FI109615B - Virtausmittari - Google Patents

Description

109615

Virtausmittari

Flödesmätare 5

Esillä oleva keksintö koskee mittaustuloksen tarkkuuden parantamismenetelmää, joka tarkkuus on saavutettavissa virtausmittarin avulla, joka on tyyppiä, joka määrittelee siinä virtauskanavan mitattavalle ainevirtaukselle, joka virtausmittari sisältää anturin 10 virtauskanavan kautta virtaavan aineen vaihtelevan olosuhteen havaitsemiseksi, välineet ultraäänisignaalien synnyttämiseksi ja suuntaamaan sellaiset signaalit vastakkaisiin suuntiin ainakin virtauskanavan osaa pitkin, välineet vastaanottamaan signaaleja, jotka ovat kulkeneet pitkin mainittua ainakin virtauskanavan osaa, ja sähköiset piirivälineet laskemaan tai määrittämään aineen mitatun virtausnopeusarvon perustuen 15 nopeuserotukseen lähetettäessä ultraäänisignaaleja mainittuihin vastakkaisiin suuntiin.

Tämän tyyppinen virtausmittari julkistetaan esimerkiksi saksalaisissa patenteissa no.

29 24 561, ja 30 39 710. Kuten näissä patenttiselityksissä kuvataan, erilaiset tekijät, ."! kuten esimerkiksi ultraääntä synnyttävien pietsosähköistä materiaalia olevien levyjen "V 20 muuttuvat akustiset kuormat muuttuvissa lämpötiloissa, ei toivotut vastaanottavaan • · , · · ·. muuttuneen lähetettyjen signaalien häiritsevät kaiut, ja vaihtelevat sisään ja ulos vir- • » : tauskanavasta tapahtuvan virtauksen epäsäännölliset olosuhteet voivat vaikuttaa

Ml · :' ·'; epäsuotuisasti mittaustulosten tarkkuuteen epätyydyttävässä määrin.

25 SU 792143 julkistaa testauslaitteen virtausmittarien tarkkuuden testaamiseksi. Tämä tunnettu testauslaite voi simuloida virtausnopeutta, ja testattavalla virtausmittarilla : mitattua virtausnopeutta verrataan simuloituun virtausnopeuteen. Tämä tunnettu tes- : tauslaite tekee mahdolliseksi piirtää käyriä, jotka näyttävät mittausten absoluuttisen : ; virheen riippuen mitatun ainevirtauksen lämpötilasta ja paineesta.

·:··: 30 US-patentissa 4164865, johon on viitattu myös US-patentissa 4372166, on kuvattu virtausmittari, jonka toimintaperiaatteena on lähettää ultraääniaaltoja vastavirran ja 2 109615 myötävirran suuntiin ja käyttää näiden suuntien välistä nopeuseroa virtausmäärän laskennassa, kuten on kuvattu jäljempänä seuraavan patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa. Käytetty piiri käyttää vahvistinta 156 (katso palsta 12, rivit 35-39), joka välittää ulostulosignaalin, joka kuvaa äänen nopeutta (riippuvainen kaasukokoomuk-5 sesta), joka vaihtelee lämpötilan ja paineen mukaisesti (katso palsta 2, rivit 6-11). Tätä ulostuloa verrataan kalibroitavan nesteen (tallennettuun) arvoon ja käytetään muuttamaan virtausmäärän mittausta.

Julkaisussa DE-A-3312092 on kuvattu pääasiallinen ultraäänimittari, joka on tarkoitet-10 tu virtauksen ja oloarvon (äänen nopeus väliaineessa) tunnisteena toimivan vertailurei-tin kulkuajan mittaukseen. Nämä mittaukset yhdistetään tietokoneessa virtausmäärän kompensoimiseksi äänen nopeuden muutoksille.

Julkaisussa EP-A- 0273385 on kuvattu virtausmittari, jossa käytetään lähettimestä 15 diagonaalisesti kahteen vastakkaiseen suuntaan suunnattuja aaltoja. Olosuhdetunnistin 23 lähettää paineen mittaussignaalia 22, jota käytetään kompensoimaan virtausmäärän • · ·. mittausta (perustuen vaihe-eroon) piirissä 21.

• · · : Y: Julkaisu WO-A-9304343 kuvaa järjestelmää, jossa ultraäänitoimisen perusvirtausmitta- : \* 20 rin (kuten vaatimuksessa 1 on esitetty) lisäksi on lämpötilan ja paineen tunnistimet 24, » « ·,: - 26 (katso sivu 7, ensimmäinen kappale). Virtausmittaus- ja olosuhdesignaalit ovat • « · :,· · saatavilla (katso kuvio 3 ulostulot).

’ US-patentti 4720800 ei mainitse ultraäänityyppistä virtausmittaria, mutta siinä ·” 25 viitataan simulointipiiriin virtausmittarin kalibroimiseksi (palsta 9, rivit 46-49).

» · ♦ • * · US-patentti 4372166 näyttää myös koskevan simuloituja virtauksia käyttävää kalib-. · ·’ rointia, jossa pikemminkin pulssien taajuus asetetaan korjauksen suorittamiseksi (katso * * tiivistelmä) kuin viitataan tallennettuihin arvoihin.

30 3 109615

Julkaisussa DE-A-1075327 tiheyden arvo saadaan muuttimesta 30 ja siihen liittyvästä kanavasta ja sitä käytetään kompensoimaan päävirtausmittarin mittausta. Tallennettuja kompensointiarvoja tähän ei näytä liittyvän.

5 Edellä kuvattua tyyppiä olevan virtausmittarin avulla saavutettavien mittaustulosten tarkkuutta voidaan parantaa keksinnön mukaisella menetelmällä, kuten on määritelty patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä mitatun lasketun virtausnopeusarvon ja vastaavan 10 todellisen virtausnopeusarvon, joka on tunnettu, välinen ero määritetään joukolla aineen olosuhteen erilaisia arvoja. Nämä erotukset tai määritetyt ensimmäiset kom-pensointiarvot esittävät virheitä, joita aiheuttavat erilaiset tekijät, sellaiset kuin edellä mainitut tekijät, ja niitä voidaan käyttää kompensoimaan tuntemattomien virtausnopeuksien laskettuja mitattuja arvoja.

15

Ennalta määrätty virtausnopeuskulku, eli arvo tai malli voi esittää mitä tahansa ···. tunnettua ajan suhteen vaihtelevaa virtausnopeutta. Edullisessa sovellutusmuodossa : kuitenkin aineen virtaus kuljetetaan virtauskanavan kautta ennalta määrätyllä vakiovir- : Y: tausnopeudella, mikä tarkoittaa että "ennalta määrätty virtausnopeuskulku" on ennalta • · : * * *: 20 määrätty virtausnopeus, joka ei vaihtele ajan suhteen. Tällä vakiovirtausnopeudella voi I l ; olla mikä tahansa haluttu arvo. Kuitenkin, yksinkertaisuuden vuoksi pidetään parempa- : na määrittää ensimmäiset kompensointiarvot ennalta määrätyllä virtausnopeusarvolla, joka on nolla. Tämä tarkoittaa että aine, joka voi olla neste tai kaasu, suljetaan virtauskanavaan, samalla kuin määritetään ensimmäisiä kompensointiarvoja.

·;·: 25 •. i ·: Ymmärretään, että esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä koskee mitä tahansa '· · ‘ virtausmittarin mittauksiin vaikuttavaa olosuhdetta, ja että virtausmittaria voitaisiin •. · · käyttää mittaamaan minkä tahansa aineen virtausta. Useimmissa käytännön tapauksissa • * kuitenkin mainittu olosuhde on virtaavan aineen lämpötila ja/tai paine, joka aine on 30 tavallisesti neste, sellainen kuin vesi, vaihtelevassa lämpötilassa.

4 109615

Kun ensimmäisiä kompensoivia arvoja määritetään, virtauskanavassa oleva aine voidaan lämmittää kohotettuun lämpötilaan, sellaiseen kuin 90 °C ja sallia sen jäähtyä tämän jälkeen. Mitatut virtausnopeusarvot mainitussa joukossa erilaisia tila-arvoja voidaan sitten laskea tai määrittää elektronisilla piirivälineillä jatkuvasti tai lyhyin 5 aikavälein sellaisen jäähtymisen aikana, ja kutakin mitattua virtausnopeusarvoa verrataan sitten todelliseen virtausnopeusarvoon, joka on edullisesti nolla. Tällä tavalla on mahdollista määrittää kompensointikäyrä tai suuri lukumäärä ensimmäisiä kompen-sointiarvoja, jotka liittyvät erilaisiin lämpötiloihin tai paineisiin.

10 Olosuhteet, joissa ensimmäiset kompensointiarvot määritetään voidaan havaita tai mitata olosuhdeanturilla, kuten esimerkiksi paine- tai lämpötila-anturilla. Siksi on tärkeää, että olosuhdeanturi on oikein kalibroitu tai säädetty. Olosuhdeanturi on edullisesti kalibroitu vähintäin kahdessa eri olosuhdearvossa ennen mitattujen virtaus-kanavassa olevan aineen virtausnopeusarvojen määrittämistä mainitun olosuhteen 15 erilaisissa arvoissa. Kun virtauskanavassa olevan aineen olosuhde on aineen lämpötila, tämä voidaan esimerkiksi tehdä, kun virtauskanavassa olevaa ainetta lämmitetään. ···. Esimerkiksi, lämpötila-anturin tarkkuus voidaan tarkistaa kahdessa tai useammassa • t •« · : .·. lämpötilassa, esimerkiksi 40 °C:ssa ja 80 °C:ssa.

• · ·”*: 20 Ennen ensimmäisten kompensointiarvojen määrittämistä virtausmittari edullisesti • Jj asetetaan alttiiksi erilaisiin äärimmäisiin olosuhteisiin simuloimalla virtausmittarin *'. · · käyttöä. Täten virtauskanavassa oleva aine voidaan asettaa alttiiksi laajasti vaihteleville lämpötila-ja/tai paine-olosuhteille pitkäksi aikajaksoksi, kuten esimerkiksi muutamak-si tai useaksi päiväksi, jolloin virtausmittari voidaan "keinotekoisesti vanhentaa", en-•;' ’ 25 nen kuin ensimmäiset kompensointiarvot määritetään.

‘ ’ Kun ensimmäiset kompensointiarvot on määritetty edellä kuvatulla tavalla yksittäiselle v : virtausmittarille ja sellaiset kompensointiarvot tai sellainen kompensointikäyrä on • ' talletettu, esimerkiksi sähköisten piirivälineiden sähköiseen muistiin tai varastointipii- 30 riin, voidaan virtausmittaria käyttää mittaamaan virtauskanavan kautta kulkevan tuntemattoman ainevirtauksen virtausnopeusarvoa. Sellaiseen mittausmenetelmään voi 5 109615 sitten kuulua virtauskanavan kautta kulkevan tuntemattoman ainevirtauksen mitatun virtausnopeuden laskeminen tai määrittäminen perustuen ultraäänisignaalien lähetysten nopeuseroon, mittaamalla tai havaitsemalla virtauskanavassa olevan aineen todellinen olosuhde olusuhdeanturin avulla, ja kompensoimalla tuntemattoman ainevirtauksen 5 mitattua virtausnopeusarvoa talletetulla ensimmäisellä kompensointiarvolla, joka liittyy tällä hetkellä havaittuun tai mitattuun olosuhdearvoon. Tämä tarkoittaa, että kukin virtausmittari voidaan keinotekoisesti vanhentaa ja sen jälkeen testata joukon yksilöllisiä ensimmäisiä kompensointiarvoja määrittämiseksi kunkin yksilöllisen virtausmittarin elektronisiin piirivälineisiin, ennen kuin se lähetetään tehtaalta. Tämä tarkoittaa, 10 että kunkin virtausmittarin elektroniset piirivälineet sisältävät joukon lämpötiloja ja/tai paineita ja vastaavat yksilöllisesti määritetyt elektronisilla piirivälineillä lasketut mitattujen virtausnopeusarvojen ensimmäiset korjaus- ja/tai kompensointiarvot.

Kuten edellä on selitetty, aineen virtausnopeusarvon määrittäminen perustuu erotuk- 15 seen nopeuksissa lähetettäessä ultraäänisignaaleja aineen kautta. Kuitenkin sellainen lähetyksen nopeus voi olla riippuvainen aineen vaihtelevasta olosuhteesta. Siksi mitattu / ‘ . virtausnopeusarvo voidaan edullisesti lisäksi kompensoida toisella kompensointiarvolla : sellaisen riippuvuuden kompensoimiseksi.

• · · · • · • · · 20 Kukin ultraäänisignaali voi olla pulssijono, virtausnopeusarvon ollessa määritetty :.: : mittaamalla mainituissa jonoissa olevien vastaavien pulssien parin ilmaisun ajallinen • · * *·* * erotus, lähetettäessä identtiset pulssijonot samanaikaisesti vastakkain järjestetyistä signaalin synnytysvälineistä.

• · • · T 25 Tarkoituksessa lisätä mittauksen tarkkuutta mitattu virtausnopeusarvo edullisesti lasketaan tai määritetään perustuen ennalta määrättyyn joukkoon mainitun ilmaisun 1" ajassa olevan erotuksen peräkkäisiä mittauksia. Lisäksi mitattu virtausnopeusarvo voi- v ‘ daan laskea tai määrittää peräkkäisten mittausten mainitun joukon summan perusteella.

Peräkkäisten mittausten lukumäärä voidaan valita riippuvaisesti mitattavasta virtausno-30 peudesta. Täten peräkkäisten mittausten lukumäärää voidaan vähentää, kun mitattava virtausnopeus kasvaa. Virtausnopeuden aluksi tapahtuvaa testimittausta voidaan 6 109615 käyttää ennalta määrätyn peräkkäisten mittauksien joukon ilmaisun ajassa olevan erotuksen määrittämiseen.

Keksintö koskee myös virtausmittaria, kuten patenttivaatimuksessa 17 on määritelty. 5

Nestevirtauksen, kuten esimerkiksi kuuman veden virtauksen, virtauskanavan kautta pitäisi edullisesti olla niin samanlainen kuin mahdollista yli poikkileikkausalueen pitkin virtauskanavan pimutta. Tarkoituksessa parantaa sellaista virtauksen samankaltaisuutta virtauskanavan poikkileikkausalue voi olla oleellisesti vakio, virtauskanavan tulopään 10 osuuden poikkileikkausalueen pienentyessä myötävirran suuntaan vähäisesti kohti mainittua vakioarvoa. Sellainen tulopään osuus, joka voi määritellä katkaistun kartion muotoisen sisäpintaosan, voi toimia eräänlaisena suppilona. Vaihtoehtoisesti tai lisäksi virtauskanavan poistopään osuuden poikkileikkauspinta-ala voi kasvaa hieman va-kiopinta-alasta myötävirran suuntaan.

15

Keksinnön mukaisesti ainakin yksi ultraäänen synnyttämis- ja/tai vastaanottovälineistä ·*·. voi muodostua elektronisesta muuttimesta, johon kuuluu metallista, kuten ruostumat- ·' tomasta teräksestä, tehty kotelo, ja joka määrittää rengasmaisen rajapinnan, värähtele- • * · · : Y: mään saatettavasta pietsosähköisestä materiaalista tehdystä levyelimestä, ja välineistä • t : _ _ φ : 20 levyelimen asentamiseksi mainittuun koteloon niin, että levyelimen ulompi reunaosa • · :.· · ja rengasmainen rajapinta sijoitetaan päällekkäiseen suhteeseen. Levyelin voidaan v * asentaa millä tahansa sopivalla tavalla. Esimerkiksi asennusvälineet voivat muodostua välineistä levyelimen esijännittämiseksi kohti rengasmaista rajapintaa.

• » · » · *" 25 Esijännittävää voimaa käytetään edullisesti, mutta ei välttämättä, riittävästi pitämään « · · *·:·* pietsosähköisen levyelimen paikassa, johon se on asennettu kotelon suhteen. Rengas- > * ""·* maisen reunaosan kanssa päällekkäin olevan rajapinnan pinta-ala ylittää edullisesti *.* · puolet levyelimen pinta-alasta.

30 Sellainen suhteellisen suuri päällekkäinen pinta-ala varmistaa, että ominaispaine, jolle levyelimen reunaosa asetetaan alttiiksi, voidaan pitää hyväksyttävissä rajoissa.

7 109615

Vaihtoehtoisesti tai lisäksi, asennusvälineet voivat muodostua sideaineesta, jonka avulla levyelimen ulompi reunaosa tiivistetään kiinni rengasmaiseen reunapintaan, jolloin varmistetaan, että levyelin on oleellisesti liikkumaton suhteessa kotelon rajapintaan.

5

Levyelin voi olla ei-metallista ainetta olevassa sisäkkeessä, sisäkkeen muodostuessa tasomaisesta rengasmaisesta seinäosasta, joka on kerrostettu rengasmaisen rajapinnan ja viereisen levyelimen sivupinnan väliin, ja ulomman, lieriömäisen seinäosan ulkopinnan liittyessä kotelon lieriömäiseen sisäpintaosaan ja sen sisäpinnan liittyessä 10 levyelimen ulompaan reunapintaan. Pietsosähköisen levyelimen ulompi pinta voi olla myös kosketuksessa sisäkkeen rengasmaisen laippaosan kanssa, ja sellainen kosketus voi vaihdella yhdestä muuttimesta toiseen ja olla riippuvainen lämpötilasta johtuen erilaisista materiaalien, joista pietsosähköinen levyelin ja sisäke on tehty, laajenemis-kertoimista.

15

Esijännittävät välineet voivat muodostua metallia, kuten esimerkiksi ruostumatonta ·*·. terästä, olevasta levyelimestä, jonka sisäpuolinen pinta on kiinnitetty viereiseen • · · : levyelementin sivupintaan, esimerkiksi sideaineella tai liimalla, ja jonka ulompi reu- naosa on kiinnitetty mainittuun koteloon esimerkiksi hitsaamalla. Sellainen levyelin a · Γ": 20 voi pitää pietsosähköistä levyelintä samassa asemassa tukipinnan suhteen ja saman- •. j · aikaisesti järjestää tarpeellisen esijännityksen sellaista pintaa vastaan. Sellainen esijän- • · · V · nitys voidaan saada aikaan esijännittämällä metallinen levyelin aksiaalisesti ennen kalvomaisen levyelimen hitsaamista koteloon.

• · • tl *;* 25 Metallisen levyelimen ulompi reunaosa edullisesti kiinnitetään koteloon niin, että * ♦ · tiivistetään täydellisesti levyelimen sisältävä kotelon sisäosa. Kun levyelintä ei • · · ’ ·; · * kiinnitetä ainoastaan metalliseen levyelimeen vaan myös rengasmaiseen rajapintaan, < t · v · esimerkiksi sideaineella, tiivistetty muutin voi olla tehty kykeneväksi vastustamaan tai ’ ‘ kestämään huomattavia painevaihteluita. Kun levyelin on kiinnitetty rengasmaiseen ra- 30 japintaan, metallisen levyelimen esijännitys on vähemmän tarpeellista kuin silloin, kun levyelintä ei ole kiinnitetty rengasmaiseen rajapintaan.

8 109615

Ultraääntä synnyttävät ja vastaanottavat välineet voivat muodostua parista muutinyk-sikköjä, jotka on järjestetty tulo- ja poistokammioihin, mainittujen kammioiden ollessa kytketty toisiinsa virtauskammiolla, jonka aksiaalinen pituus on useita kertoja suurempi kuin etäisyys muutinyksikön antureista ja asianomaisista tulo- tai poistokammioista. 5 Täten voidaan estää, että yhden antureista synnyttämät ultraäänisignaalit heijastuvat kammion seinistä ja palaavat mainittuun muuttimeen olennaisesti samaan aikaan, kun signaalit vastaanotetaan toisesta muuttimesta. Ultraäänimuuttimet ovat edullisesti tyyppiä, jotka muodostuvat pietsosähköisista levyistä synnyttämään ja ilmaisemaan ultraää-nisignaaleja.

10

Keksintöä kuvataan nyt lähemmin viittauksella piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 valaisee kaaviollisesti nestevirtausmittarin toimintaa, joka nestevirtausmittari on tyyppiä, johon kuuluu ultraäänimuutinpari, 15

Kuvio 2 on käyrä, joka näyttää ultraääniaaltojen nopeuden vedessä veden lämpötilan ... funktiona, *« · . y. Kuvio 3 on keksinnön mukaisen laitteen tai virtausmittarin ensimmäisen sovellutus- • ♦ •"': 20 muodon sivukuva ja osittainen leikkauskuva, > · ·

I I I

·* Kuvio 4 on perspektiivikuva muutinyksiköstä, joka muodostaa osan kuviossa 3 näytetystä laitteesta, I M · l * t a · · » * * · · ’ 25 Kuvio 5 on kuviossa 4 näytetyn muutinyksikön sivukuva ja osittainen leikkauskuva, i · ·

» · I

I I « * f 4 * · ’... · Kuvio 6 on kuvioissa 4 ja 5 näytetyn muutinyksikön osan leikkauskuva näytettynä I · | ! ·* suurennetussa mittakaavassa, * 5 MHI > · 30 Kuvio 7 on keksinnön mukaisen laitteen tai virtausmittarin toisen sovellutusmuodon sivukuva ja osittainen leikkauskuva, 9 109615

Kuvio 8 on ylhäältäpäin katsottu kaaviokuva kuviossa 7 näytetystä virtausmittarista, jossa kaaviokuvassa on leikattu osa pois valaisevia tarkoituksia varten,

Kuvio 9 on kuvioissa 1 ja 3—6 valaistun virtausmittarin lohkokaavio, ja 5

Kuviot 10 ja 11 ovat käyriä, jotka näyttävät virtausnopeutta kompensoivia arvoja nesteen lämpötilan funktiona ja jotka on piirretty kahdelle keksinnön mukaiselle yksittäiselle virtausmittarille.

10 Kuvio 1 valaisee kaaviollisesti, kuinka nestevirtaus voidaan mitata ultraääniantureiden avulla. Kuvio 1 valaisee virtausmittaria, joka muodostuu kotelosta 10, joka rajaa tuloja poistokammiot 11 ja 12, jotka kytkee yhteen virtauskanava 13. Ultraäänimuutinpari 14a ja 14b on järjestetty tulo-ja poistokammioihin 11 ja 12 vastapäätä virtauskanavan 13 vierekkäisiä päitä. Kukin ultraäänimuuttimista voi toimia sekä ultraäänilähettimenä 15 että ultraääni-ilmaisimena.

Kun neste virtaa tulokammiosta 11 poistokammioon 12 virtauskanavan 13 kautta, « · · •... · voidaan nestevirtaus virtauskanavassa mitata. Kun sellainen virtausmittaus suoritetaan, • · :.: : kaksi muutinta 14a ja 14b lähettävät samanaikaisesti ultraäänipulssijonon vastakkaisiin • · ' 20 suuntiin, joka tarkoittaa että pulssijono lähetetään sekä myötävirtaan että vastavirtaan /·; virtauskanavassa 13 virtaavaa nestettä. Sellaisen pulssijonon lähettämisen jälkeen ja I · · "!. ’ ennen kuin pulssit saavuttavat vastakkaiset muuttunet, molempien muuttimien toimin- » · « tamoodi vaihdetaan lähetysmoodista ilmaisumoodiin niin, että kukin muuttimista 14a ja 14b voi ilmaista vastakkaisesta muuttimesta lähetetyt pulssit. Muuttimesta 14b 25 lähetetyt ja vastavirtaan virtauskammion kautta virtaavaa nestettä kulkevat ultra-’•t äänipulssit viivästyvät verrattuna muuttimesta 14a lähetettyihin ja myötävirtaan . · · ·. nestevirrassa kulkeviin pulsseihin nähden. Tätä aikaviivettä τ voidaan käyttää kanavan 13 kautta kulkevan nestevirtauksen määrittämiseen.

* · · 30 Kun virtauskanavan 13 rajaa pyöreä sylinterimäinen pinta, jonka halkaisija on d, virtauskanavan 13 poikkileikkauspinta-ala on 10 109615 A = (π x d2)/4.

Jos nesteen kautta kulkevien ultraäänipulssien nopeus on C, ja muuttimien 14a ja 14b aksiaalinen välimatka on 1, vastavirtaan nestevirtausta suunnattujen ultraäänipulssien 5 aikaviive voidaan ilmaista lausekkeena τ = (F x 2 x 1)/(C2 x A), missä F on virtauskammion kautta kulkeva nestevirtaus. Tämä tarkoittaa, että 10 F = τ x (C2 x A)/(2 x 1).

Niin muodoin, jos mitataan aikaviive τ, voidaan virtauskanavan kautta kulkevan nesteen virtaus laskea.

15

Koska aikaviive τ on melko pieni ja täten vaikea mitata tarkasti, tämä viive edullisesti ... * ilmaistaan kullekin pulssijonon pulssille ja sitten summataan ja vahvistetaan niin, että **: : voidaan saavuttaa tuloksena oleva kohtuullisen pitkä viivepulssi ΔΤ. Ymmärretään, * *

I I

20 että nestevirtaus on myös verrannollinen sellaiseen tuloksena olevaan viivepulssiin.

,' *; Tapauksessa, jossa virtaus on pieni, viivepulssi voidaan mitata esimerkiksi 24 pulssin • · · '. ’ jonolle, keskinkertaisen virtauksen tapauksessa viivepulssi voidaan mitata esimerkiksi 12 pulssin jonolle, ja suuren virtauksen tapauksessa viivepulssi voidaan mitata .,..: esimerkiksi 6 pulssin jonolle. Mittaamalla viivepulssi virtauksen arvosta riippuvalle . *' ’. 25 pulssimäärälle, virtausmittarin dynaamista aluetta voidaan suurentaa nelinkertaiseksi.

• * · < < t , · · ·. Edellä olevasta yhtälöstä on ilmeistä, että virtaus F on verrannollinen ultraääniaaltojen ,;. nopeuden neliöön nesteessä. Koska ultraääniaaltojen nopeus on riippuvainen nesteen

1 I

_ ’,.; lämpötilasta, on tarpeellista mitata virtauskanavan 13 kautta kulkevan nesteen lämpöti- » · 30 la niin, että lämpötilariippuvuus voidaan ottaa huomioon.

11 109615

Mitattava virtaava neste voi olla mitä tahansa kaasua tai nestettä, ja jokaiselle yksittäiselle mitattavalle nesteelle ultraääniaaltojen nopeus C sellaisessa nesteessä voidaan piirtää nesteen lämpötilan funktiona. Esimerkkinä näytetään käyrä, joka näyttää ultra-ääniaaltojen nopeuden piirrettynä veden lämpötilan funktiona, kuviossa 2.

5

Kuviot 3—6 valaisevat kuviossa 1 kaavamaisesti näytettyä keksinnön mukaisen nestevirtausmittarin ensimmäistä sovellutusmuotoa. Kuviossa 3 näytetyssä sovellutus-muodossa kotelo 10, joka on edullisesti tehty metallista, määrittelee siinä tulo- ja poistokammiot 11 ja 12, ja nämä kammiot voidaan kytkeä irrotettavasti tulo- ja 10 poistoputkiin 15 ja 16 esimerkiksi kierteitetyillä liitäntävälineillä, kuten esimerkiksi muttereilla 17. Kuviossa 3 virtauskanavan 13 määrittelee yhdistävän putkiosuuden 18 sisäläpimitta, joka putkiosuus on asennettu koteloon 10 kiinnityselementtiparin 19 avulla niin, että putkiosuuden 18 vastakkaiset vapaat päät työntyvät esiin tulo- ja poistokanaviin 11 ja 12. Putkiosuuden 18 sisähalkaisijalla on oleellisesti vakioarvo pit-15 kin putkiosuuden pituuden pääosaa. Kuitenkin putkiosuuden sisäläpimitta voi olla hieman kartiomainen putkiosuuden 18 vapaissa päissä niin, että sisäläpimitta kasvaa hieman mainitusta vakioarvosta kohti viereistä putkiosuuden vapaata ulkopäätä.

'···* Yhdistävän putkiosuuden 18 ollessa tehty edullisesti ruostumattomasta teräksestä ’ kiinnityselementit 19 voidaan tehdä muovimateriaalista, sellaisesta kuin NORYL®.

20 Kukin kiinnityselementeistä 19 voi muodostua holkkimaisesta osasta ympäröiden tiukasti putkiosuuden 18 ulostyöntyvää viereistä loppupäätä, ja kunkin holkkimaisen • · · . ·; ·. osan rengasmainen ulompi päätypinta voi olla kalteva tai viistottu, kuten on näytetty viitenumerolla 20 kuviossa 3. Lisäksi rengasmainen ulompi tiivistyselementti, kuten • :··; esimerkiksi O-rengas 21, joka on kiinnittyy putkiosuuden 18 ulkopintaan, voidaan • ’": 25 sijoittaa kosketukseen rengasmaisen tukiulkoneman kanssa, jonka määrittelee kotelon , . ·. 10 ja viereisen yhden kiinnityselementin 19 rengasmainen loppupinta.

,···. Ultraäänimuutinyksikkö 14 näytetään yksityiskohtaisemmin kuvioissa 4—6 ja kukin ....: sisältäen yhden muuttimista 14a tai 14b on asennettu kuhunkin tulo- ja poistokammi- 30 oon Ilja 12 niin, että muuttimet siinä on järjestetty vastapäätä viereisiä putkiosuuden 18 avoimia päitä, ja muutinyksiköt 14 pidetään paikallaan tulo- ja poistokammioissa 12 109615 11 ja 12 kiinnityselementtien 19 avulla. Virtausmittari sisältää lisäksi lämpötila-anturin 22 virtausmittariin tuloputken 15 kautta virtaavan nesteen lämpötilan havaitsemiseksi. Lämpötila-anturi 22 voidaan järjestää tulokammioon 11 tai sen viereen ja se edullisesti muodostaa osan siihen järjestettyä muutinyksikköä 14, katso kuviota 5.

5

Kuvioissa 3—6 valaistu neste virtausmittari käsittää lisäksi sähköisen piiristön 23 järjestettynä piirikoteloon 24, joka on kiinnitetty koteloon 10, esimerkiksi irrotettavilla kiinnitysvälineillä, kuten esimerkiksi yhdellä tai useammalla kiinnitysruuvilla 25. Sähköinen piiristö 23, jota kuvataan tarkemmin tuonnempana viittauksella kuvioon 9, 10 on sähköisesti kytketty muuttimiin 14a ja 14b ja lämpötila-anturiin 22 sähköjohtimien 26 avulla niin, että sähköinen virtapiiristö 23 voi vastaanottaa sähköisiä signaaleja lämpötila-anturista 22 ja muuttimista 14a ja 14b ja lähettää signaaleja näihin muuttimiin.

15 Kuten kuvioissa 4—6 on näytetty, kukin muutinyksikkö sisältää jäykän muutinlohkon, joka on edullisesti tehty metallista, kuten esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä.

Muutinlohko voi sisältää olennaisesti lieriömäisen osuuden 28, jolla on ulompi ulko- ,..: kanava rengasmaisen tiivistysrenkaan vastaanottamiseksi, sellaisen kuin O-rengas 29, ’ · ’ ja siitä aksiaalisesti ulottuvan puolilieriömäisen osuuden 30. Puolilieriömäinen osa 30 * · 20 määrittelee tasaisen, oleellisesti säteen suuntaisesti laajenevan pinnan 31, jolla on *; siihen muodostettu muuttunen vastaanottava syvennys 32. Kunkin muutinyksikön lieriömäinen pohjaosuus 28 on sijoitettu tulo- ja poistokammioihin 11 tai 12 niin, että O-rengas on tiivistävässä yhteydessä sen kammion viereisen sisäseinäosan kanssa ja tasainen pinta 31 on järjestetty vastapäätä putkiosuuden 18 viereistä vapaata päätä, ,' * ·. 25 katso kuviota 3.

, · · ·. Sisäke 33, joka on edullisesti tehty muovimateriaalista, kuten esimerkiksi • · NORYL®:sta, on järjestetty syvennykseen 32 ja määrittelee ulomman, tasaisen, ’ ; rengasmaisen tukipinnan 34 ja ulomman reunus- tai laippaosan, joka ulottuu siitä 30 poikittain ulospäin. Sisäkeosa, joka määrittelee tukipinnan 34 ja ulomman laippaosan 35 on edullisesti tuettu jäykästi komplementaarisilla pintaosilla, jotka määrittelevät 13 109615 muuttimen vastaanottavan syvennyksen. Värähtelemään saatettavaa kiekkoa tai levyä 36, joka on tehty pietsosähköisestä materiaalista ja jolla on metallielektrodit 37 ja 38 kiinnitettyinä sen vastakkaisille sivupinnoille sinänsä tunnetulla tavalla, tukee rengasmainen tukipinta 34. Kiekon tai levyn 36 ulkohalkaisija vastaa oleellisesti sisäkkeen 5 33 reunus- tai laippaosan sisähalkaisijaa niin, että saavutetaan sopivuus, joka sallii kie kon tai levyn 36 helpon asentamisen sisäkkeeseen 33. Tasaisen tukipinnan 34 tukeman kiekon tai levyn 36 ulomman reunaosan pinta-ala asettuu edullisesti arvoon, joka on noin puolet ja jopa enemmän kuin puolet kiekon tai levyn 36 sisemmän sivupinnan kokonaispinta-alasta. Kiekon tai levyn 36 tai sitä peittävän elektrodin 38 ulompi sivupin-10 ta on kiinnitetty ohueeseen levyyn tai kalvoon 39, esimerkiksi sideaineen tai liiman avulla. Kalvon 39 ulompi reunaosuus, joka kalvo on edullisesti tehty metallista, kuten esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä, on esijännitetty kohdistamalla siihen aksiaali-sesti sisäänpäin syvennykseen suunnattua painetta, ja jälkeenpäin kalvon 39 vapaa reunaosuus kiinnitetään puolilieriömäiseen osuuteen 30, esimerkiksi hitsaussaumalla 15 40.

Levyllä tai kalvolla 39 pitäisi olla riittävä paksuus estämään kiekkoa tai levyä 36

I M

•... · liikkumasta oleellisesti säteettäisessä suunnassa suhteessa tukipintaan 34 tai ulompaan » · L: : laippaosaan 35. Kalvo 39 voidaan tehdä esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä ja sen • · 20 paksuus voi olla noin 50 μιη.

‘'.'.y Olisi mahdollista modifioida kuvioissa 4—6 kuvattua muutinyksikköä erilaisilla tavoilla. Esimerkiksi kiekon tai levyn 36 ulkoreunaosuus voidaan kiinnittää suoraan rengasmaiseen tukipintaan, joka on muodostettu jäykän metallisen muutinlohkon • 25 päälle, sopivan sideaineen avulla. Kun kiekon tai levyn 36 sisäpuoli on kiinnitetty , * ·, suoraan metalliseen muutinlohkoon ja kiekon tai levyn 36 ulkopuolinen pinta on myös .···, kiinnitetty kalvoon 39, voidaan saavuttaa tiivis muutinyksikkö, joka kykenee kestä- * » * .!. mään suhteellisen suuria painevaihteluita.

I t I

30 Kuvioissa 7 ja 8 näytetyssä sovellutusmuodossa laitteen osille, jotka vastaavat kuviossa 3—6 näytetyn sovellutusmuodon osia, on annettu samat viitenumerot. Kuvioissa 7 ja 14 109615 8 virtauskanavan määrittelee porausreikä kotelossa 10 yhdistäen tulo- ja poistokammi-ot 11 ja 12. Porausreiän sisäpinta liittyy tiiviisti putkimaiseen vuoraukseen 54, joka voi olla tehty esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä tai muusta sopivasta materiaalista, määritellen riittävän sileän sisäpinnan virtauskanavassa 13. Vuoraus 54 ei ulotu 5 tulo- ja poistokammioihin 11 ja 12 niin, että ollaan ilman kuviossa 3 näytetyn ensimmäisen sovellutusmuodon kiinnityselementtiä 18. Kuviossa 3 näytetyllä ensimmäisellä sovellutusmuodolla virtauskanavalla 13 ja tulo- ja poistoputkilla 15 ja 16 on yhteinen pituussuuntainen akseli, joka yhtyy virtauskanavan 13 pituussuuntaisen akselin kanssa. Kuvioiden 7 ja 8 sovellutusmuodossa on kuitenkin nesteen tuloaukolla 55 ja nesteen 10 poistoaukolla 56 yhteinen akseli, joka määrittelee terävän kulman virtauskanavan 13 pituusakselin kanssa, nesteen tuloaukko 55 ja poistoaukko 56 on yhdistetty tulo- ja poistokammioihin 11 ja 12 käyrillä yhteyskanavilla 57 ja 58. Tämä tarkoittaa, että tuloaukosta 55 poistoaukkoon 56 virtaavan nesteen on seurattava yhteyskanavien 57 ja 58, tulo-ja poistokammioiden 11 ja 12, ja virtauskanavan 13 muodostamaa kiemurais-15 ta reittiä. Kuten kuviossa 8 on näytetty, virtapiirin kotelolla 24 on oleellisesti suorakulmaiset ääriviivat, ja suorakul maisen kotelon 24 pituusakseli voidaan sijoittaa oleellisesti pystytasoon, jossa on * « >·' ’ tuloaukon 55 ja poistoaukon 56 määrittelemä akseli.

20 ♦ · » .''; Kuvio 9 on sähköisen virtapiiristön 23 lohkokaavio, joka on kuvioissa 3-6 ja kuvioissa '!. ’ 7 ja 8 näytettyjen nestevirtausmittarien virtapiiristökotelon 24 sisällä. Kuten edellä on * · · selitetty, neste kuten vesi tai joku muu juokseva aine voidaan kuljettaa virtauskanavan ..,.: 13 ja tulo- ja poistokammioiden 11 ja 12 kautta, joihin on järjestetty ultraäänimuutti- 25 met 14a ja 14b. Muuttunet on kytketty sähköisesti oskillaattoriin 41 vahvistimien 42 , , ·, ja 43 välityksellä, ja oskillaattoria 41 sekä vahvistimia 42 ja 43 ohjataan prosessorilla, • « · .·*. kuten esimerkiksi mikroprosessorilla 44 niin, että oskillaattori synnyttää jännite- .!. _ pulssijonoja, jotka vahvistetaan vahvistimilla 42 ja 43, ja vahvistetut pulssit 45 • > · ,,,.: lähetetään muuttumin 14a ja 14b, kun niillä lähetetään ultraäänipulsseja. Oskillaattorin 30 41 synnyttämät pulssit ovat edullisesti 1 Mhz suorakaideaaltosignaaleja. Kuten edellä on selitetty, muuttimia 14a ja 24b voidaan kytkeä ultraääntä synnyttävän ja ultraääntä 15 109615 ilmaisevan moodin välillä, ja tämä voidaan toteuttaa aktivoimalla ja deaktivoimalla oskillaattori 41 ja/tai vahvistimet 42 ja 43 mikroprosessorin 44 avulla. Ilmaisumoodis-saan kukin muuttimista 14a ja 14b ilmaisee vastapäisen muuttimen lähettämät ultraäänipulssijonot vastavirtaan virtauskanavan 13 kautta kulkevan pulssijonon aika-5 viiveen tai vaihe-eron ilmaisemiseksi verrattuna myötävirtaan kulkevaan pulssijonoon. Tämä aikaviive tai vaihe-ero määritetään muuttimien 14a ja 14b ilmaisumoodissa differentiaalisella ilmaisimella 46, joka on yhdistetty pulssi-integraattoriin 47, jossa ilmaisimesta 45 vastaanotetut aikaviivepulssit 48 summataan ja vahvistetaan, jolloin saadaan virtauskanavan 13 kautta kulkevaan nestevirtaukseen verrannollinen viivepuls-10 si T. Pulssi-integraattorin vahvistuskerroin on edullisesti noin 2000.

Mikroprosessori 44 voi lähettää ohjausignaalin 49 differentiaaliseen ilmaisimeen 46 määräämään aikaviiveiden lukumäärän, joka differentiaalisen ilmaisimen on ilmaistava käytettäväksi viivepulssin ΔΤ määrittämiseksi. Mikroprosessori 44 voi myös määrittää 15 tämän viivästyneen pulssin, johon nestevirtauksen laskeminen perustuu, leveyden arvon. Lämpötila-anturi 22, joka on järjestetty tulokammioon 11, on yhdistetty analogia/digitaali-muuntimeen 50, josta informaatio virtauskanavan 13 kautta virtaa- I i f •...: van nesteen lämpötilasta lähetetään mikroprosessorille 44 digitaalisena signaalina 51.

» « t t i • · ‘ · Lämpötilan havaitseva piiristö voi myös käsittää vertailuvastuksen (ei näytetty) tar- I t < 20 koituksessa saada aikaan virtapiiristö, joka on itsekalibroiva nesteen mitatun läm-." 1 pötilan suhteen. Näytetyn käyrän esittämä ultraäänen nopeuden riippuvuus lämpötilasta ’voidaan tallettaa muistielementtiin tai piiriin 52, sellaiseen kuin PROM, EPROM, E2PROM tai mikä tahansa vastaava muistipiiri. Tämä muistipiiri on yhdistetty mikro-prosessoriin 44 niin, että tämä lämpötilariippuvuus voidaan ottaa huomioon, kun •" ‘: 25 virtauskanavan 13 kautta kulkevan nesteen virtaus lasketaan perustuen viivepulssin ΔΤ , , ·, määrittämiseen.

ί t * * I » * « · * *

Tarkoituksessa saavuttaa oleellisesti samat tarkat mittaukset edellä esitettyä tyyppiä .,..: olevalla joukolla virtausmittareita, pitää sellaiset mittarit valmistaa hyvin tarkasti pie- * · 30 nillä toleransseilla. On erityisen tärkeää, että pietsosähköinen kiekko tai levy 36 on järjestetty ja pidetään paikoillaan hyvin tarkasti paikkaansa nähden kaikkien valmis- 16 109615 tettujen virtausmittarien muutinlohkoissa 27, mikä lisää oleellisesti kunkin virtausmittarin valmistuskustannuksia.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti kompensointi- tai korjausarvo kompensoimaan 5 yksittäisiä ominaisuuksia tai poikkeamia määritetään kullekin yksittäiselle virtausmittarille mitattavan nesteen lämpötilan funktiona. Sillä tavalla on mahdollista saavuttaa hyvin tarkat mittaukset keksinnön mukaisilla virtausmittareilla ilman, että on tarpeellista valmistaa virtausmittarit suurella huolellisuudella ja tarkkuudella, mitä vaaditaan tunnettujen kyseistä tyyppiä olevien virtausmittarien valmistuksessa. Esimerkiksi 10 samat tarkat mittaukset voidaan tehdä keksinnön mukaisen virtausmittarin lukuisella kappalejoukolla, joissa pietsosähköinen kiekko tai levy on järjestetty erilaisiin paikkoihin suhteessa sisäkkeen 33 laippaosaan 35 nähden. Täten joissain tapauksissa piet-sosähköisen kiekon 36 ulkopinta voi olla nojaavassa kosketuksessa sisäkkeen 33 ulkoiseen laippaosaan 35 suuremmalta tai pienemmältä ulkoiselta matkalta, ja kun kiekon 15 tai levyn 36 pietsosähköinen materiaali, muovinen sisäke 33, ja metallinen muu-tinlohko 27 laajenevat ja supistuvat eri tavalla muuttuvassa lämpötilassa, kiekon tai levyn 36 ulompi reunaosuus puristuu kosketukseen laippaosan kanssa lämpötilan kanssa I t “... * vaihtelevassa paineessa. Muissa tapauksissa pietsosähköinen kiekko tai levy 36 voi olla I « | : säteen suunnassa erillään sisäkkeen 33 ulkoisesta laippaosasta 35 ainakin tietyssä 20 lämpötila-alueessa. Tämä tarkoittaa, että muuttimien 14a ja 14b pietsosähköisen kie-."! kon 36 ultraäänivärähtelyt voivat vaihdella muuttimet ohittavan nesteen lämpötilan > i * mukana.

• * · t · · t : Sellaiset yksilölliset erot ja valmistettujen nestevirtausmittarien eri näytekappaleiden •"': 25 lämpötilasta riippuvat virtauksen epäsäännöllisyydet voidaan ottaa huomioon synnyt- «* · , tämällä ja tallettamalla kompensointi- tai korjausarvot eri lämpötiloissa kullekin * t · tl# .. ’ ‘'. yksittäiselle valmistetulle virtausmittarille. Tätä tarkoitusta varten kukin virtausmittari < f sisältää kytkimen 53 (kuvio 9), joka voidaan aktivoida saattamaan mikroprosessori 44

i I I

,,,.: testimoodiin. Testaus- tai kalibrointiproseduuri, jossa kompensointi- tai korjausarvot 30 määritetään eri lämpötiloja varten ja talletetaan muistipiiriin 52, voidaan suorittaa esimerkiksi seuraavasti: 17 109615

Aluksi lämpötila-anturi 22 kalibroidaan järjestämällä vesivirtaus (200 litraa/tunti) virtauskanavan 13 kautta, samalla kun virtaavan veden lämpötila kuumennetaan asteittain huoneen lämpötilasta 90 °C:een, tyypillisesti yhden tunnin aikajaksona. Kun virtaavan veden lämpötila on 40 °C ja 80 °C lähetetään signaali mikroprosessorille 44.

5 Nämä lämpötilat liitetään sitten lämpötila-anturista 22 vastaanotettuihin ulostulosignaa-leihin, kun 40 °C ja 80 °C signaalit vastaanotetaan. Perustuen tietoon lämpötila-anturin 22 lineaarisuudesta mikroprosessori voi muuntaa lämpötila-anturista vastaanotetut ulostulosignaalit oikeisiin lämpötiloihin.

10 Nyt aktivoidaan kytkin 53 sijoittamaan mikroprosessori 44 testimoodiin, ja vettä tai muuta virtausmittarin korkeaan lämpötilaan, kuten esimerkiksi 90 °C, kuumennettua nestettä, kierrätetään virtauskanavan 13 kautta tunnetulla virtausnopeudella, joka on edullisesti vakio testausproseduurin aikana. Edullisessa sovellutusmuodossa nesteen tai veden virtausnopeus on nolla, joka tarkoittaa että tulo- ja poistokammiot 11 ja 12 ja 15 yhdistävä virtauskanava 13 täytetään vedellä samalla, kun sisääntulo tulokammioon ja ulostulo poistokammiosta on tiivistetty tai suljettu. Virtausmittarissa olevan nesteen tai veden sallitaan jäähtyä maksimilämpötilasta, kuten esimerkiksi 90 °C, hitaasti '...· huoneenlämpötilaan ja mahdollisesti alempaan lämpötilaan. Sellaisen jäähtymisen » · « i · >>' * aikana nesteen lämpötila mitataan toistuvasti ja virtauskanavan 13 kautta kulkeva • · 20 virtaus mitataan samanaikaisesti virtausmittarilla, ja eri lämpötiloissa mitatut arvot ilmaistaan ja talletetaan muistipiiriin 52. Koska todellisella virtauskanavan kautta kulkevalla virtauksella on tunnettu vakioarvo, edullisesti nolla, mikä tahansa siitä poikkeava mitattu arvo esittää korjaus- tai kompensointiarvoa tietylle lämpötilalle tai ....: pienelle lämpötila-alueelle, jossa virtauksen mittaus suoritettiin. Tyypillisesti korjaus- • 25 tai kompensointiarvot määritetään joka 1/2 °C 90 °C:sta huoneenlämpötilaan.

• · * '*, Korjaus- tai kompensointiarvoja, jotka on määritetty tällä tavalla ja talletettu muis- .···. tipiiriin 52, voidaan käyttää kompensoimaan mitä tahansa lämpötilasta riippuvia virheitä, kuten esimerkiksi laitteen seinäosista peräisin olevia ultraääniaaltojen • * · lämpötilasta riippuvia kaikuja, ultraäänimuuttimen lämpötilaherkkyyttä tai mitä 30 tahansa muuta laitteen lämpötilasta riippuvaa virhettä mukaan lukien sähköisen piiristön.

18 109615

Pitäisi ymmärtää, että korjaus- tai kompensointivirheet, jotka on määritetty lämpötilan funktiona lämpötila-alueessa, jossa laite tai virtausmittari voi toimia, määritetään yksilöllisesti kullekin virtausmittarille tai laitteelle, mikä tarkoittaa että toimintaläm-pötila-alueella lämpötilan funktiona korjauksia tai virheitä esittävät käyrät ovat erilaisia 5 eri virtausmittareille. Kuitenkin, kunkin virtausmittarin muistipiiriin 52 on talletettu sen yksilöllinen korjauskäyrä tai vastaavat korjausarvot. Kuviot 10 ja 11 ovat käyriä tai graafisia esityksiä, jotka näyttävät virtausnopeuden kompensointiarvot piirrettynä virtauskanavan 13 kautta virtaavan nesteen lämpötilan funktiona saman sovellutus-muodon kahdelle yksittäiselle virtausmittarille.

10

Kun edellä kuvattu testiohjelma on suoritettu loppuun virtausmittarille, kytkin 53 deaktivoidaan saamaan mikroprosessorin 44 toimimaan normaalissa toimintamuodossaan. Virtausmittari on nyt valmis käytettäväksi virtauskanavan 13 kautta kulkevan nesteen virtauksen oikeisiin mittauksiin.

15

Kalibrointi- tai testausproseduurin aikana, kuten myös todellisen virtausmittauksen aikana, laitteen toimintaa ohjaa mikroprosessori 44. Täten kalibrointiproseduurin ·...· aikana prosessori 44 ohjaa muuttimilla 14a ja 14b tapahtuvaa ultraäänipulssijonojen : lähetystä ja ilmaisua, mitatun virtaus- tai korjausarvon laskemista (kun virtaus on • · 20 nolla) perustuen vastaanotettuun aikaviivesignaaliin, lämpötila-anturista vastaanotet-tuun lämpötilasignaaliin perustuvan korjatun lämpötila-arvon ja korjausarvon tal-/./ lettamista samanaikaisesti, ja toistaen sellaisen proseduurin ennalta määrätyssä lämpötila-alueessa, kuten esimerkiksi 1/2 °C. Normaalin mittausmoodin aikana ....: mikroprosessori 44 ohjaa ultraäänimuuttimilla 14a ja 14b tapahtuvaa ultraäänipulssi- 25 jonojen lähettämistä ja ilmaisemista, mitatun nestevirtausarvon laskemista perustuen ’·, pulssi-integraattorista vastaanotettuun aikaviivesignaaliin, ja nestevirtausarvon . · · . korjaamista perustuen lämpötila-anturista vastaanotettuun lämpötilapulssiin ja muisti- /.. piiriin 52 talletettuun korjauskäyrään tai -arvoihin. Täten saatu korjattu mitattu .,..: virtausarvo voidaan esittää näytöllä tai ei näytetyllä kirjoittimella.

30 19 109615

Keksinnön mukaista nestevirtausmittaria ei voida käyttää pelkästään mittarin virtaus-kanavan kautta kulkevan nestevirtauksen mittaamiseen, vaan myös muihin sellaiseen nestevirtauksen mittaamiseen perustuviin mittauksiin. Esimerkiksi keksinnön mukaista virtausmittaria voidaan käyttää laitteen lämmön kulutuksen mittaamiseen, sellaisen 5 kuin laitteisto, huoneisto, tai rakennus, johon syötetään kuuman veden tai muun nesteen virtaus. Mittaamalla laitteen kautta kulkevan nesteen virtaus ja laitteen tuloja poistolämpötilat, voidaan laitteessa tapahtuva lämmönkulutus määrittää.

i · · • t • · · • · • · · • · · • · • · · • · · • · · 1 • · · • · · • · · I I t • I * · ·

Claims (30)

1. Menetelmä mittaustulosten tarkkuuden parantamiseksi, jotka mittaustulokset ovat saavutettavissa virtausmittarin avulla, joka on tyypiltään sellainen, joka määrittelee 5 sisäänsä virtauskanavan (13) mitattavalle ainevirtaukselle, joka virtausmittari sisältää anturin (22) virtauskanavan kautta kulkevan aineen vaihtelevan olosuhteen havaitsemiseksi, välineet (14) synnyttämään ultraäänisignaaleja ja suuntaamaan sellaiset signaalit vastakkaisiin suuntiin pitkin ainakin virtauskanavan (13) osaa, välineet (14) vastaanottamaan signaaleja, jotka ovat kulkeneet pitkin mainittua virtauskanavan osaa, ja 10 sähköiset piirivälineet (23) laskemaan tai määrittämään aineen mitatun virtausno-peusarvon perustuen eroon nopeuksissa lähetettäessä ultraäänisignaaleja mainittuihin vastakkaisiin suuntiin, piirivälineiden (23) sisältäessä välineet (44) kompensoimaan laskettua tai määritettyä virtausnopeusarvoa, tunnettu siitä, että 15 piirivälineet (23) sisältävät lisäksi muistin (52) joukon ensimmäisiä kompensointiarvo-ja tallettamiseksi mainitun olosuhteen eri arvoja varten, '···’ mainittujen kompensointivälineiden ollessa järjestetty kompensoimaan laskettua tai ' määritettyä virtausnopeusarvoa havaittuun olosuhteen arvoon liittyvällä ensimmäisellä !.! 20 kompensointiarvolla, ja että • · · » · · » * · · ,··,·. ensimmäiset kompensointiarvot määritetään ·;··· järjestämällä ennalta määrätyn virtausnopeusarvon tai -mallin mukainen aine- • ’ ’ ’: 25 virtaus virtauskanavan (13) kautta, samalla kun vaihdellaan virtauskanavassa . . \ (13) olevan aineen mainittua olosuhdetta, » > · • · » I t I I . ·: ·, laskemalla tai määrittämällä sähköisillä piirivälineillä (23) virtauskanavassa * » * ....: olevan aineen mitatut virtausnopeusarvot kullakin mainitun olosuhteen lukuisis- 30 ta erilaisista arvoista, 21 109615 määrittämällä kullekin mainitun olosuhteen arvoista ensimmäinen kompensoin-tiarvo, joka on erotus vastaavan mainitun ennalta määrätyn arvon tai mallin ja todella lasketun tai määritetyn mitatun virtausnopeusarvon välillä, ja 5 tallentamalla mainitut ensimmäiset kompensointiarvot muistiin (52).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainevirtaus kuljetetaan virtauskanavan (13) kautta ennalta määrätyllä vakiovirtausnopeudella.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu en nalta määrätty vakiovirtausnopeus on nolla.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu aineen olosuhde on aineen lämpötila ja/tai paine virtauskanavassa 15 (13).

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—4 mukainen menetelmä, tunnettu * ···* siitä, että mainittu aine on neste, sellainen kuin vesi.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vir tauskanavassa (13) oleva aine lämmitetään kohotettuun lämpötilaan ja sen sallitaan sen jälkeen jäähtyä, mainitussa olosuhdejoukossa mitattujen virtausnopeusarvojen ollessa laskettuja tai määritettyjä sähköisillä piirivälineillä (23) sellaisen jäähtymisen aikana. • ·

7. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—6 mukainen menetelmä, tunnettu . siitä, että olosuhdeanturi (22) kalibroidaan vähintäin kahdessa erilaisessa olosuhdear- ► · · ." *. vossa ennen mitatun virtausnopeusarvon laskemista tai määrittämistä virtauskanavassa ,·*.·, (13) mainitun olosuhteen erilaisissa arvoissa. • · · » » »· · 22 109615

8. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtauskanavassa (13) oleva aine aluksi asetetaan alttiiksi laajasti vaihteleville lämpötila- ja/tai paineolosuhteille pitkäksi ajaksi, kuten esimerkiksi useiksi päiviksi.

9. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitussa menetelmässä lisäksi mainittujen ensimmäisten kompensointiarvojen määrittämisen ja tallettamisen jälkeen lasketaan tai määritetään elektronisten piirivälineiden (23) avulla 10 ultraäänisignaalien lähetysnopeuksien erotuksiin perustuen virtauskanavan (13) kautta tapahtuvan tuntemattoman ainevirtauksen mitattu virtausnopeus, tunnistetaan tai mitataan mittauskanavassa olevan aineen todellinen olosuhde olosuhdeanturilla (22), ja 15 kompensoidaan tuntemattoman ainevirtauksen mitattu virtausnopeusarvo todella havaittuun tai mitattuun olosuhdearvoon liittyvällä talletetulla ensim- • · · ' · · · * mäisellä kompensointiarvolla. ;, 20

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattu vir- tausnopeusarvo lisäksi kompensoidaan toisella kompensointiarvolla kompensoimaan i » · · . · ;·. ultraäänisignaalien lähetysnopeuden riippuvuuden aineen vaihtelevasta olosuhteesta.

•; · ·: 11. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—10 mukainen menetelmä, tunnettu * * ‘: 25 siitä, että kukin ultraäänisignaali on pulssijono, virtausnopeusarvon ollessa määritetty . .·. mittaamalla aikaero mainitussa pulssijonossa esiintyvien parin vastaavien pulssien ilmaisemisessa, lähetettäessä identtiset pulssijonot samanaikaisesti vastakkaisesti i · t ,··. järjestetyistä signaalinsynnyttämisvälineistä. 23 109615

12. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1—11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattu virtausnopeusarvo lasketaan tai määritetään perustuen ennalta määrättyyn mainitun ilmaisuajan eron peräkkäisten mittauksien joukkoon.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattu virtausnopeusarvo lasketaan tai määritetään mainitun peräkkäisten mittauksien joukon summan perusteella.

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pe-10 räkkäisten mittauksien lukumäärä valitaan riippuen mitattavasta virtausnopeudesta.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että peräkkäisten mittauksien lukumäärää pienennetään, kun mitattava virtausnopeus kasvaa.

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pe räkkäisten mittauksien lukumäärä valitaan edeltävän virtausnopeuden testimittauksen perusteella. • 1 · • •I • ·

17. Virtausmittari siinä määritellyn virtauskanavan (13) kautta tapahtuvan ainevir- ' · · > · · ;.; 20 tauksen mittaamiseksi ja sisältäen • « · I · , 2 ;·. anturin (22) virtauskanavassa (13) olevan aineen olosuhdearvojen havaitsemi seksi, t · • “ ‘: 25 ultraääntä synnyttävät välineet (14) synnyttämään ultraäänisignaaleja ja suun- . taamaan nämä signaalit vastakkaisiin suuntiin pitkin vähintäin virtauskanavan t I » 4 ; 1 2 .3. (13) osaa, Ml I · 2 » » 1 » » · 3 ,...: välineet (14) ultraäänisignaalien vastaanottamiseksi, jotka ovat kulkeneet pitkin 30 mainittua virtauskanavan (13) osaa, ja 24 109615 sähköiset piirivälineet (23), jotka on järjestetty laskemaan tai määrittämään aineen mitattu virtausnopeusarvo virtauskanavassa (13) perustuen nopeuseroon lähetettäessä ultraäänisignaaleja mainittuihin vastakkaisiin suuntiin, piiriväli-neiden (23) sisältäessä välineet (44), jotka on järjestetty kompensoimaan 5 laskettua tai määritettyä mitattua virtausnopeusarvoa, tunnettu siitä, että piirivälineet (23) sisältävät lisäksi muistin (52), joka on järjestetty tallettamaan joukon ensimmäisiä kompensointiarvoja mainitun olosuhteen erilaisille arvoille, 10 kompensointivälineet (44) on järjestetty kompensoimaan laskettua tai määritettyä mitattua virtausnopeusarvoa ensimmäisellä havaittuun olosuhdearvoon liittyvällä kompensointiarvolla, ja 15 ainevirtauksen ollessa järjestetty ennalta määrättyjen virtausnopeusolosuhteiden mukaisesti virtauskanavan (13) kautta ja aineen olosuhteiden vaihdellessa virtauskanavassa (13) piirivälineet (23) on järjestetty määrittämään ja tallenta-’ · · ·' maan mainitut ensimmäiset kompensointiarvot 20 laskemalla tai määrittämällä aineen mitatut virtausnopeusarvot virtauskanavas- ,sa kullakin mainitun olosuhteen useilla erilaisella arvolla, i i i · ! * * < · * määrittämällä kullekin mainitulle olosuhdearvolle ensimmäinen kompensoin-; · · I tiarvo, joka on erotus ensimmäisen ennalta määrätyn kulun mukaisen virtaus- * ‘ ’ ’: 25 nopeusarvon ja todella lasketun tai määritetyn mitatun virtausnopeusarvon , välillä, ja I k * ,···. tallentamalla mainitut ensimmäiset kompensointiarvot muistiin (52).

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että anturi (22) olosuhdearvojen havaitsemisemiseksi on lämpötila ja/tai paineanturi. 25 109615

19. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että virtausmittari on sovitettu mittaamaan mainitun kanavan kautta virtaavan kuuman veden tilavuusvirtaus.

20. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 17—19 mukainen virtausmittari, tun nettu siitä, että virtauskanavan (13) poikkileikkauspinta-ala on olennaisesti vakio, virtauskanavan tulopään osuuden poikkileikkauspinta-alan pienentyessä vähäisesti kohti mainittua vakioarvoa myötävirran suuntaan.

20 109615

21. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 17—20 mukainen virtausmittari, tun nettu siitä, että virtauskanavan (13) poikkileikkauspinta-ala on olennaisesti vakio, virtauskanavan poistopään osuuden poikkileikkauspinta-alan kasvaessa vähäisesti kohti mainittua vakioarvoa myötävirran suuntaan. 1

22. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 17—21 mukainen virtausmittari, tun nettu siitä, että ainakin yksi ultraääntä synnyttävistä ja/tai vastaanottavista välineistä (14) muodostuu sähköisestä muuttimesta (14a, 14b) käsittäen metallista tehdyn • · · ’···* kotelon (30) ja määritellen rengasmaisen tukipinnan (34), värähtelemään saatettavan : pietsosähköisestä materiaalista tehdyn kiekkoelimen (36), ja välineet (39) kiinnittä- ;,; 20 mään kiekkoelimen mainittuun koteloon niin, että kiekkoelimen ulkoreunaosuus ja rengasmainen tukipinta on sijoitettu päällekkäiseen yhteyteen. • · ·

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että kiin- nitysvälineet käsittävät välineet (39) kiekkovälineen (36) esijännittämiseksi kohti • ” *: 25 rengasmaista tukipintaa (34).

» » » ;' “; 24. Patenttivaatimuksen 22 tai 23 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että , I ·, tukipinnan (34) pinta-ala, jonka peittää kiekkoelimen (36) ulkoreunaosuus, on suurem- .,..: pi kuin puolet kiekkoelimen pinta-alasta. 30 26 109615

25. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 22—24 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että kiinnitysvälineet muodostuvat liimavälineistä, joilla kiekkoelimen ulkoreunaosuus tiivistetään rengasmaiseen tukipintaan.

26. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 22—24 mukainen virtausmittari, tun nettu siitä, että kiekkoelin (36) on vastaanotettu ei-metallista materiaalia olevaan sisäkkeeseen (33), sisäkkeen muodostuessa tasaisesta rengasmaisesta seinäosasta, joka on kerrostettu rengasmaisen tukipinnan (34) ja kiekkoelimen (36) viereisen sivupinnan väliin, ja ulommasta, lieriömäisestä seinäosasta (35) sen ulkopinnan liittyessä kotelon 10 (30) sylinterimäiseen pintaosaan ja sen sisäpinnan liittyessä kiekkoelimen (36) ul- koreunapintaan.

27. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 22—26 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että mainitut esijännittämisvälineet muodostuvat metallisesta levyeli-15 mestä, kuten esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä (39), sen sisäsivupinnan ollessa kiinnitetty kiekkoelimen (36) viereiseen sivupintaan, esimerkiksi liima-aineella tai liimalla, sen ulkoreunaosuuden ollessa kiinnitetty mainittuun koteloon (30), esimer- ··» • ·. * kiksi hitsaamalla. I ! t · ;,; 20

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että levy elin ,(39) on puristettu kohti kotelon rengasmaista tukipintaa (34) ennen sen reunaosan , ·|·| kiinnittämistä koteloon, jolloin kiekkoelin (36) on esijännitetty kohti levyelimen (39) * · · rengasmaista tukipintaa (34), kun se on kiinnitetty koteloon (30). * * · * t • · ·’**: 25

29. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 17—28 mukainen virtausmittari, t u n - . n e 11 u siitä, että ultraääntä synnyttävät ja vastaanottavat välineet muodostuvat tulo- ; *' ’. ja poistokammioihin (11,12) järjestetyistä muutinyksikköjen parista (14), mainittujen 1 · · < kammioiden (11,12) ollessa yhdistetty virtauskanavalla (13) sen aksiaalisen pituuden • · ollessa useita kertoja pitempi kuin etäisyyden muutinyksiköiden (14) muuttimista 30 (14a,14b) ja kyseisten tulo- tai lähtökammioiden (11,12) seinistä. 27 109615

30. Patenttivaatimuksen 29 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että ultra-äänimuuttimet (14a, 14b) ovat tyyppiä, jotka sisältävät pietsosähköisen kiekon ultraää-nisignaalien synnyttämiseksi ja ilmaisemiseksi. t I t • « · * « * * · I · | « · « t · t I » ' f I | I 1 ( '· t * * • tm I · i · * II» t » » • t 9 f » % il» I » 28 109615