FI63298C - Pao jonisering baserande anordning foer maetning av gasers stroemningshastighet - Google Patents

Description

I- . . .... KUULUTUSJULKAISU £ 7 O Q R

Ijfij W (^) utlAggningsskkift 6 3298 C (45) Patentti ssyönne tty 10 05 1933 Patent eeddelat ^ ^ (51) Kv.ik.3/l«.CL3 G 01 P 5/08 SUOMI —FINLAND (21) Pt**nttlh*k*mu· — ΡμμομΝοιΙαι 772326 (22) HakMiitpMvl—AiwttMne^ 01.08.77 ^ ^ (23) AHaipUvl — Glkighutadag 01.08.77 (41) Tullut lulkbulul — Blivlt affancllg 02.02.79

Patentti» ja rekistarihallitu· (44) NlhUvilulptnon jt kuuL|ullulsun pvm. -

Patent- och regietaretyrelean ' 7 Amttkan utisgd odi utUkrtftan pubUcmd 31.01.83 (32)(33)(31) tcuolkwtt—Bugtrd priorttuc (71) Alnor Oy, P.0. Box 506, 20101 Turku 10, Suomi-Finland(FI) (72) Kauko Janka, Tampere, Suomi-Finland(FI) (7k) Oy Jalo Ant-Vuorinen Ab (5*0 Ionisointiin perustuva laite kaasujen virtausnopeuden mittaamiseksi -Pa jonisering baserande anordning för mätning av gasers strömnings-hastighet

Keksinnön kohteena on laite kaasujen virtausnopeuden mit taamiseksi. Laite sopii hyvin erityisen pienten virtausnopeuksien mittaamiseen.

Kaasun ionisointiin perustuvia kaasun virtausnopeuden mittausmenetelmiä ja -laitteita tunnetaan useita.

Ionien häviämiseen perustuvassa menetelmässä kaasuun tuotetaan vakionopeudella ioneja, jotka kulkeutuvat virtaavan kaasun mukana ionimitta-rille. Mitä hitaampi kaasun virtaus on, sitä suurempi osa ioneista ehtii hävitä esim. rekombinaatiolla, mikä merkitsee ionivirran alenemista ja todetaan ionimittarin avulla. Tämän menetelmän haittana ovat kaasun epäpuhtauksien aiheuttamat virheet, ionituoton vakiointi ja pienten io-nimäärien toteamiseen tarvittavat korkealuokkaiset ja siten kalliit mittalaitteet .

Ionien lentoaikaan perustuvissa laitteissa tuotetaan lyhyitä ionipuls-seja ja mitataan tällaisien ionipilvien tietyn matkan kulkuaika, joka on riippuvainen virtaavan kaasun nopeudesta. Tämän menetelmän laitteet ovat elektronisesti monimutkaisia ja pienillä nopeuksilla tulos on epätarkka ionipilvien leviämisestä johtuen.

2 63298

Kaasuvirtauksen aiheuttaman ionin liikeradan muutokseen perustuvista menetelmistä on tunnettu menetelmä, jossa mittauskondensaattorin elektrodien väliin synnytetystä ionivirrasta osa kulkeutuu kaasuvirtauksen mukana kondensaattorin ulkopuolelle, jolloin kondensaattorin toiselle elektrodille saapuva ionivirta on tietyssä suhteessa verrannollinen kaasuvirtauksen nopeuteen. Tässä menetelmässä kaasun epäpuhtaudet vähentävät mittauksen tarkkuutta.

Kaasuvirtauksen aiheuttaman ionien liikeradan muutokseen perustuvista menetelmistä on tunnettu myös menetelmä, jossa ionit jakautuvat kaksiosaiselle elektrodille sähkökentässä verrannollisena kaasun nopeuteen. Jakautuma mitataan ja ilmaistaan virtausnopeutena (patenttihakemus n:o 761675). Mittarin näyttämä ei ole virtausnopeuden suhteen lineaarinen. Lisäksi menetelmä asettaa vaatimuksia käytetyn ionilähteen suhteen.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada laite, joka samanaikaisesti sekä tarkkana että yksinkertaisena ylittää tähän mennessä tunnetut kaasun ionisoimiseen perustuvat kaasun virtausnopeuden mittausmenetelmät ja -laitteet. Keksintö mahdollistaa suuren mittaustarkkuuden saavuttamisen myös erittäin pienten virtausnopeuksien alueella, jolla ei ole valmistuksessa pientä, luotettavaa ja valmistuskustannuksiltaan kohtuuhintaista mittaria.

Keksintö esitetään lähemmin seuraavan esimerkin avulla, jota esittävät kuvat 1 ja 2. Kuva 1 esittää laitteen toimintaa virtausnopeudella 0 ja kuva 2 jollakin laitteen mittausalueella olevalla virtausnopeudella.

Kuvassa numero 1 on ionilähde, esim. pieni radioaktiivinen näyte, numero 2 on elektrodi, jonka jännitettä säädetään, numerot 3 ja 4 ovat ioni-virtoja mittaavia elektrodeja, numerot 5 ja 6 virtajohtoja, ionivirto-jen vertailupiiriä merkitään numerolla 7, säätöpiiriä numerolla Θ sekä tähän liitettyä virtausnopeuden näyttöelintä numerolla 9. Esimerkin mukainen laite toimii seuraavasti: Virtausnopeudella nolla ionilähteen 1 synnyttämät ionit kulkeutuvat elektrodien välisen minimijännitteen U

o vaikutuksesta elektrodeille suoraan sähkökentän suunnassa, jolloin johtimissa 5 ja 6 kulkee eri suuret virrat Ig ja Ig. Vertailupiirin 7 ohjaamana säätöpiiri 6 pyrkii pienentämään elektrodien välistä jännitettä, joka siten pysyy minimiarvossaan.

Kuvassa 2 tarkastellaan tilannetta, jossa virtausnopeus poikkeaa nol- 3 63298 lasta. Kaasuvirta pyrkii muuttamaan ionien liikerataa, joka aiheuttaa virran Ig kasvua virtaan Ig verrattuna. Tällöin säätöpiirin Θ jännite kasvaa vertailupiirin 7 ohjaamana sellaiseksi, että virrat Ig ja Ig suhtautuvat toisiinsa määrätyllä tavalla (esim. ne pidetään yhtä suurina ).

Seuraavassa tarkastellaan säädetyn jännitteen ja virtausnopeuden välistä riippuvuutta esimerkin mukaisessa tasoelektrodirakenteessa. Tarkastelussa käytetään seuraavia symboleja: νχ = kaasun nopeus = ionien kaasuvirtauksen aiheuttama nopeuskomponentt i U = elektrodin 2 ja elektrodien 3 ja 4 välinen jännite E = elektrodin 2 ja elektrodien 3 ja 4 välinen sähkökenttä ν^ = sähkökentän E aiheuttama ionien nopeuskomponetti d = elektrodin 2 ja elektrodien 3 ja 4 välinen etäisyys k = ionien liikkuvuus.

Olettamalla tasainen virtaus saadaan seuraavat yhtälöt: dx v = x dt vy*dt*kE" kd' mistä seuraa h ks dy _ d dx vx

Koska vertailu- ja säätöpiiri pitää ionien liikeradan muuttumattomana, saadaan: 4 kM 63298 = _£. = vakio = A , dx v x joten

v d A

U = —- .

k Jännitteen U ja kaasun virtausnopeuden v välinen riippuvuus on siis lineaarinen. Tämä on etu.

Sen sijaan, että virtoja Ig ja Ig tarvitsisi mitata tarkasti laajalla alueella, riittää, kun niiden keskinäistä suuruutta voidaan vertailla pienellä alueella. Tämän ansiosta ionisointiin voidaan käyttää niin pientä radioaktiivista lähdettä, että laitteen käyttö ei edellytä erityisiä lupia, eikä sitä tarvitse varustaa radioaktiivisuutta osoittavilla merkeillä, laitteen ollessa kuitenkin kohtuullisella hinnalla valmistettavissa.

Mikäli vertailija 7 on tehty sellaiseksi, että ionivirtojen suhde pidetään vakiona (esim. ne pidetään yhtä suurina), eliminoituu kaasuissa olevien aerosolipartikkeleiden vaikutus mittaustuloksiin lähes kokonaan.

Viitejulkaisu: M. Lehtimäki, K. Janka, E. Mäkinen, H. Salmi and G. Graeffes Air velocity measurements by the ionization method. Tampere University of Technology Department of electrical engineering Physics, Research report No 26-1977, Tampere 1977.

Claims (5)

1. 5 63298
2. 1. Laite kaasujen virtausnopeuden mittaamiseen, joka perustuu ionien kulkeutumiseen kaasuvirtauksen mukana sähkökentässä ja johon kuuluu ionilähde (1), jolla kaa-suvirtaukseen tuotetaan ioneja, jännite-elektrodi (2), vähintään kaksi ionivirtojen (Ig, Ig) mittauselektrodia (3, 4), ionivirtojen vertailupiiri (7), säätöpiiri (8) sekä virtausnopeuden ilmaisin (9), tunnettu siitä, että mittauselektrodit (3, 4) sekä jännite-elektrodi (2) ovat sijoitetut siten, että mittauselektrodit (3, 4) on erotettu toisistaan virtauksen suunnassa ja jännite-elektrodi (2) mittauselektrodeista (3, 4) virtausta vastaan kohtisuorassa suunnassa, että vertailupiiri (7) on järjestetty ohjaamaan jännite-elektrodin (2) jännitettä (U) säätöpiirin (8) välityksellä siten, että mittauselektrodeille (3, 4) tulevien ioni-virtojen (I5# Ig) jakautuma pysyy määrättynä vakiona koko mittausalueella, ja että virtausnopeuden ilmaisin (9) on järjestetty ilmaisemaan kaasun virtausnopeus säädetyn jännitteen (U) funktiona.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, t u n n e t-= t u siitä, että vertailupiiri (7) on järjestetty ohjaamaan jännitettä (U) siten, että ionivirrat (Ig, Ig) ovat yhtäsuuria.
4. 3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että ionilähde (1) on radioaktiivinen lähde.
5. 1. Anordning för mätning av gasernas strömningshastig-heter, vilken baserar sig pä vandring av joner med gas-strömningen i ett elektriskt fält och i vilken ingär en jonkälla (1) för alstrande av joner tili gasströmningen,