FI61245C - Ringkolvraeknare foer vaetskors genomstroemningsmaetning - Google Patents

Description

rBl m.KUULUTUSJULKAISU *19/r ΛΓα lBJ (11) UTLA6GNIN0SSKHIFT 01^40 C .... Patentti myönnetty 10 06 1902 Patent meddelat ^ (51) Kv.ik?/int.ci.3 G 01 F 15/06 // G 01 P 5/08 SUOMI—FINLAND (21) ht«ttih.kMHi»-Pit«i«mew«i 2616/73 (22) Hik*ml«p*Jvt — Arwfiknlnpdtf 22.08.73 (23) Alkupllvt — Glltl|h«tfdt| 22.08.73 (41) Tullut julklMlul — Bllvlt offmtllf 08.03.7^

Patentti· ja r«ki.t.rihallitus νλλιμρ—ι,. MuL,-..*™ p™- . Q

Patent-och ragiateratyrelaen ' An«ek»n utiugd och utUkrtftun puMkund 26.02.82 (32)(33)(31) Pyydutty «tuoikuut —d«tird prtorttet 07-09-72

Saksan Liittotasavalta-Forbundsrepubliken Tyskland(DE) P 22U3936.7-52 (71) Diessel G.m.b.H. & Co., Postfach U70, Altes Dorf 18/20, 32 Hildesheim,

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Ulrich-Christian Sanden, Hildesheim, Saksan Liittotasavalta-Förbunds-republiken Tyskland(DE) (7M Leitzinger Oy (5M Rengasmäntälaskin nesteiden läpivirtausmittausta varten - Ringkolvräknare för vätskors genomströmningsmätning

Keksinnön kohteena on nesteiden läpivirtausmittausta varten tarkoitettu rengasmäntälaskin, jossa rengasmäntä on varustettu vähintäin yhdellä magneetilla, joka on järjestetty rengasmäntään kohtisuoraan sen liiketasoa vastaan ja joka liikkuu rengasmännän kiertoliikkeen aikana rengasradalla, joka sijaitsee vastapäätä vähintään yhdellä vastanavalla varustettua ja sama-akseli.sesti laskinpesään sijoitettua mittausarvoanturia.

Tämäntapaisissa tunnetuissa rengasmäntälaskimissa magneetit on järjestetty rengasmäntään siten, että niiden magneettinen voima vaikuttaa säteettäisesti ulospäin rengasmäntälaskimen kuolokohtaan järjestettyyn mittausarvoanturiin. Aina kun magneetti tai magneetit rengas-männässä ohittavat mittausarvoanturin syntyy siis impulssinanto.

Tunnetuissa laitteissa on epäedullista se, että rengasmännän kiertoa kohden saadaan vain yhden ainoan impulssin anto, jonka amplitudi riippuu lisäksi suuruudeltaan rengasmännän pyörimisnopeudesta. Kun läpivirtausnopeudet ovat pieniä ja tästä johtuen rengasmännän kierrosluvut pieniä, tunnetut laitteet toimivat siis verraten epätarkasti.

Keksintö perustuu tehtävään aikaansaada johdannossa mainittua tyyppiä oleva rengasmäntälaskin sellaiseksi, että mahdollisimman vähällä ra- 2 61245 kenteelli.sella muutoksella parannetaan mittausarvon annon tarkkuutta.

Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti siten, että mittausar-voanturissa on ainakin kaksi vastanapaa, jotka on järjestetty vastapäätä repgasmännässä olevan magneetin tai magneettien rataa ja joista vastanavoista kulloinkin kaksi, toistensa suhteen halkaisi jan suunnassa vastakkaista napaa on muodostettu ferromagneettista materiaalia olevan yhteisen U-muotoisen johdi.nliuskan suorakulmaisesta, ulospäin taivutetuista vapaista päistä, ja että U-muotoisen johdinliuskan U-pohjan alueelle on järjestetty ainakin yksi puolijohde-elementti.

Tämän järjestelyn ansiosta on siis voitu järjestää useampia vastana-poja mittaustarkkuuden lisäämiseksi ja mahdollisten järjestelmävir-hei.den tasaamiseksi. Tämä on voitu toteuttaa yksinkertaisella ja varmalla tavalla vaihdettavan anturi yksikön yhteydessä. Tällöin on myös herkät anturi.osat voitu suojata iskuja ja vahingoittumista vastaan. Järjestely on rakenteellisesti toteutettu suhteellisen pienessä mit-tausarvoanturin pesässä. Johdinliuskan U-muotoisella muotoilulla tämä johdi.nliuska voidaan pitää yksinkertaisesti ja varmasti mittausarvo-anturin pesän sisällä. Sen lisäksi voidaan puolijohde-elementit yhtä yksinkertaisella tavalla järjestää johdinliuskan yhteyteen, jolloin ne sijaitsevat suhteellisen kaukana johdinliuskan taivutetuista vapaista päistä mittausarvoanturin pesän sisään järjestettynä ja ovat siten suojatut vahingoittumista vastaan.

Johtuen rengasmäntälaskimen keksinnön mukaisesta rakenteesta saadaan siis lisätyksi mittausarvoanturin vastanapojen lukumäärää, mikä vaikuttaa lisäävästi mittausarvoanturin luovuttamien primääri-impulssien lukumäärään, minkä johdosta mittaustarkkuus verrattuna tunnettuihin laskimiin nousee huomattavasti. Lisäksi voidaan vastanavat jakaa epätasaisesti mittausarvoanturin kehälle, minkä johdosta ilman lisätoimenpiteitä saadaan tasaus rengasmäntälaskimen systemaattisille virheille kulkunopeuden ollessa epätasainen rengasmännän keskustassa johtuen tämän epäkeskei.sestä liikkeestä.

Verrattuna tunnettuihin rengasmäntälaskimiin, joissa on mekaaninen mittausarvon ilmaisin ja niihin tunnettuihin rengasmäntälaskimiin, joissa on erityinen impulssinlaskulaite keksinnön mukaisella järjestelyllä on etuna huomattavasti, yksinkertaisempi, rakenne ja merkittävä kustannussäästö. Lisäksi, keksinnön mukainen laski.n on ennestään tunnettuihin laitteisiin verrattuna vähemmän häiriöille altis ja kestää paremmin kulutusta.

Mittausarvoanturi. voidaan sijoittaa yksinkertaisella tavalla pesään 3 61245 sen johdosta, että rengasmäntälaskimen pesässä on taakse sijoitettu keskeinen nysä mittausarvoanturin vastaanottoa varten. Tähän nysään voidaan mittausarvon anturi sijoittaa irroitettavasti ja vaihdetta-vasti. Mittaustarkkuuden lisäämiseksi on erittäin edullista järjestää edellä mainitulla tavalla mittausarvoanturille useita vastanapoja, jotka sijaitsevat rengasmännässä olevan magneetin tai magneettien radalla. Keksinnön mukaisessa järjestelyssä voidaan siis päinvastoin kuin tunnetuissa laitteissa käyttää myös useita magneetteja mittaustarkkuuden lisäämiseen, koska ollaan riippumattomia rengasmännän määrätystä kuolokohdasta ja magneetit voivat sijaita toistensa suhteen myös halkaisijan suunnassa vastakkain.

Hyväksikäytettäessä mittausarvon anturin antamia impulsseja on erittäin edullista, kun anturissa on ainakin yksi puolijohde-elementti, johon johtaa ferromagneettista ainetta olevat johtoliuskat, jotka muodostavat vastanavat. Tämä antaa erittäin yksinkertaisen ja vankan rakenteen, joka tulee toimeen ilman induktiivisia puolia tai sen tapaisia. Erittäin tarkoituksenmukaista on tällöin, kun puolijohde-elementti tai elementit ovat Hall-generaattoreita.

Tällaisten puolijohde-elementtien käyttö tekee mahdolliseksi anturin erittäin pienen rakenteen, jolloin puolijohde-elementit ja johtoliuskat voidaan edullisella tavalla valaa anturin pesän sisään niin, että ne ovat suojatut käytännöllisesti katsoen kaikenlaista vahingoittumista vastaan.

Lisäksi puolijohde-elementeillä on se etu, että ne antavat signaali-jännitteen, joka on riippumaton ohi kulkevien magneettien nopeudesta. Verrattuna tunnettuihin induktiivisiin mittausarvon siirtolaitteisiin ei siis tarvita mitään erityisiä toimenpiteitä impulssiamplitudin minimikoon ylläpitämiseksi.

Hall-generaattorien asemesta voidaan käyttää myös kenttälevyjä, joissa sisäinen vastus muuttuu riippuvaisena magneettisesta kentästä. Mittaus voidaan suorittaa tällöin siltakytkennässä. Verrattuna Hall-generaatto-reihin kenttälevyt eivät tarvitse mitään käyttöjännitettä niin, että tarvitaan vain kaksi liitosjohtoa.

Johtuen mittausarvoanturin pienestä rakenteesta voidaan mittausarvoanturin pesän vapaa pää varustaa välittömästi sinänsä tunnetulla, pääl- " 61245 lysmutterilla varustetulla kierrekytkimellä mittausarvoaniuriin tulevia johtoja varten.

Erittäin yksinkertainen rakenne saadaan tällöin siten, kun kaksi vastakkain olevaa napaa muodostetaan yhdestä yhteisestä U-muotoisesta johtoliuskasta, jolloin U-haarojen vapaat päät on taivutettu ulospäin suoraan kulmaan muodostaen navat. Tässä rakenteessa voidaan järjestää kaksi Hall-generaattoria U-muotoisen johtoliuskan tyven alueelle, jolloin Hall-generaattorit voivat jäädä johtolevyn varaan, joka samanaikaisesti nojaa U-muotoisen johtoliuskan tyveä vastaan. U-haaran taivutetut päät voidaan kiinnittää pesään rengasmaisella tukilevyllä ennen valua.

Tällä rakenteella aikaansaadaan se erityinen etu, että huolimatta useampien napojen käytöstä tarvitaan kulloinkin vain yksi puolijohde-elementti, minkä johdosta tarvitaan myös vastaavasti vähän tulojohto-ja. Tämä on etu myös verrattuna tunnettuihin laitteisiin, jotka toimivat useilla induktiivisilla keloilla.

Hyväksikäytettäessä primääri-impulsseja voidaan mittaustarkkuutta vielä nostaa, kun mittausarvoanturin perään on kytketty laite impulssin moninkertaistamiseksi vastaavine impulssinlaskijoineen. Tällaisella laitteella järjestetään primääri-impulssille vastaava lukumäärä sekundääri-impulsseja niin, että yksityinen impulssi, esim. nelikoh-tainen laukeaa noin 10000:ksi sekundääri-impulssiksi.

Impulssimoninkertaistuslaite muodostuu tarkoituksenmukaisimmin impulssi generaattorisi a, jonka impulssit johdetaan porttiporraekytkentään. Impulssigeneraattori toimii vakiotaajuudella, jolloin sen synnyttämät impulssit johdetaan porttiportaaseen, joka sulkeutuu tietyn edeltäpäin määrätyn impulssiluvun tultua saavutetuksi ja aukeaa vasta kun syntyy uusi primääri-impulssi mittausarvoanturista. Porttiportaan täten ohittaneet sekundääri-impulseit käytetään sitten hyväksi.

Tarkemman mittauksen lisäksi impulssin moninkertaistamisella on se etu, että sähköisellä tavalla tulee mahdolliseksi laskimen vakaus, koska todettaessa vaihtelua vakauslaitteen täytöksen ja siihen tarvitun rengasmäntälaskimen kierrosluvun välillä sekundääri-impulssien lukumäärää voidaan vastaavasti korottaa. Tämä tapahtuu käytännössä muuttelemalla juotossiltoja, mikä tekee mahdottomaksi myöhemmän va- 5 61245 kauksen mielivaltaisen muuttamisen. Tällainen vakaus on huomattavasti helpommin ja yksinkertaisemmin suoritettavissa kuin vaihtopyörin toimivissa tunnetuissa mekaanisissa laitteissa ja lisäksi on etuna se, että voidaan sopeutua huomattavasti suurempiin vaihteluihin.

Tunnetuissa rengasmäntälaskimissa mekaanisine mittausarvoantureineen rengasmäntä pysytetään läpivirtausmittauksen päätyttyä mekaanisesti loppuasennossaan, jotta estettäisiin laskemisen jatkuminen. Koska keksinnön mukaisessa laitteessa rengasmännällä ei ole mitään pesän ulkopuolella sijaitsevia mekaanisia osia, se laskeutuu alas oman painonsa vaikutuksesta alemman kuolokohdan yläpuolella ollessaan läpivirtauksen päätyttyä. Tämä tulee mahdolliseksi vähitellen tapahtuvan rengasmännässä olevan nesteen virtauksen johdosta sisäpuolelle johtavan raon kautta. Täten saadaan laukaistuksi lisälaskutoimenpiteitä.

Tämän estämiseksi keksinnössä on toteutettu sellainen järjestely, että mittausarvoanturin perään on kytketty taajuudesta riippuva impulssin kontrolliporras, joka salpaa laskun taajuuksien ollessa pieniä. Kun primääri-impulssien taajuus tulee hyvin pieneksi rengasmännän vähitellen laskeutuessa alas näitä primääri-impulsseja ei enää lasketa.

On edullista, kun impulssikontrolliportaassa on yhdestä integroidusta puolijohderakenteesta muodostuva digitaalisuodatin.

Läpivirtausmittauksen lopputulosta varten on tarkoituksenmukaista, kun impulssilaskimen perään on kytketty dekaadinen jakoporras, joka palauttaa impulssinlaskimesta tulevien sekundääri-impulssien luvun primääri-impulssien luvun suuruusluokkiin.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinluonteisesti viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää perspektiivisesti ja takaapäin rengasmäntälaekinta, joka on keksinnön mukaisella tavalla varustettu rengasmännän suhteen sama-akselisesti suunnatulla magneetilla.

Kuvio 2 esittää perspektiivisesti rengasmäntälaskimen avattua pesää.

Kuvio 3 esittää kuviosta 2 pitkin viivaa III-III otettua leikkausta rengasmäntälaskimen pesästä rengasmännän ja kannen ollessa paikoillaan.

6 61245

Kuvio 4 esittää kaaviollisesti esimerkkiä mittausarvoanturin rakenteesta.

Kuvio 5 on lohkokaavio havainnollistaen järjestelyä, jolla hyväksikäytetään laskuimpulssit.

Kuvion 1 mukaisesti rengasmäntälaskimen rengasmännässä 1 on laskimen puoleisella sivulla sama-akselinen tappi 2, jonka sisällä on kestomagneetti 3 niin, että tämä kestomagneetti on säma-akse-lisena rengasmännän 1 kanssa ja kohtisuorassa sen liiketasoa vastaan.

Tappi 2 joutuu,rengasmännän 1 ollessa pantuna kuvion 2 mukaisen pesän 4 sisään, rengasmännän ohjauksen 5 sisätilaan 6. Ohjauksen 5 sisätila 6 on ulkoa suljettu erotusseinämällä 7, jonka takana sijaitsee mittausarvon anturi 10 (kuvio 3). Rengasmännän 1 tapissa 2 oleva magneetti 3 joutuu siis rengasmännän liikkuessa ohjauksen 5 sisäpuolella ympyrän muotoiseen rengasliikkeeseen seinämällä 7 ja ohittaa näin ollen mittausarvoanturin 10. Rengasmäntälaskimen kammion poisto- ja tu-loaukot on merkitty kuvioon 2 viittausnumeroin 8 ja 9.

Kuvio 3 esittää leikkauksessa III-XII kuvion 2 mukaista rengasmäntä-laskinta pesineen 4. Kuviossa 3 pesä 4 on peitetty kannella 11, jota puristaa suuri päällysmutteri 12 tiivisteen välityksellä pesää 4 vastaan. Kuvion 3 havainnollistamassa tapauksessa rengasmäntä 1 on siten pesän 4 sisässä, että näkyy tapin 2 ja magneetin 3 asento erotussei-nämän 7 ja mittausarvoanturin 10 suhteen. Kannen 11 puoleisella sivulla on rengasmännässä 1 tappi, joka on ohjattuna kannessa 11, joka muodostaa varsinaisen ohjauksen rengasmännän keskiölle.

Mittausarvoanturi 10 on sijoitettu pesän 4 nysän 13 sisään siten, että sen kaaviollisesti näytetyt vastanavat 14 sijaitsevat erotusseinämän 7 takana. Mittausarvoanturin 10 takapuoliset liitännät on merkitty viittausnumerolla 15 ja anturin 10 kiinnittämiseksi nysän 13 sisään nysä voi olla varustettu kierteellä 16 tai sen tapaisella ottaakseen vastaan pää1lysmutterin. On myös mahdollista käyttää muita kiinnitys-tapoja anturin sovittamiseksi pesän 4 ja nysän 13 sisään.

Kuvio 4 esittää kaaviollisesti suoritusmuotoa sellaisesta anturin rakenteesta, jossa on halkaisijan suunnassa vastakkain navat 14, jotka on muodostettu yhteisestä U-muotoisesta johtoliuskasta 17, joka on fer- 7 61245 romagneettista ainetta. U-haaran 19 vapaat päät 18 on käännetty suorakulmaisesta ulospäin ja muodostavat navat 1U. Kaksi puolijohde-elementtiä 20 (Rall-generaattoreita) on sijoitettu U-muotoisen johto-liuskan 17 tyven 21 alueelle ja yhdistetty johtolevyyn 22, johon johtimet 23 tulevat. Navat 14, jotka muodostavat johdinliuskan 17 vapaat päät 18 voivat levätä havainnollistettuun tapaan tukilevyllä 2H ja koko laiteIma voi olla sijoitettuna anturin astiamaisen pesän sisään ja valettu siihen kiinni. Tähän valuun liittyy juotoskontaktit 25, jotka johtavat sinänsä tunnetun, päällysmutterilla varustetun kierre-kytkimen 26 johdinnastoihin niin, että anturin astiamainen pesä jättää ulkopuolelle ainoastaan liitännän kytkimen 26 alueella. Näin ollen on käytännöllisesti katsoen mahdoton vahingoittaa mittausarvon anturia.

Selostetun järjestelyn asemesta voidaan käyttää useampaa kuin kahta vastanapaa, jolloin saadaan edellä selostetut edut, jotka liittyvät primääri-impulssien lukumäärän lisäämiseen sekä mahdollisuuteen tasata järjestelmävirheet. Koska myös useita napoja varten tarvitaan kulloinkin vain yksi puolijohde-elementti, voidaan liitäntöjen lukumäärä pitää pienenä huolimatta suuremmasta napaluvusta.

Kuvio 5 esittää lohkokytkentäkaaviona keksinnön mukaisen järjestelyn mittaustapahtumaa pulssien avulla. Mittausarvoanturista 10 tulevat pulssit, joilla on likimain sinimuoto, johdetaan aluksi impulssinmuut-tajaan 27, joka antaa suorakulmaimpulssit. Impulssinmuuttajan 27 perään on kytketty taajuudesta riippuvainen impulssin kontrolliporras 28 integroiduista puolijohde-elementtilohkoista muodostettunne digi-taalisuodattimineen 29, jonka tarkoituksena on salvata verraten pienin taajuuksin tulevien impulssien laskenta, jotta estettäisiin se, että läpivirtausmittauksen päätyttyä suoritettaisiin vielä laskenta, kun rengasmäntä oman painonsa vaikutuksesta laskeutuu alaspäin.

Impulssin kontrolliportaan perään on kytketty laite impulssien moninkertaistamiseksi ja tämä muodostuu vakiotaajuudella, sopivimmin 750 kHz toimivasta impulssigeneraattorista 30, porttiporraskytkimestä 31 ja impulssilaskimesta 32. Impulssigeneraattori 30 kuormittaa portti porras kytkentää 31 siten, että jokaiselle mittausarvoanturista tulevalle primääri-impulssille järjestetään useita sekundääri-impulsseja, jolloin esimerkiksi yhdelle primääri-impulssille järjestetään 10000 sekundääri-impulssia. Kun on saavutettu edeltäpäin määrätty sekundääri- 61245 impulssien lukumäärä, mikä johtuu yhdestä tulleesta primääri-impulssista, salpaa porttiporras lisäimpulssien tulon impulssigeneraatto-rista siksi, kunnes uusi tuleva primääri-impulssi jälleen avaa portti portaan. Sekundääri-impulsseja laskeeimpulssinlaskija 32 ja kaaviol-lisesti näytetyllä yhteydellä 33 kuormitetaan porttiporrasta impuls-sinlaskimesta 32 siihen tulleella sekundääri-impulssien lukumäärällä, jotka on järjestetty yhdelle primääri-impulssille. Impulssinlaskinta 32 voidaan käyttää siis säädettäessä sille laskettavaksi tulevia impulsseja laitetta kalibroitaessa.

Impulssien moninkertaistamislaitteen perään on kytketty dekaadinen jatkoporras 34, joka palauttaa tulleiden sekundääri-impulssien luvun primääri-impulssien luvun suuruusluokkaan niin, että saadaan portaassa 35 varsinainen mittaus.

Claims (11)

1. Nesteiden läpivirtausmittausta varten tarkoitettu rengasmäntälaskin, jossa rengasmäntä on varustettu vähintäin yhdellä magneetilla, joka on järjestetty rengasmäntään kohtisuoraan sen liiketa-soa vastaan ja joka liikkuu rengasmännän kiertoliikkeen aikana ren-gasradalla, joka sijaitsee vastapäätä vähintään yhdellä vastattavalla varustettua ja sama-akselisesti laskinpesään sijoitettua mittaus-arvoanturia, tunnettu siitä, että mittausarvoanturissa (10) on ainakin kaksi vastanapaa (14), jotka on järjestetty vastapäätä rengasmännässä (1) olevan magneetin (3) tai magneettien rataa ja joista vastanavoista kulloinkin kaksi toistensa suhteen halkaisijan suunnassa vastakkaista napaa on muodostettu ferromagneettista materiaa olevan yhteisen U-muotoisen johdinliuskan (17) suorakulmaises-ti ulospäin taivutetuista vapaista päistä, ja että U-muotoisen johdinliuskan (17) U-pohjan (21) alueelle on järjestetty ainakin yksi puolijohde-elementti (20).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rengasmäntälaskin, tunnet-t u siitä, että puolijohde-elementti tai -elementit (20) ovat Hall-generaattoreita.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rengasmäntälaskin, tunnet-t u siitä, että puolijohde-elementti tai -elementit (20) ovat kent-tälevyjä.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen rengasmäntälaskin, tunnettu siitä, että puolijohdinelementit (20) ja johdinliuska (17) ovat sijoitetut valamalla mittausarvoanturin pesän sisään.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen rengasmäntälaskin, tunnettu siitä, että mittausarvoanturin pesän vapaa pää on varustettu sinänsä tunnetulla, päällysmutterilla varustetulla kierrekytkimellä (26) mittausarvoanturin tulojohtoja varten.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen rengasmäntälaskin, tunnettu siitä, että mittausarvoanturin (10) perään on kytketty laite (30, 31) impulssien moninkertaistamiseksi sekä vastaava impulssinlaskija (32) . 10 61 245

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen rengasmäntälaskin, tunnet-t u siitä, että impulssien moninkertaistamislaite muodostuu impuls-sigeneraattorista (30), jonka impulssit johdetaan porttiporraskyt-kentään (31).

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen rengasmäntälaskin, tunnettu siitä, että mittausarvoanturin (10) perään on kytketty taajuudesta riippuva impulssien kontrolliporras (28), joka estää laskemisen pienillä taajuuksilla.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen rengasmäntälaskin, tunnet-t u siitä, että impulssien kontrolliporras (28) muodostuu integroiduista puolijohde-elementtiyksiköistä koostuvasta digitaalisuodat- t ime s ta (29) .

9 61245

10. Jonkin patenttivaatimuksista 6-9 mukainen rengasmäntälaskin, tunnettu siitä, että impulssien moninkertaistamislaitteen perään on kytketty dekaadinen jakoporras (34), joka palauttaa tulleiden sekundääri-impulssien lukumäärän mittausarvoanturilta (10) tulleiden primääri-impulssien suuruusluokkaan.

11 61245