HU217054B - Áramlásmérő - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya áramlásmérő, amely tartalmaz egy fővezeték (2) egyfővezetékszakaszában (2a) rögzített szűkületet (3), egy mérővezetéket(4), amely a szűkülettel (3) párhűzamősan van kötve, és amelyben afővezetékszakaszban (2a) fennálló áramlási sebesség által a szűkületen(3) létrejövő nyőmáskülönbség következtében egy kerülőáramlás (dQ)főlyik, egy, a mérővezetékbe (4) kötött kerülővezetékes áramlást mérőmérőkészüléket (5), és egy elektrőnikűs jelátalakítót (6’’), amely amérőkészülék (5) által szőlgáltatőtt jelet a fővezetékben (2) főlyófőáramlásnak (Q) megfelelő jellé alakítja át. A szűkületben (3) vanegy, a fővezetékszakaszőn (2a) belül elmőzdítható és a szűkületen (3)bekövetkező nyőmáskülönbség növekedésekőr az átáramlásikeresztmetszetet (3a) növelő kúpős test (11); a fővezetékben (2) főlyópillanatnyi áramlás növekményének megfelelő arányős növekményénélkisebb a mérővezetékben (4) főlyó pillanatnyi kerülőáramlásnövekménye; az elektrőnikűs jelátalakító (6’’) a kapőtt pillanatnyikimenőjelet a fővezetékben (2) főlyó főáramlás (Q) arányősságieltérése szerint kőmpenzáló kialakítású elektrőnikűs jelátalakító(6’’). ŕ

Description

A találmány tárgya áramlásmérő. Ez az áramlásmérő lehetővé teszi egy vezetéken átfolyó teljes folyadékáram mérését. Ezt a vezetéket a továbbiakban fővezetéknek nevezzük.

A találmány alkalmazható az uralkodó áramlási sebesség mérésére is, de az egyszerűség kedvéért az áramlásmérőt az alábbiakban csak a teljes folyadékáramlás mérését célzó funkciója kapcsán újuk le.

A találmány továbbfejlesztése egy olyan áramlásmérőnek, amely a fővezeték egy szakaszában elhelyezett vagy abba beiktatott áramlásmérő szűkületből és a fővezetékszakasszal párhuzamos, a szűkületet megkerülő mérő vezetékből áll. A fővezetékszakaszban fennálló áramlási sebesség által a szűkületen létrejövő nyomáskülönbség következtében a mérővezetékben egy részáram folyik. A mérővezetékbe egy részáramlásmérő van bekötve. A részáramlásmérő által szolgáltatott jelet egy helyesbítőegységgel kombinált villamos jelátalakító arányos jellé alakítja át, amely megfelel a fővezetékben folyó teljes áramnak, és amelyet egy áramlásregisztráló vagy áramlásmegjelenítő egységre adnak.

Nyilvánvaló, hogy az ilyen típusú áramlásmérőknél a mérővezetékben mért áramlásnak mindig van egy adott primer összefüggése a fővezetéken átfolyó teljes áramlással, és van egy adott szekunder összefüggése az áramlásmérőn át folyó áramlással, amely áramlásmérőnek a szóban forgó vezetékszakasz egy részét képezi. A találmány szempontjából az első, primer összefüggés a fontos összefüggés.

Az előbb leírt jellegű áramlásmérők az adott szakterületen ismeretesek, és „kerülővezetékes (by-pass)” áramlásmérőknek nevezhetők, mivel a fővezetéken át folyó pillanatnyi teljes áramlás egy meghatározott részét a mérővezetéken áramoltatjuk át, és meghatározzuk ennek az áramlásnak a volumenét, amely arányos a fővezetéken át folyó teljes áramlással. Ezek az ismert áramlásmérők tartalmaznak egy nagyobb vagy kisebb, állandó fojtónyílást a fővezetékszakaszban, és a szűkülettel párhuzamos, azt megkerülő mérővezeték vagy mellékvezeték tartalmaz egy áramlásmérőt, amely a mérővezetéken át folyó áramlásnak (vagy áramlási sebességnek) felel meg.

Az egyszerűség kedvéért a következő leírásban azt vesszük alapul, hogy ez a jel a mérővezetéken átfolyó térfogategységenkénti egy impulzusnak felel meg.

A térfogategységnek és a mért frekvenciának a szorzatát ekkor arányosnak lehet tekinteni a kerülőáramlással vagy a részáramlásmérőn átfolyó áramlás százalékos arányával és így - egy kiválasztott konstans révén - a fővezetéken átfolyó teljes áramlással is.

A fojtáson bekövetkező nyomáskülönbség növekszik a fojtás átfolyási keresztmetszetén áthaladó áramlás növekedésével, és így áthajtja a kerülőáramlást a mérővezetéken és a mérőműszeren, és az áramlásmérő fővezetékszakaszán.

Ismeretes, hogy egy, a mérővezetékben és a részáramlásmérőn fennálló, maximált, elfogadott nyomáskülönbség és áramlási sebesség alkalmazható a fővezetéken átfolyó maximális teljes áramlásra.

Ismeretes továbbá, hogy ugyanazt a kerülővezetékes mérőműszert a fővezeték keresztmetszetének és a fojtás nagyságának alkalmas, a választott mérési tartománynak megfelelő méretezésével különböző mérési tartományokban lehet alkalmazni.

Többek között arra kell törekedni, hogy minden áramlásmérőnek a lehető legnagyobb mérési tartománya vagy dinamikája legyen. Ezt a következőkben pontosabban kifejtjük.

Az itt alkalmazandó és a fentiekben részletesen leírt kerülővezetékes mérőműszer esetében ismeretes, hogy ha a fojtás és a kerülővezetékes mérőműszerrel együtt vett mérővezeték ellenállási tényezője egyenlő és az áramlás turbulens, akkor a fojtáson átfolyó áramlásnak a mérővezetéken átfolyó áramláshoz viszonyított aránya állandó, és hogy a mérővezetékben lévő áramlásmérő által szolgáltatott jel arányos a két áramlás összegével.

A 2257/1886 számú brit szabadalmi bejelentés ismertet egy elrendezést, amely egy kerülővezetékes mérőműszerből és egy változtatható fojtásból áll. Minthogy ez a fojtás áramlási irányban a kerülővezetékes mérőműszer után van elhelyezve, ahol a méretlen főáram és a mért kerülőáram egyesülve közös áramot képez, ezért a fojtás nem befolyásolja a főáramnak a kerülőáramhoz viszonyított arányát. A fojtást egy csuklósán felfüggesztett csapószelep képezi. Ez úgy van kialakítva, hogy a csapószelep pillanatnyi helyzetétől függetlenül állandó arányosság áll fenn a mért és a méretlen vízáram között.

A csapószelep úgy működik, hogy a főáram által a reá kifejtett nyomás hatására a mérőáramot ráirányítja a kerülővezetékes mérőműszerre, amelyet egy lapátkerék képez. Ennek eredményeként egyértelmű arány jön létre a fellépő nyomás és létrehozott mérőáram között úgy, hogy az áramlásmérő alacsony dinamikája nem változik.

Az ismert kerülővezetékes áramlásmérőkön végzett gyakorlati vizsgálatok általában 50:1 nagyságrendű áramlásmérő-dinamikát mutattak. A 100:1 nagyságrendű áramlásmérő-dinamika a legritkább. Még az sem biztos, hogy ezt jó linearitással meg lehet valósítani, ha ugyanakkor más általános követelményeket is teljesíteni kell.

Az adott szakterületen járatos szakemberek számára jól ismert, hogy az ismert felépítésű kerülővezetékes mérőműszerek előnye, hogy nagy térfogatokhoz olcsón lehet nagy áramlásmérőket előállítani, és egyik hátrányuk a rendkívül korlátozott áramlásmérő-dinamika.

A találmány szerinti áramlásmérő technikai területén ismeretesek más működési elv szerinti áramlásmérők is. Ilyenek azok az áramlásmérők, amelyeknek nincs mérővezetékük, amin átmegy egy kerülővezeték.

Az utóbbi áramlásmérő egyik kiviteli alakjánál a fővezetékben van egy szűkület rés, az áramlást a szűkület két oldalán fennálló nyomások közötti pillanatnyi nyomáskülönbség érzékelése útján mérik.

Az ilyen típusú áramlásmérőknél a mérőműszer által észlelt áramlás a nyomáskülönbség négyzetgyökével arányos.

Megállapították, hogy az ilyen jellegű áramlásmérők nagyon pontosak az 50:1 nyomáskülönbség-tartomány2

HU 217 054 Β bán, amely mindössze körülbelül 7:1 áramlásmérő-dinamikát eredményez, a szűkület által képzett konstans átáramlási keresztmetszet esetén, amelyet például torlóperemmel, mérőperemmel, mérőíüvókával, Venturicsővel vagy valamely hasonló eszközzel alakítanak ki.

Korábban - figyelembe véve azt a követelményt, hogy a szűkületen egy maximált, elfogadott nyomáskülönbség léphet fel - különböző megoldásokat javasoltak az áramlásmérő mérési tartományának növelésére vagy az áramlásmérő-dinamika (Qmax: Qmin) növelésére úgy, hogy ugyanakkor elfogadhatóan alacsony szinten maradjon az áramlásmérőn bekövetkező nyomásesés (nyomásveszteségek).

Egy korábbi ismert megoldás szerint az áramlásmérő-dinamikát az átáramlási keresztmetszet segítségével növelik, amely a pillanatnyi áramtól függ, és ezért változó. A rendszerhez kapcsolt mérőkészülék az áramlást még a szűkületen bekövetkező nyomásesés függvényeként méri.

Az ilyen nyomáskülönbség-rendszerű áramlásmérőknél ismeretes, hogy a fennálló, pillanatnyi nyomásesést egy nyomáskülönbség-jelátalakító segítségével határozzák meg.

Egy korábbi másik ismert megoldás szerint az áramlásmérő-dinamikát úgy lehet javítani, hogy lehetővé teszik, hogy a változtatható átáramlási keresztmetszet a nyomáskülönbség növekedésével növekedjen és fordítva. Evégett a fővezetékbe egy axiálisan mozgatható és rugóval előfeszített fojtótestet - például a GB 1,566,251 számú szabadalmi bejelentésben leírt és ismertetett jellegű áramlásfojtó testet - helyeznek be. Megállapították, hogy ebben az esetben az áramlásmérő-dinamikát 50:1 nagyságrendűre lehet növelni.

Végül megemlíthető: ismeretes, hogy az áramlásmérő-dinamikája 50:1 értékig növelhető, ha közvetlenül a fővezetékben induktív jelátalakítót használnak. Az áramlásmérő-dinamikának ez a növelése azonban korlátozza az áramló közeg megválaszthatóságát, mivel induktív jelátalakító alkalmazásakor villamosán vezető közegre van szükség.

Ismeretes továbbá, hogy különböző mérőkészülékek kimenőjelét elektronikus jelátalakítókkal mérik, és a jelet arányos jellé alakítják át, amely egy matematikai függvény szerint megfelel a teljes közegáramnak.

Ezekkel a villamos jelátalakítókkal a jelet kis mértékben helyesbíteni lehet. Ezáltal a kellően pontos arányosságtól való kisebb eltérések kompenzálhatóak.

Ha megvizsgáljuk a jelenlegi műszaki színvonalat, - amelyet a fentiekben egy fővezetéken átfolyó teljes áram mérésének ismert, alapvető elvei kapcsán ismertettünk - akkor látható, hogy az egyik komoly műszaki probléma olyan áramlásmérő kialakítása egy kerülővezetékes áramlásmérő alapján, amely az áramlást pontosan méri, és a fentebb leírt, ismert áramlásmérő-rendszerek dinamikájánál jóval nagyobb áramlásmérési dinamikával rendelkezik.

Még komolyabb műszaki problémát jelent a kerülővezetékes mérőműszer alapvető feltételeinek és elveinek olyan továbbfejlesztése, amely lehetővé teszi, hogy a mérőműszer mérővezetékében mindenféle típusú áramlásmérőt alkalmazni lehessen, és olyan helyesbítéseket lehessen végrehajtani, amelyek nemcsak a mérőkészüléket, hanem a pillanatnyi vagy éppen fennálló átáramlási keresztmetszetet is figyelembe veszik.

Látható, hogy műszaki problémát jelent - többek között, első lépésként a fentebb említett műszaki problémákat megoldó áramlásmérő irányában - a kerülővezetékes mérőműszer kiegészítése áramlásfuggő, változtatható átáramlási keresztmetszettel. Ennek elve már ismeretes a nyomáskülönbség alapján működő áramlásmérőknél.

Látható továbbá, hogy műszaki problémát jelent

- többek között, második lépésként a fentebb említett műszaki problémákat megoldó áramlásmérő irányában

- a részáramlásmérőtől kapott mérési jelek linearizálhatósága úgy, hogy ezt követően a követelményeknek megfelelően helyesbítettjei nagy áramlásmérő-dinamikán, például 1000:1 arányúnál nagyobb dinamikán belül arányos legyen a fővezetéken átfolyó teljes árammal.

A bevezetőben leírt jellegű és a fentiek szerint kiegészített kerülővezetékes mérőműszer esetében látható, hogy műszaki problémát jelent a részáramlásmérőtől kapott jel és egy uralkodó teljes áramlás közötti, kevésbé szigorú matematikai összefüggés alkalmazásának lehetősége, amikor is a fővezetékben elhelyezett kúpos test révén a szűkületen fennálló nyomáskülönbség növekedésekor az átáramlási keresztmetszet növekszik és fordítva.

Ebből a szempontból műszaki problémát jelent annak a ténynek a hasznosítása, hogy a teljes áramlás alacsony volta esetén ennek az áramlásnak viszonylag nagy része jut a mérővezetékbe, míg nagy teljes áramlás esetén ennek az áramlásnak viszonylag nagyon kis része folyik át a mérővezetéken. Ily módon abból kell kiindulni, hogy a fővezetékben folyó nagy közegáramlás a mérővezetékben folyó kerülőáramlás jóval kisebb növekedését idézi elő, mint rögzített átáramlási keresztmetszet esetében. Az utóbbi esetben a tapasztalat szerint a mérővezetékben folyó pillanatnyi áramlás arányosan növekszik és fordítva.

Ennek alapján látható, hogy műszaki problémát jelent egy kompenzálókészülék alkalmazása, amely rendszerint az elektronikus jelátalakítóba van beépítve, hogy a kerülővezetékes mérőműszer kimenőjelét a bekövetkező eltérésekre reagálva úgy kompenzálja, hogy a fővezetékben folyó pillanatnyi teljes áramlással pontos arányosság álljon fenn.

Látható, hogy ismét további műszaki problémát jelent a fentebb említett kúpos test többé vagy kevésbé csonka kúp alakú testként történő kialakítása, aminél a kúp csúcsa a fővezetékben folyó áramlás áramlási irányába mutat, továbbá a kúpos test egy rögzített fojtólaphoz képest axiálisan történő mozgathatósága, hogy így a pillanatnyi áramláshoz tartozó, adott átáramlási keresztmetszetet határozzon meg.

Látható, hogy műszaki problémát jelent még egy rugó alkalmazása a fentebb vázolt elrendezésben, amely adaptált erővel a fojtótárcsa vagy fojtólap felé tolja a kúpos testet, hogy a kúpos test az áramlás csökkenése3

HU 217 054 Β kor kisebb átáramlási keresztmetszetek létrehozásának irányában mozduljon el.

Műszaki problémaként jelentkezik még a rugó által kifejtett erőnek olyan értékre történő beállítása, amely a fővezetékben és a fővezetékszakaszban folyó, kiválasztott maximális áramlásnak felel meg, amikor annak legszűkebb része maximális áramlás esetén a fojtás vagy szűkület síkjában, vagy annak közelében helyezkedik el.

Végül látható, hogy műszaki problémát vet fel egy elektronikus jelátalakító olyan kialakítása, hogy az - kalibrálást követően - a mérővezetékben folyó minden adott áramlást és a kerülővezetékes áramlásmérő megfelelő kimenőjelét a fővezetékben folyó pillanatnyi teljes áramlásnak megfelelő értékké alakítsa át.

Találmányunk célja egy vagy több előbb említett műszaki probléma megoldása. Ehhez egy olyan áramlásmérőből indulunk ki, amely a fővezeték egy szakaszában elhelyezett és abban egy átáramlási keresztmetszetet meghatározó szűkületből és a fővezetékszakasszal párhuzamos, a szűkületet megkerülő mérővezetékből áll. A fővezetékszakaszban fennálló áramlási sebesség által a szűkületen létrejövő nyomáskülönbség következtében a mérővezetékben egy részáram folyik. A mérővezetékbe egy mérőkészülék van bekötve. A mérőkészülék által szolgáltatott jelet egy elektronikus jelátalakító a fővezetékben folyó teljes áramnak megfelelő jellé alakítja át.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a fővezeték szűkületének keresztmetszetét egy kúpos test szabályozza. Ez a kúpos test a fővezetékben van elhelyezve, és a szűkületen bekövetkező nyomáskülönbség növekedésekor vagy az átáramlási keresztmetszeten átfolyó áramlás növekedésekor az átáramlási keresztmetszetet növeli és fordítva.

A mozgatható kúpos test alkalmazása egy rögzített szűkületben azzal a következménnyel jár, hogy a fővezetékben a pillatatnyi áramlás a kúpos test egyidejű elmozdulása következtében növekszik úgy, hogy nagy áramlás esetén a mérővezetékben folyó pillanatnyi áramlás kisebb mértékben növekszik, mint a mozgatható kúpos test és rögzített szűkület nélküli vagy rögzített kúpos testtel ellátott esetben növekedne, vagyis ha a szűkület átáramlási keresztmetszete rögzített lenne.

A rögzített szűkületben mozgatható kúpos test alkalmazása szükségessé teszi egy összetett kompenzálókészülék alkalmazását. Ez a kompenzálókészülék előnyös módon úgy van kialakítva, hogy a kerülővezetékes áramlásmérőtől kapott jelet a bekövetkező, pillanatnyi eltérésekre reagálva teljesen kompenzálni tudja úgy, hogy az arányos legyen a fővezetékben folyó teljes áramlással. Ugyanígy - de fordított módon - következik be a beállítás vagy adaptálás a pillanatnyi áramlások csökkenésekor.

A találmány alapgondolatának terjedelmén belüli egyik előnyös kiviteli alaknál a kúpos test csonka kúp alakú vagy legalább lényegében csonka kúp alakú, és a kúp csúcsa a fővezetékszakaszban folyó áramlás áramlási irányába mutat. A kúpos test előnyös módon úgy van rögzítve, hogy a rögzített szűkülethez képest elmozdulhat.

A kúpos testet előnyös módon egy rugó adaptív módon a rögzített szűkület felé tolja, és a rugó által kifejtett erő a fővezetékben folyó kiválasztott minimális és maximális áramlásnak megfelelően változik.

Végül az említett elektronikus jelátalakító előnyös módon úgy van kialakítva, hogy kalibrálás révén az áramlásmérőben mért minden kiválasztott kerülőáramláshoz hozzárendel egy értéket, amely - a kúpos test helyzetbeállítását figyelembe véve - az uralkodó vagy pillanatnyi teljes áramlásnak felel meg.

A találmány szerinti áramlásmérő elsődleges előnye olyan feltételek létrehozása, amelyek lehetővé teszik az egy fővezetékszakaszban lévő szűkülettel párhuzamosan kötött mérővezetékben folyó pillanatnyi áramlás mérésének elve alapján működő áramlásmérő-dinamikájánakjelentős növelését. Ugyanakkor ennek az áramlásmérőnek a kimenőjele a kapcsolódó elektronikus jelátalakító által biztosított sajátos kompenzálás révén lineárisan függ össze a fővezetékben folyó teljes áramlással.

Találmányunkat annak példaképpeni előnyös kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra az áramlásmérő elvi vázlata, amely egy fővezeték egy szakaszából, egy rögzített szűkületből és egy mérővezetékből áll, a mérővezeték a szűkülettel párhuzamosan van kötve és a benne folyó kerülőáramlást értékeljük; a találmány az ábrázolt elrendezésnek egy továbbfejlesztését jelenti, a

2A. ábra a fővezetékben lévő rögzített szűkület két oldalán fennálló nyomások különbsége meghatározásának elve alapján működő áramlásmérő, a

2B. ábra a 2A. ábra szerinti elvet ábrázolja abban az esetben, amelyben az alkalmazott szűkület átáramlási keresztmetszete változtatható úgy, hogy ez az átáramlási keresztmetszet a fővezetékben folyó nagyobb áramlások esetén növekszik és fordítva, a

3. ábra egy találmány szerinti áramlásmérő, amely az 1. ábra szerinti áramlásmérőhöz hasonló módon működik, de - többek között - ki van egészítve a 2B. ábra szerinti jellemzőkkel, és így az átáramlási keresztmetszet a fővezetékben folyó pillanatnyi áramlásra reagálva változik, a

4. ábra egy diagram, amelyen a görbék a nyomáskülönbség változását mutatják a teljes áramlás függvényében, kompenzálás nélkül, az 1., 2A. és 2B. ábra szerinti áramlásmérőknél, az

5. ábra egy diagram, amely a kerülőáramlás változását mutatja a teljes áramlás függvényében, kompenzálás nélkül és kompenzálással, a

6. ábra egy diagram, amelyen az ismert és a találmány szerinti kerülővezetékes mérőműszer térfogat-megjelenítése látható a teljes áramlás függvényében, a

HU 217 054 Β

7. ábra egy diagram, amelyen az ismert és a találmány szerinti jel frekvenciaváltozása látható a teljes áramlás függvényében.

Az 1. ábrán vázlatosan ábrázoltunk egy 1 áramlásmérőt, amely tartalmazza egy 2 fővezeték 2a fővezetékszakaszát. A 2a fővezetékszakaszba be van építve egy rögzített 3 szűkület és a 3 szűkülettel párhuzamosan van kötve egy 4 mérővezeték vagy kerülővezeték. A 2a fővezetékszakaszban folyó közeg áramlási sebessége következtében a 3 szűkületen fellépő nyomáskülönbség révén a 4 mérővezetékben egy dQ kerülőáramlás folyik.

A 4 mérővezetékben van egy 5 mérőkészülék, amire rá van kötve egy elektronikus 6 jelátalakító. Az elektronikus 6 jelátalakító az 5 mérőkészülék kimenőjelét olyan jellé alakítja át, amely megfelel a 2 fővezetékben folyó teljes Q főáramlásnak. Az ábrázolt esetben a dQ kerülőáramlás és a Q főáramlás, és a jelek lényegében arányosak.

Az 1 áramlásmérő ily módon tartalmazza a 2 fővezeték egy 2a fővezetékszakaszát, a 2a fővezetékszakaszba beépített és egy 3a átáramlási keresztmetszetet meghatározó, rögzített 3 szűkületet, a 3 szűkülettel párhuzamosan kötött 4 mérővezetéket és az 5 mérőkészüléket, valamint az elektronikus 6 jelátalakítót. Az 5 mérőkészülék a 4 mérővezetékre van kötve, és a számszerűsített dQ kerülőáramlásnak megfelelő jelet szolgáltat. Az elektronikus 6 jelátalakító a 6a vezetékre a 2 fővezetékben folyó áramlással arányos jelet ad.

Az egyszerűség kedvéért ezt a jelet a 4 mérővezetékben folyó számszerűsített dQ kerülőáramlásnak megfelelő villamos impulzusként ábrázoljuk.

A találmány azon a feltételezésen alapul, hogy az 1 áramlásmérő hibátlanul működik, ha az 5 mérőkészülék a korábbról ismert elemeket tartalmazza, mint amilyen például egy pneumatikus oszcillátor, egy forgó lapátkerék, egy induktív mérőműszer vagy ezekhez hasonló elemek. Minthogy ezek az adott szakterületen ismeretesek, ezért itt részletesebb leírásuktól eltekintünk.

Elegendő azt megemlíteni, hogy az 5 mérőkészülék tartalmaz egy 5a egységet, amely meg tudja határozni a pillanatnyi vagy éppen fennálló dQ kerülőáramlást úgy, hogy a 4 mérővezetékben folyó, minden meghatározott, számszerűsített áramlásrésznél egy impulzust, például egy villamos impulzust állít elő, és a 2 fővezetékben folyó, pillanatnyi teljes Q főáramlást egy elektronikus 6 jelátalakító kiértékelt impulzusgyakoriságától függően, arányosítással és lehetőség szerint helyesbítéssel számítjuk ki.

Az 1. ábra szerinti esetben a 2 fővezetékben folyó Q főáramlás teljes mért aránya (Qmax:Qmin) megegyezik a felhasznált mérőkészülékre alkalmazható teljes mérési aránnyal. Az áramlási dinamika (Qmax:Qmin) ennél az ismert módszernél 50:1-100:1.

Megjegyzendő, hogy ez az arány egy általános arány, függetlenül attól, hogy az 5a egységként mechanikus mérőműszert vagy pneumatikus oszcillátoros mérőműszert alkalmaznak. Az 1. ábra szerinti esetben a dP pillanatnyi nyomáskülönbség a 3 szűkület előtt és után fellépő nyomások különbsége.

A 2A. ábrán olyan áramlásmérő látható, amely az 1. ábra kapcsán leírt működési elvektől és feltételektől eltérő elvek és feltételek szerint működik.

A 2A. ábra szerinti kiviteli alaknál az 1 ’ áramlásmérő egy 2’ fővezetékbe az ismert módon beépített, rögzített 3’ szűkület előtt és után fellépő nyomás közötti Pl-P2=dP pillanatnyi nyomáskülönbséget méri.

Az áramlási irányban a 3’ szűkület előtt fellépő Pl nyomás egy szűk 5a’ csatornán jut az 5’ nyomáskülönbség-mérőre, míg az áramlási irányban a 3’ szűkület után fellépő P2 nyomás egy szűk 5b’ csatornán jut az 5’ nyomáskülönbség-mérőre, egy membrán két oldalán, amely a nyomáskülönbség hatására elmozdul. A membrán az ismert módon egy 5c’ jeladóval működik együtt.

Az ábrázolt 1’ áramlásmérő tartalmaz egy ismert 5’ nyomáskülönbség-mérőt, amely egy elektronikus 6’ jelátalakítóra van kötve. Az elektronikus 6’ jelátalakító úgy van kialakítva, hogy a kapott jelet egy négyzetfüggvény szerint átalakítja, és ily módon a Q’ főáramlással arányos és annak megfelelő jelet ad a 6a’ vezetékre.

Ebben az esetben a kapott áramlásmérő-dinamika mindössze körülbelül 7:1.

A 2B. ábrán bemutatjuk egy 10 test ismert beiktatását a 2 fővezetékbe, amely a Q’ főáramlás növekedésekor axiális elmozdulása következtében növeli vagy csökkenti az átáramlási keresztmetszetet. Megállapítottuk, hogy bár ez a 10 test nemlineáris kimenőjelet eredményez, mégis növeli az 1 ’ áramlásmérő dinamikáját.

Gyakorlati tapasztalatok szerint, ha a 2’ fővezetékbe beiktatunk egy 10 testet, amely a 2’ fővezeték hossztengelyének irányában el tud mozdulni, akkor az áramlási dinamika (Qmax: Qmin) elérheti az 50:1 arányt a nyomásnak az 5a’ és 5b’ csatornában való mérése révén.

A 3. ábrán a találmány szerinti áramlásmérő egy kiviteli alakja látható. Ez az áramlásmérő az 1. ábrán látható elemeket tartalmazza, az azonos elemeket azonos hivatkozási jelekkel láttuk el. A 3. ábra szerinti kiviteli alak jellemző vonása az, hogy a 4 mérő vezetékben van egy kis áramlásmérő 5 mérőkészülék, amely elvileg ugyanolyan jellegű, mint az 1. ábra szerinti 5 mérőkészülék.

Ebben az esetben a szükséges szűkület egy torlóperemből és egy kúpos 11 testből áll. Ha nincs áramlás, akkor a kúpos 11 test legszélesebb 1 la testrésze tömítően felfekszik a torlóperem belső 3a’ peremfelületére, és így a 3a átáramlási keresztmetszet kicsi vagy nulla.

Egy kiválasztott áramlásból kiindulva megállapítható, hogy amikor a Q főáramlás növekszik, akkor a kúpos 11 test jobbra nyomódik, és így növekszik a 3a’ peremfelület és a kúpos 11 test kerülete által meghatározott átáramlási keresztmetszet. Amikor a Q főáramlás csökken, akkor a kúpos 11 testet egy 12 rugó balra nyomja, és így a 3a átáramlási keresztmetszet csökken.

A 3. ábrán az is látható, hogy amikor a 2 fővezetékben a Q főáramlás kicsi, akkor a 3a átáramlási keresztmetszet is kicsi vagy nulla, úgyhogy az egész áramlás

HU 217 054 Β vagy legalábbis a 2 fővezetékben folyó Q főáramlás nagy része a 4 mérővezetéken megy át.

Ha a 2 fővezetékben folyó áramlás nagy, akkor a 3a átáramlási keresztmetszet is nagy, és a Q főáramlásnak egy kisebb, dQ kerülőáramlás része megy át a 4 mérővezetéken.

Ezek a feltételek világosabban láthatóak a 6. ábrán.

A kúpos 11 test így arra szolgál, hogy növelje a 2 fővezetékben a 3a átáramlási keresztmetszetet az áramlás növekedésére reagálva, amely a 4 mérővezetékben a dP nyomáskülönbségnek csak kismértékű növekedését idézi elő, mivel a kúpos 11 test a 3. ábra szerint jobbra nyomódik, és a 12 rugó összenyomódik. Ez azt jelenti, hogy a 4 mérővezetékben folyó dQ kerülőáramlás és a 2 fővezetékben folyó Q főáramlás közötti arányos összefüggés, amelyet az 1. ábrán ábrázoltunk, már nem áll fenn.

Ha az 1 áramlásmérő egy 3 szűkületet és a 3 szűkületbe beépített kúpos 11 testet tartalmaz, akkor a dQ kerülőáramlás és a Q főáramlás közötti, rögzített szűkülettel elért arányos összefüggés megváltozik, és így nagy áramlás esetében a dQ kerülőáramlás nem növekszik erőteljesen, hanem a 4 mérővezetékben kicsi lesz a 2a fővezetékszakaszban folyó, pillanatnyi Q főáramláshoz képest.

Az ábrázolt kúpos 11 test csonka kúp alakú. A kúp csúcsa a 2 fővezetékben folyó áramlás áramlási irányába mutat. A kúpos 11 test a 2a fővezetékszakaszban a rögzített 3 szűkülethez képest axiálisan elmozdítható, és a 2a fővezetékszakaszban központosán van elhelyezve.

A kúpos 11 testet egy 12 rugó nyomja a 3 szűkület felé. A 12 rugó által kifejtett erő a 2 fővezetékben folyó kiválasztott minimális és maximális áramlásnak megfelelően van meghatározva.

A minimális áramlás az az áramlás, aminél kezdve az 1 áramlásmérő működik. Minimális áramlás esetén a kúpos 11 test rendszerint olyan helyzetben van, amelyben effektív felülete a rögzített 3 szűkület 3a’ peremfelületével együtt egy kis 3a átáramlási keresztmetszetet határoz meg.

Maximális áramlás esetén a kúpos 11 test a szűkület jobb oldalán lesz, ezáltal nagy 3a átáramlási keresztmetszetet határoz meg.

Az elektronikus 6” jelátalakító úgy van kialakítva, hogy kalibrálás útján a 4 mérővezetéken átmenő minden kiértékelt dQ kerülőáramláshoz hozzá tud rendelni egy, a pillanatnyi Q főáramlásnak megfelelő értéket (figyelembe véve a kúpos 11 test éppen fennálló helyzetre gyakorolt hatását).

A 4. ábrán látható görbék az 1., 2A. és 2B. ábra szerinti 1, illetve 1’ áramlásmérők dinamikáját (Qmax:Qmin) mutatják.

Ezeket a görbéket úgy választottuk meg, hogy a Qmax érték az 1, 1 ’ áramlásmérő 5, 5’ mérőkészülékén fellépő maximált és azonos dP nyomásesésnek feleljen meg.

Az A jelű görbe a dP nyomásesés és a teljes Q főáramlás közötti arányos összefüggést ábrázolja az 1. ábra szerinti 1 áramlásmérő esetében.

A gyakorlatban ebben az esetben csak kis helyesbítésre van szükség, mivel a görbe lényegében egyenes vonal.

A B jelű görbe a dP nyomásesés és a térfogatáram közötti négyzetes összefüggést ábrázolja a 2A. ábra szerinti, rögzített 3’ szűkülettel ellátott 1’ áramlásmérő esetében.

A gyakorlatban az arányosság biztosításához matematikai számításra és helyesbítésre van szükség.

A C jelű görbe a 2B. ábra szerinti változó átáramlási keresztmetszet esetén fennálló összefüggést ábrázolja.

Ebben az esetben a gyakorlatban a pontos függvénnyel való helyettesítésre van szükség ahhoz, hogy a jel arányos legyen a pillanatnyi teljes Q főáramlással.

Az 5. ábrán a találmány szerinti 1 áramlásmérőre vonatkozó, D jelű görbe látható.

A D jelű görbe mutatja a kerülővezetékes térfogatáram és a teljes térfogatáram közötti összefüggést a találmány szerinti 5 mérőkészülék alkalmazása esetén, amikor is az 1 áramlásmérő-dinamikája a 2500:1 arányt is elérheti.

Az 5. ábra mutatja, hogy a részáramlásmérő 5 mérőkészüléktől kapott és nem helyesbített kimenőjele a D jelű görbét követi, és ezért be kell vezetni egy helyesbítést a D’ jelű egyenessel, hogy arányosság álljon fenn a kapott kimenőjel és a pillanatnyi teljes Q főáramlás között.

Az 1 áramlásmérő dinamikája feltételezhetően meghaladja az 1000:1 értéket, és alkalmas például egy 1500:1 dinamikájú mérőeszköz kialakítására. Úgy véljük, hogy az áramlásmérő-dinamika tartományát a legalkalmasabb módon 1000:1 és 2000:1 között lehet megválasztani.

Ezzel kapcsolatban meg kell említeni és az 5. ábra is azt mutatja, hogy az összefüggés nem lineáris, de az elektronikus 6” jelátalakító tartalmazza az elemeket, amelyekkel az előforduló eltéréseket egy kalibrálási eljárás révén kellőképpen kis felbontással lehet kompenzálni.

Megemlítendő, hogy az áramlásmérő dinamikája egy rendkívül kis belső dP nyomásesésű áramlásmérő 5 mérőkészülék, például egy induktív áramlásátalakító használata révén úgy megnövelhető, hogy az említett tartomány felső részébe essen.

A találmány értelmében szükséges kompenzálást most részletesebben taglaljuk a 6. ábra kapcsán. Ez az ábra mutatja, hogy az 1. ábrán látható jellegű kerülővezetékes mérőműszer esetében - amelynél pontos arányosság áll fenn a 4 mérővezetéken átmenő áramlás és a 2 fővezetéken átmenő áramlás között - a kis kerülőáramlás vagy a 4 mérővezetékben mért, számszerűsített részáram (liter/impulzus, az ábrán 1/p) a 2 fővezetékben folyó pillanatnyi teljes Q főáramlástól függetlenül állandó.

Ezt a 6. ábrán a 20 egyenes ábrázolja.

Megállapítható az is, hogy a Q főáramlás növekedése a 4 mérővezetékben folyó kerülőáramlás növekedését idézi elő, és hogy az 1 áramlásmérő 5 mérőkészüléke által leadott jelek frekvenciája emiatt növekedni fog, és fordítva.

HU 217 054 Β

Az I áramlásmérő 5 mérőkészüléke kimenőimpulzusainak így f frekvenciájuk van, amely lineárisan változik a 2 fővezetékben folyó pillanatnyi térfogatáram változásaival.

Ezt a 7, ábrán egy ferde 30 egyenes ábrázolja.

A találmányt a 6. és 7. ábra diagramjai alapján vizsgálva látható, hogy a dQ kerülőáramlás vagy a 4 mérővezetékben mért mindegyik számszerűsíthető 1/p részáramrész a 21 görbének megfelelően különböző teljes Q főáramlásoknak felel meg.

így a 6. ábrából leolvasható, hogy a 4 mérővezetékben mért áramlás Qmin közelében egy kis Q főáramlásnak felel meg. Az arány 1:1-re tehető.

Az arány - többek között a kúpos 11 test alakjától függően - növekvő Q főáramlások esetén a 21 vonalnak megfelelően növekszik, úgyhogy a 4 mérővezetékben mért áramlás a 2 fővezetékben folyó fokozatosan nagyobb Q főáramlásnak felel meg.

A megfelelő összehasonlítás a 7. ábrával azt mutatja, hogy a létrehozott impulzusfrekvencia a 31 vonalnak megfelelően az arányosnál nagyobb, illetve kisebb lesz.

Az 1. ábra szerinti ismert korábbi szerkezettel összehasonlítva összefoglalólag azt mondhatjuk, hogy a 2 fővezetékben folyó, adott Q’ főáramlás esetén a találmány szerinti 1 áramlásmérő helyesbítés útján olyan Q” főáramlásértéket szolgáltat, amelyet egy számszerűsített, a korábbi ismert szerkezeteknél kapott értéknél kisebb vagy nagyobb, dQ kerülőáramlásból és a korábbi ismert szerkezeteknél kapott frekvenciánál nagyobb vagy kisebb frekvenciából számítunk.

Ez azt jelenti, hogy pillanatnyi Q” főáramlás és a 2 fővezetékben folyó térfogatáram vagy pillanatnyi áramlás esetén az új pillanatnyi áramlásérték az átáramlási keresztmetszet növekedése következtében a 4 mérővezetékben folyó dQ kerülőáramlás kisebb növekedését idézi elő, mint a rögzített szűkülettel működő áramlásmérők esetében.

Végezetül megjegyezzük, hogy a kúpos 11 test profilalakja lehet olyan, hogy a 11 test axiális elmozdulása és az átáramlási keresztmetszet növekedése között adott összefüggés áll fenn, és ilyen 11 test ráadásul olcsón gyártható.

A kúpos 11 test eltérő alakja olyan eltérő összefüggést eredményezhet, amely kisebb elektronikus kompenzálást igényel. Várható viszont, hogy ennek gyártási költségei magasabbak lesznek.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Áramlásmérő (1), amely tartalmaz egy fővezeték (2) egy fővezetékszakaszában (2a) rögzített szűkületet (3) , egy mérővezetéket (4), amely a szűkülettel (3) párhuzamosan van kötve, és amelyben a fővezetékszakaszban (2a) fennálló áramlási sebesség által a szűkületen (3) létrejövő nyomáskülönbség következtében egy kerülőáramlás (dQ) folyik; egy a mérővezetékbe (4) kötött, kerülővezetékes áramlást mérő mérőkészüléket (5), és egy elektronikus jelátalakítót (6”), amely a mérőkészülék (5) által szolgáltatott jelet a fővezetékben (2) folyó főáramlásnak (Q) megfelelő jellé alakítja át, azzal jellemezve, hogy a szűkületben (3) van egy, a fővezetékszakaszon (2a) belül elmozdítható és a szűkületen (3) bekövetkező nyomáskülönbség növekedésekor az átáramlási keresztmetszetet (3 a) növelő kúpos test (11); a fővezetékben (2) folyó pillanatnyi áramlás növekményének megfelelő arányos növekményénél kisebb a mérővezetékben folyó pillanatnyi kerülőáramlás növekménye; az elektronikus jelátalakító (6”) a kapott pillanatnyi kimenőjelet a fővezetékben (2) folyó főáramlás (Q) arányossági eltérése szerint kompenzáló kialakítású elektronikus jelátalakító (6”).
2. 2. Az 1. igénypont szerinti áramlásmérő (1), azzal jellemezve, hogy a kúpos test (11) csonka kúp alakú, és csúcsa a fővezetékben (2) folyó főáramlás (Q) irányába mutat, és a kúpos test (11) a rögzített szűkülethez (3) képest elmozdítható kialakítású.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti áramlásmérő (1), azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy a kúpos testet (11) a szűkület (3) irányába nyomó rugót (12).
4. 4. Az 1. vagy 3. igénypont szerinti áramlásmérő (1), azzal jellemezve, hogy a rugó (12) által kifejtett erő a fővezetékben (2) folyó maximális főáramlással (Q) arányos.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti áramlásmérő (1), azzal jellemezve, hogy a mérővezetékben (4) folyó minden áramláshoz tartozik egy, az elektronikus jelátalakító (6”) által kalibrálás révén hozzárendelt érték, amely a fővezetékben (2) folyó pillanatnyi teljes főáramlásnak (Q) megfelelő érték.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti áramlásmérő (1), azzal jellemezve, hogy dinamikatartománya nagyobb, mint 1000:1.