FI97829C - Mittausmenetelmä ja -laitteisto rajapintojen määrittämiseksi - Google Patents

Description

97829

Mittausmenetelmä ja -laitteisto rajapintojen määrittämiseksi

Keksinnön kohteena on mittausmenetelmä, jonka avulla voidaan turvallisesti ja luotettavasti määrittää aineiden rajapintoja eri aineiden ollessa 5 limittäin materiaalina tai nesteenä. Keksintö kohdistuu myös laitteistoon menetelmän toteuttamiseksi.

Nykyisin käytössä olevilla menetelmillä esimerkiksi eri nesteiden rajapinnat todetaan nestesäiliöistä laskemalla nestettä eri korkeudella ole-10 vien yhteiden kautta säiliöstä pois ja katsomalla silmämääräisesti, milloin neste muuttaa väriään tai muuttuu kaasuksi. Apuna voidaan käyttää esim. fluorivetyhapon toteamiseksi puukeppiä, jonka väri muuttuu tummaksi hapossa. Näin toteutettu rajapinnan määrittäminen on epätarkkaa ja nesteitä ulkoilmaan laskettaessa muodostuu ympäristöhaittoja ja 15 suoranaista ainehävikkiä. Mittaustapahtumassa on aina olemassa myös tapaturmariski, kun kyseessä ovat myrkylliset ja palovaaralliset aineet, kuten esim. fluorivetyhappo ja vastaavat aineet. Mittausta suorittavalla henkilöllä on oltava asianmukainen neopreenista valmistettu suojapuku ja umpinainen huppu, jonka sisään johdetaan letkulla hengi-20 tysilma. Lisäksi on varusteina oltava suojakäsineet ja jalkineet. Lisäksi säiliöihin joudutaan asentamaan useita yhteitä ainoastaan rajapintojen toteamiseksi, tämä aiheuttaa turhia valmistus- ja kunnossapitokustannuksia sekä paineastian rakenteen heikkenemisen.

25 Ultraäänen käyttöä suljetuissa säiliöissä olevien nesteiden pintojen määrittämiseen on lisäksi käsitelty patenttikirjallisuudessa: • · • · · • · • · · · 0* Julkaisussa GB-2050604 on esitetty resonanssin mittaaminen neste- korkeuden määrittämiseksi.

30

Julkaisussa GB-2100430 esitetään heijastumisen perustekniikkaa. Tässä anturi on sijoitettu säiliön pohjaan, jolloin etäisyydet yläpuolella oleviin nesteen rajapintoihin tulevat pitkiksi.

35 Julkaisussa GB-2126342 on esitetty mahdollisuus tutkia nestepinnan korkeutta mm. vastapäisestä säiliön seinämästä saatavan kaiun avulla.

Laite ilmaisee sen, tuleeko kaiku. Koska nestepinnan yläpuolella kaikua 2 97829 ei saada riittävässä määrin vastapäisestä seinämästä, ilmaisinlaite toimii on/off-periaatteella.

Keksinnön tarkoituksena on esittää uusi menetelmä, jolla on mahdollis-5 ta suorittaa eri nesteiden ja materiaalien rajapintojen määritys edellyttäen, että mitattavilla aineilla on toisistaan poikkeavat äänen etenemisnopeudet. Menetelmän käyttökohteita on erityisesti kemian- ja petrokemian teollisuudessa erilaisten aineiden prosessoinnissa ja säilön-nässä.

10 Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnus-merkkiosassa. Menetelmässä käytetään hyväksi vakioetäisyydellä uit-raääniluotaimesta sijaitsevaa, säiliön seinämästä erillistä vastetta, josta 15 ultraääni heijastuu takaisin luotaimeen.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa. Laitteisto on helppo asentaa olemassaoleviin säiliöihin.

20

Keksinnön tärkeimpinä etuina voidaan mainita seuraavia seikkoja: Menetelmällä voidaan rajapinnan määritys tehdä tarkasti. Menetelmää käytettäessä ei ainetta tarvitse päästää ulos säiliöstä, ja näin ei muodostu myöskään ympäristöhaittoja eikä ainehävikkiä. Mittaus voidaan 25 tehdä turvallisesti ilman aineen välitöntä kosketusvaaraa, koska ainetta ei tarvitse valuttaa säiliöstä ulos. Lisäksi paineastioiden rakenne yksin- • · . kertaistuu, koska ulospuhallusyhteitä ei tarvita. Näin syntyy kustannus-θ' säästöjä valmistuksessa ja kunnossapidossa.

30 Keksinnön mukaista mittausmenetelmää voidaan soveltaa myös siten, että rajapintojen tarkkailu voidaan toteuttaa ohjaamosta käsin ilman, , .· että operaattori käy laitteen luona suorittamassa mittausta.

• 0 « ··· »

Muihin ultraääntä hyväksikäyttäviin menetelmiin verrattuna menetelmän 35 etu on se, että mittaus voidaan suorittaa säiliön sivuseinämistä, joihin on helppo päästä, toisin kuin pohjan alle julkaisun GB-2100430 esittämällä tavalla. Lyhyen heijastusmatkan ansiosta saadaan riittävän voimakas signaali myös suurissa säiliöissä.

3 97829

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti oheiseen piirustukseen viittaamalla, joka esittää kaaviomaisesti mittaustapahtumaa eri aineita sisältävässä säiliössä säiliö leikattuna ja mittalaitteen näyttö-5 osaa, josta rajapinnat ilmenevät.

Kuviossa esitetään kaaviomaisesti säiliötä, jossa on kolmea eri ainetta kerroksittain varastoituna. Säiliön leikkauskuvassa on esitetty aineet a, b ja c. Aineiden rajapintojen toteamiseksi on säiliöön asennettu rajapin-10 tojen poikki ulottuva vaste 1 kiinnittämällä se runkoon 2 säiliön sisäpuolelle vakioetäisyydelle sivuseinämän sisäpinnasta. Vasteen etäisyys si-vuseinämästä on noin 10 cm. Näin varustetun säiliön rajapinta voidaan todeta ultraääntä hyväksikäyttäen laitteistolla, jota käytetään NDT-tar-kastustoiminnassa (non-destructive testing). Ultraääniluotainta 3 15 liikutetaan pystysuunnassa oletettujen aineiden rajapintojen yli, jolloin luotaimen 3 lähettämä ultraäänisignaali kimmahtaa takaisin lii-kuttelusuunnan suuntaisesta vasteesta 1, jolloin äänen etenemisnopeus näkyy näyttölaitteen ruudussa 4. Näyttölaitteessa olevan takaisin kimmahtaneen ultraäänen paluukaiku ilmenee näytössä kaikuna 5.

20 Lähtösignaalin 6 ja paluukaiun välinen aika ilmenee akselilla A suureena X.

Liikutettaessa luotainta rajapinnassa eri äänennopeuden omaavissa aineissa ilmenee aineiden raja äänen muuttuneena kulkunopeutena, joka 25 on havaittavissa luotaimen 3 lähettämän paluukaiun 7 muuttuneena aikana X1. Näin luotaimen 3 avulla pystytään luotettavasti määrittämään : aineiden rajapinnat ilman aineen poistoa säiliöstä. Luotaimen 3 aseman mukaisesti rekisteröidään aineiden rajapinnat, ja voidaan määritellä aineiden määrät suhteellisen tarkasti.

30 . .·. Erityisesti on huomattava, että keksinnön mukaisessa menetelmässä luotaimen liikuttaminen säiliön pinnassa voidaan toteuttaa käsin tai mekaanisesti, jolloin se voidaan myös automatisoida. Luotaimet voivat olla myös kiinteästi määrävälein säiliöön kiinnitettynä, jolloin aineiden raja-35 pinnat ovat koko ajan valvonnassa luotainten aseman mukaisesti. Erilaisista sovellustavoista keksinnön mukaiselle mittausmenetelmälle 4 97829 voidaan mainita sovellus, jossa luotaimen kanssa samaan liikuteltavaan rakenteeseen on asennettu kiinteä vaste, jolloin luotaimen lähettämä ultraääni kimmahtaa kiinteästä vakioetäisyydellä olevasta vasteesta takaisin. Näin varustettu rakenne upotetaan tutkittavaan, eri ai-5 neita sisältävään säiliöön, jolloin luotaimen kuljettaminen korkeussuunnassa ilmoittaa ultraäänen etenemisnopeuden muutoksella aineiden rajapinnat. Luotaimen asema korkeussuunnassa tutkittavassa säiliössä ilmoittaa, missä aineiden rajapinnat sijaitsevat.

10 Kiinteästi säiliöön kiinnitetty vaste voi sijaita myös säiliön sivuseinämän ulkopuolella. Säiliön ulkopuolella voi esimerkiksi kulkea erillinen pysty pienihalkaisijainen putki, jossa on sivuttaiset yhteet säiliöön, jotta rajapinnat putkessa ovat samalla kohtaa kuin säiliössä. Sijoitettaessa luotain vasten putkea toimii putken vastakkainen sisäseinämä vasteena.

15

Edellä on keksintöä esitetty vain yhteen sen edulliseen toteutusesi-merkkiin viitaten. Tällä ei kuitenkaan millään tavoin haluta rajoittaa keksintöä vain tätä esimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia seuraavien patenttivaatimusten määrittelemän keksin- 20 nöllisen ajatuksen puitteissa.

• · 1 · · • · • · · « · · • · • ·

Claims (8)

1. 5 97829
2. 1. Mittausmenetelmä rajapintojen toteamiseksi, jossa äänen kulkunopeuteen perustuvan menetelmän avulla etsitään säiliössä olevien eri 5 aineiden rajapintoja erilaiset äänenkulkunopeudet omaavista aineista tai aineyhdistelmistä, jolloin menetelmässä käytetään entuudestaan tunnettua äänen lähetin- ja vastaanottoyksikköä, esim. NDT-tarkastus-toiminnassa käytettävää ultraäänilaitteistoa, tunnettu siitä, että lähetin-ja vastaanottoyksikön luotaimella (3) lähetettävän ja vastaanotettavan 10 äänen kulkunopeutta säiliön sisältämässä aineessa tarkkaillaan vakioetäisyydellä luotaimesta (3) sijaitsevan, säiliön rungosta (2) erillisen vasteen (1) ja luotaimen (3) välillä eri äänennopeuden omaavien aineiden erottamiseksi toisistaan.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että vaste (1) on kiinnitetty säiliöön rajapintojen poikki ulottuvaksi va-kioetäisyydelle luotaimen sijoituskohdasta, jolloin luotainta (3) liikutellaan pitkin sijoituskohtaa vasteen (1) suuntaisesti tai käytetään kiinteästi säiliöön vasteen (1) kohdalle kiinnitettyjä useampia luotaimia. 20
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittausmenetelmä, tunnettu siitä, että vaste on kiinnitetty samaan liikuteltavaan rakenteeseen luotaimen (3) kanssa vakioetäisyydelle siitä, jolloin luotain upotetaan säiliöön eri rajapintojen havaitsemiseksi. 25 : 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen mittausmenetelmä, tun- nettu siitä, että kulkunopeutta tarkkaillaan näyttöyksiköllä (4), josta luotaimella (3) lähetettävän äänisignaalin (6) ja vastaan otetun kaiun (5) välinen aika (X) on visuaalisesti havaittavissa aika-akselilta (A), ja luo- 30 taimen (3) ja rajapinnan liikkuessa toistensa suhteen siten, että eri ää- : ;1· nennopeuden omaava aine tulee äänisignaalin vaikutuspiiriin, muuttuu • · · ' .·:· luotaimesta (3) lähtevän äänisignaalin kulkunopeus aineiden ominai suuksien mukaisesti ja paluukaiun (7) aikaeron perusteella verrattuna edellisen aineen kaikuun (5) voidaan todeta aineiden rajapinta, jossa 35 aineet ovat liittyneinä toisiinsa. 6 97829
5. 5. Laitteisto rajapintojen toteamiseksi, johon kuuluu säiliössä olevien eri rajapintojen toteamiseksi äänen lähetin- ja vastaanottoyksikkö, esim. NDT-tarkastustoiminnassa käytettävä ultraäänilaitteisto, tunnettu siitä, että lähetin- ja vastaanottoyksikön luotaimesta (3) vakioetäisyy- 5 dellä sijaitsee säiliön rungosta (2) erillinen vaste (1).
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että vaste (1) on kiinnitetty säiliöön rajapintojen poikki ulottuvaksi vakioetäisyydel-le luotaimen (3) sijoituskohdasta. 10
7. 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että vaste on kiinnitetty samaan liikuteltavaan rakenteeseen luotaimen (3) kanssa vakioetäisyydelle siitä, ja rakenne on yhdistetty elimiin sen upottamiseksi säiliöön. 15
8. 8. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista 5—7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että luotain (3) on yhdistetty näyttöyksikköön. • · « « • · • 1 • · • · 1 «·· • · ' t · :i ' «*f |||i lii I »I · 7 97829