HU217737B - Fluid oszcillátoros áramlásmérő - Google Patents

Abstract

A találmány fluid oszcillátoros áramlásmérő kétdimenziós fluidsugárral, amely sugár az áramlásmérő hosszirányú szimmetriasíkjárakeresztirányban, annak mindkét oldalán oszcillál, és tartalmaz egyoszcillátorkamrát (14), egy gátat (22), amely az oszcillátorkamrában(14) van elhelyezve, tartalmaz még az áramlásmérő bemenete felé esőoldalán egy, az áramlás útjába elhelyezett és a sugár oszcillációjasorán a sugár által végigpásztázott üreget (24), tartalmaz továbbá azáramlási sebességét nyomáskülönbség mérésével meghatározó elemeket,valamint a nyomáskülönbségből az áramlási sebességet meghatározójelfeldolgozó elemeket. A találmány lényege, hogy tartalmaz egy, azáramlásmérő szimmetriasíkjának (P) és az üreg (24) fenékrészének ametszésvonalában elhelyezett nyomáskivezető helyet (P3) és egy, ezennyomáskivezető hely (P3 és a szimmetriasík (P) két oldalánszimmetrikusan elhelyezett nyomáskivezető helyek (P1, P2) közöttinyomáskülönbséget mérő elemet. ŕ

Description

A találmány tárgya fluid oszcillátoros áramlásmérő, amely lehetővé teszi folyékony vagy gáz fluid közeg áramlásának mérését.

Az US 4 244 230 számú szabadalmi leírás egy olyan fluid oszcillátoros áramlásmérőt ír le, amely egy adott szimmetriasíkra szimmetrikusan van elrendezve. Az áramlásmérőnek a bemenete olyan füvókaként vagy mérőtorokként van kiképezve, amely egy kamrába kétdimenziós fluid sugarat továbbít. A kamra belsejében egy gát van kiképezve, amelynek a fluid sugár útjába eső elülső ürege van. A fluid közeg oszcillációja az áramlásmérő szimmetriasíkjára merőleges, és a sugárral együtt az üregben két örvény is létrejön a sugár egyegy oldalán. Mindegyik örvény váltakozva erősödik fel és gyengül mindenkor a másik örvénytől eltérő fázisban. Az oszcillálás során a sugár becsapódási pontja az üreg teljes falát végigpásztázza.

A szimmetriasík megfelelő oldalain két nyomáskivezető pont van kiképezve, amelyek egy vagy több nyomásérzékelőhöz vannak úgy csatlakoztatva, hogy ezekkel a sugár oszcillációja az üregben megmérhető. Az 1. ábrán látható két nyomáskivezető pont között mért nyomáskülönbségnek megfelelő villamos S kimenőjel időfüggvénye. Az 1. ábrán látható az is, hogy az S kimenőjel-időfüggvény mindkét szélső értékénél két csúccsal rendelkezik, amelyek között egy-egy mélyedés van. A két csúcs közötti mélyedés legmélyebb pontja felel meg a sugárnyaláb azon becsapódási pontjának, amely a sugár maximális ingadozásához tartozik.

Ha már most olyan sugárnyalábot hozunk létre, amely a már előbb említett üreget a szimmetriasíktól távol pásztázza végig, miután a nyomáskivezető pontokon áthaladt, a sugár folytatja az útját a maximális kitéréséig.

Ha a sugár elérte a maximális kitérését, a nyomáskivezető ponton mért nyomás csökkeni fog. Azt követően tehát, hogy a sugár elérte a maximális kitéréséhez tartozó pontot, azaz a két csúcsérték közötti mélyedés minimumát, a sugár visszatér a szimmetriasík irányába, miközben megközelíti a második nyomáskivezető pontot. A második csúcsérték annak felel meg, amikor a sugárnyaláb a második nyomáskivezető pontnál halad át, majd továbbhalad az ellentétes oldalon elhelyezett nyomáskivezető pont felé.

Megfelelő küszöbértékű S kimenőjel megválasztásával az egyébként analóg hullámjel digitális négyszögjellé alakítható át. Mindegyik négyszögjel az áramlásmérőn áthaladó fluid közeg mennyiségével lesz arányos. Az áramlás meghatározható tehát a négyszöghullámok számlálásával.

A mérés pontossága egy fél oszcillációs periódusnak felel meg.

Ily módon tehát, ha az áramlás akkor szakad meg, amikor az oszcilláció is szünetel, a sugár becsapódási pontjának a pontos helye az üreg alján ismeretlen lesz, a mérés pedig bizonytalan.

A találmány célja olyan áramlásmérő kidolgozása, amely a fenti áramlásmérő továbbfejlesztése úgy, hogy a pontossága legalább kétszerese annak, ugyanakkor mindezt úgy valósítjuk meg, hogy az üregben az oszcilláció frekvenciáját nem növeljük.

A felismerésünk az volt, hogy legalább egy nyomáskivezető pontot mint mérőpontot képezünk ki a szimmetriasík és az üreg legmélyebb részének a metszésvonalában a szimmetriatengely két oldalán szintén szimmetrikusan elhelyezett nyomáskivezető pontokon túlmenően. A nyomáskülönbséget ezt követően megmérjük:

a) a szimmetriasík két oldalán elhelyezett nyomáskivezető pontok között, valamint

b) mérjük a nyomást azon a nyomáskivezető ponton is, amely a szimmetriasíkban helyezkedik el.

Azok a négyszögjelek, amelyek a nyomáskülönbség hatására keletkeznek, legalább kétszer akkorák, mint a bevezetőben idézett megoldásnál, és minden egyes négyszöghullám kisebb áramlásitérfogat-egységnek felel meg. A mérés pontossága így növelhető.

A nyomáskivezető mérőpontok a szimmetriasíkhoz képest szimmetrikusan az üreg belsejében a sugár maximális kitéréséhez tartozó helyeken vannak elhelyezve, azaz a méréshatár maximuma közelében.

A találmány tehát fluid oszcillátoros áramlásmérő kétdimenziós, az áramlásmérő hosszirányú szimmetriasíkjára keresztirányban, annak mindkét oldalán oszcilláló fluid sugárral, és tartalmaz egy oszcillátorkamrát, az oszcillátorkamrában elhelyezett gátat, tartalmaz továbbá az áramlásmérő bemenete felé eső oldalán egy, az áramlás útjába elhelyezett és a sugár oszcillációja során a sugár által végigpásztázott üreget, továbbá az áramlási sebességét nyomáskülönbség mérésével meghatározó elemeket, valamint a nyomáskülönbségből az áramlási sebességet meghatározó jelfeldolgozó elemeket.

Az áramlásmérő lényege, hogy tartalmaz egy, az áramlásmérő szimmetriasíkjának és az üreg fenékrészének a metszésvonalában elhelyezett nyomáskivezető helyet és egy, ezen nyomáskivezető hely és a szimmetriasík két oldalán szimmetrikusan elhelyezett nyomáskivezető helyek közötti nyomáskülönbséget mérő elemet.

A nyomáskivezető helyek a sugárnak az üregen belüli maximális kitéréseihez tartozó pontokon vannak célszerűen elhelyezve.

Előnyös, ha a szimmetriasík és az üreg aljának a metszési síkjában elhelyezett nyomáskivezető helynél egy nyomásveszteséget létrehozó elem van adott esetben elhelyezve.

A találmányt a továbbiakban példakénti kiviteli alakjai segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben. Az

1. ábrán az ismert áramlásmérővel mért jel jelalakja látható az idő függvényében, a

2. ábrán a találmány szerinti áramlásmérő felülnézete, valamint a hozzá tartozó jelfeldolgozó egység látható, ez utóbbi vázlatosan, a

3. ábrán a találmány szerinti áramlásmérőben alkalmazott gát látható, a

4. ábrán a találmány szerinti áramlásmérővel mért jelalak látható szintén az idő függvényében, éspedig a nyomáskülönbségből adódó időfüggvény, valamint a számolható négyszöghullámok.

HU 217 737 Β

A 2. ábrán látható tehát a találmány szerinti áramlásmérő egy példakénti kiviteli alakja, amely mind folyadékokhoz, mind pedig gázokhoz alkalmazható. Az áramlásmérő tartalmaz egy 10 fluidbemenetet, amelynek egyik vége egy, a fluid közeget szállító 12 bemeneti csőhöz, másik vége pedig egy 14 oszcillátorkamrához van csatlakoztatva.

A 10 fluidbemenet tartalmaz egy parallelogramma keresztmetszetű 16 ülepítőkamrát, amelynek segítségével a kör keresztmetszetű vezetékben áramló fluid közeg négyszögletes vagy négyzet keresztmetszetű sugárrá alakul át. A 16 ülepítőkamrához egy 18 konvergens elem egyik vége van csatlakoztatva, amelynek másik vége a 14 oszcillátorkamra 20 bemeneti nyílásához van csatlakoztatva. A 20 bemeneti nyílás ismert módon van úgy kialakítva, hogy biztosítsa, hogy a 14 oszcillátorkamrában az áramlásmérő P szimmetriasíkjára merőlegesen kétdimenziós oszcillálósugár alakuljon ki.

A 14 oszcillátorkamrában egy 22 gát van elhelyezve, amelynek a 20 bemeneti nyílás felőli oldalában egy 24 üreg van kiképezve. Az a fluid sugár, amely a 14 oszcillátorkamrába belép, oszcillációja során végigpásztázza a 24 üreg belső falát.

A fluid közeg a 14 oszcillátorkamra és a 22 gát fala között kialakuló 26 és 28 csatornákon keresztül lép ki a 14 oszcillátorkamrából. A 26 és 28 csatornák egy 30 kimeneti nyílásba egyesülve vannak egy 32 kimeneti csőhöz csatlakoztatva.

Az áramlás mérése során mérjük azt, hogy a sugár az oszcillálás során hányszor pásztázza végig a 24 üreg alját. Az oszcilláció frekvenciája arányos lesz az áramlási sebességgel.

A 2. ábrán látható, hogy a nyomást három P_b P₂ és P₃ nyomáskivezető helyen elhelyezett nyomásérzékelővel mérjük. A P,, P₂, P₃ nyomáskivezető helyek mind a 2. ábrán, mind pedig a 3. ábrán, ahol a 22 gát térbeli rajza látható, jól megfigyelhetők. Ezeket a P_b P₂, P₃ nyomáskivezető helyeket egy-egy csatorna képezi, amelyeknek egyik vége a 24 üregbe torkollik, másik végük pedig a 22 gát felső lapján van például kivezetve.

A Ρ, és P₂ nyomáskivezető helyek bemenete a példakénti kiviteli alaknál a P szimmetriasík két oldalán szimmetrikusan van a 22 gát magasságának a felénél kiképezve. A P, és P₂ nyomáskivezető helyek bemenetét célszerű ott kialakítani, ahol a sugárnak maximális a kitérése.

Ismert az, hogy a sugár maximális kitérésének a helye igen közel esik a fluid közeg áramlási sebességéhez. Ily módon a P[ és P₂ nyomáskivezető helyek helye pontosan megegyezik az adott áramlási sebességhez tartozó maximális kitérés helyével.

Az 1. ábrán látható, hogy a kitérési pont helyzete és a nyomáskivezető pont helyzete közötti különbség akkor növeli meg a két csúcsérték közötti mélyedés mélységét, amikor a sugár a P, és P₂ nyomáskivezető helyek fölött áthalad, és amikor a sugár az oszcilláció következtében kimozdul a P szimmetriasíkból. Abban esetben, amikor az amplitúdó nem elegendően nagy ahhoz, hogy amikor a sugár a P szimmetriasíkról elmozdul, a P₍ és P₂ nyomáskivezető helyeknél elhaladjon, ez a jelenség nem tapasztalható. A P| és P₂ nyomáskivezető helyek úgy vannak elhelyezve, hogy a mérés során a két csúcsérték közötti mélyedés, amely a sugárnak a P_b illetőleg P₂ nyomáskivezető pont fölötti áthaladásakor jön létre, ne legyen sem olyan széles, sem pedig olyan mély, amely a mérést megzavarná.

Visszatérve a 2. ábrára, látható, hogy a P, és P₂ nyomáskivezető helyek egy T alakú 36 csővel össze vannak kapcsolva.

A P₃ nyomáskivezető hely például a 22 gát és a P szimmetriasík metszésvonalának a felénél van a 24 üreg fenékrészén elhelyezve. Az összekötő T alakú 36 cső kimenete és a P₃ nyomáskivezető helyhez csatlakoztatott 38 cső kimenete egy 40 nyomásérzékelőhöz van csatlakoztatva, amely lehet például szilícium, vagy hőhatással működő vagy bármilyen egyéb ismert olyan nyomásérzékelő, amelyet áramlásmérőhöz alkalmaznak. Használható nyomásérzékelőként Validyne DPI 103 típusú érzékelő, amelyet a Validyne Engineering Corporation gyárt például.

Egy további példakénti kiviteli alak kialakítható úgy is, hogy mindegyik P_b P₂ és P₃ nyomáskivezető hely egy-egy külön nyomásérzékelőhöz van csatlakoztatva, és ezek jeleinek megfelelő feldolgozásával hozzuk létre a kívánt jelet.

A 40 nyomásérzékelő S kimenőjele a P₃ nyomáskivezető helyen, amely alap- és referenciahely, és a 36 cső kimenetén megjelenő, a P! és P₂ nyomáskivezető helyek közötti nyomáskülönbségnek megfelelő jel közötti különbséget méri. A 4. ábrán az S kimenőjel időbeli változása látható. Az egyszerűség és a jobb érthetőség kedvéért, azokat a mélyedéseket, amelyek esetleg kialakulnak a jelek csúcsánál, és annak felelnek meg, hogy a sugár az oszcillációja során a szimmetrikus P_t és P₂ nyomáskivezető helyeknél áthalad, nem jelöltük be.

Adott esetben a nyomásváltozások a P₃ nyomáskivezető hely tartományában nagyobbak, mint a P, és P₂ nyomáskivezető helyeken. Egy nyomásveszteséget létrehozó elem helyezhető el a P₃ nyomáskivezető helynél azért, hogy legalább részben kompenzálja ezeknek a nyomásváltozásoknak a hatását. Ezt mutatja például a 3. ábrán látható és a 38 csőben elhelyezett 39 dugó.

Ennek 39 dugónak az elhelyezése és kialakítása lehetővé teszi, hogy az S kimenőjel aszimmetriáját kiküszöböljük és elkerüljük a mérési veszteséget.

A 40 nyomásérzékelő kimenete egy 42 jelfeldolgozó egység bemenetére van elvezetve, amely az S kimenőjelet négyszögjelekké alakítja át. Ez lesz a 42 jelfeldolgozó egység C kimenőjele. Az átalakítás egy előre beállított küszöbérték figyelembevételével történik.

A négyszögjelsorozat frekvenciája kétszerese lesz a technika állása szerint kialakított és a bevezetőben említett berendezések frekvenciájának. Minden egyes négyszöghullám egy-egy, az áramlásmérőn átáramlott folyadéktérfogatnak felel meg, és ez az érték kisebb, általában fele annak a térfogatmennyiségnek, amely az ismert megoldásoknál mérhető. A négyszögjeleket a 42 jelfeldolgozó egység kimenetére csatlakoztatott 44 számláló számlálja meg, amelynek a D kimenőjele a számlálás ideje alatt az áramlásmérőn átáramló fluid kö3

HU 217 737 Β zeggel lesz arányos, és így arányos lesz az áramlási sebességgel is.

Mivel a megszámlált térfogategységek értéke kisebb, célszerűen fele az ismert megoldásokhoz tartozó értéknek, így értelemszerűen a mérési pontosság nagyobb lesz.

Claims (1)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Fluid oszcillátoros áramlásmérő kétdimenziós, az áramlásmérő hosszirányú szimmetriasíkjára keresztirányban, annak mindkét oldalán oszcilláló fluid sugárral, amely tartalmaz egy oszcillátorkamrát (14), az oszcillátorkamrában (14) elhelyezett gátat (22), tartalmaz továbbá az áramlásmérő bemenete felé eső oldalán egy, az áramlás útjába elhelyezett és a sugár oszcillációja során a sugár által végigpásztázott üreget (24), továbbá az áramlási sebességet nyomáskülönbség mérésével meghatározó elemeket, valamint a nyomáskülönbségből az áramlási sebességet meghatározó jelfeldolgozó elemeket, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy, az áramlásmérő szimmetriasíkjának (P) és az üreg (24) fe5 nékrészének a metszésvonalában elhelyezett nyomáskivezető helyet (P₃) és egy, ezen nyomáskivezető hely (P₃) és a szimmetriasík (P) két oldalán szimmetrikusan elhelyezett nyomáskivezető helyek (P_b P₂) közötti nyomáskülönbséget mérő elemet.

   10 2. Az 1. igénypont szerinti fluid oszcillátoros áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a nyomáskivezető helyek (P_b P₂) a sugárnak az üregen (24) belüli maximális kitéréseihez tartozó pontokon vannak elhelyezve.

   15 3. Az 1. igénypont szerinti fluid oszcillátoros áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a szimmetriasík (P) és az üreg (24) aljának a metszési síkjában elhelyezett nyomáskivezető helynél (P₃) egy nyomásveszteséget létrehozó elem van elhelyezve.