FI78781C - Maetanordning foer maetning av stroemning och/eller dess egenskaper. - Google Patents

Description

78781

MITTAUSLAITE VIRTAUKSEN OA/TAI SEN OMAINAISUUKSIEN MITTAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty mittauslaite virtauksen, kuten neste-tai kaasuvirtauksen, ja/tai sen ominaisuuksien mittaamiseksi.

•v.

. 10

Keksinnön mukainen mittauslaite on tarkoitettu väliaineen fysikaalisen tai kemiallisen suureen kuten tilavuusvirran, 15 maseavirran, lämpömäärän, pitoisuuden, seoasuhteen tai vastaavan suureen mittaamiseen·

Ennestään tunnetaan sellaisia virtauksen mittaukseen tarkoitettuja laitteita, joissa virtausputkeen on koakaiaali-20 eesti asennettu roottori ja aen eteen virtausta päävirtaussuunnasta poikkeuttava kiinteä Johtosiivikko. Suoraan ete- a neva virtaus saa johtosiivikon avulle ruuvimaisen tai vaa-v taavan nopeuskomponentin, Joka vuorostaan saa roottorin pyörimään. Roottorin pyörimisnopeus lasketaan kierrosluku-25 laskurilla ja tuloksen perusteella voidaan laskea, tai sopivan elektronisen laitteen avulle saada suoraan, virtausnopeus ja edelleen tilavuusvirta. Muita virtaavan väliaineen ominai8uuk8i8ta riippuvia suureita ei voida suoraan mitata.

30

Ennestään tunnetaan sellaisia lämpömäärän mittareita, joissa neste virtaa virtausputkeen asennetun turbiinin läpi. Nesteen lämpötilan muutokset vaikuttavat sopivasti bimetallists valmistettuihin turbiinin siipiin niiden kulmaa muut-35 taen. Tällöin lämpötilan muutos aaa aikaan myöa muutoksen 2 78781 siipien geometriassa ja edelleen turbiinin pyörimisnopeudessa. Sellaisia turbiinimittareita, joiden turbiinisiipien tulokulma virtaukseen nähden on vakio, voidaan käyttää tilavuusvirran mittaamiseen.

5

Turbiinin siipien vino asento aiheuttaa sen, että turbiiniin kohdistuu melkoinen virtauksesta johtuva aksiaalinen voimakomponentti, joka on otettava vastaan laakeroinnilla. Tämä vaikuttaa sekä laitteen herkkyyteen että sen käyttö-10 ikään.

Ennestään tunnetaan lämpömäärän mittauslaite, jossa turbiini tai roottori ja lämpötilan muutoksiin reagoiva bimetal-linen ohjauselin ovat erilliset.

15

Edellä esitettyjen mittauslaitteiden käytössä on puutteita ja ongelmia. Häiriöt ja vikaantumiset ovat tavallisia. Virtausta ja/tai sen eri ominaisuuksia mitattaessa tarvitaan eri mittauslaitteita. Mitkään tunnetut laitteet eivät so-20 vellu usean suureen mittaamiseen. Tosin eri kohteisiin tarvitaan yleensä tietyntyyppinen mittauslaite. Tätä ei vaihdeta ennenkuin se on vikaantunut tai sille on määrä suorittaa huoltotoimenpiteitä. Mittauslaitteen vaihto merkitsee aina kustannuksia.

Γ 25

Keksinnön tarkoituksena on mm. edellä esitettyjen epäkohtien poistaminen ja sellainen virtausta hyväkseen käyttävän mittauslaitteen toteuttaminen, jossa esim. huollon yhteydessä vain tietty osa on yksinkertainen toimenpiteen vaih-30 dettavissa. Tämä saadaan aikaan niiden keksinnön tunnusomaisten piirteiden avulla, jotka on pääasiassa esitetty ensimmäisessä patenttivaatimuksessa.

Keksinnön mukaisen mittauslaitteen etuja ovat yksinkertai-35 nen rakenne, huoltotoimenpiteiden helpottuminen ja perus- 3 78781 rakenteen puitteissa mittauslaitteen muunneltavuus, josta seuraa myös valmistuskustannusten laskeminen.

Keksinnön perusajatuksen mukaisesti mittauslaitteen runko, 5 joka sisältää liitäntävälineet muuhun virtauspiiriin ja ilmaisimen, jonka avulla roottorin tai vastaavan pyöriminen voidaan havaita, on sama mittauslaitteen eri sovellutuksilla. Rungon sisäosa muodostuu erillisestä putkimaisesta osasta, jonka sisälle on asennettu esim. roottori ja vir-10 tauksen ohjauselin sekä mahdollisesti näihin vaikuttava virtauksen ominaisuuksia kuten lämpötilaa mittaava anturi.

Tällainen mittauslaitteen rakenne mahdollistaa liikkuvien, kuluvien ja virtauksen kanssa kosketuksiin joutuvien mit-15 tauslaitteiden osien helpon vaihdettavuuden; putkimainen vaihto-osa poistetaan perusrungon sisältä ja uusi vaihto-osa asetetaan tilalle. Koko mittauslaitetta ei tarvitse mm. vikatapauksissa vaihtaa, mikä pienentää olennaisesti laitteen ylläpito- ja huoltokustannuksia. Tämän lisäksi 20 esim. mittauslaitteen aika ajoin suoritettavaksi määrättyä kalibrointia ei yksinkertaisesti tarvitse suorittaa; riittää, kun putkimainen vaihto-osa vaihdetaan uuteen samanlaiseen. Tämä merkitsee huomattavaa kustannusten säästöä; eihän tällöin mittauslaitetta tarvitse irroittaa, asentaa va-25 ralaitteen tilalle ja viedä varsinaista laitetta uudelleen säädettäväksi tätä toimenpidettä suorittavalle viranomaiselle tai vastaavalle.

Keksintö tarjoaa mahdollisuuden perusrungon puitteissa 30 muunnella ja soveltaa mittauslaitetta eri mittaustarpeiden mukaan. Esimerkiksi kun vaihto-osaan sijoitetaan sellainen virtauksen ohjauselin, jolla virtaus saatetaan spiraalimaiseen liikkeeseen , joka vaikuttaa edelleen roottorin pyörimiseen, niin tämän vaihto-osan avulla mittauslaite toimii 35 tilavuusvirtausmittarina. Jos taas esim. sopiva bimetalli- 4 78781 nen anturi sovitetaan vaihto-osaan saattamaan virtaus lämpötilasta riippuvaan spiraalimaiseen liikkeeseen, joka vastaavalla tavalla vaikuttaa roottorin pyörimiseen, niin tämän vaihto-osan avulla mittauslaite soveltuu virtauksen si-5 sältämään lämpöenergiaan kuten esim. lämpimän käyttöveden kulutuksen mittaamiseen. Lämpötila-anturin tilalle voidaan käyttää muitakin sopivia antureita, joiden avulla virtauksen ominaisuuksia voidaan mitata. Tähän tarkoitukseen soveltuvat erityisesti mitattavan suureen vaikutuksesta muo-10 toaan muuttavat anturit.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti oheisten piirustusten avulla, joissa

Kuvio 1 esittää tilavuusvirtausmittaria, jossa käytetään 15 hyväksi keksinnön mukaista vaihdettavaa osaa ja

Kuvio 2 esittää virtauksen lämpömäärän mittauslaitetta, jossa myös on vastaavanlainen vaihdettava osa.

Piirustuksissa esitetyt mittauslaitteet käsittävät rungon 20 1, jonka läpi kulkee virtauskanava 2. Rungossa 1 virtaus- kanavan 2 molemmissa päissä on esim. kierteet 21, 22 ja I niihin sovitettavat liitäntävälineet mittauslaitteen yhdis tämiseksi putkistoon tai vastaavaan virtauspiiriin. Rungon 1 yhteydessä on lisäksi anturi 3 roottorin tai vastaavan 25 kierrosluvun ilmaisemiseksi ja tämän suojakupu 4. Anturi 3 on yhdistetty liitäntäjohdolla 5 sen antamia viestejä käsittelevään yksikköön 6, kuten laskimeen tai laajempaan tietojenkäsittely-yksikköön.

30 Virtauskanavaan 2 on sovitettu irroitettava ja vaihdettava putkimainen osa eli vaihto-osa 7. Se on pituudeltaan edul-• - lisesti n. 3/4 virtauskanavan pituudesta. Vaihto-osan 7 si säpuolelle on asennettu sopiva turbiinirakenne tai virtauksen ohjauselin ja roottori 10. Virtauskanava 2 on varustet-35 tu olakkeella 8, jota vasten putkimainen osa 7 asetetaan.

5 78781 Tällöin roottori 10 ja roottorin kierrosluvun ilmaisin ovat samalla kohdalla. Olake 8 voidaan järjestöä joko vaihto-osan 7 pituuden etäisyydelle virtausksnavan 2 päästä, jolloin vaihto-osan pää lepää olaketta vasten tai vaihto-osan 5 keskelle, kuten piirustuksissa on esitetty, jolloin erillinen olake 9 on järjestettävä myös vaihto-osan 7 ulkopintaan. On edullista, että vaihto-osan 7 toinen pää on vir-tauskanevassa 2 rungon 1 päädyn tasalla. Tällöin se on helppo poistaa virtauskanavasta 2. Vaihto-osa 7 voidaan lu-( 10 kita paikoilleen virtauskanavaan liitäntävälineen kuten kierteisiin 22 sopivan väliholkin tai muun sovitusosan avulla. Vaihto-osa 7 voidaan valmistaa metallista kuten teräksestä tai muovista.

15 Kuvion 1 mukaisessa mittauslaitteessa vaihto-osaan 7a on sijoitettu roottori 10 ja virtauksen ohjsuselin 12. Roottori 10 on laakeroitu koakaiaalisesti vaihto-osan7a sisään oh-jsueelimen 12 keskiön js tukielimen 15 väliin. Roottorin 10 siivet 11 ovet olennaisesti samansuuntsiset oman pyörintö-20 akselinsa, vaihto-osan 7a Keskiakselin A-A javirtauskanavan 2 kanssa. Virtauksen ohjsuselin 12 on asennettu virtaus-suunnassa B roottorin 11 eteen. Ohjsuselin 12 muodostuu Γ ’ siivikoeta, jonka siivet 13 ovat rungon keskiakseliin A-A

ja roottorin siipiin nähden poikkeavassa kulmassa. Edulli-25 eesti nämä siivet on järjestetty kiertymään keskiakselin suunnassa siten, että virteuskanava peittyy siipien vaikutuksesta kokonaan. Tällöin ohjsuselimen 12 siivikon läpi ei missään olosuhteissa voi kulkea suoraa virtauskanavan suuntaista virtausta, vaan virtaus kulkee aina siipien 13 vä-30 listen poikkeutuskanavien 14 kautta ja saa kierteisen vir-taussuuntaan B nähden poikittaisen liikekomponentin. Näin pienikin virtaus virtauskanavassa saa aikaan roottorin 11 pyörimisen. Pyörimisnopeus on taas suoraan, verrannollinen virtausnopeuteen ja.kanavan tilavuusvirtaan.

35 6 78781

Kuvion 2 mukaisessa mittauslaitteessa vaihto-osaan 7b on sijoitettu laitteet, joiden avulla mittauslaite toimii lämpö-määrämittarina. Vaihto-osaan 7b on sijoitettu tässäkin tapauksessa roottori 10 ja virtauksen ohjauselin 16. Roottori 5 10 on laakeroitu vastaavalla tavalla kuin kuvion 1 mukai sessa vaihto-osassa ohjauselimen 16 keskiön ja tukielimien 15 väliin.

Ohjauselin 16 käsittää toistensa suhteen kierrettävissä 10 olevat osat: suuntaimen 17 ja ohjaimen 18. Ohjain 18 on kiinnitetty kiinteästi virtauskanavaan 2 ja suuntain 17 on laakeroitu tämän keskiöön. Suuntaimen 17 ja virtauskanavan 2 seinämän väliin on kiinnitetty anturi. Anturi on spiraalimainen bimetallijousi 23. Ohjauselimen 16 rakenne on esi-15 tetty suomalaisessa patenttijulkaisussa 63 489*

Virtaavan väliaineen lämpötilan vastatessa ennalta määrättyä vertailutasoa ohjausvälineen suuntain 17 ja ohjain 18 ovat kohtisuorassa toisiaan vasten ja virtaus kulkee pää-20 virtau8suuntaan B suoraan ja symmetrisesti kanavien 19, 20 läpi suuntaimen 17 ympäri. Roottori 10 ei tällöin pyöri. Kun väliaine lämpenee, bimetallianturi 23 toteaa sen ja kiertää akselin välityksellä suuntainta 17. Tämän seurauksena suuntaimen 17 ja ohjaimen 18 välisten kanavien 19, 20 25 poikkipinta-alat muuttuvat ja väliaine saa spiraalimaisen liikekomponentin, joka saa roottorin 10 pyörimään.

Edellä esitetyissä mittauslaitteissa runkoon 1 kiinnitetty anturi 3 on edullisesti Hall-anturi tai vastaava magneetti-30 kentän muutoksia ilmaiseva anturi. Roottorin 10 kahteen siipeen 11, jotka sijaitsevat symmetrisesti akselin vastakkaisilla puolilla, on kiinnitetty vastaavasti magneetit 24. Anturi 3 havaitsee tällöin roottorin. 10 pyörimisen ohittavien magneettien 24 aiheuttaman magneettikentän muu-35 tokeena. Muunkinlaisia antureita kuten optisia tai vastaa- 7 78781 via voidaan myös käyttää.

Anturin 3 lähettämien viestien käsittely-yksikkö 6 on eri mittauslaitteissa edullisesti rakenteeltaan samanlainen. Se 5 voi käsittää esim. keskusyksikön 61, tähän yhdistetyt ensimmäisen muistiyksikön 62, tulostuslaitteen 63 ja mahdollisesti toisen muistiyksikön 64. Ensimmäinen muistivksikkö 62 sisältää tarpeelliset tiedot vaihto-osasta 7? 7a,7b so. sen parametrit eli minkälaisesta mittaustapahtumasta on kyse.

, 10 Keskusyksikön 61 avulla viestit käsitellään muistiyksikön 62 sisältämiä tietoja hyväksi käyttäen. Toiseen muisti-yksikköön 64 tallennetaan esim. mittauksen tulokset, kunnes ne halutaan tulostaa tulostuslaitteella 63 kuten näyttöpäätteellä tai kirjoit time 11a.

15

Edellä kuvatut mittauslaitteet soveltuvat tilavuusvirran mittaamiseen ja virtauksen lämpömäärän eli sen sisältäneen lämpöenergian mittaamiseen. Kumpikin mittauslaite voidaan muuttaa toimimaan haluttaessa joko tilavuusvirta- tai läm-20 pöenergiamit tarina. Tämä tapahtuu vaihtamalla putkimaiset osat eli vaihto-osat 7; 7a, 7b sellaisiksi,että ne sisältävät haluttujen mittausten mukaiset laitteet ja muuttamalla käsit-( tely-yksiköön 6 ko. veihto-osaa vastaava muistiyksikkö 62 tai vastaava laskimen osa. Tämän muistiyksikön 62 sisältä-25 mien tietojen avulla keskusyksikkö 61 laskee joko virtaus-kanavan 2 tilavuusvirran tai virtauskanavan läpi kulkeneen nesteen/kaasun sisältämän lämpöenergian.

On huomattava, että vaikka keksintöä on edellä selitetty 30 vain kahden mittauslaitteen avulla, on selvää, että vaihto-osa voidaan sovittaa mihin tahansa nesteen tai kaasun ominaisuuksien mittauslaitteeseen, jossa käytetään hyväksi pyörivää roottoria tai vastaavaa elintä, jonka kierrosluku ilmaistaan ja jota tulosta käytetään edelleen halutulla ta-35 valla esim. säätöprosessissa hyväksi.

Claims (2)

78781 8

1. Mittauslaite virtauksen, kuten neste- tai kaasuvirtauksen, ja/tai sen ominaisuuksien mittaamiseksi, joka laite käsittää rungon (1), jossa on virtaus-5 kanava (2); runkoon (1) sovitetun putkimaisen elimen, joka on muodostettu vaihdettavaksi osaksi eli vaihto-osaksi (7), johon vaihto-osaan on koaksiaalisesti asennettu virtauksen ohjauselin (12; 16) ja sitä virtaus-suunnassa seuraava roottori (10); ja jonka rungon (1) 10 yhteydessä on ainakin roottorin kierrosluvun laskulaite tai vastaava ilmaisin (3), jonka avulla roottorin (10) kierrosluku määritetään roottoriin mekaanisesti koskematta; sekä liitäntävälineet mittauslaitteen yhdistämiseksi virtauspiiriin, tunnettu siitä, että 15 on olemassa erilaisia vaihto-osia (7; 7a, 7b), jotka kukin vaihto-osa sisältää edullisimmin mainittujen virtauksen ohjauselimien (12, 16) ja roottorin (10) lisäksi virtauksen ominaisuuksia, kuten lämpötilaa, mittavan anturin (23), joka vaikuttaa virtauksen oh-20 jauselimeen (12, 16), ja jolla mittauslaitteella voidaan mitata virtauksen erilaisia ominaisuuksia vaihtamalla laitteen vaihto-osa (7a) toiseen vaihto-osaan (7b), joka sisältää esim. erilaisen anturin (23), jolla voidaan mitata toisenlaisia virtauksen ominaisuuksia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittauslaitteeseen kuuluu lisäksi ilmaisimen (3) lähettämien viestien käsittely-yksikkö (6) joka käsittää keskusyksikön (61) ja ainakin yhden muistiyksikön (62), joka sisältää tiedot mittaus-30 laitteessa käytetystä vaihto-osasta (7; 7a, 7b).