FI102641B - Menetelmä ja laite haihdutusmäärän mittaamiseksi - Google Patents

Description

102641

Menetelmä ja laite ja haihdutusmäärän mittaamiseksi Förfarande och anordning för att mätä avdunstningsmängd ‘ Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 mukaiseen menetelmään haihdutuk sen määrityksessä ja erityisesti menetelmään, jonka avulla saadaan määritettyä haihdutuksen määrä. Keksintö kohdistuu lisäksi patenttivaatimuksen 5 mukaiseen laitejärjestelyyn keksinnöllisen menetelmän toteuttamiseksi.

Haihdutuksen mittaus on tärkeää useilla eri aloilla, kuten esim. erilaisten kasvifysiologian alan tutkimusten yhteydessä tai teollisuudenaloilla, joissa ollaan tekemisessä haihduttamisen kanssa, jollaisista esimerkkeinä esitetään erilaiset prosessi-, kemian- tai paperiteollisuuden alat.

Aikaisemmin on ollut tunnettua esim. kasvien lehtien pinnalta tapahtuvan haihdutuksen mittausten yhteydessä käyttää elektronisia haihdutusmittauslait-teita, jotka edellyttävät ns. mittauskyvetin käyttämistä. Tällainen mittauskyvetti kiinnitetään lehden pinnalle käsin. Mittauskyvetti saa aikaan ilmatiiviin tilan, jonka sisällä olevan kaasun kosteutta mitataan sinänsä tunnetuilla elektronisilla kosteusmittareilla, mistä saadaan haihdutusmäärä.

Ratkaisun heikkoutena on kuitenkin ollut, että sen suorittaminen on ollut • · hankalaa ja aikaaviepää, sekä se, että laitteistot ovat olleet monimutkaisia ja kalliita. Haihdutusta ole voitu mitata koskettamatta ja/tai peittämättä kohdetta. Kosketus ja/tai peittäminen häiritsee useimmissa tapauksissa ainakin jossain • · · määrin mitattavan kohteen luonnollista haihdutusta, mikä saattaa johtaa • · · *·:·* epätarkkuuksiin saavutettavissa mittaustuloksissa, tehden menetelmästä täten ' epäluotettavan. Kyvetin kiinnitys ja siten myös mittaus on hankalaa suorittaa.

Erityisesti tämä on tilanne hentojen kasvin lehtien tai vastaavien huonosti kuormaa kantavien tai pinnaltaan olennaisen epätasaisten kohteiden tapauksessa. Lisäksi eräissä tapauksissa olisi tärkeää saada mittauspinta-ala oleellisen : suureksi, mikä ei tunnetulla tekniikalla ole ollut mahdollista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu haihdutusmäärän määrittämiseksi.

' Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla aikaansaadaan haihdutusmäärän mittaus- 2 102641 menetelmä ja -laite, joka on helppokäyttöinen, nopea, luotettava ja soveltuu useisiin erilaisiin haihdutusmäärien määritystehtäviin.

Keksinnön tavoitteena on lisäksi saada aikaan menetelmä ja sen toteuttava laite, jotka mahdollistavat haihdutusmäärän määrittämisen mitattavan kohteen pintaa koskematta ja/tai peittämättä.

Keksinnön eräänä lisätavoitteena on saada aikaan menetelmä ja sen toteuttava laitteisto, jossa mittaustilanne saadaan olennaisen stabiiliksi ja muuttujien määrä mahdollisimman vähäiseksi.

Keksinnön eräänä lisätavoitteena on menetelmä ja laite, jonka avulla voidaan mitata olennaisen laajojen alojen haihdutusmääriä.

Keksinnön tavoitteena on lisäksi saada aikaan menetelmä ja sen toteuttava väline, jonka avulla mittaustulos saadaan esitetyksi halutussa haihdutusmäärän ilmoittavassa yksikössä.

Keksintö perustuu siihen perusoivallukseen, että haihdutuksen määrä saadaan määritettyä eri tilassa olevien kappaleiden haihdutuslämpötilojen vertailun avulla, ts. hyödyntämällä haihdutuslämpötiian ja -määrän välistä fysikaalista riippuvuutta, jonka mukaisesti pinta, jolta haihtuu nestettä, viilenee määrällä, i joka on verrannollinen haihdutuksen määrään.

: : Täsmällisemmin esitettynä keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti . tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa 1...5 ja ··· erityisesti itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle laitteistolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty m. oheisissa patenttivaatimuksissa 6...10 ja erityisesti patenttivaatimuksen 6 • · · l.l tunnusmerkkiosassa.

• · · • · ·

Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti menetelmä sisältää vaiheena :***: kolmen samassa mittausympäristössä olevan kappaleen tai kohteen pinnan lämpötilan määrittämisen eli mittaamisen. Mitattavat kappaleet käsittävät kappaleen, jonka haihdutusmäärä on määritettävä sekä erityiset ainakin kaksi ’··' vertailukappaletta, joidenka fysikaaliset ominaisuudet vastaavat olennaisesti mitattavan kappaleen fysikaalisia ominaisuuksia.

3 102641

Vertailukappaleista toinen on olennaisesti ns. ei-haihduttavassa tilassa, ts. kuiva. Tätä kappaletta kutsutaan jatkossa kuivakontrolliksi. Toinen vertailu-kappale on olennaisesti haihduttavassa tilassa, ts. sisältää runsaasti kyseistä haihdutettavaa nestettä, ts. on kyllästetty sillä. Tätä kappaletta kutsutaan seuraavassa märkäkontrolliksi. Erään edullisena pidetyn muodon mukaisesti mitataan myös tämän märkäkontrollin haihduttama nestemäärä/aikayksikkö ko. mittausympäristössä, ellei se muutoin ole riittävän täsmällisesti tiedossa. Mainittujen kontrollien avulla saadaan mittaustilanne stabiloitua ympäristön suhteen, sillä kaikki kolme mitattavaa kohdetta ovat täsmälleen samassa ympäristössä. Erityisen stabiiliksi tilanne saadaan suorittamalla mittaukset olennaisen samanaikaisesti.

Saatuja lämpötila-arvoja verrataan toisiinsa, ja niiden välisestä suhteesta saadaan määritettyä erityinen haihdutusmäästä riippuva kerroin, ns. haihdutus-indeksi. Tämän avulla voidaan määrittää mitattavan kappaleen haihduttama nestemäärä esim. arvona määrä/pinta-alayksikkö, kuten mlcm*2. Saatu arvo perustuu fysikaaliseen ilmiöön, jonka mukaisesti nestettä haihduttava pinta viilenee suhteen haihdutusmäärä/massa mukaisesti.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti mitataan myös märkäkontrollin aikayksikköä kohden haihduttama nestemäärä, ellei se muutoin ole riittävän luotettavasti tiedossa. Mittaus voidaan suorittaa esim. punnitsemalla paino-; häviö aikayksikköä kohden tai mittaamalla haihdutettavan nestemäärän ku- : .·. lutus.

Erään suoritusmuodon mukaisesti suoritetaan lämpötilan mittaus koskettamatta * mitattavan kappaleen pintaa, esim. sopivan lämpökameran tai mittaavan • · * infrapunasäteen avulla. Erityisten laajojen alojen, kuten suurehkojen maa-alojen • · ’·* mittaus voidaan suorittaa myös satelliittikuvauksena. Lämpötila voidaan luon nollisestikin mitata myös kohteen pinnalta sopivilla mittavälineillä, kuten lämpöantureilla.

; :* Keksinnön mukaiset vertailu- ja laskentaoperaatiot on edullista suorittaa sopi- valla tiedonkeruu- ja käsittelylaitteella, kuten mikroprosessorilla. Eräs esimerkki on mikrotietokone, ja erityisen edullisena välineenä pidetään kannettavaa mikrotietokonetta.

• 4 102641

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja. Haihdutusmäärän mittaus voidaan suorittaa nopeasti ja luotettavasti keksinnön mukaisesti stabiiliksi sovitetussa ympäristössä sinänsä yksinkertaisella menetelmällä ja laitteistolla. Mittaus voidaan myös suorittaa ilman tarvetta koskettaa mitattavan kappaleen pintaa. Samanaikaisesti mitattavia kohteita voi olla useita. Samaa menetelmää ja laitteistoa voidaan soveltaa mitä moninaisimmissa haihdutusmäärän mittauksissa mitä moninaisimmissa ympäristöissä.

Keksintöä ja sen muita kohteita ja etuja kuvataan seuraavassa esimerkinomaisesti viittaamalla samalla oheiseen piirustukseen, jossa vastaavat viitenumerot viittaavat vastaaviin piirteisiin. Tässä kohden tulee ymmärtää, että seuraavan esimerkinomaisen esityksen tarkoitus ei ole rajoittaa keksintöä tässä yhteydessä esitettyihin tiettyihin muotoihin, vaan päinvastoin keksinnön on tarkoitettu kattavan kaikki muunnokset, vastaavuudet ja vaihtoehdot, jotka sisältyvät keksinnön henkeen ja piiriin, kuten oheisissa patenttivaatimuksissa on määritetty. Tässä yhteydessä huomautetaan lisäksi, että termillä mitattava kohde tarkoitetaan kaikkia sellaisia kappaleita, kohteita, esineitä, pintoja jne..., joidenka yhteydessä esiintyy tarve määrittää niiden haihduttama nestemäärä.

Kuvio esittää yksinkertaistetun kaaviomaisen kuvannon eräästä esillä olevan keksinnön suoritusmuodosta.

Kuviossa esitetään mitattava kohde 1, jonka pinnan 2 pintalämpötila on T.

; , Lisäksi esitetään kuivakontrolli 6 sekä märkäkontrolli 8, joiden pintalämpötilat ovat vastaavasti T^ ja Tm.

• • «

Katkoviivalla ympäröity mittauslaitteisto 10 on varustettu lämpötilanmittaus- « · **'*; välineillä 12, jotka esimerkissä käsittävät pistemittaavan pitkäaaltoisen infra- ’·* punalämpömittarin 13, liikutettavan eli käännettävän peilin 14 sekä askel- moottorin 15. Moottoria 15 käyttämällä saadaan aikaiseksi peilin 14 olennaisen nopea kääntyminen siten, että mittari 13 voi lukea peilin 14 kautta lämpötilat kaikkien kolmen kohteen 1, 6 ja 8 pinnoilta olennaisen lyhyen aikajakson sisäl-: lä. On kuitenkin huomattava, että lämpötilanmittausvälineet 12 voivat olla : muutakin rakennetta, kuten lämpökamera tai kuhunkin kohteeseen asetettu lämpötila-anturi, ja etteivät peili 14 ja askelmoottori 15 ole millään muotoa välttämättömiä keksinnön toteuttamiseksi.

« ψ ♦ 5 102641

Lisäksi kuviossa esitetään välineet 18 märkäkontrollin 8 haihduttaman nestemäärän mittaamiseksi. Esimerkissä välineet 18 käsittävät punnituslaitteet 19, jolloin haihdutetun nesteen määrä saadaan painohäviönä aikayksikköä kohden. Vaihtoehtoisesti voidaan esimerkiksi mitata märkäkontrollin 8 haihduttaman nestemäärän kulutus. Märkäkontrolli 8 voidaan tarvittaessa esivalmistella esim. laboratoriossa tai teollisesti, ja näin ollen voidaan haihdutetun nestemäärän mittausvälineinä 18 helposti käyttää mitä tahansa tunnettua haihdutusmittaus-menetelmää tai-välinettä, jotka erilaiset välineet sisältyvät tähän keksintöön.

Kaikki laitteiston 10 välineet, kuten lämpötilan mittausvälineet 12 sekä haih-dutuksenmittausvälineet 18, ovat toiminnallisesti, kuten johtimien 20 avulla, yhdistetyt tietojenkäsittelylaitteeseen 16. Tietojen käsittelylaite 16 on edullisesti mikrotietokoneen, erityisen edullisesti kannettavan mikrotietokoneen, muodossa. Laite 16 sisältää sopivan algoritmin saatujen lämpötila-arvojen T, Tm, keräämiseksi sekä vertaamiseksi sekä muiden tarvittavien parametrien, kuten märkäkontrollin 8 haihduttaman nestemääräinformaation vastaanottamiseksi. Laite 16 on sovitettu generoimaan vastaanotetuista arvoista tulos, joka ilmoittaa mitattavan kohteen 1 haihduttaman nestemäärän suhdeluvun suhteessa kontrolleihin, eli ns. haihdutusindeksin. Kohteen 1 haihduttama nestemäärä voidaan tämän jälkeen muuntaa laitteen 16 avulla esitettäväksi esim. tilavuutena pinta-alayksikköä ja/tai aikaa kohden.

' - · Nestetyydytetyllä märkäkontrollilla 8 on maksimaalinen ja kuivakontrollilla 6 on minimaalinen haihdutus, ja vastaavasti kontrollin 8 lämpötila Tm vastaa alinta : · i ja kontrollin 6 lämpötila T|< ylintä ko. atmosfäärissä saavutettavaa lämpötilaa.

* · . .·. Mitattava, haihduttava kohde 1 asettuu edellä esitetyistä fysikaalisista syistä ··· johtuen lämpötilaltaan T näiden väliin tai on yhtäsuuri toisen niistä kanssa.

• · ·

Mitattavan kohteen 1 lämpötila on verrannollinen sen haihdutuksen määrään . . vastaavassa tilassa. Näinollen myös samassa ympäristössä olevilla kolmella (tai • · · *!*.*.* useammalla) fysikaalisesti toistensa kaltaisella kohteella on riippuvuus niiden • · · *·| * lämpötilojen ja haihdutusmäärien suhteen. Tätä verrannollisuutta voidaan :T: kuvata suhdeluvulla, ns. haihdutusindeksilllä n, joka on välillä 0-1 (tai 0-100 :***: %), jolloinka täysi haihdutus saa arvon 1 (tai 100 %) ja täysi haihduttamat- « i i tomuus arvon 0 (tai 0 %).

< t '···' Haihdutettu määrä saadaan siis johdettua mitatuista lämpötiloista. Suhteellista määrää kuvaava haihdutusindeksi n saadaan seuraavasti: 6 102641 T-Tm Π = -

Tk - Tm , missä

Tk = kuivakontrollin lämpötila Tm = märkäkontrollin lämpötila T = kohteen mitattu lämpötila n = haihdutusindeksi (kerroin)

Saatu indeksiluku n on aina välillä 0...1, jolloin edelläesitysti arvolla n = O kohteessa ei tapahdu ollenkaan haihdutusta ja arvolla n = 1 kohteessa tapahtuu täysi haihdutus, eli kohteen 1 haihdutus vastaa täysin nestekylläisen märkäkontrollin 8 haihdutusta.

Märkäkontrollin 8 tarkka haihdutusmäärä pinta-alayksikköä kohden tiedetään esim. arvona ml/min/cm2. Saadulla haihdutusindeksillä n kerrotaan tämä märkäkontrollin tunnettu tai mitattu haihdutusmäärä, jolloin saadaan tarkka arvo kohteen 1 haihdutukselle pinta-ala- ja/tai aikayksikköä kohden, eli kaava voidaan tällöin kirjoittaa muotoon: T ‘ Tm

- - x Sm - H

Tfc - Tm , missä

Sm = märkäkontrollin nesteen kulutus aikayksikössä / pinta-: ala ’ H = kohteen haihdutus pinta-ala- ja aika-yksikköä kohden, ·;·’. esim. ml/cm^/s.

• « » • I « '···' Sovittamalla käsittelylaite 16 sellaiseksi, että se automaattisesti suorittaa em.

* · ' vaiheet saadaan lopputuloksena arvo haihdutusmäärälle halutussa muodossa. On huomattava, että saatu haihdutusmäärä voidaan ilmoittaa minkä tahansa mittajärjestelmän ja/tai -yksikön mukaisena arvona tai muuntaa sellaiseksi sen jälkeen, kun indeksiarvo n on saatu generoitua. Lisäksi on ymmärrettävä, että eräät olosuhteet saattavat vaatia tiettyjä korjauskertoimia, joidenka lisääminen ylläoleviin kaavoihin ei kuitenkaan muuta keksinnön henkeä.

Seuraavassa kuvataan vielä keksinnön yleisen ajatuksen ja etujen selventä-: miseksi tarkemmin erästä keksinnön suoritusmuotoa, jossa hyödynnetään pitkäaaltoista infrapunakameraa.

7 102641

Tunnetussa tekniikassahan on useiden kohteiden pintojen lämpötilaa vaikea mitata siten, että eri kohteet olisivat kontrolloitavissa ja kalibroituina keskenään. Infrapunakameralla tai -säteellä mitattaessa on vaikeaa saada tarkkaa, todellista pintalämpötilaa. Keksinnön mukaisella menetelmällä on kuitenkin helppo mitata suhteellisia lämpötilaeroja, ja erot saadaan suurella tarkkuudella ja tarvittaessa useista eri kohteista olennaisen samanaikaisesti.

Täten infrapunaan perustuva mittausjärjestelmä soveltuu hyvin keksinnön toteutukseen. Infrapunakameran kuvaan voidaan asettaa useita eri kohteita, ja/tai kuvaa tai sädettä voidaan ohjata peileillä (kts. kuvio). Samassa kuvassa voivat näkyä molemmat kontrollit sekä mitattava kohde tai kohteet. Koska menetelmässä tarvitsee mitata ainoastaan suhteellisia lämpötilaeroja, saadaan sen avulla tarkka suhdeluku, jonka avulla saadaan tarkka arvo mitatun kohteen haihdutusmäärälle.

Näin kameran kalibraatiosta tms. syistä johtuvat lämpötilaheitot eivät vaikuta mittaustulokseen, koska menetelmän tuloksena saadaan suhteellinen arvo samassa tilassa oleville ja fysikaalisilta ominaisuuksiltaan vastaaville kohteille.

Keksinnön avulla on siis saatu aikaan laitteisto ja menetelmä, minkä avulla haihdutusmäärän mittaukseen saadaan aikaiseksi olennainen parannus. Keksinnön mukainen ratkaisu on helppo ja taloudellinen toteuttaa, mutta antaa luotettavia mittaustuloksia erilaisille mittauskohteille.

: · : On huomattava, että edellä esitetyt esimerkit keksinnön suoritusmuodoista ··: eivät rajoita keksinnön patenttivaatimuksissa esitettyä suojapiiriä. Edellä olevan • · selityksen ja piirustuksien avulla alan ammattimiehelle on ilmeistä käyttää keksinnön mukaista menetelmää ja laitetta esim. useamman kohteen saman-: : : aikaiseen mittaukseen. Tällöin voidaan käyttää yhteisiä kontrolleja, tai asettaa kullekin mitattavalle kohteelle omat kontrollit, mutta silti mitata kaikki kohteet ja kontrollit yhdellä laitteistolla ja olennaisen samanaikaisesti. Lisäksi kontrolleja voi olla enemmän kuin kaksi / mitattava kohde. Kontrollien nestekylläisyysaste . .·. voi myös poiketa täysin kuivasta / täysin kylläisestä. Laitteistolta 10 saatua informaatiota voidaan hyödyntää muutoinkin, kuin pelkkänä luettavissa olevana lukuarvona. Tällöin sen perusteella voidaan esim. teollisissa prosesseissa ohjata automaattisesti laitteistoon 10 toiminnallisesti yhdistettyä toimilaitteistoa, niin ·.,.· että sen paramtrejä muutetaan halutulla tavalla suhteessa suhteessa saatuun haihdutusmääräinformaatioon.

Claims (10)

102641

1. Menetelmä haihdutusmäärän mittaamiseksi tunnettu siitä, että se käsittää vaiheina olennaisen ei-haihduttavassa tilassa olevan vertailukappaleen (6) lämpötilan (Τ^) määrittämisen, olennaisen nestekylläisen, haihduttavan vertailukappaleen (8) lämpötilan (Tm) määrittämisen, mitattavan kohteen (1) lämpötilan (T) määrittämisen, sekä saatujen lämpötila-arvojen (T|<, Tm, T) keskinäisen vertailun perusteella tapahtuvan haihdutettavasta nestemäärästä riippuvan haihdutusindeksin (n) määrittämisen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäksi määritetään nestekylläisen haihduttavan vertailukappaleen (8) haihdutusmäärä, jolloinka haihdutusindeksistä ja mainitusta haihdutusmäärästä saadaan johdettua kohteen (1) haihduttama määrä pinta-alayksikköä kohden.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohteen (1) lämpötilan (T) määrittäminen suoritetaan mitattavan kohteen (1) pintaa (2) koskettamatta.

4. Jonkin edelläolevista patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tun- n e 11 u siitä, että haihdutusindeksin (n) määrittäminen käsittää vaiheina mitat- . .·. tavan kohteen (1) ja haihduttavan kappaleen (8) välisen lämpötilaeron jakami- • · · sen ei-haihduttavassa tilassa olevan kappaleen (6) ja haihduttavan kappaleen • · · (8) välisellä lämpötilaerolla. • · • · · *·]·* 5. Jonkin edelläolevista patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, t u n - « * · *·[ * n e 11 u siitä, että lämpötilan mittaus suoritetaan olennaisen samanaikaisesti kaikissa olennaisen samankaltaisessa ympäristössä olevissa kohteissa (1, 6, 8). ··· • t « #

6. Laitteisto (10) tarkasteltavan kohteen (1) haihdutusmäärän mittaamiseksi, • tunnettu siitä, että se käsittää • · *··' ensimmäisen, olennaisen ei-haihduttavassa tilassa olevan vertailukappaleen (6), toisen, olennaisen nestekylläisen haihduttavan vertailukappaleen (8), 102641 välineet (12) mainittujen vertailukappaleiden (6,8) ja kohteen (1) lämpötilojen mittaamiseksi, sekä välineet (16) saatujen lämpötila-arvojen (T, T^, Tm) vertaamiseksi, sekä haih-dutusmäärän kanssa verrannollisen haihdutusindeksin (n) johtamiseksi mainitun vertailun perusteella.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää välineet (18) mainitun haihduttavan vertailukappaleen (8) haihdu-tusmäärän mittaamiseksi, välineiden ollessa edullisesti sovitettu mittaamaan vertailukappaleen haihduttaman nesteen määrän kulutusta tai punnitsemaan sen painohäviötä aikayksikköä kohden.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että välineet (12) mitattavan kohteen (1) pinnan (2) lämpötilan mittaamiseksi ovat sovitetut mittaamaan lämpötilan kohteen (1) pintaa (2) koskettamatta, välineiden käsittäessä edullisesti infrapunalämpömittarin (13) tai lämpökameran.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 6...8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se on sovitettu mittaamaan useampien kohteiden haihdutusmäärää.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 6...9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää lämpötilanmittausvälineisiin (12), sekä tarvittaessa myös muihin mittausvälineisiin (18), toiminnallisesti yhdistetyt välineet (16) lämpötila- : .· informaation vastaanottamiseksi, ja informaation generoimiseksi siten, että tuloksena saadaan mitattavan kohteen (1) haihdutusmäärä. • • · 1 • · ♦ • · • · · · • · · • · • · • · 102641