FI101020B - Anturi vääntömomenttiperiaatteella toimivia sakeuden mittauslaitteita varten - Google Patents

Description

101020

Anturi vääntömomenttiperiaatteella toimivia sakeuden mittauslaitteita varten

Keksinnön kohteena on anturi vääntömomenttiperiaat-5 teella toimivia sakeuden mittauslaitteita varten, joka on sovitettu pyörimään mitattavassa aineessa niin, että anturin pyörityssuuntaan nähden poikittaisessa asennossa olevilla pintaosilla varustettu tunnistuspinta on kosketuksissa mitattavaan aineeseen.

10 Tällaiset ratkaisut ovat tunnettuja useilla eri tekniikan aloilla. Esimerkiksi paperimassateollisuuden valmistusprosessien säätöjen yhteydessä on välttämätöntä suorittaa tarkkoja mittauksia ja jatkuvasti säädellä massan sakeutta, ts. jähmeän aineen kuten puuhiokkeen suhdet-15 ta nesteeseen, johon se on liettynyt. Perusperiaatteena on prosessissa pyörivän anturin ja prosessin välille syntyvän vääntömomentin mittaus.

Lisäesimerkkeinä aloista, joissa em. ratkaisuja käytetään, voidaan mainita selluloosa- ja tekstiilikuituja 20 sisältävien massojen ja erilaisten lietteiden käsittelyyn liittyvät tekniikan alat.

Esimerkkinä tunnetuista ratkaisuista voidaan mainita FI-patenttijulkaisussa 40754 kuvattu ratkaisu. Em. julkaisussa kuvataan anturi, joka on muodostettu olennaisesti 25 ohuen levyn muotoisesta kappaleesta.

Edellä esitetyn ratkaisun epäkohtana on mm. se, että mitattavan massan virtaussuunnan vaihtelut ja nopeus-vaihtelut vaikuttavat mittaustulokseen. Lisäksi ongelmana on ratkaisun epäsymmetrisyys, ts. levymäisen anturin toi-30 nen puoli jää virtauksen suunnan muuttuessa helposti ta vallaan varjoon, jolloin massa ei vaihdu kyseisellä puolella. Ratkaisun epäkohtana ovat lisäksi asennusvaikeudet, sillä käytännössä ko. ratkaisun yhteydessä joudutaan käyttämään erikoisyhteitä. Ongelmana ovat edelleen likaantumi-35 sesta aiheutuvat ongelmat, sillä epäsymmetrinen rakenne 2 101020 johtaa varjopaikkojen syntymiseen, jolloin epäpuhtaudet pääsevät kerääntymään kyseessäoleviin paikkoihin. Vastaavasti on huomattava, että levymäisen anturin nopeus on keskiosissa pienempi kuin reunoilla, joten epäpuhtaudet 5 pyrkivät kokoontumaan anturin keskiosiin. Anturin puhdis tuksen järjestäminen on levymäisen anturin kyseessä ollen suhteellisen hankala toteuttaa. Epäkohdaksi muodostuu myös se, että levymäiseen anturiin kohdistuu massan virtaus-suunnan vaihtelun vaikutuksesta suuria aksiaalisia voimia 10 ja taivutusvoimia, jotka voivat häiritä mittaussignaalin saantia.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan anturi, jonka avulla aiemmin tunnetun tekniikan epäkohdat voidaan eliminoida. Tähän on päästy keksinnön mukaisen anturin 15 avulla, joka on tunnettu siitä, että anturin tunnistuspin- ta on muodostettu olennaisesti sylinterin muotoisesta pinnasta ja että pintaosat on muodostettu vastakkaisiin suuntiin tapahtuvan pyörittämisen mahdollistavista toisiinsa nähden symmetrisessä asennossa olevista tunnistuspinnan 20 symmetria-akselin suuntaisista harjanteista.

Keksinnön etuna on mm. se, että tunnistuspinnassa on aina vakionopeus. Levytyyppisissä ratkaisuissa nopeus on riippuvainen levyn halkaisijasta. Virtaus kohdistuu keksinnön mukaisessa anturissa kohtisuoraan tunnistuspin-25 taa vasten. Mitattavan massan virtaussuunnan vaihtelut ja nopeusvaihtelut prosessissa eivät vaikuta mittaustulokseen. Massa vaihtuu lisäksi tehokkaasti koko pinta-alalla, jolloin likaantumistaipumus on olennaisesti pienempi kuin aiemmin tunnetulla tekniikalla. Olennainen etu muodostuu 30 lisäksi siitä, että keksinnön mukaisen anturin asennusauk- ko voi olla olennaisen pieni käytettävissä olevaan tunnis-tuspintaan verrattuna. Asennus on mahdollista standardi-putkiyhteen kautta. Etua muodostuu edelleen siitä, että sylinterimäinen anturi kohtaa aiemmin tunnettuja ratkaisu-35 ja isomman poikkipinta-alan prosessivirtauksesta. Mittaus 3 101020 on näin ollen aiempien ratkaisujen mittauksia edustavampi ja mittausviesti stabiilimpi. Olennainen etu muodostuu siitä, että anturi on symmetrinen kiertosuuntaan nähden. Massan virtaus ei aiheuta momenttia, joten mittausviesti 5 on riippumaton virtausnopeudesta. Sylinterimäisen anturin pituus on vapaa parametri, sitä voidaan vaihdella halutun momentin aikaansaamiseksi. Tunnetuissa ratkaisuissa levymäisen anturin pintaan on lisätty kohoumia momentin lisäämiseksi ja mittausherkkyyden parantamiseksi. Kohoumien 10 muodon on oltava evolventtimainen. Koska tässä tunnetussa ratkaisussa anturin muoto tulee epäsymmetriseksi pyörimissuunnan suhteen, sitä on mahdollista käyttää vain yhteen pyörimissuuntaan. Tällöin levymäisellä pinnalla olevien kohoumien jättöpintaan muodostuu kerrostumia aiheuttaen 15 mittausmomentin ryömintää. Samanlainen ilmiö toteutuu myös aiemmin tunnetuilla tanko- ja potkurityyppisillä antureilla. Keksinnön mukaisen anturin symmetrinen rakenne mahdollistaa anturin pyörittämisen vuorotellen kumpaankin suuntaan, jolloin tunnistuspintaan ei jää virtauksen kannalta 20 varjopaikkoja. On huomattava, että keksinnön mukaisen an turin jättöpintaan muodostuu myös kerrostumaa, mikäli sitä pyöritetään vain yhteen suuntaan. Koska keksinnön mukainen anturi on symmetrinen, sitä voidaan käyttää kumpaankin pyörimissuuntaan. Tällöin otsapinta ja jättöpinta vaihtu-25 vat säännöllisin välein ja kerrostumien muodostuminen es tyy. Keksinnön mukaisen anturin yhteyteen on hyvin yksinkertaisella tavalla mahdollista järjestää anturin huuhtelu. Huuhtelu, joka on tarpeellinen erittäin vaikeissa olosuhteissa, voidaan toteuttaa yhdellä prosessiyhteen lähei-30 syyteen asennetun suuttimen kautta tulevalla puhdistusvä- liainesuihkulla, jonka avulla voidaan puhdistaa anturin koko mittauspinta. Levy-potkuri- ja tankomallisilla antureilla tämä ei ole mahdollista. Keksinnön mukaisen anturin muoto antaa myös edullisia mahdollisuuksia valmistusmate-35 riaalin suhteen. Valmistusmateriaalina voidaan käyttää 4 101020 esimerkiksi PTFE-materiaalia, joka on erittäin likaahylki-vä materiaali. Keksinnön mukaisen anturin etuna on edelleen se, että virtaus aiheuttaa anturiin ainoastaan akselia vasten kohtisuoran voiman, jolloin mittaussignaalia 5 häiritseviä voimia ei esiinny.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheisessa piirustuksessa esitettyjen edullisten sovellutusesimerkkien avulla, jolloin kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen anturin ensim-10 mäistä sovellutusta sivulta nähtynä leikkauskuvantona, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista anturia periaatteellisena perspektiivikuvantona, kuvio 3 esittää kuvioiden 1 ja 2 mukaista sovitel-maa yläpuolelta nähtynä kuvantona, 15 kuviot 4A - 4C esittävät tunnettujen antureiden käyttäytymistä mittaustilanteessa, kuvio 5 esittää keksinnön mukaista anturia aiemmin tunnetun tekniikan vaatimassa mittaustilanteessa, ja kuvio 6 esittää keksinnön mukaista anturia keksin-20 nön mahdollistamassa mittaustilanteessa.

Kuvioissa 1 - 3 on esitetty periaatteellisesti keksinnön mukaisen anturin ensimmäinen edullinen sovellutus-muoto. Viitenumeron 1 avulla kuvioon 1 on merkitty proses-siputki. Prosessiputkesta on esitetty kuviossa 1 vain osa, 25 mutta alan ammattimiehelle on selvää, että prosessiputki 1 voi olla mikä tahansa sopiva putki, esimerkiksi jokin standardimittainen putki. Viitenumeron 2 avulla kuvioon 1 on merkitty standardiputkiyhde, jonka avulla mittauslaite 3 on asennettu paikalleen.

30 Mittauslaite 3 voi olla mikä tahansa vääntömoment- tiperiaatteella toimiva laite. Em. vääntömomenttiperiaate on alan ammattimiehelle sinänsä tunnettua tekniikkaa, joten ko. seikkoja ei esitetä tässä yhteydessä tarkemmin. Tässä yhteydessä todetaan ainoastaan yleisesti, että vään-35 tömomenttiperiaatteella tarkoitetaan sitä, että prosessis- 5 101020 sa olevaa anturia pyöritetään sopivalla voimanlähteellä ja samalla mitataan pyörivän anturin ja prosessin välille syntyvän momentin suuruus. Momentin mittausarvon perusteella voidaan määrittää mitattavan aineen, esimerkiksi 5 massan sakeus. Toimintaperiaatetta on kuvattu tarkemmin aiemmin mainitussa FI-patenttijulkaisussa 40754.

Mittalaite käsittää voimanlähteen 4, akselin 5 ja anturin 6. Akseli 5 on laakeroitu paikalleen laakereiden 7 avulla. Anturi 6 on sijoitettu prosessiputkeen niin, että 10 anturin tunnistuspinta on kosketuksissa prosessiputkessa 1 virtaavaan aineeseen. Prosessiputkessa virtaavaan aineeseen sijoitettua anturia voidaan pyörittää kuvioon 1 merkittyjen nuolten mukaisesti voimanlähteen 4 avulla. On huomattava, että kuvion 1 tilanteessa aine virtaa proses-15 siputkessa paperin tasoon nähden kohtisuorassa suunnassa.

Anturin 6 pyöriessä aineessa siihen vaikuttaa momentti, jonka suuruus on riippuvainen aineen sakeudesta, ts. anturi 6 on muotoiltu niin, että momentti on verrannollinen mitattavan prosessiaineen sakeuteen. Momentti mitataan 20 mittaelimillä 8. Voimanlähde 4 ja mittaelimet 8 voivat olla mitä tahansa sinänsä tunnettuja laitteita.

Keksinnön olennaisena seikkana on se, että anturin 6 tunnistuspinta on muodostettu olennaisesti sylinterin muotoisesta pinnasta. Olennaisesti sylinterin muotoinen 25 tunnistuspinta näkyy erityisen selvästi kuviossa 2. Sylin terin muotoiseen tunnistuspintaan on muodostettu toisiinsa nähden symmetrisessä asennossa olevia, anturin 6 pyöritys-suuntaan nähden poikittaisessa asennossa olevia pintaosia, jotka kuvioiden 1-3 sovellutusmuodossa on muodostettu 30 tunnistuspinnan symmetria-akselin S suuntaisista harjan teista 9.

Keksinnön mukaisen anturin muodosta johtuen vaikeissa olosuhteissa mahdollisesti tarpeellinen puhdistus voidaan toteuttaa edullisella tavalla putkiyhteen 2 lähei-35 syyteen sovitetun suutinlaitteen 11 kautta tulevan puhdis- 101020 e tusväliainesuihkun 12 avulla. Suutinlaitteena 11 voidaan luonnollisesti käyttää mitä tahansa sinänsä tunnettuja laitteita.

Kuten kuvioista 1-3 voidaan nähdä, anturi on aina 5 täysin symmetrinen kiertosuuntaan nähden. Näin ollen antu ri antaa saman mittaustuloksen pyöritettäessä anturia kumpaan suuntaan tahansa. Em. seikalla on merkitystä anturin likaantumisen kannalta katsottuna kuten edellä on todettu. Likaantumisilmiötä on kuvattu periaatteellisesti kuvioissa 10 4A - 4C, 5 ja 6. Kuvioissa 4A - 4C on kuvattu likaantumi nen, ts. kerrostumien syntyminen aiemmin tunnetuissa antureissa. Kuviossa 4A on kuvattu esimerkiksi FI-patenttijulkaisun 40754 mukainen levymäinen, segmenteillä varustettu anturi. Kuviossa 4B on kuvattu tankotyyppinen anturi ja 15 kuviossa 4C on kuvattu potkurityyppinen anturi. Anturien liikesuunnat prosessiaineessa on kuvattu nuolten avulla. Anturien otsapinnat on merkitty viitteen OP avulla ja jät-töpinnat vastaavasti viitteen JP avulla. Viitenumeroiden 70A, 70B ja 70C avulla on merkitty jättöpinnoille muodos-20 tuva haitallinen kerrostuma. Kuvioiden 4A - 4C mukaisia antureita ei niiden muodon vuoksi voi pyörittää muuten kuin yhteen suuntaan.

Kuten edellä on todettu, haitallisia kerrostumia syntyy myös keksinnön mukaisen anturin tunnistuspinnalle, 25 mikäli anturia pyöritetään ainoastaan yhteen suuntaan.

Kuviossa 5 on esitetty kuvioiden 1-3 mukainen keksinnön sovellutusmuoto kuvioita 4A - 4C vastaavassa tilanteessa, ts. mittaustilanteessa, jossa anturia pyöritetään vain yhteen suuntaan. Anturin 6 otsapinnat ja jättöpinnat on 30 merkitty kuvioon 5 samoin kuin kuvioihin 4A - 4C. Jättö- pinnoille JP muodostuvat haitalliset kerrostumat on merkitty kuvioon 5 viitenumeron 71 avulla.

Keksinnön mukaisen anturin symmetrisen muodon ansiosta anturia voidaan pyörittää kumpaankin suuntaan, jol-35 loin anturin otsapinta ja jättöpinta vaihtuu ja kerrostu- 7 101020 mien syntyminen estyy. Kuviossa 62 on esitetty kuvion 5 tilannetta vastaava tilanne sillä erotuksella, että kuvion 6 tilanteessa anturia 6 pyöritetään kumpaankin suuntaan, jolloin kerrostumia ei synny. Kerrostumien syntyminen es-5 tyy, koska kuvion 6 tilanteessa, jossa pyörimissuunta vaihtuu säännöllisin välein, jokainen jättöpinnan kohta on välillä otsapinnan kohta ja päinvastoin. Em. kumpaankin suuntaan tapahtuva pyöritysliike on mahdollinen nimenomaan keksinnön mukaisen symmetrisen muodon ansiosta.

10 Likaantumisen kannalta on myös olennaista, että anturin, ts. sylinterin muotoisen tunnistuspinnan muodostavan kappaleen pääty on muodostettu kartiomaiseksi pinnaksi 10. Kartiomaisen pinnan merkitys on siinä, että pro-sessiputkessa olevan aineen virtaus kääntyy ja pyyhkii ko. 15 pintaa. Mikäli pinta on suora niin ko. pinnan likaantumi nen on verraten voimakasta.

Edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä ei ole mitenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin 20 vapaasti. Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen anturein tai sen yksityiskohtien ei välttämättä tarvitse olla juuri sellaisia kuin kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. Näin ollen on selvää, että esimerkiksi dimensiot voidaan valita vapaas-25 ti kulloisenkin tilanteen mukaan jne.

Claims (2)

101020

1. Anturi vääntömomenttiperiaatteella toimivia sa-keuden mittauslaitteita varten, joka on sovitettu pyörimään 5 mitattavassa aineessa niin, että anturin pyörityssuuntaan nähden poikittaisessa asennossa olevilla pintaosilla varustettu tunnistuspinta on kosketuksissa mitattavaan aineeseen, tunnettu siitä, että anturin (6) tunnistus-pinta on muodostettu olennaisesti sylinterin muotoisesta 10 pinnasta ja että pintaosat on muodostettu vastakkaisiin suuntiin tapahtuvan pyörittämisen mahdollistavista toisiinsa nähden symmetrisessä asennossa olevista tunnistuspinnan symmetria-akselin suuntaisista harjanteista (9).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anturi, t u n -15 n e t t u siitä, että sylinterin muotoisen tunnistuspinnan muodostavan kappaleen pääty on muodostettu kartiomaiseksi pinnaksi (10). 101020