HUT71157A - A volume flow meter that measures transit time - Google Patents

Description

A találmány tárgya olyan fluid térfogatáram mérő, amely átmeneti időt mér, és ebből következtet a térfogatáram sebességére úgy, hogy egyúttal mind a hőmérsékletváltozás, mind pedig a nyomásváltozás kompenzálva van, továbbá a mérés független a fluid közeg összetételének változásaitól is, amelynek az áramlását mérjük. A találmány szerinti megoldás előnyösen alkalmazható háztartási gázfogyasztás mérésére.

Általánosságban elmondhatjuk, hogy annak érdekében, hogy egy termikus impulzus átmeneti idejének méréséből az áramlási sebességet meg tudjuk határozni, szükség van egy, a termikus impulzust kibocsátó elemre, például egy fűtőellenállásra, amely az áramló fluid közegben van elhelyezve. A hőhullámot létrehozó elemek közelében valamilyen hőmérsékletérzékelő, célszerűen hőelem van elhelyezve.

A mérés során azt az időt mérjük, amely alatt a hőimpulzus a hőhullámot kibocsátó elemtől az érzékelőig eljut. Ez az átmeneti időtartam függ a fluid közeg áramlási sebességétől. Abban az esetben, ha annak a csőnek, ahol a közeg áramlik az alakja ismert, a mért sebességből az áramlási sebesség kiszámítható.

Általánosságban ismert, hogy a hőimpulzusokat célszerű modulálni. Ilyen körülmények között a kibocsátott hőhullám és a mért hőhullám között a fáziseltolódás is mérhető.

A találmány szerinti leírás során az átmeneti időt általánosságban alkalmazzuk, azaz egyrészt a hőimpulzus kibocsátása és érzékelése közötti fáziseltolást is méri, másrészt pedig méri az impulzus áthaladási idejét is.

Az alapelv csak ideális esetre igaz azonban, ahol a hőmérséklet, a nyomás, valamint a fluid közeg összetétele nem változik. Ha azonban bármelyik paraméter ezek közül ingadozik, a fluid közegnek a diffúziós állandója változik, és adott áramlási sebesség estén az impulzusnak a terjedési ideje is változik. Ily módon tehát az áramlási sebeség mérés hibát tartalmaz. Sajnálatos módon ♦ · · · « ··· · · • · · · · · ·· ·· ·*· ··

-3ezek a paraméterek a fogyasztóhoz továbbított háztartási gáz üzemanyagnál is változnak. Annak érdekében tehát, hogy az áthaladási idő mérésével (áthaladási idő vagy fáziseltolás) határozzuk meg az áramlási sebességet, szükség van arra, hogy a mért áthaladási időt a hőmérséklet, nyomás és a gáz összetételének változása függvényében korrigáljuk, ill. a méréskor figyelembe vegyük. Ezen paraméterek ismerete lehetővé teszi a gáz diffúziós állandójának a meghatározását, és ebből lehet következtetni azután a közeg sebességére ill. áramlási sebességére a mért átmeneti idő alapján.

Itt jegyezzük meg, hogy az áramlási sebesség meghatározása kiegészítő adatok függvényében meglehetősen bonyolult, és olyan berendezések alkalmazását teszi szükségessé, amelyeket viszonylag nehéz telepíteni, és mind energia-, mind pedig költségigényesek.

Az US 4.713.971 számú szabadalmi leírás egy olyan terjedési idő mérésre szolgáló eszközt ismertet, amely a nyomás változására és a hőmérséklet változására kompenzálva van, ily módon tehát nincs szükség külön a hőmérsékletet és a nyomást is megmérni. Ennél a megoldásnál egy huzallal fűtött ellenállást alkalmaznak, amely egy szigetelt rétegen van elhelyezve, és egy termoelektromos érzékelő is el van helyezve ugyanezen a rétegen, amelynek segítségével a fűtőellenállás által kibocsátott hőhullámokat lehet érzékelni. A forró drót a fluid közeg áramlási irányára merőlegesen van elhelyezve, a termoelektromos érzékelő pedig a forró dróttól a fluid közeg áramba, vagy az áramlás irányába eső, vagy pedig az áramlás iránnyal ellentétes végén van elhelyezve úgy, hogy mindazokat a hőhullámokat érzékelje, amelyek az áramló közeggel párhuzamosak. Egy, a fentihez hasonló referencia eszköz van felhasználva a nyomás és a hőmérséklet hatásának a kompenzálására. A referencia eszközt alkalmazzák a nulla áramlási sebesség mértékének meghatározásához.

«· ·· ·· ···· ·· • · · · · · · » ··· ·· ··· ·· • · · · · · · ···· ·· ·· ··· * ·

-4Az első kiviteli alakoknál a referencia elem a mérőeszközre merőlegesen helyezkedett el. A hőhullám terjedése lényegében a fluid közeg irányára merőleges, és így gyakorlatilag független az áramló közeg sebességétől. Ez az elrendezés azonban az áramlásban keletkező örvénylésekre és turbulenciákra érzékeny.

Egy további példaként! kiviteli alaknál a referencia elem abban a tartományban volt elhelyezve, ahol a folyadék nyugalomban van.

Jóllehet az US 4.713.970 számú szabadalmi leírásban bemutatott megoldás az alapelrendezéshez képest jelentős továbbfejlesztést és előnyöket mutatott, számos hátránnyal rendelkezik még ez is, ami gyakorlatilag megakadályozza abban, hogy gáz üzemanyag mérésénél alkalmazni lehessen.

Ilyen hiányosság, hogy a kötőelem ugyanazon a falon van elhelyezve a rétegen, mint a termoelektromos detektor. A hőimpulzusok terjedésének a mérését helyileg a fal közelében végezték, és ily módon ez a mérés rendkívül érzékeny volt a viszkozitás változására, amely a fluid közeg összetételének esetleges változásaitól függ. A mérési pontosság az érzékelő szerkezetétől független, és ily módon nem kompenzálható anélkül, hogy a fluid közeg összetételét meghatározzák. Ezen túlmenően pedig a rétegfal közelében a fluid közegnek a dinamikus sebessége kisebb ahhoz képest, mint amilyen a dinamikus sebesség az adott faltól kissé távolabb.

Ismeretes az is, hogy az áramlási sebesség lényegében nulla egy adott fal mentén, bármilyen is a sebesség profilja máshol. Ez abban nyilvánul meg, hogy a rendszernek az érzékenysége ily módon ittkisebb lesz. Mivel maga a réteg nem teljes mértékben szigetelő, a hőkibocsátó elem és a hőérzékelő elem között bizonyos hőszivárgás lép fel. Ezek a hőszivárgások szükségszerűen növelik azt az energiát, amely ahhoz szükséges, hogy a rendszer megfelelően működjön. A hőmérséklet ill. a nyomás változásának kompenzálása a már előbb említett US 4.713.970 számú szabadalmi leírásban ismertetett meg• ·

-5oldásnál abban jelentkezik, hogy a mérőszerkezetet meg kell duplázni. Ily módon tehát a berendezés legalább két fűtőelemet igényel.

Fentiekből következik, hogy az az energia, amely az ily módon kompenzált berendezés működéséhez szükséges legalább a kétszerese annak, amely az egyetlen fűtőelemmel ellátott berendezéshez szükséges. Sajnálatos módon a különféle automata indukciós berendezésekben az áramló levegő mérése, amelyre az US 4.713.970 számú szabadalmi leírás is vonatkozik, különös hangsúlyt fektet az energiafogyasztásra, azaz fontos szerepet kap, hogy mekkora energiára van szükség ahhoz, hogy a térfogatáram mérő alkalmas legyen üzemanyag gáz mérésére. Ezeknél az elrendezéseknél tehát olyan telepre van szükség, amely elegendő energiát tud adni ahhoz, hogy legalább tíz éves élettartamot biztosítson a berendezésnek anélkül, hogy az elemet cserélni kellene. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy az US 4.713.970 számú szabadalmi leírásban ismertetett berendezést gázmérő célokra nem lehet alkalmazni.

A találmánnyal célul tűztük ki az előbb említett megoldás hátrányainak kiküszöbölését. A találmány szerinti megoldás térfogat áramlási sebesség mérésére szolgál úgy, hogy a gáz összetételében, hőmérsékletében ill. nyomásában bekövetkező ingadozás a mérést nem befolyásolja.

A találmány szerinti berendezéshez csak egyetlen fűtőelemre van szükség, ami lehetővé teszi, hogy az energiafogyasztása az előbb említett megoldásnál kisebb legyen.

A találmány tehát egy olyan térfogatáram mérő, amely az átmeneti ill. áthaladási időt méri, és alkalmas olyan csővezetékben történő elhelyezésre, amelyben fluid közeg áramlik. Maga az áramlásmérő a következő elemekből áll:

Tartalmaz egy külső burkolatot, amelyben egy a burkolaton kívül és a burkolaton belül elhelyezkedő folyadék cseréjét biztosító nyílás van, és a fluid közeg a burkolaton lényegében nyugalomban van, tartalmaz továbbá a bérén• · « · · · · * 9 ··· · ♦ ··· ·· • ···· ··· • ♦ ♦ · ·· ·· ··· · ·

-6dezés egyetlen fűtőelemet, amely a burkolat falába süllyesztve van behelyezve, és mind a burkolat belseje felé, mind pedig a kívülre modulált termikus impzulzusokat hoz létre egyidejűleg, tartalmaz továbbá egy első hőmérsékletérzékelőt, amely a burkolaton kívül érintkezés nélkül, de a fűtőelem közelében van elhelyezve, tartalmaz továbbá egy második hőmérséklet-érzékelőt, amely a burkolaton belül szintén a burkolattal való érintkezés nélkül van a fűtőelem közelében elhelyezve, tartalmaz továbbá a berendezés két mérőrendszert, amelyik az első fázistolást, vagy a termikus impulzusok kibocsátása, és azoknak az első hőmérséklet-érzékelő által érzékelt időpontja közötti terjedési időt méri, tartalmaz még egy második fázistolást, vagy pedig a termikus impulzusok kibocsátása, és azoknak a második hőmérséklet-érzékelők által történő érkékelése közötti terjedési időt méri, tartalmaz a rendszer még egy olyan számítógépes jelfeldolgozó egységet, amely az első és a második fázistolások, vagy a terjedési idők alapján a térfogatáram sebességéet kiszámítja, és a mért érték a hőmérséklet-változás, nyomásváltozás és a fluid közeg összetételének megfelelően kompenzálva van.

A találmány szerinti berendezés tehát elvégez egy első átmeneti idő mérést az áramló fluid közegben, és egy második átmeneti idő mérést a folyadékban, ahol az nyugalomban van. A második mérést használjuk fel arra, hogy a fluid közeg diffúziós állandóját meghatározzuk, és ily módon lehetővé váljon az első mérés korrigálása a mérés teljes dinamikus tartományában.

Ismételten utalunk arra, hogy az átmeneti idő mérése lehet fáziseltolás mérés vagy pedig a terjedési idő mérés.

A hőmérséklet-érzékelők a faltól kicsit távolabb vannak eltolva, a hőmérséklet-érzékelőkre van a fűtőellenállás elhelyezve, és ily módon a viszkozitás változásának a hatása csökkenthető. Az az energia, amely a hőhullám lérehozására és továbbítására szükséges kisebb, mint az ismert megoldásoknál. Ily módon tehát a fogyasztás azáltal, hogy a két fűtőelem helyett - ahogy • · · • ···· *·· ···· ·« ·« ··· ·♦

-7az előbb említett megoldásnál a technika állásából ismert - egyetlen fűtőelemet használunk, az energiafogyasztás is minimalizálódik.

A találmány egyik előnyös kiviteli alakja úgy van kialakítva, hogy a fűtőelem egy fűtőellenállás, amely egy membrán azon oldalán van elhelyezve, amely alkalmas arra, hogy a membrán vastagságán keresztül a hővezetést növelje, éspedig az oldalirányú hővezetés kárára.

Előnyös a találmány azon kiviteli alakja, ahol a fűtőelem tartalmaz egy tartóelemet, amelyen egy nyílás van kiképezve, egy villamosán szigetelő réteget, amely a tartóelemre van elhelyezve, és a nyílásnál membránt formálva egy fűtőellenállást, amely vezetőrétegként van az ellenállásra felvive, továbbá vezetősávokat, amelyek a fűtőellenálláshoz vannak csatlakoztatva, és a vezetősávok érintkezőnyelvekkel vannak ellátva.

Ugyancsak előnyös, ha maga a réteg szilícium-nitridből van kialakítva. A réteg kialakítható természetesen egyéb polimerből is. Egy további kiviteli alaknál a térfogatáram mérő tartalmaz legalább egy hőmérséklet-érzékelőt, amely a fűtőelemhez van csatlakoztatva.

Ugyancsak előnyős a találmány azon kiviteli alakja is, ahol legalább a burkolatnak egy része a csatorna falával együttműködik és ily módon hoz létre legalább egy konvergáló csatornát, és az első hőmérséklet-érzékelő, ebben a csatornában van elhelyezve. A konvergáló csatorna, amelyben az első hőmérséklet-érzékelő van elhelyezve, azt a célt szolgálja, hogy a folyadék helyi sebességét növeljük, és ily módon a berendezés jel/zaj viszonyát javítsuk.

A találmány egy további példaként! kiviteli alakjánál a külső burkolat egy aerodinamikai gátként van kiképezve az áramló fluid közeg számára. Ez a gát a cső középsíkjában helyezhető el. Az aerodinamikai gátnak van egy az áramlás irányába eső első része, ami lényegében elliptikus alakú, és van egy az áramlás irányába eső oldalával ellentétes hátsó része, amely kúposra van kiképezve. Az áramlás irányába eső első rész a cső falával együtt legalább egy • · ··· · ♦ · ·· • ··· · · ··« ·· • ···· ··· ···· ·· · · ··· · ·

-8konvergáló csatornát képez. Lehetséges az is, hogy az áramlás irányba eső első résszel ellentétes oldalon lévő hátsó rész szintén a fallal együttműködik és szintén legalább egy szűkülő, konvergáló csatornát képez. A gát szerepe, hogy a fluid közeg viszkozitásában bekövetkező változásoknak a mérésre gyakorolt hatását csökkentse.

A fűtőelem célszerűen a gátnak az áramlási irányba eső első oldalán van elhelyezve, és együttműködve a cső falával legalább egy szűkített csatornát hoz létre.

Előnyösen, ha a nyílás a burkolaton nem az áramlási irányban eső oldalon van elhelyezve, és ily módon elkerülhető, hogy a belső üregben elhelyezett mérőelemek (fűtőelem, hőmérséklet-érzékelő) fölött a fluid közeg örvénylésbe kerüljön.

Előnyösen, ha az első hőmérséklet-érzékelő a fűtőelemtől nézve az áramlási irányba eső első részen van elhelyezve.

A találmányt a továbbiakban példaként! kiviteli alakjai segítségével a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben.

Az 1. ábrán a találmány szerinti berendezés egy metszetének vázlatos felülnézete látható, a 2. ábrán a találmány szerinti berendezés vége felöli nézete látható, a 3a. és 3b. ábrán a fűtőelemmel ellátott résznek a felülnézete és a metszete látható, a 4. ábrán a találmány további példaként! kiviteli alakjának felülnézete látható vázlatosan, az 5. ábrán pedig a találmány egy további példaként! kiviteli alakjának vázlatos felülnézete látható.

Az 1. és a 2. ábrán látható a találmány egyik példaként! kiviteli alakjának vázlatos rajza. Az F fluid közeg, amelynek térfogat áramlási sebességét akarjuk mérni, a példaként! kiviteli alaknál gáz, amely például négyszög keresztmetsze• · • ·· · ··

-9tű csövön keresztül áramlik. A 10 csőnek P középsíkja van. A 10 csőben el van helyezve 12 burkolat, amely lényegében itt gátat képez. Ennek a gátnak aerodinamikailag megfelelően kialakított alakja van. A példaként! kiviteli alaknál a 12 burkolatnak, az áramlás irányába eső elsőrésze elliptikus, míg az ezzel ellentétes hátsó része pedig kúpos. Az ellipszis hossztengelye a P középsíkban helyezkedik el. A 2. ábrán jól látható, hogy a gátként kiképezett 12 burkolat a 10 cső teljes magassága mentén helyezkedik el. Maga a gát lehet alumíniumból vagy például műanyagból is. Az áramlási irányban eső oldalától távolabb eső hátsó rész kúposra kiképezett oldalának az egyik peremén egy 14 nyílás van kiképezve, amely lehetővé teszi, hogy a fluid közeg a 12 burkolaton belüli rész és az azon kívül eső rész között helyet cseréljen, azaz áramoljon.

A 12 burkolat áramlási irányába eső első részének egyik peremén egy 16 fűtőelem van a 12 burkolat külső falába süllyesztve elhelyezve. A 16 fűtőelem egy, a 12 burkolatba kiképezett nyílásban van elhelyezve. Maga a 16 fűtőelem alkalmas arra, hogy egyidejűleg bocsásson ki hőhullámokat a 12 burkolat belső része felé, ill. a külső környezetbe is.

A 16 fűtőelem célszerűen egy olyan fűtött ellenállás, amely egy membránon van elhelyezve. Egy ilyen példaként! kiviteli alak látható felülnézetben a 3a. ábrán, míg metszetben a 3b. ábrán.

Ahogyan a 3a. és 3b. ábrákon megfigyelhető a 16 fűtőelem tartalmaz egy 15 tartóelemet, amelyben 17 nyílás van. A 17 nyílás átmérője lehet például 3 mm. Egy 19 villamos szigetelő réteg, amely például szilícium-nitridből van, van elhelyezve a 15 tartóelem fölött úgy, hogy egy 18 membránt képezzen, amely 18 membrán a 17 nyílás fölött van kifeszítve. A 19 villamosán szigetelő réteg lehet például polimer is, célszerűen jól használható a Kapton elnevezésű anyag. A 19 villamos szigetelő anyagból készült réteg olyan, hogy a 18 membrán képes arra, hogy a 15 tartóelemen keresztül a hőveszteséget minimalizálja. Más szavakkal a 18 membrán vastagsága úgy van megválasztva, • ···· · · · ···· ·· ·· ·♦· ··

-10hogy növelje a hővezetést keresztirányban, mégpedig az oldalirányú hővezetésnek a kárára. Ez a vastagság adott esetben néhány mikron is lehet. A 18 membránon egy 20 fűtőellenállás is el van helyezve. Ez lehet például egy nikkel-króm fém lerakódás is. A 20 fűtőellenállás alakja a 3. ábrán bemtutatott kiviteli alaknál biztosítja, hogy minden egyes hőimpulzus izotropikusan legyen kibcsátva. Természetesen más alakzatok is megvalósíthatók, például szinuszos tekercs alakzat.

A 20 fűtőellenállás végeihez 22 és 24 vezetősávok vannak például aranyból készítve csatlakoztatva, amelyek azután egy-egy 26 ill. 28 érintkezőnyelvhez vannak kivezetve, amelyek szintén adott esetben aranyból vannak, és amelyek alkalmasak arra, hogy a tápáramot ezeken keresztül be lehesen vezetni.

Visszatérve az 1. és a 2. ábrákhoz látható, hogy a 18 membrán a 12 burkolat falába süllyesztve van elhelyezve. A 16 fűtőelem teljes egészében lezárja azt a nyílást, amelybe a 18 membrán illesztve van. Ez lehetővé teszi azt, hogy a folyadék örvényeljen, amikor a 16 fűtőelem fölött elhalad, és ily módon az is lehetséges, hogy a fluid közeg a 12 burkolat belsejében a 16 fűtőelem közelében lényegében nyugalomban legyen. A 16 fűtőelem és a 12 burkolat áramlási iránnyal ellentétes hátsó oldalán elhelyezett 14 nyílás közötti távolság megválasztása is hozzájárul ahhoz, hogy a fluid közeg a 12 burkolaton belül és a 16 fűtőelem közelében lényegében nyugalomban legyen. A 18 membránnak az az oldala, amelyen a 20 fűtőellenállás el van helyezve például, a 12 burkolat külső oldalán van.

Amikor a 16 fűtőelem a hősugarakat kibocsátja, a 16 fűtőelemnek igen kis hőtömege van. Ezért rendkívül fontos, hogy a 16 fűtőelemmel hőérzékelő legyen annak érdekében, hogy a fáziseltolást mérjük, továbbá az áramlási sebesség mérésének minőségét javítsuk. Az ábrán itt nem szereplő hőérzékelő «· ·· · · ···· ·· ··· ··· · · • ··· · · ··· ·· • · · · · ··· ···· · <· · · ·*· · ·

-11például lehet egy villamos ellenállás, amely kör alakra van megformázva és a 16 fűtőelem 18 membránján van elhelyezve.

A 2. ábrán látható, hogy a 16 fűtőelem egy 40 generátorhoz van csatlakoztatva, amely modulált villamos impulzusokat bocsát ki. Ezek az impulzusok olyan frekvenciájúak, hogy alacsonyabbak, mint a 16 fűtőelem, amely a hőhullámokat bocsátja ki vágási frekvenciája. Az impulzusokat célszerű 0,5-2 Hz tartományban megválasztani és időtartamuk célszerűen 1 -2 sec. Ezek a hullámok modulálhatok például 1-10 Hz frekvencia tartományba eső frekvenciával. Amikor a 20 fűtőellenálláson villamos áram folyik, a 20 fűtőellenállás izotropikusan hőhullámokat bocsát ki. A 12 burkolat külső oldalán a hőhullám a fluid közegben terjed tovább. A 12 burkolat belsejében a hőhullám a 18 membránon keresztül, és azután a nyugalomban lévő fluid közegen terjed tovább. Az az időtartam, amely a hőhullámoknak a 18 membránon való átterjedését illeti, elhanyagolható, összehasonlítva a hőhullámoknak a fluid közegen való terjedési idejéhez képest.

A 12 burkolat belsejébe ill. külső oldala felé kibocsátott hőhullámokat 42 és 44 hőmérséklet-érzékelőkkel érzékeljük, amelyek a 16 fűtőelem közelében, de a 12 burkolat falától távol vannak elhelyezve, mitöbb úgy vannak elhelyezve, hogy a 12 burkolatnak sem a külső, sem pedig a belső oldalával nem érintkeznek. A 42 és 44 hőmérséklet-érzékelők lehetnek például hőelemek, amelyek nem több, mint néhány millimétre távolságra vannak a 16 fűtőelemtől elhelyezve. A 42 és 44 hőmérséklet-érzékelők 1 mm-re is lehetnek a 16 fűtőelemtől. Ha a 42 ill. 44 hőmérséklet-érzékelők hőelemek, úgy célszerű a rézkonstantán hőelem alkalmazása.

A 2. ábrán látható, hogy a 44 hőmérséklet-érzékelő egy hőelem belső része a 10 cső falának a felső részéhez van csatlakoztatva. A 42 hőmérsékletérzékelő, amely szintén hőelem külső része pedig a 10 cső azon oldalfalához van csatlakoztatva, amely a 12 burkolat azon oldalával szemben helyezkedik • · ·

-12el, amelyen a 16 fűtőelem is van. A 42 hőmérséklet-érzékelőként alkalmazott hőelem 16 fűtőelemtől az áramlási irányban adott távolságra van elhelyezve. Megfigyeltük ugyanis, hogy ez az elrendezés lehetővé teszi, hogy a mérés dinamikus tartománynak megfelelő legyen és igen alacsony áramlási sebességek is jól mérhetők legyenek.

Az 1. ábrára visszatérve látható ott még egy külső 42 hőmérsékletérzékelő, amely adott esetben szintén hőelem a konvergáló 46 csatornában van elhelyezve, amelyet a 12 burkolat áramlási irányban eső első része és a 10 cső fala határol.

Ez a konvergens alakzat azt a célt szolgálja, hogy a sebességprofil a mérőelemek közelében kedvező legyen. Feladata lényegében az, hogy a jel/zaj viszonyt a mérésnél javítsa.

A 4. ábrán a találmány egy további példakénti kiviteli alakjának felülnézete látható, aholis megfigyelhető egy olyan konvergens 46 csatorna, amely nagyobb mértékben konvergál és ily módon a sebességet is jobban növeli ebben a tartományban és ily módon tovább javítja a sebességprofilt.

A találmány szerinti berendezés működését a térfogatáram sebessége mérésére a 2. ábra segítségével mutatjuk be. A 40 generátor által kibocsátott modulált villamos impulzusok hatására a 16 fűtőelem modulált hőhullámokat hoz létre, amelyek gyakorlatilag egyidejűleg fognak a 46 csatorna mentén áramló fluid közeg és a 12 burkolat belsejében lévő fluid közegen áthatolni. Ezeket a hőhullámokat a 42, 44 hőmérséklet-érzékelők érzékelik, amelyek a 12 bukrolat külső ill. belső oldalán vannak elhelyezve.

Mindkét 42 és 44 hőmérséklet-érzékelő egy szinkron jelző 48 és 50 rendszerhez van csatlakoztatva, amelyek olyan frekvencián működnek, amellyel a höimpulzusok modulálva vannnak. Ez a 48 és 50 rendszerek a fáziseltolásnak megfelelő kimenő jelet hoznak létre, az egyik (itt a 48 rendszer) annak a fáziseltolásnak felel meg, amely a hőhullámon az ármaló fluid közegben létrejön, • · ··· · · · · · • ··· «9 ··· · · • «·«· · · · ·*·· «· ·· ·«· ··

-13míg a másik (az 50 rendszer) pedig egy olyan fáziseltolást jelez, amely a hőhullám áthaladásakor a 12 burkolat belsejében lévő nyugalomban lévő fluid közegen keresztül jön létre. Az első fáziseltolás a fluid közeg paramétereinek a függvénye és ezen keresztül természetesen a diffúziós állandó függvénye, valaminht a fluid közeg sebességének a függvénye, a második fáziseltolás kizárólag a fluid közeg paramétereitől függ.

Ezeknek a szinkron érzékelőknek a kimenetei egy 52 számítógéprendszerhez vannak csatlakoztatva, amely egy megfelelően programozott processzor, amelynek a kimenő jele a fluid közeg áramlási sebessége, amelyet a mért fáziseltolások alapján számítanak ki. A berendezést a mérés megkezdése előtt kalibrálják.

Az a fáziseltolás, amelyet nulla áramlási sebesség mellett mérünk, használható fel az áramlási sebesség mérésének korrekciójára, a hőmérséklet a nyomás változásainak a függvényeként, valamint a fluid közeg összetételének a függvényeként. Ez a mérés megegyezik azzal, amikor az áramló fluid közeg diffúziós állandóját értékeljük ki.

Szakember számára nyilvánvaló az, hogy az ilyen típusú mérés során a 16 fűtőelemről kibocsátott hőimpulzusok terjedése ideje is mérhető az első ill. második 42, 44 hőmérséklet-érzékelőkön. Ebben az esetben a 40 generátor segítségével nem impulzussorozatokat hozunk létre, hanem csak egyetlen impulzust.

Önmagában ismert az is, hogy az órajel generátor viszonylag nagy frekvencián működik annak érdekében, hogy nagy mérési pontosságot tudjunk elérni, és megfelelő küszöbérték detektort is alkalmazunk a termikus impulzus terjedésének méréséhez. Ezek a megoldások általánosan ismertek.

A találmány egy további példakéni kitiveli alakja látható az 5. ábrán. Itt az összes hivatkozási jelet nem ismételjük meg, hiszen a mérés elve ugyanaz, egyetlen különbség található csak, és ezt ismertetjük részletesebben. Az 5. áb• 9 9 9 ·· «· · ··· ··· ···fc · • ·«· ·· ··*··

9 9 · ···· ·*·· «9 99 999·♦

-14rán látható tehát az aerodinamikailag méretezett gátként kialakított 12 burkolat, amelynek van a folyadék áramlási irányát tekintve hátsó részén egy kúpos rész, amely a 110 cső falával, amely szintén kúpos itt, egy konvergáló 146 csatornát képez. A 116 fűtőelem a 112 burkolat külső oldalába süllyesztve van az áramlási irányt tekintve hátsó oldalon elhelyezve. Ennek a megoldásnak az az előnye, hogy a 116 fűtőelemet védi a környezeti szennyeződésekkel szemben.

Az első 142 hőmérséklet-érzékelő a 116 fűtőelemet tekintve az áramlási irányban eső oldalon van elhelyezve a 112 burkolaton kívül, de azzal nem érintkezve, míg a második 144 hőmérséklet-érzékelő a 112 burkolaton belül van elhelyezve. Az első 142 hőmérséklet-érzékelő a 116 fűtőelemhez képest az áramlási irányt tekintve hátsó oldalánál is elhelyezhető.

Annak érdekében, hogy a mérés megfelelő legyen, a 114 nyílás lehetővé teszi a fluid közeg cseréjét a 112 burkolat belső és külső része között a benne kiképezett 114 nyílás segítségével, és az az oldala, amelyen a 116 fűtőelem van a 114 nyílást tartalmazó oldalával ellentétes oldala.

Az a tény, hogy a gátszerűen kiképezett elemnek az áramlási iránnyal szemben fekvő oldalával ellentétes hátsó része a cső falával együttműködve legalább egy konvergáló 46 ill. 146 csatornát képez, azt a célt szolgálja, hogy az áramlás megőrzi a lamináris áramlási profilját, és ily módon lehetővé teszi az áramlási sebesség igen széles tartományban történő pontos mérését.

Claims (15)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Térfogatáram mérő átmeneti idő mérésére, amely áramló fluid közeget továbbító csőben (10) van elhelyezve, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy külső burkolatot (12, 112) amelyben egy a burkolaton (12, 112) kívül és a burkolaton belül elhelyezkedő folyadék cseréjét biztosító nyílás (14, 114) van, és a fluid közeg a burkolaton (12, 112) lényegében nyugalomban van, tartalmaz továbbá a berendezés egyetlen fűtőelemet (16, 116), amely a burkolat (12, 112) falába süllyesztve van behelyezve, és mind a burkolat (12, 112) belseje felé, mind pedig a kívülre modulált termikus impzulzusokat hoz létre egyidejűleg, tartalmaz továbbá egy első hőmérséklet-érzékelőt (42, 142), amely a burkolaton (12,112) kívül érintkezés nélkül, de a fűtőelem (16, 116) közelében van elhelyezve, tartalmaz továbbá egy második hőmérséklet-érzékelőt (44, 144), amely a burkolaton (12, 112) belül szintén a burkolattal (12, 112) való érintkezés nélkül van a fűtőelem (16, 116) közelében elhelyezve, tartalmaz továbbá a berendezés két mérőrendszert (48, 50), amelyik az első fázistolást, vagy a termikus impulzusok kibocsátása, és azoknak az első hőmérséklet-érzékelő (42) által érzékelt időpontja közötti terjedési időt méri, tartalmaz még egy második fázistolást, vagy pedig a termikus impulzusok kibocsátása, és azoknak a második hőmérséklet-érzékelők (44, 144) által történő érkékelése közötti terjedési időt méri, tartalmaz a rendszer még egy olyan számítógépes jelfeldolgozó egységet (52), amely az első és a második fázistolások, vagy a terjedési idők alapján a térfogatáram sebességét kiszámítja, és a mért érték a hőmérsékletváltozás, nyomásváltozás és a fluid közeg összetételének megfelelően kompenzálva van.

2. Az 1. igénypont szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a fűtőelem (16, 116) egy fűtőellenállás (20), amely egy membrán (18) azon olda-

-16lán van elhelyezve, amely alkalmas arra, hogy a membrán (18) vastagságán keresztül a hővezetést növelje, éspedig az oldalirányú hővezetés kárára.

3. A 2. igénypont szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a fűtőelem (16, 116) tartalmaz egy tartóelemet (15), amelyen egy nyílás (17) van kiképezve, egy villamosán szigetelő réteget (19), amely a tartóelemre (15) van elhelyezve, és a nyílásnál (17) membránt (18) formálva egy fűtőellenállást (20), amely vezetőrétegként van az ellenállásra (18) felvive, továbbá vezetősávokat (22, 24), amelyek a fűtőellenálláshoz (20) vannak csatlakoztatva, és a vezetősávok érintkezőnyelvekkel (26, 28) vannak ellátva.

4. A 3. igénypont szerinti szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a villamosán szigetelő réteg (19) polimerből van.

5. A 3. igénypont szerinti szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a villamosán szigetelő réteg (19) szilícium-nitrid.

6. Az 1. igénypont szerinti szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy tartalmaz legalább egy olyan hőmérséklet-érzékelőt (42, 142), amely a fűtőelemre (16, 116) van rögzítve.

7. Az 1. igénypont szerinti szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a burkolatnak (12, 112) legalább egy része a cső (10, 110) falával együttműködve konvergens csatornát (46, 146) képez, és ebben a csatornában (46, 146) van az első hőmérséklet-érzékelő (42, 142) elhelyezve.

8. Az 1. igénypont szerinti szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a burkolat (12, 112) az áramló fluid közeg számára aerodinamikailag kialakított gátként van kialakítva.

9. A 8. igénypont szerinti szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a burkolat (12, 112) a cső (10, 110) középsíkjában (P) van elhelyezve.

10. A 8. igénypont szerinti szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a burkolat (12, 112) első része lényegében elliptikus, hátsó része pedig kúpszerű.

• · · • V ·· ·9 V · ·· ··« * >·

11. A 10. igénypont szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy az áramlási irányba eső első rész a cső (10) falával legalább egy konvergens csatornát (46) képez.

12. A 10. igénypont szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a gátnak a hátsó része a cső (110) falával legalább egy konvergens csatornát (146) képez.

13. A 11. vagy 12. igénypont szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a fűtőelem (16, 116) a burkolat (12, 112) azon oldalán van elhelyezve, ahol az a cső (10, 110) falával a legalább egy konvergens csatornát (46, 146) képezi.

14. A 10. igénypont szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy a nyílás (14,114) a hátsó részen van elhelyezve.

15. Az 1. igénypont szerinti áramlásmérő, azzal jellemezve, hogy az első hőmérséklet-érzékelő (42, 142) a fűtőelemtől (16, 116) az áramlási irányban eső oldal felé esően van elhelyezve.