tai sen yksityiskohtien ei välttämättä 30 tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuvioissa on esitetty, ·. vaan muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. Esimerkiksi laakerointien ja läpiviennin ei välttämättä tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuviossa on esitetty, vaan ko. yksityiskohdat voidaan toteuttaa millä tahansa sinänsä tunne-35 tulla tavalla.

Claims (3)

101019

1. Mittauslaite aineen Teologisten ominaisuuksien mittausta varten, joka käsittää prosessiin sovitettavan 5 anturin (2), käyttölaitteen (4) ja akselin (3) anturin pyörittämiseksi prosessissa ja mittauselimen (6) prosessissa pyörivän anturin ja prosessin välille syntyvän vään-tömomentin mittaamiseksi, tunnettu siitä, että anturi (2) on pyörimissuuntaan nähden symmetrinen kappale, 10 että mekaaninen konstruktio ja käyttölaite (4) ovat sym metrisiä pyörimissuuntaan nähden ja että momentinmit-tauselin (6) on rakenteeltaan symmetrinen niin, että se antaa itseisarvoltaan samansuuruisia signaaleja anturin (2) vastakkaisilla pyörityssuunnilla, jolloin todellinen 15 nollakohta 0tod voidaan määrittää laskemalla em. signaalin tietojen perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että momentinmittauselimen (6) ja signaalivahvistimen (7) tehonsyöttö sekä mittausinformaa- 20 tion siirto (12) on sovitettu olemaan riippumattomia an turin (2) pyörityssuunnasta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittauslaitteessa on välineet (13), jotka on sovitettu ennalta määrätyin vä- 25 liajoin muuttamaan anturin (2) pyörimissuunnan päinvastai seksi . 101019