NL193641C

NL193641C - Doorstroommeter.

Info

Publication number: NL193641C
Application number: NL8400089A
Authority: NL
Inventors: Charles Francis Drexel; Richard Frederick Blair
Original assignee: Millipore Corp
Priority date: 1983-09-02
Filing date: 1984-01-11
Publication date: 2000-05-04
Also published as: FR2551545B1; NL8400089A; GB8400171D0; NL193641B; DE3408779C2; GB2146781A; FR2551545A1; DE3408779A1; JPH0678926B2; JPS6056219A; GB2146781B; US4524616A

Description

1 193641

Doorstroommeter

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een doorstroommeter voorzien van een huis met een langsboring die een tenminste gedeeltelijk conische wand heeft waarbinnen een doorstroombegrenzer met 5 een ten opzichte van de wand van de boring tenminste gedeeltelijk evenwijdig omtreksviak axiaal verstelbaar aangebracht is, zodanig, dat een ringvormige conische spleet tussen de doorstroombegrenzer en de wand van de boring aanwezig is en van een doorstroomhoeveelheid-meetinrichting met een aftakmeet-leiding wiens beide aansluitingen in de lengterichting uitmonden.

In de techniek zijn een groot aantal stromingsmeters ontwikkeld, waarbij een manometer of andere 10 inrichting is verbonden over de beide zijden van een stromingsbeperkingsinrichting.

Massastromingsinrichtingen meten de stromingssnelheid van een fluïdum niet door rechtstreeks het drukverschil over een beperkingsorgaan te bepalen, maar door de feitelijke stroming van een klein gedeelte van het fluïdum te meten. Dergelijke toepassingen vereisen dat de stroming van het fluïdum wordt verdeeld in twee of meer banen met een nauwkeurige verhouding gehandhaafd tussen de afzonderlijke stromings-15 baanhoeveelheden.

Massastroomdetectie is een middel voor het meten van de gewichtsstroomwaarde van een gas. Regeling van massastroming is hetzelfde als het regelen van de stroming van moleculen, aangezien gelijke volumes van ideale gassen onder dergelijke omstandigheden hetzelfde aantal moleculen bevatten. In tegenstelling daarmede moet volumetrische stromingsmeting en regeling worden gecorrigeerd voor plaatselijke 20 temperatuur- en drukomstandigheden teneinde de moleculaire stroming te bepalen.

In een gebruikelijke massastroommeter wordt een zeer klein percentage van de stroming omgeleid in een meet- of sensorgedeelte. Dit percentage kan wel zo klein zijn als een deel van 40.000 en de meetsectie is gebruikelijk een zeer dunne buisvormige leiding, welke aanzienlijk langer is dan zijn diameter, zodat laminaire stroming door de leiding heerst. Gedurende laminaire stroming van een fluïdum is de stromings-25 snelheid rechtstreeks evenredig aan de drukval en omgekeerd evenredig aan de viscositeit. In tegenstelling daarmede is tijdens turbulente stroming de stromingssnelheid evenredig aan de vierkantswortel van de drukval en in grote mate onafhankelijk van viscositeit. Dientengevolge is het bij het ontwerp van een massastromingsinstrument belangrijk omstandigheden te scheppen, welke laminaire stroming in iedere baan waarborgen.

30 Het omloopverbindingssamenstel of primaire fluïdumbaan deelt de gasstroom nauwkeurig, waarbij een monster van gas wordt gevoerd door de sensor en de laminaire stroming van het overblijvende gas door het instrument mogelijk maakt. Het omloopverbindingssamenstel omvat in het algemeen een aantal dicht nabij elkaar gelegen fluïdumdoortochten, waarbij iedere doortocht een effectieve diameter heeft, welke voldoende klein is om laminaire fluïdumstroming te waarborgen. Bijvoorbeeld worden een aantal fijnmazige scherm-35 schijven op elkaar gestapeld voor het verkrijgen van een gewenste drukdaling door het vormen van een aantal ianggestrekte continue kanalen, die worden begrensd door het schermmateriaal.

Alternatief is schermmateriaal spiraalvormig gewonden om een doom en in zijn gewonden vorm vastgezet voor het vormen van kanalen tussen de spiraalvormige lagen. Laminaire stroming kan ook worden gewaarborgd door een of meer nabij elkaar opgestelde schijven te gebruiken als stromingsbeperkings-40 orgaan, waarbij ieder van de schijven kanalen heeft gevormd van zijn omtrek naar een opening door tegenover elkaar gelegen zijden van de schijf. Het fluïdum wordt gericht naar de omtrek van de schijf en door de leidingen getransporteerd naar de opening, waardoor een langgestrekt kanaal wordt gevormd met een voldoend grote lengte tot diameterverhouding om laminaire stroming van het fluïdum te waarborgen.

Massastroominstrumenten meten nauwkeurig en betrouwbaar en regelen massastroomwaarden van 45 gassen van onder 5 standaard kubieke centimeter per minuut tot ongeveer 500 standaard liter per minuut zonder de noodzaak voor druk of temperatuurcorrecties. De stroommeetsectie of sensorsamenstel kan zijn voorzien van een buis of leiding uitwendig omwonden met twee verwarmde weerstandthermometers voor het meten van de gasstroom. In een bepaald massastroominstrument neemt bijvoorbeeld een brugcircuit het temperatuurverschil waar en ontwikkelt een lineair uitgangssignaal van 0 tot ongeveer 5 vdc evenredig aan 50 de gasstroomwaarde over het gecalibreerde gebied. In een massastroomregelorgaan wordt het signaal vergeleken met een commandospanning van een potentiometer of spanningsbron. Deze vergelijking wekt een foutsignaal op, dat de klepopening wijzigt, daarbij de stromingswaarde veranderend totdat een ingesteld punt is bereikt. Een terugvoedingscircuit geeft dynamische compensatie voor optimale stabiliteit en reactie. Teneinde de optimale calibrering van het massastroominstrument te handhaven, moet de stromingswaarde 55 door de sensorleiding worden gehandhaafd binnen het gebied van laminaire stroming teneinde een lineair uitgangssignaal te verkrijgen over de stroomwaarde van de gehele schaal, dat wil zeggen 0 tot 5 vdc met betrekking tot de hierboven beschreven sensor.

193641 2

De hierboven beschreven omloopverbindingssamenstellen voorzien in laminaire stroming in de primaire fluidumbaan van het massastroomelement en maken de nauwkeurige en betrouwbare meting en regeling van de massastroomwaarden door dergelijke instrumenten binnen bepaalde gebieden mogeiijk. Indien echter de output van het sensorsamenstel afhankelijk is van de waarde van fluïdumstroming daardoor en 5 dus van de drukval over het omloopverbindingsbeperkingsorgaan kan de stromingsverhouding, dat wil zeggen de hoeveelheid fluïdum gevoerd door de omloopverbindingssectie in verhouding tot de meetsectie, slechts worden gewijzigd door het stromingsbeperkingsorgaan in het omloopverbindingssamenstel te vervangen teneinde een groter of kleiner volume van fluïdum toe te staan over een drukval, welke de optimale sensorstroming handhaaft. Dat wil zeggen, dat indien eenmaal het instrument is gecalibreerd om te 10 reageren op een bepaald sensorstromingsgebied, de totale stroming door het instrument niet aanzienlijk kan worden gevarieerd door de ingangsdruk van het fluïdum te wijzigen daar de drukvariaties zullen veroorzaken, dat de sensorstroming gaat voorbij de gecalibreerde grenzen, dat wil zeggen voorbij het laminaire stromingsgebied van de sensorbuis.

In het verleden is de stromingsverhouding dan ook gewijzigd door vervanging van vervangbare laminaire 15 stroming vormende elementen met gewijzigde kanaal- of doortochtafmetingen, welke een verschillende primaire stromingswaarde toestaan onder het handhaven van althans nagenoeg gelijke drukval. Daar dergelijke vervangbare elementen echter demontage van het omloopverbindingsstromingsbeperkingsorgaan vereisen, is het een wens geweest een instelbaar laminair stromingsomloopsamenstel te verkrijgen, welke de continue afstelling van stromingsverhouding mogelijk maakt, zonder de demontage van het omloopver-20 bindingsstromingsbeperkingsorgaan en de vervanging van vooraf bepaalde leidingen daar doorheen te vereisen.

De huidige uitvinding voorziet in een omloopverbindingssamenstel, dat continu afstelbaar is voor het verkrijgen van een groot gebied van stromingsvolumes, terwijl het handhaven van een constante drukval over het omloopverbindingssamenstel mogelijk is om een constante en optimale stroming door de 25 sensorbuis te waarborgen.

Een doorstroommeter van een in de aanhef genoemde soort wordt volgens de uitvinding gekenmerkt doordat ten minste de stroomopwaartse aansluiting van de aansluitingen van de aftak-meetleiding in de ringvormige conische spleet binnen diens laminaire doorstroomzone uitmondt.

Verschillende hierop betrekking hebbende uitvoeringsvoorbeelden, die ieder de beschreven voordelen 30 met zich meebrengen, worden uiteengezet. Het instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstel kan worden gecombineerd met een langgestrekte laminaire stromingsleiding, welke dienst doet als meetsectie voor het vormen van een lineaire stromingsmeter. Een dergelijke meter omvat een huis met een fluïduminlaat en een fluïdumuitlaat, waarbij het huis een fluidumbaan tussen de inlaat en de uitlaat begrenst. Het instelbare stromingselement is in deze stromingsbaan opgesteld voor het begrenzen van een ringvor-35 mige leiding met afmetingen geschikt voor het handhaven van laminaire stroming in parallelcircuit met de meetsectieleiding. Middelen zijn aangebracht voor het meten van de stromingswaarde van fluïdum door de meetsectieleiding, welke middelen in de techniek bekend zijn en geen deel van de huidige uitvinding vormen.

40 De uitvinding zal hieronder nader worden beschreven aan de hand van enige bijgaande figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden van de constructie volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een schematische weergave van de fluïdumstroombanen in een stroomverdeier.

Figuur 2 toont een schematische weergave, gedeeltelijk in aanzicht en gedeeltelijk in doorsnede, van delen van een stromingsmeter voorzien van een instelbare stromingsomloopverbinding volgens de 45 uitvinding.

Figuur 3 toont schematisch gedeeltelijk in dwarsdoorsnede en gedeeltelijk in aanzicht een tweede instelbare omloopverbinding volgens de uitvinding.

Figuur 4 toont schematisch in dwarsdoorsnede een gedeelte van een derde instelbare omloopverbinding volgens de uitvinding.

50 Figuur 5 toont een eindaanzicht op de variatie van de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende stromingsbeperkingsorgaan volgens de uitvinding.

Figuur 6 toont een dwarsdoorsnede over figuur 5.

Hieronder zullen details van mogelijke uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding worden uiteengezet. Het zal 55 echter duidelijk zijn, dat deze uitvoeringsvoorbeelden slechts mogelijkheden van de uitvinding weergeven, waarbij de uitvinding echter ook op andere wijze dan in de figuren is weergegeven, kan worden verwezenlijkt.

3 193641

Terwijl bijvoorbeeld het omloopverbindingssamenstel wordt beschreven met betrekking tot massa-stromingsinstrumenten kan de stromingsmeter volgens de huidige uitvinding ook worden toegepast bij volumestromingselementen, indien dit gewenst mocht zijn. Constructieve en functionele details moeten niet worden gezien als beperkend, maar als een basis voor de gevraagde beschermingsomvang.

5 Zoals weergegeven in figuur 1 vormen fluïdumbanen A en B de stroming door een stromingsmeter van de inlaat P, naar de uitlaat P2. De lijn aangeduid BAAN A geeft de fluïdumstroming weer door de meet-sectie van de stromingsmeter en de lijn BAAN B geeft fluïdumstroming weer door de omloopverbindings-sectie van de stromingsmeter. Optimaal zal de drukval over iedere baan hetzelfde zijn.

In de hierin weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, geeft BAAN A de sensorstroom weer en omvat een buis 10 van voldoende lengte om laminaire stroming te waarborgen. BAAN B omvat de de vorm van een afgeknotte kegel bezittend instelbaar omloopverbindingsstromingssamenstel, dat geproportioneerd is om laminaire stroming te waarborgen, zoals hieronder nader zal worden beschreven.

Nu verwijzend naar figuren 2 en 3 is een stromingsmeter 10 weergegeven voorzien van een instelbare laminaire stromingsomloopverbinding in overeenstemming met de uitvinding. De stromingsmeter omvat een 15 huis 12 voorzien van een boring en een tegenboring voor het begrenzen van een doortocht 14 op hieronder nader te omschrijven wijze. De doortocht 14 eindigt met inlaat- en uitlaatpoorten 16, respectievelijk 18 voor de gemeten fluïdumstroom. Een bovenstroomsgedeelte 20 van de doortocht 14 omvat inwendige schroefdraad 22, aangepast voor het opnemen van een van uitwendige schroefdraad voorziene fitting 24, welke de verbinding van de doortocht 14 met een niet nader weergegeven fluïdumbron mogelijk maakt. Het 20 bovenstroomse gedeelte 20 omvat een schouder 26, welke een fijnmazig scherm 28 opneemt, aangedrukt door de fitting 24, wordt tegengehouden en de instroming van vervuilende deeltjes tegengaat. Zoals in figuur 4 is weergegeven omvat de uitlaatpoort 18 inwendige schroefdraad 30, welke niet nader weergegeven overeenkomstig gevormde uitwendige schroefdraad op een fitting 32, welke benedenstroomse verbinding van de doortocht 14 mogelijk maakt, opneemt.

25 In ieder van de figuren 2, 3 en 4 is er bovenstrooms van de uitlaatpoort 18 een tussengedeelte 34 van de doortocht 14 weergegeven, dat kan zijn aangepast voor het opnemen van een niet nader weergegeven stromingsregelklepsamenstel, dat tijdens gebruik van de stromingsmeter normaal in een open stand is. De stromingsregelklep en zijn werking zijn bekend in de techniek en vormen als zodanig geen deel van de uitvinding. Een bijzonder doelmatige stromingsregelklep welke kan worden toegepast in het tussengedeelte 30 34 is weergegeven in het Amerikaanse octrooi 3.650.505.

Bovenstroomse en benedenstroomse aftappunten in het huis 12, in de vorm van boorgaten 36, respectievelijk 38 zijn aangebracht voor het opstellen van desbetreffende bevestigingseinden 40 en 42 van een meet- of sensorbuis 44. De einden 40 en 42 zijn buisvormige organen, door welke de einden van de sensorbuis 44 stevig zijn vastgezet, zodat fluïdum stromende in het einde 40 geheel door de sensorbuis 44 35 wordt geleid en uittreedt door het einde 42. De meetsectiebuis is zeer dun en langgestrekt, en in dit uitvoeringsvoorbeeld heeft de buis 44 een inwendige diameter van 0,254 mm en een lengte van 6,35 cm. Thermische elementen 46 en 48 nemen de massastroomwaarde van een fluïdum gaande door de buis 44 waar. De werkwijze waarop dit wordt bewerkstelligd is in de techniek bekend en behoeft niet verder te worden beschreven, ofschoon een gunstig fluïdumstroommeetsysteem is beschreven in Amerikaans octrooi 40 3.938.384. De elektronische onderdelen van de stromingsmeter zijn samengevoegd in een tweede huis 50, zoals op zich in de techniek bekend is.

Verder zal aan de hand van figuur 2 een eerste uitvoeringsvoorbeeld van het instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstel worden beschreven. Een schouder 52 van het huis 12 strekt zich uit in de doortocht 14 voorbij een axiale hartlijn 54 daar doorheen onder het openlaten van een doortocht 56, 45 welke een verbinding vormt tussen het tussengelegen gedeelte 34 en een primair stromingsgedeelte 58 van de doortocht 14, waarbij het primaire stromingsgedeelte 58 wordt begrensd door een de vorm van een afgeknotte kegel bezittend omtreksoppervlak of boring 60, welke is gevormd in het huis 12. De tapsheid van de boring 60 is niet kritisch voor de uitvinding en wordt slechts beperkt door de turbulentie, welke kan worden ingebracht door de begrenzing van een overmatige tapsheid in gedeelten van de doortocht 14, 50 welke loodrecht zijn op de hartlijn 54, of door factoren, zoals instellingsoplossing of andere hier beschreven overwegingen. Een uitvoeringsvorm van een tapsheid van drie graden is weergegeven in de hier beschreven uitvoeringsvoorbeelden.

De schouder 52 omvat een van inwendige schroefdraad voorziene boring 62, welke een overeenkomstige vorm van uitwendige schroefdraad voorzien gedeelte 64 van een spil 66 opneemt, waarbij de spil 66 is 55 opgesteld op de axiale hartlijn 54 van de doortocht 14. De spil 66 omvat een tussengelegen verdikt gedeelte 68 en eindigt in een van uitwendige schroefdraad voorzien bovenstrooms gedeelte 70, dat zich daar voorbij uitstrekt. Zoals verder uit figuur 2 blijkt ondersteunt de spil 66 een de vorm van een afgeknotte kegel 193641 4 bezittend stromingsbeperkingsorgaan 72 binnen de doortocht 14, waarbij het stromingsbeperkingsorgaan 72 een omtreksoppervlak 74 heeft, dat zich althans in hoofdzaak evenwijdig uitstrekt aan het oppervlak van de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring 60. Het beperkingsorgaan 72 wordt ondersteund door het verdikte gedeelte 68 van de spil 66 met behulp van O-ringen 76 en 78, die zijn opgesteld in in de spil 66 5 aangebrachte groeven 80 en 82. Het beperkingsorgaan 72 omvat een naafgedeelte 84, dat op zijn beurt een van inwendige schroefdraad voorziene boring 86 bezit, welke is aangepast om passend in ingrijping te zijn met het van uitwendige schroefdraad voorziene bovenstroomse gedeelte 70 van de spil 66.

De spil 66 kan in het huis 12 worden ingestoken in combinatie met het beperkingsorgaan 72 of de spil 66 kan eerst in het huis 12 worden aangebracht en afzonderlijk worden bevestigd, waarop vervolgens het 10 beperkingsorgaan 72 daarop wordt opgeschroefd. In ieder geval wordt het van schroefdraad voorziene gedeelte 64 van de spil 66 ingestoken in de boring 62 en met behulp van een sleuf 88 in het gedeelte 70 aangedraaid totdat een benedenstrooms einde 90 van het verdikte gedeelte 68 aanligt tegen de schouder 52. Vergrendeling 92 kan daartussen zijn opgesteld om de spil 66 verder te bevestigen. Het beperkingsorgaan 72 omvat in het bovenstroomse vlak van de naaf 84 uitsparingen 94 aangepast voor het opnemen 15 van een niet nader weergegeven spansleutel of ander orgaan, teneinde de instelling mogelijk te maken van de afstand tussen het omtreksoppervlak 74 tot het oppervlak van de boring 60, zoals hieronder nog nader zal worden uiteengezet aan de hand van figuur 3.

Bij de beschrijving van figuur 3 worden voorzover mogelijk voor de verschillende onderdelen dezelfde verwijzingscijfers gebruikt als in figuur 2.

20 Zoals in figuur 3 is weergegeven, is het stromingsbeperkingsorgaan 72 hier ondersteund door een van uitwendige schroefdraad voorziene spil 95, welke is voorzien van een spiebanen bezittend benedenstrooms gedeelte 96, dat is bevestigd in een axiaal gecentreerde boring 98 in de schouder 52 door een perspassing daarmede. Het stromingsbeperkingsorgaan 72 omvat een inwendige boring 100, welke passend aangrijpt op de van uitwendige schroefdraad voorziene spil 94 teneinde een draaiing van het beperkingsorgaan 72 25 daarom mogelijk te maken met de daaruit resulterende voortschrijding of terugtrekking van het beperkingsorgaan 72 ten opzichte van het huis 12. Dergelijke draaiing wordt mogelijk gemaakt door het insteken van een geschikt gereedschap in de inkeping 102 van het beperkingsorgaan 72. Het zal duidelijk zijn, dat een dergelijke inschuiving of terugtrekking bewerkstelligt, dat het beperkingsorgaan 72 standen kan innemen zoals aangeduid met de stippellijnen 104 en 106 met een resulterende wijziging in de dikte van een 30 ringvormige sleet 108, welke is gevormd tussen het omtreksoppervlak 74 en de boring 60. Indien het beperkingsorgaan 72 op de beschreven wijze axiaal beweegt, wordt het beperkingsorgaan geborgd door een schroeflijnvormige veer 110, welke aanligt tegen de schouder 52.

Met betrekking tot de spleet 108 en andere hierin beschreven spleten is de aard van de stroming door de ringvormige leiding van de stromingsmeter (weergegeven door het Reynold’s getal) hieronder beschreven 35 een functie te zijn van de derde macht van de spleetdikte. Het omtreksoppervlak van het stromingsbeperkingsorgaan en het oppervlak van de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring moet dus zo concentrisch als mogelijk zijn tijdens de draaiing van stromingsbeperkingsorgaan, teneinde gelijkmatige laminaire stroming in de ringvormige spleet over het instelgebied te waarborgen.

In figuur 4 is een alternatief uitvoeringsvoorbeeld weergegeven, waarin delen overeenkomen met de 40 delen beschreven aan de hand van figuren 2 en 3 van dezelfde verwijzingscijfers zijn voorzien.

in dit geval bevat het huis 12 een althans in hoofdzaak cilindrische boring 120, welke in verbinding staat met het tussengelegen gedeelte 34 via een doortocht 122. Het tussengelegen gedeelte 34 staat op zijn beurt in verbinding met een doortocht 123, welke leidt naar de uitlaatpoort 18. Verder omvat het huis 12 bovenstroomse en benedenstroomse aftaporganen 36, respectievelijk 38, welke uitmonden in de boring 120. 45 Een inzetstuk 124 is opgenomen binnen de boring 120 en daarin tegengehouden door uitwendige schroefdraad 126 bij een bovenstrooms einde 128 daarvan, welke schroefdraad 126 passend in ingrijping is met de inwendige schroefdraad 22 van het huis 12. Het inzetstuk 124 wordt axiaal gedraaid bij insteken en ingrijping van de schroefdraden 22 en 126 met behulp van een niet weergegeven spansleutel of soortgelijke inrichting, welke aangrijpt op de inkepingen 130 in het bovenstroomse einde 128.

50 Het inzetstuk 124 begrenst een boring 132 met een de vorm van een afgeknot gedeelte bezittend deel 134, dat in dit uitvoeringsvoorbeeld taps toeloopt naar een benedenstrooms gedeelte 136. Een uitwendige van schroefdraad voorziene spil 138 is axiaal opgesteld binnen het inzetstuk 124 en door lassen of andere middelen bevestigd aan een benedenstrooms gelegen eindgedeelte 140 daarvan. De spil 138 bezit uitwendige schroefdraad 142, die is aangepast om de inwendige schroefdraad 144 van het stromings-55 beperkingsorgaan 146 passend op te nemen.

Het stromingsbeperkingsorgaan 146 heeft de vorm van een afgeknotte kegel met een omtrek althans in hoofdzaak evenwijdig aan die van het de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boringsgedeelte 134. Bij 5 193641 insteken van het stromingsbeperkingsorgaan 146 in het boringgedeelte 134 en ingrijping van de schroefdraden 142 en 144 kan het beperkingsorgaan 146 met behulp van een niet weergegeven geschikt gereedschap, dat wordt ingestoken in een sleuf 148, worden gedraaid, teneinde de langsinstelling van het beperkingsorgaan 146 ten opzichte van het inzetstuk 144 mogelijk te maken, teneinde instelling van de 5 breedte van de ringvormige spleet 150 daartussen te realiseren. Weerstand tegen ongewenste draaiing van het beperkingsorgaan 146 wordt verkregen door een veer 152, die is opgesteld tussen het beperkingsorgaan 146 en het benedenstroomse gedeelte 140 van het inzetstuk 124.

In het uitvoeringsvoorbeeld afgebeeld in figuur 4 stroomt fluïdum van de inlaatpoort 16 door de spleet 150 tussen het stromingsbeperkingsorgaan 146 en het de vorm van een afgeknotte kegel bezittende 10 boringsgedeelte 134, door het benedenstroomse boringgedeelte 136 en dan door cilindrische doortochten 154 naar het tussengelegen gedeelte 34. De fluïdum stroomt dan verder door de doortocht 123 naar de uitlaatpoort 18. Met betrekking hiertoe is de stroming door de spleet 150 laminair en gemeten door een hierboven aan de hand van figuur 2 beschreven sensororgaan, dat in verbinding staat met de aftappunten 36 en 38. Stroming tussen het inzetstuk 124 en het huis 12 wordt tegengegaan door de in elkaar grijpende 15 oppervlakken gevormd door de schroefdraden 22 en 126. In aanvulling kunnen niet nader weergegeven afdichtringen zijn aangebracht tussen het bovenstroomse einde 128 en het huis 12, indien dit gewenst mocht zijn.

Het aftappunt 36 staat in verbinding met de fluïdumstroom via de spleet 150 door een doortocht 155 in het inzetstuk 124. Op soortgelijke wijze staat het benedenstroomse aftappunt 138 met de spleet 150 in 20 verbinding via een doortocht 156. Ongewenste stroming tussen de doortochten 155 en 156, dat wil zeggen stroming tussen het inzetstuk 124 en het huis 12, wordt voorkomen door een O-ring 158, en soortgelijke stroming benedenstrooms van de doortocht 156 wordt voorkomen door een O-ring 160. Deze O-ringen zijn opgenomen in uitsparingen 162 en 164 op het oppervlak van het inzetstuk 124.

Aan de hand van figuren 5 en 6 zal nu een alternatief stromingsbeperkingsorgaan 170 worden beschre-25 ven. Het stromingsbeperkingsorgaan 170 kan worden gebruikt in ieder van de hierboven beschreven uitvoeringsvoorbeelden of in een andere toepassing, waarin het gewenst is een aanzienlijk vergroot volume gas te voeren door de primaire stromingsbaan, dat wil zeggen waar de fiuïdumstroomwaarde een spleet vereist, welke de breedte vereist voor het handhaven van een laminaire stroming overschrijdt.

Zoals weergegeven in figuur 6 heeft het beperkingsorgaan 170 de vorm van een afgeknotte kegel, welke 30 in iedere gegeven toepassing een omtrekswand 172 heeft, welke althans in hoofdzaak evenwijdig verloopt aan de beschreven, de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring. Verder heeft het beperkingsorgaan 170 een van schroefdraad voorziene boring 174 aangepast voor het opnemen van een spil, zoals hierboven is omschreven. Teneinde aanvullende massastroming te verkrijgen, is het beperkingsorgaan 170 uitgevoerd met een centraal cilindrisch gedeelte 176, en tussengelegen buisvormige gedeelten 178 en een 35 buitenste buisvormig gedeelte 180, waarbij deze gedeelten zijn verbonden door lassen 182 en zijn opgesteld voor het vormen van de ringvormige spleten 184 en 186, welke een geschikte breedte hebben om laminaire stroming daar doorheen te waarborgen. Terwijl andere laminaire stroomleidingen in het stromingsbeperkingsorgaan 170 kunnen zijn gevormd, zoals een aantal in de lengterichting geboorde leidingen daar doorheen, is gebleken, dat de concentrische ringvormige leidingen afgebeeld in figuren 5 en 40 6 hogere stromingswaarden en betere laminaire stroming geven dan dergelijke buisvormige leidingen. Zoals hierboven beschreven met betrekking tot figuren 1 en 2 omvat het beperkingsorgaan 170 een sleuf 188 om het insteken en instellen van het beperkingsorgaan 170 mogelijk te maken in het huis 12 met behulp van een geschikt gereedschap.

Met betrekking tot ieder van de instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstellen, die 45 hierboven zijn beschreven, zal nu het handhaven en de instelling van laminaire stroming worden beschreven.

Stroming door een kanaal kan worden gekarakteriseerd door de niet dimensionele parameter bekend als het Reynold’s getal, waar: R = 4mpVm/ji (1) 50 waarin p de dichtheid van het fluïdum is, Vm de gemiddelde snelheid van de leiding, μ de fluïdumviscositeit en R de hydraulische straal bepaald als het leidingoppervlak (A) gedeeld door de leidingomtrek <L). De effectieve diameter van de leiding kan worden beschouwd 4m te zijn. Het Reynold’s getal drukt de verhouding van de traagheidskrachten tot de visceuze krachten in het fluïdum uit. Voor lage waarden van R 55 is de stroming laminair, terwijl voor hoge waarden van R traagheidskrachten overheersen en de stroming ertoe neigt turbulent te zijn. De Reynold’s getal overgang vindt in het algemeen plaats in het gebied van ongeveer 1600 tot ongeveer 2800 Reynold’s getal, dat wil zeggen, dat kan worden aangenomen, dat een 193641 6

Reynold’s getal van minder dan 1600 laminaire stroming mogelijk zal maken. Voor iedere bepaalde constructie kan het overgangs Reynold’s getal worden bepaald door de gemiddelde snelheid, waarbij fluïdum van onbekende dichtheid en viscositeit in een turbulente wijze stroomt te noteren en de informatie aan te brengen op de hierboven gegeven formule.

5 leder van de beschreven uitvoeringsvoorbeelden toont specifieke constructies voor het bewerkstelligen van laminaire stroming in de omloopverbindingssectie, BAAN B, in combinatie met laminaire stroming in de meetsectie, BAAN A. In ieder van de uitvoeringsvoorbeelden is het te meten fluïdum gasvormig, maar de constructie en concepten zijn eveneens toepasbaar voor vloeistoffen.

Een andere bekende vergelijking voor continue toestand laminaire stroming is: 10 dB=Vl d1 m2 pVm w waarin V een niet-dimensionele weerstandscoëfficiënt is, welk over het laminaire stromingsgebied kan worden weergegeven door de vergelijking.

15 V = C/R (3) waarin C een constante is.

Door het combineren van vergelijkingen 1-3, wordt een vergelijking verkregen, welke de lineairiteit uitdrukt van de drukgradiënt met de volumetrische stroming in het kanaal:

20 ^ = ^Vm = K^Vm- W

Uit de bovenstaande vergelijkingen volgt dat het Reynold’s getal voor de sensorbuis in BAAN A zal zijn

Rt = — K2 (5) 25 π d waarin d de diameter is van de buis en ώ de massastroming is in standaard kubieke centimeters per minuut (cm3/min) en • _ ki d4 .

30 ωι_4Τ rdp· (6)

Voor een dunne ring van een gemiddelde straal W en een spleet dikte t, waarin W aanzienlijk groter is dan t volgt

Ra = 2Ka vrr-i (7) en kl t3W rln ia\ ω3 = Y2 — dp' (8) 40

In de beschreven uitvoeringsvoorbeelden had de sensor of meetbuis een lengte (L) van 6,35 cm, diameter (d) van 0,254 mm en handhaaft een optimale calibrering bij een massastroom van 2 cm3/min dus, vergelijking (6) gebruikt K, = 205 x 108/dp (9) 45

Deze waarde invullend voor KΛ in vergelijking (6) levert op ώ = 5 x 108d4/L. (10)

Dientengevolge, voor een ringvormige doortocht met dezelfde dp, vergelijking (8) gebruikend, 50 s = i05x^! ftV_i7x10» ψ, (11)

Uit experimentele gegevens is met betrekking tot de beschreven sensorbuis, bij een ώ 5 cm3/min K2 berekend op een waarde van 4,5 x 10'2. Deze berekende waarde van K2 in vergelijking (5) invullend geeft: 55 Rt = 6x10-2ib/d, en (12) dezelfde waarde voor K2 in vergelijking (7) invoegend geeft: 7 193641

Ra = 9 X 10~2ó>/(W + t) (13) waarin de dikte verwaarloosbaar klein is om vereenvoudiging mogelijk te maken tot

Ra = 9 x 1 0~2ü>/W (14) 5 zo, om massastroom (ώ) op te voeren zonder het Reynold’s getal (R) op te voeren, indien een proportionele toename in de gemiddelde omtrek van de ringvormige doortocht (W) wordt vereist.

De afmetingen voor de beschreven instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstellen kan empirisch worden bepaald. In het omloopverbindingsbeperkingsorgaan beschreven in figuur 3 heeft 10 bijvoorbeeld het de vorm van een afgeknotte kegel bezittend stromingsbeperkingsorgaan 72 een minimum diameter (D) van 1,05664 cm en de spleet 108 tussen het beperkingsorgaan 72 en de boring 60 heeft een lengte (L) van 1,27 cm tussen de sensoraftappunten 36 en 38. De spleet 108 heeft dus een omtrek of breedte (W) van π(1,05664) = 3,3274. Voor een massastroming van 20 x 103 cm3/min vergelijking (11) levert een t van 0,4191 mm op. Deze gegevens invullend in vergelijking (13) geeft een maximum Reynold’s 15 getal (R) van 1354. Aangezien deze R minder is dan het Reynold’s overgangsgetal van 1600 zal het omloopverbindingssamenstel volgens figuur 3 laminaire stroming geven.

Er wordt de voorkeur aan gegeven, dat de aftappunten 36 en 38 zijn opgesteld binnen de spleet gevormd tussen het stromingsbeperkingsorgaan en de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring van het omloopverbindingssamenstel. Het is empirisch bepaald, dat laminaire stroming wordt gevormd in 20 een ringvormig kanaal, van de juiste afmetingen, zoals hierboven beschreven, bij een afstand van ongeveer 20 maal de spleetdikte (2) benedenstrooms van het begin van het ringvormige kanaal. De stroming blijft ten minste laminair tot zeer dichtbij het benedenstroomse einde van het kanaal. Zodoende zal het worden gevonden, dat indien de aftappunten 36 en 38 beide zijn opgesteld binnen het werkelijk laminaire stromings-gebied de drukval over de aftappunten evenredig is aan de stromingswaarde in het omloopverbindings-25 samenstel. In bepaalde toepassingen kunnen de aftappunten echter buiten het laminaire stromingsgebied worden geplaatst, dat wil zeggen boven en beneden het stromingsbeperkingsorgaan in het omloop-verbindïngsgedeelte, indien dit gewenst is. Aangezien uitgangs-niet-lineairiteit een kleine factor is indien vergeleken met ingangs-niet-lineairiteit is het ook mogelijk het bovenstroomse aftappunt binnen het laminaire stromingsgebied te plaatsen en het benedenstroomse aftappunt buiten de laminaire stromings-30 spleet en nog steeds redelijke lineairiteit voor bepaalde doeleinden te handhaven. Onafhankelijk daarvan of de aftappunten 36 en 38 binnen of buiten de spleet zijn geplaatst, moet de inbrenging en terugtrekking van het stromingsbeperkingsorgaan worden bepaald, zodanig, dat de gewenste laminaire of niet-laminaire stroom bij iedere dergelijke stand zal worden gehandhaafd.

Met betrekking tot de hierin beschreven omloopverbindlngssamenstellen wordt opgemerkt, dat een drie 35 graden tapsheid wordt toegepast met betrekking tot de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring en het stromingsbeperkingsorgaan. Voor een tapsheid van drie graden en een langsslag van het stromingsbeperkingsorgaan van 0,85 cm is de maximale dikte van de ringvormige spleet (tmax) van het instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstel van figuur 3 0,85 cm sin Θ = 0,0174 cm. Vervanging van deze waarden tezamen met een gemiddelde spleetbreedte (W) van 3,505 cm en een spleetiengte (L) van 40 1,27 cm in vergelijking (11) levert een maximale massastroom (ώ) van 25 standaard liters per minuut op. Bij deze maximale stroom geeft het instelbare stromingsomloopverbindingsbeperkingsorgaan van figuur 3 een Reynold’s getal van ongeveer 1600, welke binnen de gewenste grenzen van laminaire stroming is.

Het samenstel van figuur 3 werd beproefd voor het bepalen van de werking over een groot gebied van instellingen van het beperkingsorgaan. De spil 95 en de boring 100 zijn voorzien van passende schroefdra-45 den met 56 windingen per 2,54 cm. Zoals beschreven was de slag van het beperkingsorgaan 72 0,85 cm van totale insteking tot maximale stroomopwaartse terugtrekking. De totale bruikbare instelling omvatte dus 18,6 omwentelingen en de variatie en spleetdikte (t) was gelijk 0,254 mm per omwenteling. Een aangenomen instellingsoplossing van plus of min tien graden, maakt dus een instelling van de spleetdikte (t) van 7,112 x 10'5 cm mogelijk. Vergelijking (11) gebruikend wordt een verhouding tussen spleetdikte (t) en 50 massastroming verkregen door de formule: ί3 = 2.1χ10^6ώ (15)

Het instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstel van figuur 3 werd ingestoken in een stromingsmeter, zoals beschreven, en de massastroming (ώ) gemeten in verhouding tot het naar binnen 55 brengen van het stromingsbeperkingsorgaan zoals uitgedrukt in omwentelingen van het aantal termen van volledige insteking. Resultaten van deze proef zijn weergegeven in tabel 1.

Claims

193641 δ TABEL 1 Aangegevenco 10 100 500 1 10 20 cm3/min cm3/min cm3/min dm3/min dm3/min dm3/min 5 - - omwentelingen van 1,40 3,00 5,0 6,44 13,72 17,36 volledige insteking slag in cm 0,0635 0,13462 0,2286 0,2921 0,6223 0,7874 berekende t in cm 0,00302 0,00711 0,01194 0,01524 0,03251 0,04115 10 berekende oplossing 7% 3% 2% 1,5% 0,7% 0,5% Ra 0,65 6,5 32,6 65,2 652 1304 zoals weergegeven door het berekende Reynold’s getal zijn al dergelijke stromingen laminair. In overeen-15 stemming met de huidige uitvinding calibreerde de stromingsmeter voorzien van de instelbare laminaire stromingsomloopverbinding, zoals beschreven in het weergegeven voorbeeld, nauwkeurig massastromings-waarden van cm3/min tot dm3/min met dezelfde sensorbuis, dat wil zeggen een meetbuis met een diameter van 0,28 mm en een lengte van 6,35 cm, en de massastroomwaarde werd ingesteld door eenvoudig draaien van het de vorm van een afgeknotte kegel bezittende stromingsbeperkingsorgaan. Visuele instelling 20 van het stromingsbeperkingsorgaan gaf zeer nauwkeurig instelling.

1. Doorstroommeter voorzien van een huis met een langsboring die een tenminste gedeeltelijk conische wand heeft waarbinnen een doorstroombegrenzer met een ten opzichte van de wand van de boring tenminste gedeeltelijk evenwijdig omtreksvlak axiaal verstelbaar aangebracht is, zodanig, dat een ringvormige conische spleet tussen de doorstroombegrenzer en de wand van de boring aanwezig is en van een doorstroomhoeveelheid-meetinrichting met een aftak-meetleiding wiens beide aansluitingen in de lengterich-30 ting uitmonden, met het kenmerk, dat ten minste de stroomopwaartse aansluiting van de aansluitingen (36, 38) van de aftak-meetleiding in de ringvormige conische spleet (108) binnen diens laminaire doorstroom-zone uitmondt.

2. Doorstroommeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de doorstroombegrenzer (72) voor de axiale . verstelling wordt vastgehouden door een axiale schroefdraadspil (66).

3. Doorstroommeter volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de langsboring (14) aan het stroomopwaartse en het stroomafwaartse deel voor de aansluiting is voorzien van een inwendige schroefdraad.

4. Doorstroommeter volgens een van de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de langsboring (14) een borst (52) voor het opnemen van het stroomafwaartse deel (96) van de spil (66) bezit.

5. Doorstroommeter volgens conclusie 4, gekenmerkt door een spiraalveer (110) tussen de borst (52) en de 40 doorstroombegrenzer (72).

6. Doorstroommeter volgens een van de conclusie 1 tot 5, met het kenmerk, dat de coniciteit van de wand (60) en van de doorstroombegrenzer (72) drie graden bedraagt.

7. Doorstroommeter volgens een van de conclusies 1 tot 6, met het kenmerk, dat de doorstroombegrenzer (170) een centraal cilindrisch deel (176), een tussen-buisgedeelte (178) en een buitenste buisdeel (180), 45 tussen welke zich ringvormige tussenruimtes (184,186) bevinden, bezit. Hierbij 2 bladen tekening