FI77933C - Maetanordning. - Google Patents

Description

1 77933

Mittalaite. - Mätanordning.

Keksintö koskee mittalaitetta, tarkemmin sanottuna laitetta, joka mahdollistaa nesteen ominaisuuksien, kuten määrän, tiheyden, viskositeetin ja, jos halutaan, lämpötilan mittaamisen dynaamisesti.

Tarkemmin sanottuna keksintö pyrkii: mittaamaan nestetasoja yhden tai useamman ideksimerkin suhteen; mittaamaan tiheydeltään erilaisia pintojen nesteissä ja määrittämään mainitut pinnat yhden tai useamman indeksimerkin suhteen; mittaamaan nesteiden tiheyksiä eri tasoilla; mittaamaan nesteiden viskositeetin eri tasoille; mittaamaan nesteiden lämpötilat eri tasoilla; mittaamaan nestesäiliön tai nestekanavien pystysuorat dimensiot sekä korkeuserot nestetasojen ja/tai tiheydeltään erilaisten pintojen välillä.

Keksinnön mukainen laite on edullinen käyttää minkälaisissa tahansa nestesäiliöissä tai -kanavissa, tarkemmin sanottuna, kun höyryt ja/tai kaasut todennäköisesti muodostavat räjähdys-vaaran hetkellisesti tai pysyvästi nesteen yläpuolella, jota varten on ryhdyttävä varotoimenpiteisiin, sekä myös kun varastoidaan nesteitä ja/tai kaasuja joiden paine on korkeampi kuin ilmanpaine.

Tätä tarkoitusta varten keksinnön mukainen laite mahdollistaa yllä mainitut mittaukset ja vielä muita sekä käyttää sinänsä tunnettua periaatetta, nimittäin johtoon, nuoraan tai vastaavaan syntyvän jännityksen mittaamista mainittuun johtoon tai nuoraan syntyvien värähdysten avulla.

Keksinnön mukaisella laitteella saavutetaan seuraavat edut: - se mahdollistaa nestesäiliön sisäosan täydellisen erottamisen ilmakehästä ja mahdollisista sähköisistä ohjauselementeistä; - se välttää sähköiset signaalit vaarallisella alueella nestepinnan yläpuolle ja/tai ylipaineisella alueella; 2 77933 - se voidaan asentaa ja/tai poistaa ilman, että säiliöstä pääsee ulos mahdollisia vaarallisia tuotteita; - myös silloin, kun se on ensimmäistä kertaa asennettu, se mahdollistaa nestesäiliön pystydimensioiden riippumattoman määrittämisen sekä myös nesteen tai erilaisten tiheyksien erotuspintojen absoluuttisen korkeuden säiliön suhteen ilmaisten mainitut erot halutuissa yksiköissä, esim. millimetreinä tai millimetrin osina.

Keksinnön mukainen laite, joka pystyy täyttämään yllä mainitut vaatimukset, käsittää olennaisesti mittalaitteen, toisesta päästään mainittuun mittalaitteeseen kiinnitetyn mittauselemen-tin, mainitun mittauselementin vapaaseen päähän kiinnitetyn mittauskappaleen, heilurin, joka kykenee heilauttamaan mainit« tua mittauselementtiä, mainitun mittalaitteen käyttöelimen, mainitun heilurin käyttöelimen sekä loogisen ohjausyksikön yhdistelmän.

Oheisen keksinnön piirteet tulevat selvemmiksi seuraavasta suositeltavan sovellutusmuodon selostuksesta, joka on esitetty esimerkkinä ilman rajoituksia viitaten oheisiin piirustuksiin.

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaisen laitteen pystykuvantoa.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista laitetta nuolen F2 sunnasta nähtynä.

Kuvio 3 esittää kaaviollisesti yksinkertaista heiluria.

Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen laitteen sovellutusta.

Kuvio 5 esittää muunneltua sovellutusmuotoa, jonka avulla voidaan mitata nesteen lämpötila.

3 77933

Kuten kuvioissa 1 ja 2 on esitetty, keksinnön mukainen laite käsittää kiekon 1, säikeen, nuoran, nauhan, johdon tai vastaavan 2, kappaleen 3, heilurin 4 ja mekaanisen suodattimen 5.

Säie 2 on ohjattuna kahden kiinteän ohjainparin 6-7 ja 8-9 välissä, kiinteän ohjaimen 10 avulla ja kahden liikkuvan heiluriin 4 kiinnitetyn ohjaimen 11-12 välissä.

Sanomattakin on selvää, että kiekon 1 pyörimisen ja kappaleen 3 pystysuuntaisen siirtymisen välisen suhteen on oltava tunnettu erittäin tarkasti, kiekkoa on mahdollista pyörittää halutulla tavalla, esim. askelmoottorin avulla, kestomagneetti saatetaan pyörimään sähkömekaanisin keinoin.

Säikeen 2 on oltava riittävän ohut ja joustava pysyäkseen tiukkana havaittavan minimivoiman vaikutuksen alaisena, mikä esiintyy esim. kun mitataan nestesäiliön pohjaa. Sen on oltava myös riittävän vahva kestääkseen mitattavat maksimivoimat, jotka esiintyvät esim. kun mitataan säiliön yläpohjaa. Säikeen 2 on pystyttävä lukitsemaan kelausjärjestelmä ilman, että se vahingoittuu tai katkeaa.

Aiottu tarkkuus määrää säikeen sallitun venymän mekaanisen kuormituksen vaikutuksesta sekä säikeen sallitun laajenemisen huoneen lämpötilan vaikutuksesta.

Kappaleella 3 on sopivimmin sylinterimäinen muoto. Se on valmistettu materiaalista, jonka ominaispaino on sellainen, että kun mainittu kappale 3 upotetaan käsiteltävistä nesteistä suurimman tiheyden omaavaan nesteeseen, kappale 3 aikaansaa mainittuun säikeeseen voiman, joka on riittävän suuri säilyttämään säie 2 tiukkana.

Mainittu kappale 3 viimeistellään siten, että kun se poistetaan nesteestä, se poistaa mahdollisimman vähän nestettä.

4 77933

Heiluri 4, joka sallii säikeessä 2 olevan jännityksen muuntamisen mittaussignaaliksi, saatetaan lepotilaansa säikeen 2 avulla voimalla, joka on säiettä kuormittavan painon funktio, ts. kappaleen 3 näennäinen paino.

Heilurin 4 heilahtelu saadaan aikaan ja säilytetään loogisen ohjausyksikön avulla, joka myös kykenee tallentamaan ja käsittelemään heilurin 4 resonanssisignaaleja.

Suositeltavassa sovellutusmuodossa heilurin heilahtelu saadaan aikaan kestomagneetin avulla (ei esitetty piirustuksissa), joka on kiinnitetty akselille 14 ja jota voidaan käyttää mainitun loogisen ohjausyksikön kanssa yhdistetyn sähkömagneetin avulla.

Mainittu looginen ohjausyksikkö voi muodostua mikroprosessorista, joka ohjaa sekä kappaleen 3 asemaa ja heilurin 4 heilahtelua että käsittelee heilurin 4 resonanssisignaaleja. Tällainen ohjausyksikkö voi saataa mittaustulokset kunkin asianomaisen henkilön saataville ja se kykenee vastaan ottamaan ohjauksia ja mahdollisesti järjestelmälle arvokkaita parametreja.

Mekaanisen suodattimen 5 tarkoituksena on estää säikeessä 2 olevien kiihtyvyysvoimien, jotka ovat seurausta heilurin 4 heilahtelusta, vaikuttaminen kappaleeseen 3.

Elementtien 3-5 resonanssitaajuuden on oltava sopivasti vaimennettu, jotta se ei vaikuttaisi heilurin toimintaan ja sen on oltava heilurin 4 aksiaalisesti säikeeseen 2 aikaansaaman taajuuskaistan ulkopuolella. Mekaaninen suodatin voi olla valmistettu mistä tahansa joustavasta materiaalista, kuten keino-- hartsista, jousesta tai vastaavasta.

Ennen keksinnön mukaisen laitteen toiminnan selostamista vaikuttaa järkevältä aloittaa selostus kuvion 3 mukaisesta heilurista.

5 77933

Mitä tulee kuvion 3 mukaiseen heiluriin, on tunnettua, että sen taajuus saadaan kaavasta: missä, f = taajuus, y = vakio, joka määrää vääntövastuksen A:n ympäri, λ = kitkavakio, J = heilurin hitausmomentti, A = ripustuspiste.

Tässä esimerkissä: μ = mgl J = ml2 m = heiluriin kiinnitetyn kappaleen 15 massa (heilurin heilahdus varren massa jätetty huomioon ottamatta), g * maan vetovoiman kiihtyvyys, 1 = heilurin pituus.

Kun kitka pisteessä A ja ilmavastus jätetään huomioon ottamatta, saa λ arvon nodla.

Vastaavasti yllä mainittu kaava saa muodon: '-iVf

Yllä mainitusta seuraa, että taajuuden määrää y, ts. palautus-vääntövastus, kun J ja X ovat muuttumattomia.

Keksinnön mukaisesti, kuten kuviossa 1 on esitetty, heiluri 4 on varustettu mittauskappaleella 3, joka vaikuttaa mainittuun palautusvääntövastukseen ja vastaavasti taajuuteen.

6 77933 Tässä tapauksessa: μ = vakio, joka määrää palautusvääntövastuksen akselin 14 ympäri, jonka itsensä määrittää heilurin 4 paino, kappaleen 3 paino ja pisteiden 16 ja 17 väliin jäävän säikeen osan paino, J = kaikkien akselin 14 ympäri heilahtavien elementtien hitausmomentti , λ = kaikkien akselin 14 ympäri heilahtavien elementtien kitka.

Keksinnön mukaisessa laitteessa voidaan jättää säikeen paino, heilurin paino ja kitka pisteissä 16 ja 18 huomioon ottamatta, mikä merkitsee sitä, että λ ja J ovat vakioita riippumatta kiertämättä olevan säikeen pituudesta, kun taas μ:η määrittää kappaleen 3 paino.

Keksinnön mukainen laite mahdollistaa nesteen eri ominaisuuksien mittaamisen ja se toimii seuraavassa selostettavalla tavalla.

Nestepinnan tason mittaamiseksi käytetään sitä tosiasiaa, että heilurin 4 heilahdustaajuuden määrää kappaleen 3 paino. Kun kappale 3 upotetaan nesteeseen, sen näennäinen paino alenee, alentaen siten mainittua taajuutta.

On ilmeistä, että kappaleen 3 upottaminen puoleen väliin nesteeseen vaikuttaa määritettyyn taajuuteen, esim. fr, joka voidaan valita vertailutaajuudeksi.

Siitä on seurauksena, että nestetason mittaus vaatii säätöjärjestelmää, joka voi muuttaa kappaleen 3 asentoa kunnes heiluri heilahtaa taajuudella fr. Kun akselia 13 ohjaa askelmoottori, tämä merkitsee sitä, että askelmoottorin askeleiden lukumäärä samaan suuntaan määrittää korkeuseron vertailuasemaan nähden.

Jotta voitaisiin mitata kahden nesteen välissä oleva nestetaso edellisen esimerkin tavoin, riittää, että valitaan ennalta määrätty taajuuden arvo fr, syötetään tämä arvo mainittuun loogiseen ohjausyksikköön ja mitataan korkeusero vertailupisteeseen nähden.

7 77933

Keksinnön mukaisen mittalaitteen yleinen sovellutus on esitetty kuviossa 4.

Tämä kuvio esittää astian 19, joka on varustettu keksinnön mukaisella laitteella, joka tässä esimerkissä on asennettu putken 20 yläpäähän. Viimeksi mainittu ulottuu sopivimmin astiaan 19, jotta muodostettaisiin ohjain kappaleelle 3. Mainitun putken 20 sisäpuoli on jatkuvasti yhteydessä astian sisällön kanssa, esim. raon avulla, joka on järjestetty säiliön 19 koko korkeudelle. Mainittu sisältö muodostuu nimittäin kahdesta nesteestä 21, 22, joilla on erisuuret tiheydet ja joiden tasot on viivoilla A-A ja B-B.

Mainittu putki 20 käsittää sopivimmin kaksi rajoitinta 23-24, joita käytetään vertailupisteinä. Kuitenkaan mainitut rajoitti-met eivät ole välttämättömiä, koska astian pohja 25 ja keksinnön mukaisen laitteen alempi osa voivat myös toimia rajoittimina.

Ylemmän indeksipisteen määrittämiseksi riittää kappaleen 3 nostaminen ylöspäin vasten rajoitinta 24. Mainitun kosketuksen vuoksi jousen 5 jännitys kasvaa ja kappaleen 3 paino myös näennäisesti kohoaa, aiheuttaen siten resonanssitaajuuden kasvamisen. Siten mainitun taajuuden arvo fr1 vastaa kappaleen 3 tätä asentoa ja se riittää säätöjärjestelmän (mikroprosessori) informoimiseksi tästä arvosta. Vastaavasti mainittu vertailupiste viittaa nollan suuruiseen korkeuseroon.

Alemman indeksipisteen määrittäminen (rajoitin 23 tai pohjan 25) suoritetaan samalla tavalla lukuun ottamatta sitä, että kappaleen 3 kosketus rajoittimen 23 tai pohjan 25 kanssa aiheuttaa kappaleen 3 painon näennäisen vähenemisen ja vastaavasti resonanssitaajuuden alenemisen. Tämä taajuus, joka ilmoitetaan säätöjärjestelmälle, vastaa suurinta korkeuseroa.

Ottamalla huomioon, että kappaleen näennäinen paino riippuu nesteen tiheydestä, johon kappale on upotettu, riittää, että kappale 3 sijoitetaan peräjälkeen tasojen B-B ja A-A alapuolelle, jotta voitaisiin määrittää nesteiden 22 ja 21 tiheys 8 77933 alkaen säätöjärjestelmään lähetetyistä resonanssisignaaleista.

Samalla tavoin on mahdollista mitata nesteen viskositeetti.

On tunnettua, että nesteen kitka kappaleessa 3 sen liikkuessa vakionopeudella nesteen lävitse on verrannollinen viskositeettiin. Viskositeetti voidaan määrittää lähtien kappaleen 3 painon näennäisestä lisääntymisestä tai vähentymisestä ja heilurin 4 taajuuden kasvamisesta tai vähenemisestä.

Keksinnön mukainen laite mahdollistaa myös lämpötilan mittaamisen nesteessä.

Tätä tarkoitusta varten, kuten kuviossa 5 on esitetty, kappale 3 varustetaan lämpötilanilmaisimella 26, jonka toinen pää on yhdistetty kappaleeseen 3 mainitun ilmaisimen toisen pään 27 ollessa vapaa. Pään 27 nostaminen kappaleen 3 suhteen antaa lämpötilailmaisun kappaleessa 3 ja/tai sen ympärillä.

Yllä mainittu vapaa pää 27 on varustettu tangoilla 28, jotka on yhdistetty kappaleen 3 ulkopuolella rajoittimen muodostavan renkaan 29 avulla. Järjestely on täydennetty elementillä 39, joka on vapaasti rajoittimen 24 päällä.

Kun kappaletta 3 nostetaan ylöspäin tietyssä pisteessä rengas 29 koskettaa elementtiä 30 ja nostaa sitä, aikaansaaden siten taajuuden muutoksen heilurissa 4, joten on mahdollista tietää täsmällisesti kappaleen 3 paikka annetussa lämpötilassa.

Siitä on seurauksena, että ilmaisimen 26 lämpötilan muutos saattaa renkaan 29 vasten elementtiä 30 kappaleen 3 toisessa asennossa.

Heilurin pienestä amplitudista ja säikeen ohjaimen mitättömästä kitkasta johtuen viimeksi mainittua voidaan nostaa hitaasti häiritsemättä mittausta.

« 9 77933

Lisäksi on huomattava, että säikeen ohjaus on positiivinen, ts. säikeen 2 heilahtelu saavutetaan heilurin 4 avulla, joka liikuttaa säiettä 2 hyvin määritetyssä tasossa. Siitä on seurauksena, että säikeen 2 ei-halutut liikkeet toisissa tasoissa jäävät pois tarjoten siten tarkan mittauksen.

Ohjauselimen 10 läsnäolosta johtuen ei-toivotut pisteen 17 värähtelyt on edelleen vaimennettu.

Edelleen on huomattava, että heilurin epälineaarisuuden käsittelevät yksiköt 3 ja 5.

Itse asiassa pisteen 17 korkeuden muutos on heilurin 4 kulma-amplitudin neliö, aiheuttaen siten mainitun pisteen 17 huomattavaa kiihtymistä.

Jotta estettäisiin mainittuja kiihtyvyyksiä vaikuttamasta mittaukseen, kappale 3 on liitetty säikeeseen 2 jousen 5 välityksellä, joka jousi vaimentaa mainitut kiihtyvyydet.

Tämä jousi 5 on suunniteltava siten, että elementtien 3 ja 5 taajuus on suurempi kuin heilurin suurin taajuus kaksinkertaisena.

Siten 2Ϊ \jl > ~k\f % - missä k on jousivakio.

Lisäksi tämän elementtien 3 ja 5 taajuuden on oltava heilurin taajuusspektrin ulkopuolella, jotta estettäisiin kappaleen 3 resonanssi heilurin taajuudella tai mainitun taajuuden yliväräh-telytaajuudella.

,ο 77933

Sanomattakin on selvää, että keksintö ei ole rajattu selostettuun sovellutusmuotoon sellaisena kuin se on esitetty oheisissa piirustuksissa. Siihen voidaan tehdä muunnoksia poikkeamatta keksinnön näkemyksestä.

Claims (19)

11 77933

1. Mittalaite astiassa olevien nesteiden ominaisuuksien, kuten pinnan tason, tiheyden, viskositeetin ja lämpötilan mittaamiseksi, johon mittalaitteeseen kuuluu heiluri (4), käyttöelimet, jotka saavat mainitun heilurin värähtelemään jatkuvasti, ja looginen ohjausyksikkö mainittujen käyttöelinten ohjaamiseksi, tunnettu siitä, että mittalaitteeseen lisäksi kuuluu paikanmittauslaite (1), lankamainen elementti (2), joka on kiinnitetty toisesta päästään paikanmittauslaitteeseen (1); mainitun lankamaisen elementin (2) vapaaseen päähän kiinnitetty mittauskappale (3), joka on painoltaan sellainen, että se pystyy pitämään lankamaisen elementin tiukkana, mainittua heiluria (4) pakotetaan kohti sen lepoasentoa lankamaisessa elementissä (2) olevan jännityksen avulla, mainittu looginen ohjausyksikkö on myös järjestetty vastaanottamaan ja käsittelemään heilurin (4) värähtelytaajuutta edustavan signaalin; elimet paikanmit-tauslaitteen (1) säätämiseksi siten, että mittauskappaletta (3) voidaan siirtää astiassa koko mittausalueella, jolloin paikanmittauslaite (1) on sovitettu mittaamaan kappaleen (3) paikan astiassa, heilurin värähtelytaajuuden, joka on kappaleen näennäisen painon funktio, ilmaistessa yhden tai useamman mainituista nesteen ominaisuuksista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu mittalaite (1) käsittää kiekon.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu mittauselementti (2) muodostuu joustavasta elementistä, esim. säikeestä, nuorasta, johdosta, nauhasta tai vastaavasta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauselementin (2) vapaa pää on yhdistetty mainittuun mittauskappaleeseen (3) mekaanisen suodattimen välityksellä. 12 77933

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että mekaaninen suodatin on tehty joustavasta materiaalista.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että mekaaninen suodatin käsittää jousen (5).

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu joustava materiaali on keinohartsia.

8. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauslaite (2) on ohjattuna vähintään kahdella tasolla, heilurin (4) johtavan pisteen (16) säikeessä (2) ollessa sijoitettuna mainittujen molempien ohjaustasojen väliin.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut ohjauspisteet ja mainittu johtava piste (16) on sijoitettu samaan pystysuoraan tasoon, kun heiluri (4) on levossa.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut ohjauspisteet ja mainittu johtava piste (16) on sijoitettu eri tasoihin, kun heiluri (4) on levossa.

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut molemmat ohjauspisteet, mainittu johtava piste (16) ja heilurin (4) heilahdusakseli (14) on sijoitettu saman pystysuoraan tasoon, kun heiluri on levossa.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut molemmat ohjauspisteet, mainittu johtava piste (16) ja heilurin (4) heilahdusakseli (14) on sijoitettu eri pystytasoihin, kun heiluri (4) on levossa. 1 Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut molemmat ohjauspisteet, mainittu johtava 13 77933 piste (16), heilurin (4) heilahdusakseli (14) ja mainitun kiekon (1) akseli (13) on sijoitettu samaan pystysuoraan tasoon, kun heiluri (4) on levossa.

14. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut molemmat ohjauspisteet, mainittu johtava piste, heilurin (4) heilahdusakseli (14) ja mainitun kiekon (1) akseli (13) on sijoitettu eri pystytasoihin, kun heiluri (4) on levossa.

15. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu säie (2) on täydentävästi ohjattu mainitun alemman ohjauselimen (8-9) alapuolella, mainitun ohjauselimen (10) ollessa sijoitettuna mainitun alemman ohjauselimen (8-9) kautta kulkevan pystytason ulkopuolelle.

16. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että ainakin mainittu heilurin (4) johtava piste (16) ja mainitun johtavan pisteen (16) ylä- ja alapuolella olevat ohjauselimet muodostuvat kahdesta elementistä, sopivimmin mainitun säikeen (2) molemmille puolille sijoitetuista teloista.

17. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittua kiekkoa (1) käyttää askelmoottori.

18. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että heiluri (4) toimii magneetin avulla.

19. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että mittakappaleen (3) sisäosa on varustettu lämpötilan ilmaisimella. 1 Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että tangot (28), jotka kykenevät toimimaan yhdessä 14 77933 mainitun kappaleen (3) ulkopuolella olevan liikkuvan rajoittimen (29) kanssa, on kiinnitetty mainittuun ilmaisimeen (26).