NL1041675B1 - wijzen om sensoren zoals thermische sensoren "weerstand temperatuur detectoren", afgeschermd van het te meten medium duurzaam en geconditioneerd in te zetten alsmede inrichtingen, waarmee die wijze wordt geëffectueerd - Google Patents

Abstract

wijzen om sensoren, zoals thermische sensoren en "weerstand temperatuur detectoren", afgeschermd van het te meten medium duurzaam en geconditioneerd in te zetten alsmede de inrichtingen waarmee die wijzen worden geëffectueerd, gekenmerkt doordat die sensoren op een binnenkant van een wand van een behuizing worden geplaatst en die behuizing middels enig in de stand van de techniek bekende mogelijke, of beschreven wijze, mediumdichte, bij voorkeur weer los neembaar, zodanig met de mediumleiding wordt verbonden, dat het oppervlak van die wand, met de aan de binnenkant in stroomrichting opeenvolgend geplaatste thermische sensor en warmte "weerstand detector" in direct contact komt met het door de leiding stromende medium en dan min of meer in een gelijk vlak ligt met de binnenwand van die leiding, waarbij het materiaal van de wand met de gemonteerde sensoren voor meting volgens het Delta T methode loodrecht door die wand voldoende warmtegeleidend is gemaakt en de thermische sensor en "warmte weerstand detector", hoofdzakelijk bepaald door warmteweerstand veroorzakende voorzieningen in zijlingse richting door die wand, zover uit elkaar zijn geplaatst, dat geen voor de meetresultaten storende warmte uitwisseling tussen de die elementen onderling plaats kan vinden.

Description

wijzen om sensoren zoals thermische sensoren “weerstand temperatuur detectoren”, afgeschermd van het te meten medium duurzaam en geconditioneerd in te zetten alsmede inrichtingen, waarmee die wijzen worden geëffectueerd.

Thermische sensoren en weerstand temperatuur detectoren worden in veel toepassingen gebruikt en staan daarbij vaak bloot aan corrosie en slijtage. De navolgende beschrijving heeft in principe betrekking op allerlei bestaande toepassingen van sensoren en thermische elementen in corrosiegevoelige omstandigheden, maar wordt in adressering hier beperkt tot de zogenaamde meting middels de Delta T methode, waarmee de stroomsnelheid van een medium door een leiding wordt berekend met behulp van thermische sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”. Daarbij wordt uitgegaan van een temperatuur-referentiemeting op een plaats in de mediumleiding en wordt stroomafwaarts op een tweede plaats, een weerstand temperatuur detector met een constante of variabele hoeveelheid energie ten opzichte van de referentiemeting in temperatuur verhoogd en op basis van variatie daarin als gevolg van warmte afgifte aan het doorstromende medium, wordt middels een rekenmodel de stroomsnelheid gemeten. De daarvoor benodigde thermische sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”, ook wel “Resistance temperature detectors” afgekort RTD’s genaamd, worden daartoe in stroomrichting na elkaar in contact met een door een leiding stromend medium gebracht. Daarbij is een zo direct mogelijke en door andere, dan het doorstromende medium, zo min mogelijk beïnvloedde opname en afgifte van warmte uit, respectievelijke aan dat medium voorwaarde. In veel gevallen wordt dat gedaan door een deel van de vloeistofstroom af te takken en in die aftakking onder beter geconditioneerde omstandigheden te meten. Dat is relatief ingewikkeld en ook wordt de meting niet in de feitelijke leiding gedaan. Een bekende manier om direct in de hoofdleiding te meten is om de temperatuursensor en weerstand temperatuur detector in de vloeistofstroom te steken.

Dat heeft echter tot nadeel, dat die elementen de doorstroming hinderen, maar ook aan die vloeistofstroom worden blootgesteld en daardoor slijten of beschadigd kunnen worden. Een bekende manier om dat te voorkomen, is om de sensoren aan de buitenkant van de leiding te plakken door middel van een temperatuur geleidende lijm. Echter blijft de buiswand een verstorende niet constante factor.

In de octrooiaanvraag WO 2014123481 wordt voorgesteld de thermische sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”, op de binnenkant van de vloeistofleiding te plaatsen en de sensoren en de elementen te beschermen en de doorstroming niet te verstoren door een beschermlaag over de elementen aan te brengen. Met name bij waterleidingen is het corroderend effect zo groot dat aantasting van de sensoren als ook de beschermlaag op den duur onvermijdelijk is. Behalve dat wordt ook niet duidelijk gemaakt hoe een en ander praktisch uitvoerbaar is, terwijl een eenvoudige deugdelijke plaatsing van sensoren op een leidingwand, het uitsluiten van voor meting storende invloeden , zoals bijvoorbeeld warmtelek via de leidingwand en het bestand maken tegen slijtage of corrosie van de geplaatste elementen of de beschermlaag en het in dikte gecontroleerd aanbrengen van een beschermlaag, alsmede het aansluiten van de sensoren op een rekeneenheid door middel van een draadverbinding, voor deskundigen bepaald niet voor de hand ligt. Ook zijn de sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”, niet goed vervangbaar.

Het is de doelstelling om in vergelijking tot het voomoemde octrooi de bij meting volgens de Delta T methode benodigde sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”, duurzamer en onder beter geconditioneerde omstandigheden in te zetten, aan te kunnen sluiten op een rekeneenheid en eenvoudiger te kunnen plaatsen en vervangen.

Aan die doelstelling wordt in principe al beantwoord door het voorstel om de thermische sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”, afgeschermd van het stromend medium op een binnenkant van een wand van een behuizing te plaatsen en die behuizing middels enig in de stand van de techniek bekende of hierna beschreven wijze, mediumdicht en bij voorkeur weer los neembaar, zodanig met de mediumleiding te verbinden, dat het oppervlak van die wand, met de aan de binnenkant in stroomrichting opeenvolgend geplaatste thermische sensor en “warmte weerstand detector” in direct contact komt met het door de leiding stromende medium en dan min of meer in een gelijk vlak ligt met de binnenwand van die leiding, waarbij het materiaal van dat deel van de wand waar de sensoren op zijn gemonteerd voor meting volgens het Delta T methode voldoende warmtegeleidend is gemaakt en de thermische sensor en “weerstand temperatuur detectoren” zover uit elkaar zijn geplaatst, dat geen voor de meetresultaten storende warmte uitwisseling tussen de die elementen onderling plaats kan vinden. Daartoe moet de wand worden samengesteld uit verschillende materialen waarvan delen goed geleidend moeten zijn en delen andere delen juist niet. Daartoe moeten verschillende materialen duurzaam mediumdicht met elkaar verbonden worden en dat is mede gezien de verschillende op dat vlak heersende temperaturen ingewikkeld. Om die reden is, uitgaande van dat principe, gezocht naar een wijze, waarop de thermische sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”op een wand kunnen zijn gemonteerd, die in plaats van te zijn opgebouwd uit warmtegeleidende secties, geheel uit hetzelfde materiaal is gemaakt zonder dat een adequate meting van de stroomsnelheid wordt verstoord door warmte uitwisseling tussen thermische sensor en “weerstand temperatuur detector” of ander warmteverlies buiten het stromende medium om, alsmede tot een daarop geënte inrichting te komen van een formaat, die plaatsing in leidingen van diverse diameters kan worden geplaatst. Daartoe wordt voorgesteld om de gehele wand met de daarop gemonteerde thermische sensor en warmte weerstand detector van een zodanig beperkt warmtegeleidend materiaal te maken en de wanddikte, binnen de toelaatbare grenzen van belastbaarheid en te stellen criteria van duurzaamheid, gelijkmatig over het gehele oppervlak tot een zodanig minimum te beperken, dat enerzijds de weerstand tegen warmtestroming loodrecht door die wand, veroorzaakt door het beperkt warmtegeleidend karakter van het materiaal, als gevolg van de geringe massa zodanig is verminderd dat voor adequate meting voldoende warmtestroming loodrecht door die wand kan stromen, waardoor anderzijds de weerstand tegen de zijlingse warmte uitwisseling door de afstand tussen de thermische sensor en “weerstand temperatuur detector”, via die wand als gevolg van de verminderde massa juist is toegenomen, waardoor de thermische sensor en de “weerstand temperatuur detector” per saldo dichter naast elkaar kunnen worden geplaatst

Naarmate de behuizing kleiner wordt uitgevoerd en de Sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”, dichter naast elkaar moeten worden geplaatst verschuift de keuze naar een materiaal met beperkter warmtegeleidend karakter en dunnere wanddikte. Alleen materialen die binnen de verhoudingen aan de eisen voldoen komen natuurlijk voor toepassing in aanmerking. Een materiaal dat uitzonderlijk goed voldoet is Roestvrij staal en in het bijzonder Roestvrij staal 316.

Een praktische vorm voor de inrichting waarin dit principe kan worden toegepast, is de cilindervorm, waarbij de thermische sensoren en RTD op een cirkelvormige eindwand wordt geplaatst. Met toepassing van de uitvinding is het mogelijk gebleken de binnendiameter van de inrichting terug te brengen tot plus minus 20 mm en de wanddikte tot 0,2 mm. Een dergelijk cilindervormige behuizing kan eenvoudig door middel van O ringen mediumdicht op een leiding worden gemonteerd. Daarmee is bevestiging op een leiding van plus minus 34 mm buitendiameter haalbaar, maar kan op elke leiding met een grotere diameter worden geplaatst.

Bovendien kan de behuizing naadloos uit één stuk worden vervaardigd, waardoor kans op lekkage, veroorzaakt door slechte verbindingen tussen de wanden van de behuizing, wordt uitgesloten en werken de wanden als warmte isolator, waardoor temperatuurinvloeden van buiten de behuizing, bijvoorbeeld door contact met de mediumleiding minder makkelijk naar binnen doordringen.

Om de wanddikte te steunen tegen naar binnen gerichte vervorming is voorzien in een, in de behuizing, tussen of rondom de thermische Sensor en “weerstand temperatuur detector” vastgezet stijf kunststof, warmte isolerend lichaam, dat de wand met de thermische Sensor en “weerstand temperatuur detector” tegen indrukken steunt en tevens de met de thermische Sensor en “weerstand temperatuur detector” verbonden bedrading omhult en op trek ontlast. Een dergelijk lichaam kan ook om die laatst genoemde reden alleen in de behuizing worden geplaatst.

De inrichting kan op meerdere manieren met de vloeistofleiding worden verbonden. Bijvoorbeeld door middel van een haaks daarop gelaste pijp, die aan de binnenzijde zodanig congruent aan de buitenkant van de behuizing van de inrichting is gevormd , dat beide delen met behulp van enig in de stand van de techniek bekende bevestiging en dichting middelen vloeistof en of luchtdicht met elkaar kunnen worden verbonden. Of door middel van een koppelstuk, waarvan de inrichting een demontabel deel uitmaakt en waarin de twee leidinguiteinden van de mediumleiding in lijn worden bevestigd.

Alleen in geval de leiding rond is en de wand met de sensoren vlak is, zal de wand niet geheel gelijk komen te liggen met de binnenwand van de leiding. Normaal gesproken zal dit verschil minimaal zijn, omdat de radius van de mediumleiding relatief groot is ten opzichte van in de leiding gestoken oppervlak van de wand van de inrichting. Daarbij kan er nog voor worden gekozen om de wand voor een deel onder en een deel boven de leidingwand te laten uitsteken.

Voorzien is voorts in de mogelijkheid om, indien gewenst, de wand met de thermische elementen en sensoren volledig gelijk te laten liggen met de leidingwand. Dit kan door de wand met de sensoren te vormen naar de radius van leidingwand, of door de leidingwand ter plaatse van de ingestoken wand aan te passen aan de vorm van die wand. Dat laatste is eenvoudig te realiseren in het geval de behuizing deel uit maakt van een koppelstuk, door de binnenwand aan te passen aan de wand met bevestigde thermische Sensor en “weerstand temperatuur detector”. Een derde mogelijkheid is om het hoogteverschil tussen wand van de behuizing en de leiding geleidelijk te overbruggen door middel van een mof, die de naar de vloeistofstroom gerichte wand van de inrichting omringt en vanuit een daarmee gelijk lopend vlak verloopt naar een met de wand van de vloeistofleiding gelijk lopend vlak.

Door de thermische sensor en “weerstand temperatuur detector” in een van de mediumleiding los neembare behuizing te plaatsen kunnen in een identieke behuizing sensoren met uiteenlopende functies worden geplaatst of kunnen defecte sensoren eenvoudig worden vervangen. Tevens kan daardoor het wandoppervlak, dat in contact komt met de vloeistof, eenvoudig periodiek van aanslag worden gezuiverd.

Aan de hand van figuren 1 en 2 zal de uitvinding aan de hand van een mogelijke uitvoering nader worden toegelicht:

Figuur 1 laat een cilindervormige behuizing (1) zien met een wand (2) met daarop bevestigd de voor stroomsnelheid door middel van thermisch verval noodzakelijke “weerstand temperatuur detector” (4) en thermische sensor (5) en een zijwand (6) en een schroefdeksel (7), waarmee een warmte isolerend, de bodemwand (2) steunend warmte isolerend lichaam (8) bewegingsvrij wordt opgesloten door middel van een schroefdeksel (7) en waar de bedrading (9) trekvrij doorheen naar buiten wordt geleidt. De behuizing (1) is gestoken in een haaks op de vloeistofleiding (10) bevestigde kraag (11) en daarin door middel van afdichtingen (12) vloeistofdicht bevestigd. De “weerstand temperatuur detector” (4) en thermische sensor (5) zijn ter verkrijging van een thermische geleiding over het gehele raakvlak met de wand middels een thermisch sterk warmtegeleidende lijm of soldeer op de binnenkant van de wand (2) bevestigd.

Figuur 2. laat een dwarsdoorsnede zien van een mediumleiding (10) en een daarop gemonteerde kraag (11) met de daarin gestoken behuizing (1) in een uitvoering waarbij de naar de gas of vloeistroom toe gekeerde wand (2) is gevormd naar de radius van de vloeistofleiding (10) en daarmee in het gelijke vlak ligt en de in stroomrichting achter elkaar geplaatste thermische Sensor (5) en “weerstand temperatuur detector” (4) gevormd zijn naar de radius van de binnenkant van wand 2.

Claims (1)

1. Conclusie 1. wijze om sensoren, zoals thermische sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”, afgeschermd van het te meten medium duurzaam en geconditioneerd in te zetten gekenmerkt doordat de voor meting noodzakelijke thermische sensoren en “weerstand temperatuur detectoren”,, in een mediumdichte behuizing op een bepaalde onderlinge afstand op een corrosiebestendige warmtegeleidend deel van een wand van die behuizing worden bevestigd, welke op de plaats waar de thermische sensor en “weerstand temperatuur detector” zijn bevestigd, uit zodanig warmtegeleidend materiaal is gevormd, dat voor een adequate meting afdoende warmte loodrecht door die wand kan vloeien, waarbij, mede bepaald door bijkomende isolerende voorzieningen, de thermische sensor en “weerstand temperatuur sensor” binnen de behuizing tenminste op zodanige onderlinge afstand van elkaar zijn geplaatst, dat geen voor meting storende warmte uitwisseling tussen die thermische sensoren en weerstand temperatuur sensor zijlings door de wand kan plaats vinden, waarbij die behuizing middels enig in de stand van de techniek bekende en of hierna beschreven, mediumdichte verbinding op eenvoudige wijze en weer los neembaar zodanig met de mediumleiding wordt verbonden, dat de buitenkant van de wand, met de aan de binnenkant in stroomrichting opeenvolgend geplaatste thermische sensor en weerstand temperatuur detector, direct in contact komt met het door die leiding stromend medium en daarbij min of meer in een gelijk vlak komt te liggen met de binnenwand van die leiding. Conclusie 2. inrichting waarmee de methode volgens conclusie 1 kan worden toegepast met het kenmerk, dat deze bestaat uit een mediumdichte behuizing met een corrosiebestendige wand, welke op de plaatsen waar de thermische sensor en “weerstand temperatuur detector” zijn bevestigd, uit zodanig warmtegeleidend materiaal is gevormd, dat voor een adequate meting afdoende warmte loodrecht door die wand kan vloeien, en waarop de voor meting noodzakelijke thermische sensor en “weerstand temperatuur detector”, hoofdzakelijk bepaald door isolerende voorzieningen, zover uit elkaar zijn geplaatst, dat geen voor meting van de stroomsnelheid storende warmte tussen de thermische sensor en “warmte weerstand detector” via de wand wordt uitgewisseld, waarbij de behuizing aan de buitenkant is gevormd om in combinatie met gerelateerde voorzieningen op of in de mediumleiding, door middel van enig in de stand van de techniek bekende en of in de beschrijving beschreven mediumdichte verbinding, op eenvoudige wijze en bij voorkeur weer los neembaar, zodanig met de mediumleiding wordt verbonden, dat de buitenkant van de wand met de aan de binnenkant in stroomrichting opeenvolgend geplaatste thermische sensor en “weerstand temperatuur detector” direct in contact komt met het door die mediumleiding stromend medium. Conclusie 3. Verbetering op de wijze omschreven in conclusie 1 met het kenmerk, dat de gehele wand met de daarop gemonteerde thermische sensor en warmte weerstand detector van een zodanig beperkt warmtegeleidend materiaal wordt gekozen en de wanddikte, binnen de toelaatbare grenzen van belastbaarheid en te stellen criteria van duurzaamheid, gelijkmatig over het gehele oppervlak tot zodanig minimum wordt beperkt, dat enerzijds de weerstand tegen warmtestroming loodrecht door die wand, veroorzaakt door het beperkt warmtegeleidend karakter van het materiaal, als gevolg van de geringe massa voldoende wordt verminderd, om voor adequate meting voldoende warmtestroming loodrecht door die wand mogelijk te maken, waardoor anderzijds de weerstand tegen de zijlingse warmtedtroming tussen de thermische sensor en “weerstand temperatuur detector”, via die wand als gevolg van de verminderde massa juist is toegenomen en de thermische sensor en de “weerstand temperatuur detector” per saldo dichter naast elkaar kunnen worden geplaatst. Conclusie 4 Geschikte inrichting voor de toepassing van de wijzen om thermische sensoren “weerstand temperatuur detectoren”, in te zetten volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de inrichting is opgebouwd uit een mediumdichte behuizing met tenminste één wand van corrosie bestendig, beperkt warmte geleidend materiaal, van een nauwkeurig bepaalde, binnen de toelaatbare grenzen van belastbaarheid en gestelde criteria van duurzaamheid zodanig geringe dikte, dat voor een adequate meting voldoende warmte loodrecht door die wand kan vloeien, waarbij de thermische sensor en “weerstand temperatuur detector” op zodanig, hoofdzakelijk door de weerstand gedicteerde, onderlinge afstand op die wand worden bevestigd, dat zijlings via die wand geen meting verstorende warmte tussen die thermische sensor en “weerstand temperatuur detector” kan worden uitgewisseld, waarbij die behuizing aan de buitenkant is gevormd om, in combinatie met voorzieningen op of aan een mediumleiding, mediumdicht zodanig met die leiding te worden verbonden, dat de buitenkant van de wand met de aan de binnenkant bevestigde thermische sensor en “weerstand temperatuur detector”, de mediumstroom raakt en in die positie nagenoeg gelijk komt te liggen met de binnenwand van de mediumleiding. Conclusie 5. inrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat de wand met de daarop gemonteerde thermische sensor en “weerstand temperatuur detector” is gevormd uit roestvrij staal 316 en die wanddikte tussen 0,2 en 0,4 mm bedraagt. Conclusie 6. Inrichting volgens conclusie 4 en 5 met het kenmerk dat de behuizing (1) inwendig en uitwendig cilindervormig is en uitwendig door middel van O dichtingringen (12) door insteken in een opening van een met de mediumleiding verbonden kraag (11) mediumdicht met de mediumleiding (10) wordt verbonden en inwendig een binnendiameter heeft van plus minus 20 mm, waarbij zowel de cilindervormige wand alsmede de wand (2) met de daarop geplaatste thermische sensor (4) en “weerstand temperatuur detector” (5) naadloos aansluitend uit één stuk roestvrij staal zijn gevormd en de wand (2) met de daarop bevestigde thermische sensor (4) en “weerstand temperatuur detector” (5) op enige in de techniek bekende metaal bewerkingswijze is verdund tot een waarde tussen 0,2 en 0,4 mm, waarbij de thermische sensor en de “warmte weerstand detector” gegeven het beschikbare oppervlak, zover mogelijk uit elkaar zijn geplaatst zonder de rand van de behuizing te raken. Conclusie 7. Inrichting volgens conclusie 2, 4, 5 en 6 volgende met het kenmerk, dat de behuizing van de inrichting tot een los neembaar mediumdicht verbonden deel is gemaakt van een koppelstuk, dat middels enig in de stand van de techniek bekende wijze als drempelloze doorgaande verbinding tussen een mediumleiding kan worden geplaatst en waarvan dè binnenwand, ter plaatse waar de behuizing is ingebracht, gelijk aan de naar de vloeistofstroom gerichte wand van de behuizing is gevormd en in gemonteerde stand van de behuizing daarmee volledig in een gelijke vlak komt te liggen. Conclusie 8. Inrichting volgens conclusie 2, 4, 5 en 6 en 7 met het kenmerk, dat de naar de mediumstroom gerichte wand van de behuizing, in met de mediumleiding verbonden positie, rondom drempelloos aansluit op de binnenwand van de mediumleiding. Conclusie 9. inrichting volgens conclusie 2,4, 5 en 6,7 en 8 en volgende met het kenmerk dat in de behuizing een stijf kunststof warmte isolerend lichaam (8) zodanig is vastgezet, dat één zijde daarvan de wand (2) met de daarop gemonteerde thermische sensor (4) en “weerstand temperatuur detector” (5) raakt. Conclusie 10 Inrichting volgens conclusie 2, 4, 5 en 6, 7, en 9 met het kenmerk, dat het in de behuizing vastgezette kunststof isolerende kunststof deel (8) de met de thermische sensor (4) en “weerstand temperatuur detector” (5) verbonden, naar buiten de behuizing geleidde en daar met een rekeneenheid verbonden bedrading (9) zodanig omsluit dat de verbinding met de weerstand temperatuur detector (4) en thermische sensor (5) op trek wordt ontlast.