FI92630B - Menetelmä nestemäisten väliaineiden virtauksen mittaamiseksi - Google Patents

Description

92630

Menetelmä nestemäisten väliaineiden virtauksen mittaamiseksi. -Förfarande för mätning av genomströmningen av ett flytande medium.

Keksinnön kohteena on menetelmä nestemäisten väliaineiden virtauksen mittaamiseksi, jossa menetelmässä mitattava väliaine virtaa koko pituudellaan pääasiallisesti saman sisäläpimitan käsittävän ympyrälieriömäisen kotelon läpi, jossa kotelossa vastuskappaletta ohjataan tiivistävästi kotelon seinämän sisäpintaa pitkin nestemäisen väliaineen virtauksen avulla, sopi-vimmin jousen, jolla on progressiivinen ominaiskäyrä, vaikutusta vastaan, ja siten ilmaistaan läpivirtaus vastuskappaleen siirtymän avulla, jossa vastuskappaleessa on sisäisen, aksiaa-lisesti läpimenevän virtauskanavan muodostava ontto sylinteri ja jonka vastuskappaleen ahtaimman kohdan muodostaa ontossa sylinterissä vaihdettavasti pidätetyn reikävälilevyn pääasiallisesti ympyrälieriömäinen reikä, jossa välilevyssä on vastapäätä virtauskanavan ahtainta poikkipintaa, sitä olennaisesti pienempi vastuskappaleen aksiaaliliikkeen aikana kotelossa muuttumaton vapaa reiän poikkipinta.

Tunnetut tilavuuden virtausmittarit nestevirtausten mittaamista ja valvomista varten toimivat leijukappaleperiaatteen mukaan. Näissä laitteissa virtausvastus, joka esiintyy mittauslaitteessa olevan leijukappaleen ympäri- ja/tai läpivirratessa, aikaansaa sen siirtymisen mittausputkeen nähden. Leijukappaleen siirtymä mittausputkessa, koska virtausvastus on riippuvainen tila-vuusvirtauksesta, on tilavuusvirtauksen mitta. Näissä niin kutsutuissa leijukappalemittauslaitteissa virtausvastuksesta seurauksena olevan voiman leijukappaleen nosteen verran pienentämä paino pitää tasapainon. Leijukappaleen siirron ja tilavuusvirtauksen välisen sopeutuksen ylläpitämiseksi leijukappaleen ohjausputki on muodostettu sisältä kartiomaiseksi. Ohjausputken tietyllä lisämuotoilulla voidaan toteuttaa lineaarinen lukema ja suurempi mittausalue. Kuitenkin tällaiset laitteet täytyy 92630 2 asentaa pystysuorasti. Lisäksi ne ovat erittäin riippuvaisia viskositeetista. Vastuskappaleen jousikuormituksella voidaan kuitenkin myös saavuttaa sijainnista riippumaton asennus. Suuri lukumäärä tunnettuja tilavuuden virtausmittareita, jotka toimivat vastuskappaleen periaatteen mukaan, käyttävät hyväkseen pinnan laajennusta tilavuuden virtausta kohotettaessa, riittävän suuren mittausalueen käyttämiseksi. Tämä laajennus toteutetaan rakenteellisesti siten, että mittauspinta muodostetaan rengasväliksi. Virtausvastus, joka kehitetään rengasvälin läpivirtauksessa vastuskappaleeseen ei ole kuitenkaan erityisesti pienehköllä tilavuusvirtauksella viskositeetista riipumaton. Niinpä myöskin tämän rakennemuodon mukaisissa laitteissa, jotka kehitettiin ottaen huomioon pitkälle menevä viskositeetista riippumattomuus, pienellä tilavuusvirtauksella jopa 500 %:n poikkeama lukemassa samalla veden virtauksella.

Syrjäytysperiaatteen mukaan toimivat tilavuuden virtauslait-teet, esim. soikiopyörämittarit ovat kyllä viskositeetista riippumattomia, mutta niillä on suuret käyttökustannukset ja siten ne ovat kalliita. Lisäksi tilavuuden läpivirtaus voidaan saada ainoastaan lisämittausarvokäsittelyllä, koska syrjäysmit-tari summaa kaiken aikaa yksinomaan läpivirtausmäärän. Kustannuksiltaan edullista mittausta ja valvontaa aikaisemmin ei ole ollut saavutettavissa tämän laatuisilla virtausmittareilla.

Tällaisissa virtausmittareissa vastuskappale kulkee hyvin ahtaalla sovituksella ohjauskotelossa. Rengasväli vastuskappaleen ja ohjauskotelon välillä vältetään. Siten koko mittausvir-ta ohjataan reikävälilevyn reiän kautta. Koska reiän läpimitta on pieni verrattuna vastuskappaleen sisäläpimittaan, virtausvastus vastuskappaleen sisäosassa voidaan jättää huomioon ottamatta siihen virtausvastukseen nähden, joka syntyy reikävälilevyn läpivirtauksen vaikutuksesta. Virran hydroenergia vastus-kappaleeseen kehitetään siten käytännöllisesti yksinomaan pai-nehäviöllä reikälevyssä. Jos virtausmittari täytyy olla pantu 3 92630 paikalleen sijoituksesta riippumatta, vastuskappale vaikuttaa jousta vastaan, jolla sopivimmin on progressiivinen ominaiskäy-rä, käytännöllistä käyttöä varten riittävän mittausalueen saamiseksi vastaavalla mittauslukeman hajonnalla. Käytettynä jou-sena voi olla kartiomainen puristusjousi. Tällöin jousi on sijoitettu siten, että saavutetaan lineaarinen riippuvuus vas-tuskappaleen iskun ja tilavuuden virtauksen välillä. Toisaalta jousi voi olla asennettu koteloon ja toisaalta vastuskappalee-seen. Leijukappale voi olla varustettu myöskin kestomagneeteilla, jotka aikaansaavat kotelon ulkopuolelle sovitetun jännit-teettömän suojakaasukosketuksen (Reed-Switch), niin että saatu hermeettinen katkaisu tai erotus väliaineen ja sähköisen koske-tuslaitteen välille.

Julkaisusta DE-OS 29 46 826 on tunnettu nestemäisiä tai kaasumaisia väliaineita varten virtausvalvontalaite, joka koostuu kulloisenkin väliaineen virtaustielle kytkettävästä kotelosta, tähän koteloon, lähtien ennalta annettaessa lepoasemasta esijännitys jousen voimaa vastaan siirrettävästä mitta-anturista ja ainakin yhdestä virtaustilan ulkopuolelle sovitetusta, mitta-anturin liikkeestä riippuvaisena toimivasta tulkintalaittees-ta, jolloin liikkuvasti laakeroidulla mitta-anturilla on tasomaisen välilevyn muoto, jossa on ainakin yksi aukko ja jolloin tämä tasovälilevy on pidätetty keskiöidysti välin muodostaen virtaustilan seinämään nähden esi jännitysjousen välityksellä. Täten toisaalta myöskään väliaineen suurella likaantumismääräl-lä tai epäpuhtauksien suurella osuudella ei saa esiintyä minkäänlaista pinteytymis- tai kallistumisvaikutusta ja toisaalta täytyy taata myöskin kulloisenkin väliaineen suuresti vaihtele-villa viskoositeettiarvoilla moitteeton toimintatapa, s.o. että kytkentähystereesiin nähden kytkentä- ja irtikytkentäkohdan välillä sekä painehäviöön nähden suurilla virtausmäärillä verrattuna aikaisemmin tunnettuihin laitteisiin täytyy taata olennaisesti paremmat ominaisuudet. Tällöin tasovalilevyn paksuuden täytyy olla pieni tasovälilevyn läpimittaan nähden.

92630 4 Tällaisella virtauksen valvontalaitteella riittävällä mittaustarkkuudella erityisesti pienillä tilavuusvirtauksilla ei voida saavuttaa luotettavaa viskositeetista riippumatonta mittausta.

Sama pitää paikkansa julkaisun US-A 3 766 779 mukaiselle virtausmittarille, jolla mm. ehdotetaan käyttää erilaisia viskositeetteja varten reikävälilevyjä, joilla on reiän erilainen konfiguraatio ja koko. Kuitenkaan ei ole tunnettavissa, mitä vis-kositeettialueita varten, joita reikävälilevyjä varten täytyy käyttää, pitkälle menevästi viskositeetista riippumattoman mittaustarkkuuden saavuttamiseksi.

Tästä lähtien tämän keksinnön tehtävänä on ehdottaa menetelmä nestemäisten väliaineiden virtauksen mittaamiseksi virtausmittarilla, jolla suurella mittaustarkkuudella ja mittausherkkyy-dellä voidaan entistä paremmin välttää mitattavan väliaineen viskositeetin epäedulliset ja erityisesti lämpötilasta johtuvien viskositeetin muutosten epäedulliset vaikutukset pienien virtausmäärien alueella.

Tämä tehtävä ratkaistaan alussa mainittua laatua olevassa menetelmässä siten ja keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä että kulloinkin käytetään sellaista reikävälilevyä, että lähtien alarajasta 10-6 m^/s (1 cSt) ja mitattavan nestemäisen väliaineen ilmaistavan viskositeettialueen ylärajan kasvaessa suurenee välilevyn paksuuden suhde reiän läpimittaan, mutta on kuitenkin välillä 0,05 ja 1,0, jolloin erityisesti reikäväli-levyn paksuuden suhde reiän läpimittaan mitattavan väliaineen viskositeettialueella noin 10-6 (icSt) - 2x10"^ m^/s (200 cSt) on noin 0,5, viskositeettialueella noin 10~® (1cSt) - 1 0“3 m^/s (1000 cSt) noin 0,7 ja viskositeettialueella noin 10~6 (1 cSt) - 2,5 x 10-3 m^/s (2500 cSt) noin 1 sekä muilla viskositeetti-alueilla vastaavasti näiden välillä.

5 92630

Jos on olemassa viskositeettialue, jonka sisällä virtausmittaus voidaan suorittaa annetulla reikävälilevyllä, jolla on riittävä tarkkuus, lähtien arvosta 1 cSt, siis verraten pienestä arvosta, viskositeettialue on siis esimerkiksi välillä noin 1-200 cSt ja viskositeettialue, jonka sisällä keksinnön mukaisella virtausmittarilla täytyy voida mitata halutulla tarkkuudella, laajennetaan siis esimerkiksi alueeseen 1-1000 cSt, niin keksinnön mukaisen teorian mukaan on siirryttävissä reikäväli-levyyn, jonka paksuuden suhde reiän läpimittaan on suurempi, mutta sentään vielä pienempi kuin 1.

Näin saadaan esimerkiksi viskositeettialuetta noin 1-200 cSt varten pitkälle menevästi viskositeettiriippumattomuus, kun valitaan reikävälilevy, jonka paksuuden suhde läpimittaan on noin 0,5. Kun sen mitattavan väliaineen tai niiden mitattavien väliaineiden, jota tai joita varten täytyy käyttää keksinnön mukaista virtausmittaria viskositeettialueella 1-1000 cSt, niin käytetään suuremman tarkkuuden pitkälle menevää viskositeetista riippumatonta mittausta varten sopivimmin reikävälilevyä, jota varten välilevyn paksuuden suhde reiän läpimittaan on noin 0,7. Jos keksinnön mukaisella virtausmittarilla täytyisi lukea väliaineita viskositeettialueella 1-2500 cSt, valitaan sopivimmin reikävälilevy, jonka paksuuden suhde reiän läpimittaan on noin 1. Viskositeettialueita varten, jotka ovat edellä esimerkin vuoksi mainittujen viskositeettialueiden 1 cSt yläpuolella, käytetään kulloinkin reikälevyä, jonka paksuuden suhde reiän läpimittaan sopivasti on mainittujen arvojen välillä, mahdollisimman suuren viskositeettiriippumattomuuden saavuttamiseksi.

Keksinnön mukaan edelleen ehdotetaan, että kulloinkin käytetään sellaista reikävälilevyjä, että kasvavaa luettavaa maksimaalista tilavuuden läpivirtausta varten reiän läpimitta, mutta myös välilevyn paksuus suurenee. Tämä merkitsee sitä, että keksinnön mukaisen virtausmittarin annettua viskoositeettialuetta ja annettua suurinta tilavuusvirtausta varten suurempi maksimaalinen 92630 6 tilavuuden virtaus riittävällä viskositeetista riippumattomalla mittaustarkkuudella voidaan taata siten, että siirrytään reikä-välilevyyn, jonka reiän läpimitta ja myös levyn paksuus on suurempi kuin aikaisemmin käytetty reikävälilevy.

Tämän keksinnön muut tarkoitukset, tunnusmerkit, edut ja käyttömahdollisuudet käyvät selville erään sovellutusesimerkin seu-raavasta selostuksesta, viitaten oheiseen piirustukseen. Tällöin kaikki kuvatut ja/tai kuvannollisesti esitetyt tunnusmerkit sellaisenaan tai mielivaltaisena mielekkäänä yhdistelmänä muodostavat keksinnön kohteen myöskin riippumatta niiden yhdistelmästä patenttivaatimuksissa.

Yksi ainoa kuvio havainnollistaa pystyleikkauksena keksinnön käsittävää vastuskappaletta virtausmittarin ylhäältä ja alhaalta katkaistussa putkimaisessa ohjauskotelossa.

Virtausmittarissa on pystysuora, joka tapauksessa sisältä lieriömäisen putken muotoinen kotelo 1, jonka lävitse mitattava väliaine virtaa alhaalta ylöspäin. Tämän kotelon 1 sisäläpimit-ta on koko pituudellaan pääasiallisesti muuttumaton. Kotelossa 1 nestemäisen väliaineen virtaus ohjaa tiivistävästi vastuskappaletta 4 kartiomaisen jousen 2, jolla on progressiivinen omi-naiskäyrä, vaikutusta vastaan. Vastuskappaleessa 4 on sisäisen aksiaalisen läpivirtauskanavan 5 muodostava ontto sylinteri 6. Vastuskappaleen 4 ahtaimman kohdan muodostaa ontossa lieriössä 6 vaihdettavasti pidätetyn reikävälilevyn 8 pääasiallisesti pyöreä reikä 7. Tämän reiän vapaa (pienin) poikkileikkausala virtauskanavan 5 pienimpään poikkileikkausalaan nähden on olennaisesti pienempi, niin että vastuskappaleen 4 virtausvastuksen määrää käytännöllisesti yksinomaan reikävälilevy 8. Tämän reikävälilevyn 8 vapaa reiän poikkileikkaus pysyy muuttumattomana vastuskappaleen 4 liikkuessa aksiaalisesti kotelossa 1.

7 92630

Vastuskappaleen 4 ohjaus seinämän sisäpintaan 3 tapahtuu kahdella ulkokehälleen aksiaalisen välin päähän sovitetulla O-ren-kaalla 9, jotka samanaikaisesti pitävät huolen tiivistyksestä kotelon 1 sisäseinämäpintaan 3 nähden, niin että virtaus johdetaan yksinomaan reikävälilevyn 8 reiän 7 kautta.

Välilevyn 8 reiän 7 reunama esitetyssä tapauksessa on sylinte-rimäinen. Se voi kuitenkin olla myös vähän pyöristetty.

Laakea, ulkoa ympyrän muotoinen reikävälilevy 8 on sovitettu onton lieriön 6 otsapinnan puoleiseen syvennykseen 11 sopivammin voimanmukaisesti. Se on (lisäksi) pidätetty syvennyksessä 11 voimanmukaisesti sijoitettavalla sovitusrenkaalla 12.

Sovitusrenkaan 12 aukko 13 onton sylinterin 6 osana muodostaa tässä tapauksessa virtauskanavan 5 pienimmän poikkipinnan, joka kuitenkin myös on olennaisesti suurempi kuin reikävälilevyn 8 reiän 7 poikkipinta, niin ettei myöskään sovitusrengas 12 ole olennaisesti mukana määräämässä vastuskappaleen 4 virtausvastusta .

Onton sylinterin 6 seinämän ulkopinnassa 17 on uramainen syvennys 16, johon on sovittu aksiaalisesti päällekkäin kolme magnetoitua magneettirengasta 14 molempien O-renkaiden 9 väliin. Tällöin nämä magneettirenkaat varmistavat pienen välin ohjaavan kotelon 1 seinämän sisäpinnasta 3, niin että ne eivät lisää vastuskappaleen 4 kitkaa kotelon 1 seinämän sisäpintaan 3.

Claims (2)

1. 8 92630