FI69519B - Foerfarande och anordning foer bestaemning av stroemningshastigheten hos ett smaelt straolningsavgivande material - Google Patents

Description

6951 9

MENETELMÄ JA LAITE SULAN SÄTEILYÄ EMITTOIVAN MATERIAALIN VIRTAUSNOPEUDEN MITTAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä ja sitä vastaava laite su-5 lan säteilyä emittoivan materiaalin valuman, virran tai suihkun virtausnopeuden mittaamiseksi. Keksintö on tarkoitettu ensisijassa sulan lasin vapaasti putoavan suihkun virtausnopeuden mittaamiseksi, mutta sitä voidaan käyttää hyväksi myös muiden sulien säteilyä emitoivien materiaalien 10 kuten keraamisten materiaalien tai mineraalimateriaalien ja metallien virtausnopeuden mittaamiseksi. Keksinnön kehittämisen kohteena on myös sulan säteilyä emittoivan materiaalin valuman, virran tai suihkun tilavuus- tai massavirtaus-nopeuden mittaaminen mittaamalla sekä virtausnopeus että 15 valuman, virran tai suihkun halkaisija ja laskemalla tila-vuusvirtausnopeus näiden mitattujen tietojen pohjalta.

Kuten ymmärretään, mitattaessa sulan materiaalin virtausnopeutta, ei materiaalin kanssa saa olla mitään mekaanista 20 kosketusta. Entuudestaan tunnetaan menetelmiä pitkänomaisten kiinteiden kohteiden, kuten esim. langan, nauhan, pape-rirainojen ja muiden sellaisten liikkeen mittaamiseksi ilman, että syntyy mekaanista kosketusta kohteen kanssa. Näissä tunnetuissa menetelmissä liikkuva kohde on varustet-25 tu säännöllisin välein sijaitsevin merkein ja mittaus suoritetaan siitä ajasta, jonka nämä merkit kulkevat liikkuvan kohteen kulkutiellä olevan kahden välin päässä toisistaan sijaitsevan kohdan välillä. Tässä tapauksessa nämä merkit voivat olla väripisteitä tai kohteen paikallisesti kuumen-30 nettuja alueita, jotka on aikaansaatu ajoittain säteilyttä-mällä kohdetta IR-sätei1ylahteesta saatavilla lyhyillä sä-tei 1ypulssei1la. Tätä menetelmää ei kuitenkaan voida käyttää hyväksi sulan materiaalin, joka itse säteilee, virtausnopeuden mittaamiseksi. Ennestään on myös tunnettua mitata 35 kaasukuplia sisältävän nesteen virtausnopeus johtamalla _ - r 2 6951 9 nestevirran läpi valosäde kahdessa välin päässä toisistaan sijaitsevassa kohdassa ja ilmaisemalla kaasukuplien kulku nesteessä näissä kohdissa niin, että voidaan määritellä kaasukuplien kulkuaika ja samalla nesteen kulkuaika maini-5 tun kahden kohdan välillä. Kuten ymmärretään, tätäkin menetelmää on mahdoton käyttää sulan materiaalin, kuten esim. sulan lasin vapaasti putoavan suihkun, joka on itse säteilevää, virtausnopeuden määrittämiseksi.

10 Todellisuudessa ei ole olemassa yhtään tyydyttävää tunnettua menetelmää sulan säteilevän materiaalin, valuman, virran tai suihkun, kuten esim. sulan lasin vapaasti putoavan suihkun, virtausnopeuden määrittämiseksi riittävällä tarkkuudella. Tämä keksintö koskee uutta ja hyvin tyydyttävää 15 ja edullista menetelmää, joka soveltuu tähän tarkoitukseen. Keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen havaintoon, että sulan säteilyä emittoivan materiaalin, kuten erityisesti sulan lasin, valuma, virta tai suihku, emittoi luonteeltaan sellaista säteilyä, että kun ilmaistaan sätei-20 lyä, joka on emittoitu materiaalivirran rajoitetulta alueelta, esimerkiksi sopivan sätei1yilmaisimen avulla, ja vaikka mainitulta ilmaisimelta saadun lähtösiqnaalin pääosa on kohinan kaltaista, signaali käsittää myös pulssimaisia, erittäin suuria amplitudimuutoksia, jotka ilmenevät signaa-25 lissa satunnaisesti. Näiden ilmaisimen lähtösiqnaalissa olevien lyhyiden ja suurten amp 1itudimuutoksien täytyy vastata paikallisia, epäjatkuvia ja satunnaisesti esiintyviä muutoksia materiaalin emittoiman säteilyn intensiteetissä, jotka muutokset todennäköisimmin aiheutuvat paikallisista 30 epäjatkuvista ja satunnaisesti esiintyvistä materiaalin epähomogeenisuuksist a. Sulassa lasissa nämä epähomogeeni-suudet ovat todennäköisimmin sulassa lasissa olevia ilma-kuplia, koska on havaittu, että mainittuja pulssimaisia säteilyn intensiteettimuutoksia esiintyy myös erittäin puh-35 taiden lasimateriaalien yhteydessä. Muilla sulilla säteilyä 3 69519 emittoivilla materiaaleilla, kuten esim. keraamisilla materiaaleilla tai mineraaleilla, esiintyy todennäköisesti samanlaisia kaasu- tai ilmakuplia ja niistä aiheutuu samanlaisia pulssimaisia, satunnaisesti esiintyviä emittoidun 5 säteilyn intensiteettimuutoksia. Sulassa metallissa on myös useimmissa tapauksissa paikallisia epäjatkuvia epähomogee-nisuuksia, esim. kuonahiukkasina, jotka voivat aiheuttaa samanlaisia pulssimaisia satunnaisesti esiintyviä intensiteettimuutoksia materiaalin emittoimassa säteilyssä.

10

Keksintö perustuu sille oiettamuksel1 e, että näitä pulssimaisia, satunnaisesti esiintyviä intensiteettimuutoksia materiaalin emittoimassa säteilyssä voidaan käyttää materiaalin virtausnopeuden määrittämiseksi ilmaisemalla säteily, 15 joka on emittoitu materiaalivirran rajoitelulta osalta kahdessa välin päässä toisistaan olevassa kohdassa sen kulkutiellä ja mittaamalla se aikaväli, joka jää sellaisen ylävirran puolella esiintyvän pulssimaisen intensiteettimuu-toksen ja alavirran puolella esiintyvän saman pulssimaisen 20 intensiteettimuutoksen väliin.

Kuitenkin se seikka, että nämä intensiteettimuutokset esiintyvät aivan satunnaisesti ja näin ollen keskenään vaihtelevin aikavälein, aikaansaa vaikean ongelman tätä 25 mittausperiaatetta sovellettaessa. Materiaalin virtausno peuden mittaamiseksi oikein täytyy kuitenkin olla mahdollista määrittää täsmälleen saman intensiteettimuutoksen ilmaisemiseksi kahdessa välin päässä toisistaan olevassa kohdassa virtaustiel1ä. Tämä ei ole helppoa, koska intensi-30 teettimuutokset esiintyvät täysin satunnaisesti eikä yhtä intensiteettimuutosta voi helposti erottaa toisesta.

Yksi mahdollinen ratkaisu tähän ongelmaan on ehdotettu ruotsalaisessa patenttijulkaisussa k31 029. Tämä ehdotettu 35 ratkaisu perustuu siihen, että nämä aikavälit mitä- 4 69519 taan vain suhteessa niihin intensiteettimuutoksiin, jotka esiintyvät ylävirran puolella olevan ilmaisimen kohdalla sen jälkeen, kun on kulunut aikajakso, jolloin ei ole esiintynyt intensiteettimuutoksia, ja tämä aikajakso on eh-5 dottomasti pidempi kuin se aika, jonka materiaalivirta kulkee kahden ilmaisukohdan välillä. Tämä takaa tyydyttävästi, että vain oikea aikaväli, ja siten materiaalin oikea virtausnopeus, tulee mitatuksi.

10 Tämä keksintö koskee toista menetelmää saman ongelman ratkaisemiseksi .

Keksinnön mukaisen menetelmän ja vastaavan laitteen sulan säteilyä emittoivan materiaalin valuman, virran tai suihkun 15 virtausnopeuden määrittämiseksi, tunnusmerkilliset piirteet on tuotu esille jäljempänä seuraavissa vaatimuksissa 1-4 ja vastaavasti 7-9.

Keksinnön toinen suoritusmuoto koskee menetelmää ja vastaa-20 vaa laitetta säteilyä emittoivan materiaalin valuman, virran tai suihkun tilavuusvirtausnopeuden määrittämiseksi, jonka menetelmän ja laitteen tunnusmerkilliset piirteet on tuotu esille seuraavissa vaatimuksissa 5-6 ja vastaavasti 10-12.

25

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin oheisten piirustusten avulla, joissa

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti ja esimerkinomaisesti lähtö-30 signaalin tyypillistä ulkomuotoa, joka lähtösignaali saadaan valoilmaisimesta, joka vastaanottaa sulan lasisuihkun rajoitetusta kohdasta emittoitua säteilyä.

Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti laitetta, joka on toteutettu 35 keksinnön mukaisesti sulan lasisuihkun virtausnopeuden mittaamiseksi .

5 69519

Kuvio 3 esittää kaaviota, joka kuvaa periaatetta, jolle keksintö perustuu.

Kuvio 4 esittää kaaviomaisesti keksinnön erään toisen s u o -5 ritusmuodon mukaisen laitteen sulan säteilyä emittoivan materiaalin valuman, virran tai suihkun halkaisijan mittaamiseksi materiaalin tilavuusvirtausnopeuden määrittämiseksi; ja 10 Kuvio 5 esittää lohkokaaviota, joka kuvaa kuviossa 4 esitetyn laitteen toimintaperiaatteita.

Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen sulan lasin vapaasti putoavan suihkun 1 virtausnopeuden mittaami-15 seksi tarkoitetun laitteen erästä suoritusmuotoa. Laite käsittää kaksi säteily ilmaisinta S1 ja S2, jotka on sijoitettu välin päähän toisistaan ennalta määrätylle keskinäiselle etäisyydelle L suihkun 1 suuntaisesti ja ne on järjestetty vastaanottamaan sopivan optisen järjestelmän kautta, jota 20 ei ole esitetty yksityiskohtaisesti, säteilyä lasisuihkun kahdesta rajoitetusta kohdasta. Piirustuksessa lasisuihkun nämä kaksi rajoitettua kohtaa on kaaviomaisesti kuvattu vastaavilla katkoviivasuorakaiteilla 2 ja 3. Näitä suorakaiteita voidaan näin ollen pitää vastaavasti ilmaisimien 25 S1 ja S2 "ikkunoina". Kukin ilmaisin aikaansaa sähköisen lähtösignaalin, jolla on periaatteessa sellainen muoto kuin kuviossa 1 on esimerkiksi esitetty. Vaikka tämän signaalin pääosa on luonteeltaan kohinasignaalia, se käsittää myös useita satunnaisesti esiintyviä pulssimaisia amplitudimuu-30 toksia P. Nämä amplitudimuutokset P aiheutuvat satunnaisesti esiintyvistä lasisuihkun 1 emittoiman säteilyn lyhytaikaisista intensiteettimuutoksista. Nämä intensiteettimuu-tokset vuorostaan aiheutuvat mitä todennäköisimmin lasi-materiaalissa satunnaisesti esiintyvistä ilmakuplista 4. 35 Kun ilmakupla kulkee ikkunan 2 tai 3 läpi, se aiheuttaa 6 6951 9 pulssimaisen amplitudimuutoksen P vastaavasti siihen liittyvästä ilmaisimesta S1 tai S2 saadussa lähtösignaalissa, ja tämä amplitudimuutos riippuu muun muassa kuplan suuruudesta ja sen etäisyydestä lasisuihkun 1 ulkopinnasta. Ym-5 märretään, että tietyn ilmakuplan kulkuaika ylävirran puolella olevalta ikkunalta 2 alavirran puolella olevalle ikkunalle 3 on yhtä suuri kuin se aika, jonka lasisuihku 1 kulkee matkan L, minkä vuoksi sitä voidaan käyttää hyväksi lasisuihkun virtausnopeuden määrittämiseksi seuraavan 1 a u -10 sekkeen mukaisesti V = L / T , jossa V on virtausnopeus ja T on ilmakuplan kulkuaika.

Kumpikin ilmaisimilta S1 ja S2 saatu lähtösiqnaali syöte-15 tään vastaavalle vahvistin ja signaalin käsittelypiirille

Γ1 ja F2. Kumpikin piiri F1 ja F2 vastaavasti, erottaa siihen liittyvästä sätei1yilmais imen lähtösignaalista mitkä tahansa pulssimaiset amplitudimuutokset P, joiden amplitudi ylittää ennalta määrätyn amplituditason, esim. amplitudita-20 son A kuviossa 1, ja aikaansaa lähtöönsä vastaavan signaa-lipulssin P' jokaisesta tällaisesta amplitudimuutoksesta P

Nämä vahvistimelta F1 saadut signaalipulssit P1 syötetään vastaavasti ajanmittauspiirin R aloitustuloon ja lopetustu-25 loon, joka ajanmittauspiiri voi käsittää digitaalilaskurin, jota ohjataan kellopulssigeneraattorista C. Näin ollen ajami11auspiiri 2 käynnistetään 1 asisuihkussa olevalla ilmakuplalla 4, joka kulkee ylävirran puolella olevan ilmaisimen S1 ikkunan 2 kautta, ja pysäytetään jälleen heti sen 30 jälkeen, kun ilmakupla 4 kulkee alavirran puolella olevan ilmaisimen S2 ikkunan 3 kautta. Kun ajanmittauspiiri R on tällä tavalla mitannut aikavälin, se lähettää valmissignaa-lin laskuriyksikköön D, joka esim. käsittää mikroprosessorin, joka vastaanottaa mitatun arvon ajanmittauspiirin lah-35 döstä ja samalla nollaa mainitun piirin. Ajanmittauspiiri R

li 7 6 9 51 9 käynnistetään välittömästi sen jälkeen, kun ilmakupla 4 kulkee ylävirran puolella olevan ilmaisimen S1 ikkunan 2 läpi.

5 Sen takaamiseksi, että ajanmittauspiirin R mittaama aikaväli todella vastaa lasisuihkun 1 kulkuaikaa matkalla L ilmaisimien S1 ja S2 välillä, on ilmeisesti välttämätöntä, että ajanmittauspiiri R käynnistetään ja pysäytetään täsmälleen yhden ja saman lasisuihkussa 1 esiintyvän ilmakup-10 lan 4 vaikutuksesta. Kuten ymmärretään näin on asianlaita vain, jollei ilmakuplia 4 esiinny ikkunoiden 2 ja 3 välisessä tilassa sinä aikana, jolloin kupla ohittaa ylävirran puolella olevan ikkunan 2 ja käynnistää ajanmittauspiirin R. Koska ilmakuplia 4 kuitenkin esiintyy lasisuihkussa 1 13 täysin satunnaisesti, useimmissa tapauksissa käytännössä kuplia 4 esiintyy ikkunoiden 2 ja 3 välillä sinä aikana, kun ajanmittauspiiri R käynnistetään ikkunan 2 läpi kulkevan kuplan 4 avulla. Näissä tapauksissa ajanmittauspiiri R pysäytetään ennenaikaisesti yhden kuplan vaikutuksesta, jo-20 ka jo on olemassa mainittujen ikkunoiden 2 ja 3 välillä, ja tämän vuoksi aikaväli, jonka ajanmittauspiiri R mittaa, on liian lyhyt. Voi myös tapahtua niin, että ajanmittauspiirin R mittaama aikaväli on liian pitkä, esim. silloin, kun kupla 4, joka ohittaa ylävirran puolella olevan ikkunan 2 ja 23 käynnistää ajanmittauspiirin R, ei syystä tai toisesta kulje alavirran puolella olevan ikkunan 3 läpi, esim. lasi-suihkun 1 epäsäännöllisen virtauksenvuoksi, eikä sen tähden vaikuta alavirran puolella olevaan ilmaisimeen S2. Tässä tapauksessa ajanmittauspiirin R pysäyttää heti perässä seu-30 raava kupla 4, ja mitatusta aikavälistä tulee liian pitkä.

Näistä vaikeuksista huolimatta on kuitenkin mahdollista laskuriyksikön D avulla keksintöä sovellettaessa saada oikea tieto koskien juuri "oikeaa" aikaväliä, so. se aika, 35 jonka ilmakupla 4 ja niin ollen lasisuihku 1 kulkee ikku- 6951 9 noiden 2 ja 3 välimatkan L. Keksinnön mukaisesti tämä saadaan aikaan siten, että laskuriyksikkö D vastaanottaa ajan mittauspiiriltä R ja tallettaa suuren joukon aikavälejä, esim. 100 aikaväliä, jotka on mitattu edellä kuvatulla ta-5 valla. Laskuriyksikkö D on suunniteltu tai ohjelmoitu erottelemaan ja luokittelemaan nämä mitatut aikavälit niiden arvojen mukaan ja määrittämään näiden mitattujen aikavälien useimmiten esiintyvä arvo, jotka aikavälit laskuriyksikkö vastaanottaa ja tallentaa. Tällä tavalla laskuri D piirtää 10 sellaisen pylväsdiagrammin, joka on kuvattu kuviossa 3, jossa pylväsdiagrammissa vaaka-akseli edustaa mitattujen aikavälien arvoja luokissa tai ryhmissä, joista kunkin leveys on X^*s, ja pystyakseli edustaa mitattujen aikavälien N lukumäärää kussakin luokassa tai ryhmässä. On huomattu, et-15 tä tällä pylväsdiagrammilla on yksittäinen selvä huippu tai maksimi sille luokalle tai ryhmälle, jonka sisälle oikea aikaväli sijoittuu, so. ryhmä tai luokka, jonka keskiarvo on kuviossa 3 Y^. Vaikka kuplat 4 esiintyvät lasisuihkussa 1 täysin satunnaisesti, "väärin" mitatut aikavälit leviävät 20 pitkin aika-akselia pääasiassa liian lyhyinä aikaväleinä, kun taas oikeat mitatut aikavälit sijoittuvat yhteen ja samaan kohtaan aika-akse1i1 le. Tämä mittauspiiriltä 3 saatujen mitattujen aikavälien analyysi suoritetaan automaattisesti laskuriyksikössä D olevalla miksoprosessorilla, kun 25 se on vastaanottanut ennaltamäärätyn joukon mitattuja aikavälejä, esim. 100. On huomattu, että sellainen selvä huippu tai maksimi pylväsdiagrammissa saavutetaan, jos lasisuihkussa 1 satunnaisesti esiintyvien kuplien 4 lukumäärä on sellainen, että kahden toistensa suhteen peräkkäin esiinty-30 van kuplan etäisyyys, jotka kumpikin kupla kulkevat ikku noiden 2 ja 3 läpi ja aiheuttavat signaa1ipulssit P' vahvistimista F1 ja F2, on suurempi kuin ikkunoiden 2 ja 3 välinen etäisyys L, vähintään 8-10 %:ssa kaikista tapauksista .

35 u 6951 9 laskuriyksikkö D voisi itsessään käyttää hyväksi keskiarvoa Y mitattujen aikavälien suurimmalle luokalle kuvion 3 mukaisesti lasisuihkun 1 kulkuajalle ikkunoiden 2 ja 3 välisen matkan haluttuna arvona, ja sen tähden laskea suihkun 3 virtausnopeus tämän arvon pohjalta edellä annetun lausekkeen pohjalta. Suurempaan tarkkuuteen päästään kuitenkin silloin, kun laskuriyksikkö D on suunniteltu ja ohjelmoitu sillä tavalla, että sen jälkeen, kun se on määrittänyt arvon Y edellä kuvatulla tavalla mitattujen aikavälien en-10 simmöisen lukumäärän pohjalta, joka on esim. 100, se hyväksyy tämän jälkeen vain sellaiset mitatut aikavälit, jotka se vastaanottaa ajanmittauspiiri1ta R, niiksi, joiden arvot ovat rajoitelulla alueella arvon Y kummallakin puolella, esim rajoissa Y + Z %. Sen jälkeen laskuriyksikkö 0 kerää 15 ennalta määrätyn määrän, esim. 100, sellaisia hyväksyttyjä mitattuja aikavälejä ja laskee näiden hyväksyttyjen mitattujen aikavälien keskiarvon. Tätä keskiarvoa pidetään sitten lasisuihkun 1 kulkuajan oikeana arvona ikkunoiden 2 ja 3 välisellä matkalla L. Edullisesti tämä keskiarvo pidetään 20 ajan tasalla laskemalla uusi keskiarvo kullekin uudelle hyväksytylle mitatulle aikavälille, joka saadaan ajanmittaus-piiriltä R, niin, että keskiarvo lasketaan aina esim. viimeisen sadan vastaanotetun hyväksytyn mitatun aikavälin pohjalta. Edelleen arvo Y muuttuu jatkuvasti niin, että se 25 on yhtä suuri kuin viimeksi laskettu keskiarvo, millä ta valla ainoat mitatut ajanmittauspiiristä R saadut aikavälit, jotka hyväksytään, ovat niitä, joiden arvot ovat rajoissa + Z % viimeksi lasketun keskiarvon kummallakin puolella. Tällä tavalla mittausprosessi automaattisesti seuraa 30 lasisuihkun 1 virtausnopeuden muutoksia. Mikäli laskuriyksikkö ei saisi yhtään hyväksyttävää mitattua aikaväliä ajanmittauspiiriltä R ennaltamäärättynä ajanjaksona, laskuriyksikkö D käynnistää uudestaan prosessin alusta ja saa aikaan uuden kuvion 3 mukaisen py1väsdiagammin edellä 35 kuvatulla tavalla löytääkseen oikean Y:n arvon. Tämä voi ί.

6951 9 10 olla tarpeen esim. silloin, kun lasisuihkun virtausnopeudessa on kovin nopeita muutoksia.

Kuten edellä on mainittu riittää, jos "hyväksyttyjen", so.

5 oikeiden ajanmittauspiiriltä R saatujen mitattujen aikavälien lukumäärä on vähintään noin 8 - 10 % mitattujen aikavälien kokonaismäärästä. Tähän voidaan päästä valitsemalla sopivasti ikkunoiden 2 ja 3 välimatka L, ikkunoiden koko ja vahvistimien Γ1 ja F2 kynnysamplituditason A suuruus suh-10 teessä lasisuihkussa olevien ilmakuplien 4 määrään ja lasi-suihkun nopeuteen sellaisella tavalla, että keskinäinen sijoittuminen ajassa toisiaan seuraavien siqnaalipulssien P* välissä kussakin lähtösignaalissa, jotka saadaan vastaavilta vahvistimilta F1 ja F2, ylittää lasisuihkun kulkuajan 15 ikkunoiden 2 ja 3 välillä ainakin 8-10 %:ssa kaikista tapauksista. Nähdään, että jos ikkunoiden 2 ja 3 etäisyyttä toisistaan pienennetään, silloin aikaväli toisiaan seuraavien signaa1ipulssin P' välillä kasvaa suhteessa siihen aikaan, jonka lasisuihku 1 tarvitsee kulkeakseen ikkunoiden 20 välisen matkan. Samalla tavalla ikkunoiden 2 ja 3 koon pienentäminen vähentää niiden kuplien 4 lukumäärää, jotka kulkevat näiden ikkunoiden kautta ja vaikuttavat ilmaisimiin S1 ja S2, jonka tähden keskinäinen aikaväli toisiaan seuraavien signaalipulssien P' välillä kasvaa lasisuihkun 1 25 kuplien kokonaislukumäärän ja suihkun virtausnopeuden py syessä muuttumattomana.Sama 11 a tavalla korkeampi kynnysamp-lituditaso A vahvistimissa F1 ja F2 vähentää signaalipulssien P* lukumäärää ja sen seurauksena lisää keskinäistä aikaväliä toisiaan seuraavien signaalipulssien P ' välillä, 30 kun lasisuihkussa olevien kuplien 4 kokonaislukumäärä ja suihkun virtausnopeus pidetään muuttumattomana.

Kuten edellä mainittiin, keksinnön mukaista laitetta voidaan kehittää edelleen ei vain materiaalin virtausnopeuden, 35 vaan myös sen tilavuusvirtausnopeuden määrittämiseksi, mikä 11 6951 9 on kiinnostavaa monilla sovellutusalueilla, kutan lasikui-tutuotannossa ja esim. siellä, missä on tärkeää kyetä mittaamaan sulan lasin kehruukoneeseen vapaasti putoavan suihkun ti1 avuusvirtausnopeus. Tätä tarkoitusta varten on 5 välttämätöntä määrittää suihkun halkaisija sen virtausnopeuden lisäksi.

Lasisuihkun halkaisija voidaan edullisesti mitata kuviossa 4 kaaviomaisesti esitetyn kaltaisella laitteella. Tämä lai-10 te käsittää fotodiodien 5 lineaarisen ryhmän, joka sopivan optisen järjestelmän kautta, jota ei esitetä yksityiskohtaisesti piirustuksessa, on järjestetty vastaanottamaan säteilyä, jonka lasisuihku 1 on emittoinut viivaa 6 pitkin, joka on kohtisuorassa lasisuihkun virtaussuuntaa vastaan. 15 On edullista, että ryhmästä 5 joukko diodeja, jotka vastaavat lasisuihkun 1 halkaisijaa d, vastaanottaa säteilyä suihkusta 1, kun taas ryhmän jäljelle jäävät diodit saavat olennaisesti vain taustasäteilyä. Ryhmän 5 diodit pyyhkäistään tai tunnustellaan ajoittain pyyhkäisypiirin 7 avulla, 20 mistä saadaan signaa1ipu1ssien sarja jokaisella pyyhkäisyl-lä ja saatujen pulssien määrä on yhtä suuri kuin järjestelmässä olevien diodien lukumäärä ja joista signaalista kunkin amplitudi vastaa sen säteilyn määrää, jonka vastaava diodi vastaanottaa välittömästi edeltävän pyyhkäisyn j a 1 — 25 keen. Sen tähden pyyhkäisypiirin 7 lähtösignaali on sen muotoinen kuten kuviossa 5 kaavion I avulla esitetään. Tämä kaavio esittää pyyhkäisypiirin 7 lähtösignaalin kahdelle toisiaan seuraavalle pyyhkäisylle, ja kokonaispyyhkäisyai-kaa ryhmälle 5 on merkitty Tarlla, kun taas taukoa kahden 30 toisiaan seuraavan pyyhkäisyn välillä on merkitty To:lla.

Pyyhkäisy tai näytteenottotaajuus on niin muodoin 1/(T a + To) ja se on ohjauspiirin 8 määrittämä, joka piiri käsittää esim. jänniteohjatun oskillaattorin pyyhkäisytaajuuden määrittämiseksi.

35 12 6951 9

Pyyhkäisypiirin 7 lähtösignaali syötetään digitaaliseen piiriin 9, joka määrää, mitkä signaalin pulssit omaavat amplitudin, joka ylittää ennalta määrätyn tason, esim. amp-lituditason A1 kuviossa 5, ja joka tuottaa suorakulmaisen 5 aaltosignaalin, jonka kesto on vastaavanlainen, so. jonka muoto on kuviossa 5 esitetyn kaavion II kaltainen. Tämän suorakulmaisen aaltosignaalin kesto vastaa täten sitä ryhmän 5 diodien lukumäärää, joka on vastaanottanut tietyn tason A1 ylittävää säteilyä. Tämä suorakulmainen aaltosignaa-10 li syötetään ajanmittauspiiriin 10, joka on toteutettu esim. digitaali1askurina, jota ohjataan kellopulssigene-raattorista 11 ja jota pidetään käynnissä piiriltä 9 saadun suorakulmaisen aaltosignaalin avulla ja joka niin muodoin laskee joukon kellopulsseja, jotka vastaavat mainitun suo-15 rakulmaisen aaltosignaalin kestoa. Ke 1 lopulssigeneraattorista 11 saadut kellopulssit on esitetty kuvion 5 kaaviossa III. Tulokseksi saatu laskenta ajanmittauspiirin 10 digi-taalilaskurissa määrään niin muodoin lasisuihkun 1 halkaisijan d mitan, ja se syötetään aikamittauspiiristä 10 las-20 kentayksikkoon, joka myös vastaanottaa lasisuihkun 1 vir tausnopeuden mitatun arvon, ja joka laskee lasisuihkun ti-lavuusvirtausnopeuden näiden mitattujen arvojen pohjalta.

Se seikka, ettei niiden ryhmässä 5 olevien diodien, jotka 25 vastaanottavat säteilyä suoraan lasisuihkusta 1 ja niiden ryhmässä olevien diodien, joiden teoriassa pitäisi saada vain taustasäteilyä, välillä ole mitään selvästi määriteltyä rajalinjaa, aiheuttaa kuitenkin ongelman. Tämä on nähtävissä sen signaalin muodosta, joka esitetään kaavion I 30 avulla kuviossa 5, mistä näkyy, että yksittäisiltä diodeilta saadut lähtosignaalit kasvavat asteittain lasisuihkun 1 "reunoilla". Tämän seurauksena niiden diodien lukumäärä, jotka antavat lähtosignaalin, joka ylittää kynnysarvon A1, vaihtelee ei vain lasisuihkun 1 halkaisijan mukaan, vaan 35 myös lasisuihkun säteilyintensiteetin mukaan, so. suihkun 13 6951 9 lämpötilan mukaan. Lasisuihkun noussut lämpötila antaa sen tähden halkaisijalle suuremman mitatun arvon, vaikka suihkun halkaisija todellisuudessa on vakio. Keksinnön mukaisesti tämä mittausvirhe kompensoidaan syöttämällä pyyhkäi-5 sypiirin 7 lähtösigna a 1i kytkimelle 12, jota ohjataan piiriltä 9 saadulla suorakulmaisella aa 11osignaa1i11 a sellaisella tavalla, että se suljetaan vain tämän suorakulmaisen aaltosignaa1 in kestoajaksi, jolloin vain ne ryhmän 5 diodilta saadut lähtösignaalit, jotka ylittävät kynnysarvon 10 A1, päästetään kytkimen läpi. Nämä signaalit syötetään kes- kiarvopiiriin 13, joka määrittää näiden signaalipulssien amplitudikeskiarvon ja syöttää vastaavan signaalin ohjaus-piiriin 14. Ohjauspiirissä 14 tätä piiristä 13 saatua k e s -kiarvosignaalia verrataan vertailuarvoon Ar ja tämän ver-15 tailun tuloksena ohjauspiiri 14 antaa ohjausjännitteen jän-niteohjatulle oskillaattorille, joka on ohjauspiirissä 8. Tämän ohjausjännitteen vaikutuksesta piiri 8 säätää pyyh-käisy- tai näytteenottotaajuuden ryhmälle 5, sellaisella tavalla, että fotodiodisignaaleiden, jotka ylittävät kyn-20 nysarvon A1, keskimääräinen amplitudi pysyy vakiona ja yhtä suurena kuin vert ailuamplitudi Ar. Nähdään, että tämä on mahdollista, koska ryhmän 5 diodeilta saatujen signaali-pulssien amplitudi kasvaa, kun pyyhkäisy- tai näytteenotto-aika Ta + To kasvaa, sillä jokaisella diodilla on silloin 25 aikaa vastaanottaa enemmän säteilyä jokaisen pyyhkäisyn välillä. Tällä tavalla saadaan automaattisesti kompensoitua halkaisijan mittaaminen millä tahansa lasisuihkun 1 lämpötilan muutoksilla ja näin ollen sen säteilyintensiteetillä.

30 Keksinnön mukaisessa laitteessa sulan säteilyä emittoivan materiaalin valuman, virran tai suihkun sekä virtausnopeuden että halkaisijan mittaamiseksi fotodiodi ryhmä 5 on edullisesti sijoitettu kahden säitei1yilmaisimen S1 ja S2 väliin, jolloin sekä nopeus että halkaisija tulee mitatuksi 35 olennaisesti materiaalivirran samassa kohdassa.

Claims (12)

1. Menetelmä sulan säteilyä emittoivan materiaalin virran, valuman tai suihkun virtausnopeuden määrittämiseksi, jonka 5 menetelmän mukaan a) materiaalivirran rajoitetulta alueelta emittoituvan säteilyn intensiteetti ilmaistaan kahdessa ennaltamääräty 11 ä etäisyydellä toisistaan virtaustiel1ä sijaitsevassa kohdassa ja muutetaan vastaaviksi sähkösignaaleiksi, 10 b) kaikki pulssimaiset amplitudimuutokset, jotka ylittävät ennaltamäärätyn suuruuden, erotetaan mainittujen molempien ilmaisukohtien mainituista signaaleista, jotka amplitudi-muutokset ovat peräisin satunnaisesti esiintyvistä, paikallisista epäjatkuvista materiaalivirran säteilyn intensitee-15 tin poikkeamista, jotka aiheutuvat materiaalin paikallisis ta epähomogeenisuuksist a, c) aikaväli määritetään ylävirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun signaalin tällaisen amplitudimuutok-sen ja alavirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta 20 saadun signaalin sen amplitudimuutoksen välillä, jonka aiheuttaa sama materiaalin epähomogeenisuus, joka aiheutti ylävirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun signaalin mainitun amplitudimuutoksen , ja d) mainittua aikaväliä käytetään materiaalivirran kulkuajan 25 mittana molempien ilmaisukohtien välillä materiaalivirran virtausnopeuden laskemiseksi, tunnettu siitä, että aikaväli vaiheessa c) määritetään e) määrittämällä toistuvasti ylävirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun signaalin amplitudimuutoksen 30 ja ajallisesti lähimmän tämän jälkeen esiintyvän alavirran puolella sijaitsevasta ilmaisukohdasta saadun signaalin amplitudimuutoksen välillä, ja f) mainitulla tavalla määritettyjen aikavälien joukon perusteella määrätään se näiden aikavälien arvo, joka esiin- 35 tyy useimmin, jonka lisäksi mainittua useimmiten n 15 6951 9 esiintyvää arvoa pidetään materiaalivirran kulkuaikana kummankin i1maisukohdan välillä laskettaessa materiaalivirran virtausnopeutta vaiheessa d).

1* 6951 9

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että sen jälkeen kun menetelmävaiheen f) mukaisesti useimmiten esiintyvä arvo useasta vaiheen e) mukaisesti määritetystä aikavälistä määrätään, valitaan vaiheen e) mukaisesti jatkuvasti toistuvasti määritetyistä aikavä-10 leistä vain sellaiset, joiden arvo on tietyn ennaltamäärä-tyn rajoitetun alueen sisällä mainitun useimmiten esiintyvän arvon kummallakin puolella, ja määritetään sellaisten valittujen aikavälien joukosta keskiarvo, jonka lisäksi mainittua keskiarvoa käytetään materiaalivirran kulkuajan 15 mittana mainittujen kummankin ilmaisukohdan välillä suorittaessa laskentaa menetelmävaiheen d) mukaisesti.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sen jälkeen kun mainittu keskiarvo 20 määritetään ensimmäisen kerran mainittujen valittujen aikavälien ennaltamäärätyn joukon perusteella, tämä keskiarvo saatetaan ajan tasalle laskemalla jokaiselle uudelle valitulle aikavälille keskiarvo uudestaan viimeksi valittujen aikavälien mainitusta ennaltamäärätystä joukosta, jonka li-25 saksi vain sellaiset aikavälit valitaan, joiden arvot ovat mainitun ennaltamäärätyn alueen sisällä viimeksi lasketun keskiarvon kummallakin puolella.

4. Oonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1-3 mukainen mene- 30 telmä, tunnettu siitä, että mainittujen alueiden suuruus ja mainittu etäisyys ilmaisukohtien välillä ja mainittujen amplitudimuutosten mainittu ennä 11amäärätty suuruus sovitetaan mainittujen materiaalin epähomogeenisuuk-sien esiintymiseen ja materiaalivirran virtausnopeuteen 35 niin, että toisiaan seuraavien amplitudimuutosten ____ - x.. 16 6 9 519 aikaväli, joka ylittää mainituista i1 maisukohdist a saatujen mainittujen signaalien mainitun ennä!tamäärätyn suuruuden ylittää materiaalivirran kulkuajan iJmaisukohtien välillä ainakin 8-10 Kissa tapauksista. 5

5. Menetelmä sulan säteilyä emittoivan materiaalin virran, valuman tai suihkun tilavuusvirran määrittämiseksi, tunnettu siitä, että sen lisäksi, että materiaalivirran virtausnopeus määritetään jonkin patenttivaatimuksen 10 1-4 mukaisen menetelmän avulla, määritetään myös mate riaalivirran halkaisija, jonka lisäksi lasketaan tilavuus-virran suuruus näin määritettyjen virtausnopeuden ja halkaisijan arvojen perusteella.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että materiaalivirran halkaisija määritetään - järjestämällä jonoon järjestetty fotodiodiryhmä ilmaisemaan se materiaalivirran emittoima säteily, joka on kohtisuorassa materiaalivirran virtaussuuntaan vastaan, 20. tunnustelemal1 a mainittuja fotodiodeja jaksottain sen vastaanotetun säteilymäärän suhteen, jonka jokainen yksittäinen fotodiodi on vastaanottanut heti välittömästi edeltäneen ilmaisemisen jälkeen, - määräämällä jokaisen tällaisen ilmaisemisen jälkeen nii-25 den fotodiodien lukumäärä, jotka ovat vastaanottaneet säteilymäärän, joka ylittää edellämäärätyn arvon, ja käyttämällä tätä lukumäärää yhdessä diodien välisen keskinäisen etäisyyden kanssa materiaalivirran halkaisijan mittana, - määräämällä jokaisen ilmaisemisen jälkeen myös niiden sä- 30 teilymäärien keskiarvo, jonka mainittu joukko fotodiodeja on vastaanottanut, ja - sovittamalla fotodiodien mainitun ilmaisemisen jaksottaisuus niin, että mainittu keskiarvo saadaan vastaamaan en-naltamäärättyä vertailuarvoa. 35 ,7 6951 9

7. Laite sulan säteilyä emittoivan materiaalin virran, valuman tai suihkun virtausnopeuden määrittämiseksi, joka laite käsittää a) kaksi säteilyilmaisinta (SI, S2), jotka on järjestetty 5 vastaanottamaan materiaalivirran (1) rajoitetulta alueelta (2, 3) emittoituvaa säteilyä kahdessa etäisyydellä (L) toisistaan virtaustiel1ä sijaitsevassa kohdassa ja aikaansaamaan sähköisiä 1ähtösignaaleitä, jotka vastaavat vastaanotetun säteilyn intensiteettiä; 10 b) kumpaakin säteilyilmaisinta varten signaalia käsittelevän piirin (F1, F2), joka on järjestetty erottamaan sätei-lyilmaisimen 1ähtösignaalista vain sellaiset pulssimaiset amplitudimuutokset (P), jotka ylittävät ennä]tamäärätyn pienimmän amplitudin (A), ja aikaansaamaan lähtöönsä vas- 15 taavat signaalipulssit (P'), ja c) piirit (R, D), joihin vaikutetaan mainittujen signaali-pulssien (P') avulla ja jotka on järjestetty määrittämään kummankin i1 maisukohdan välisen materiaalivirran (1) kulku-aika ja tämän perusteella laskemaan materiaalivirran vir- 20 tausnopeus, tunnettu siitä, että mainitut c):n mukaiset piirit käsittävät d) ajanmittauspiirin (R), joka on järjestetty käynnistymään signaalipulssil1 a (P ’ ) , joka on peräisin ylävirran puolella olevasta ilmaisimesta (S1) ja pysähtymään ajallisesti lä- 25 himmän tätä seuraavan signaalipulssin (P') avulla, joka pulssi on peräisin alavirran puolella olevasta ilmaisimesta (S2) ja aikaansaamaan mittaustulos, joka edustaa mainittujen signaalipulssien välistä aikaväliä ja sen jälkeen uudestaan käynnistymään ylävirran puoleisesta ilmaisimesta 30 (S1) peräisin olevan signaalipulssin (P ') avulla, ja e) laskentayksikön (D), joka on järjestetty vastaanottamaan mainittu mittaustulos ajanmittauspiiri1tä (R) ja toteamaan sellaisten mittaustulosten joukon perusteella niiden useimmiten esiintyvä arvo (Y) ja käyttämään tätä arvoa mate- 35 riaalivirran (1) kummankin i1maisukohdan välisen kulkuajan mittana mainitun materiaalivirran virtausnopeuden laskennassa. is 6951 9

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että laskentayksikkö (D) on muodostettu hyväksymään mainitun useimmiten esiintyvän arvon (Y) mainitun toteamisen jälkeen ajanmittauspiiriltä (R) vastaanotettujen mit- 5 taustulosten joukosta vain mittaustulokset, joiden arvot ovat ennaltamäärätyn arvoalueen (+ Z %) sisällä mainitun useimmiten esiintyvän arvon kummallakin puolella, ja määrittämään sellaisten hyväksyttyjen mittaustulosten ennalta-määrätyn joukon keskiarvo ja käyttämään tätä mainittua kes-10 kiarvoa hyväksi virtausnopeuden laskennassa.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että laskentayksikkö (D) on järjestetty toistuvasti saattamaan ajan tasalle mainittu keskiarvo laskemalla kuta- 15 kin uutta ajanmittauspiiri1tä (R) vastaanotettua hyväksyttyä mittaustulosta varten uusi keskiarvo viimeksi vastaanotettujen hyväksyttyjen mittaustulosten mainitun ennalta-määrätyn joukon perusteella, ja hyväksymään vain sellaiset mittaustulosten arvot, jotka ovat mainitun ennä]tamäärätyn 20 alueen sisällä viimeksi lasketun keskiarvon kummallakin puolella.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laite myös materiaalivirran tilavuusvirran määrittämiseksi, t u n - 25. e t t u siitä, että se käsittää välineet (5 - 14) materiaalivirran (1) halkaisijan (d) määrittämiseksi, jonka lisäksi laskentayksikkö (D) on järjestetty laskemaan materiaalivirran ti1 avuusvirt a määritettyjen materiaalivirran virtausnopeuden ja halkaisijan arvojen perusteella. 30

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että mainitut välineet materiaalivirran (1) halkaisijan (d) mittaamiseksi käsittävät jonoon järjestettyjen fotodiodien ryhmän (5), joka on 35 järjestetty vastaanottamaan materiaalivirran (!) säteilyä virtaussuuntaa vastaan kohtisuorassa linjassa (6), II 6951 9 19 - välineet (7) fotodiodien (5) jaksottaiseksi tunnuste]emi-seksi sen säteilymäärän suhteen, jonka kukin yksittäinen diodi vastaanottaa sitten edellisen vastaanotetun säteily-määrän tunnustelemisen jälkeen. 5. välineet (9, 10, 11) jokaisen sellaisen tunnustelemisen jälkeen niiden diodien joukon määrittämiseksi, jotka ovat vastaanottaneet ennaltamäärätyn tason (A1) ylittävän säteilymäärän ja antamaan laskentayksikölle (D) mittausarvo, joka edustaa tätä diodien joukkoa, joka laskentayksikkö on 10 järjestetty käyttämään hyväksi tätä mittausarvoa materiaa livirran (1) halkaisijan (d) mittana materiaalivirran tilavuusvirran laskennassa, - välineet (13) sen säteilymäärän keskiarvon määrittämiseksi, jotka mainittu diodien joukko on vastaanottanut, 15. välineet (14) mainitun keskiarvon vertaamiseksi vertailu- arvoon (Ar), ja - välineet (8) fotodiodien (5) tunnustelemisen jaksottaisuuden ohjaamiseksi mainitusta vertailusta riippumatta sellaisella tavalla, että mainittu keskiarvo saadaan vastaa- 20 maan mainittua vertailuarvoa.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että mainittu fotodiodiryhmä (5) on järjestetty vastaanottamaan ko. materiaalivirran (1) säteilyä kohdassa 25 niiden kummankin kohdan (2, 3) välillä, joissa mainitut säteily ilmaisimet (SI, S2) vastaanottavat materiaalivirran säteilyä. 30 6951 9 20 PATtNTKRAV