NO163347B - Anordning til bestemmelse av stroemningsmengde gjennom en eller flere ventiler. - Google Patents

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning til bestemmelse av strømningsmengde gjennom én eller flere ventiler med kontinuerlig varierbart strømnings tverrsnitt, slik at en ventil kan funksjonere som strømningsmåler eller strømnings-regulator, omfattende en transduktor som kan koples til ventilen(e) som skal overvåkes, for å frembringe et første signal som er representativt for stillingen til hver ventils ventillegeme, en elektronisk bearbeidelsesanordning som mottar det første signal og er utstyrt med en anordning som er i stand til å innføre informasjon som representerer faktorer som har innvirkning på strømningsmengden, såsom bestemmelse av ventiltype(r), fluidumegenskaper og begynnelsestemperatur og -trykk, og/eller andre signaler som representerer variable faktorer, såsom temperatur og trykk i øyeblikket, som har innvirkning på strømnings-mengden, idet den elektroniske bearbeidelsesanordning omfatter en anordning som er innrettet til å lagre data vedrørende viskositetsvariasjoners virkning på strømningsmengde og data vedrørende variasjoner i viskositet med temperaturen for et antall forskjellige fluidum og som er innrettet til å beregne strømningsmengden gjennom ventilen som skal overvåkes med det første signal og inngangsinformasjonen og/eller de andre signaler, idet den elektroniske bearbeidelsesanordningsutgang er koplet til et display for angivelse av den beregnete strømningsmengde og/eller til en styreanordning for regulering av ventilen(e) for regulering av strømningsmengder.

Bakgrunn for oppfinnelsen

For tiden kan en rekke mekaniske, magnetiske og elektroniske brytere anordnet på eller festes til ventiler for å frembringe en indikasjon på om en ventil er helt åpen eller helt lukket, men det har ikke vært mulig å angi nøyaktige mellomstillinger av ventilslaget på en enkel og økonomisk måte.

F.eks. har forskjellige typer ventiler forskjellige strøm-ningskarakteristikkurver som vedrører prosentvis strømning gjennom ventilen i forhold til prosentvis åpning av ventilen, slik at selv om den prosentvise åpning av atskillige forskjellige typer ventiler var den samme, kunne resultatet være mange forskjellige strøm-ningsmengder og således gjøre det ytterst vanskelig for mekaniske, magnetiske og elektroniske anordninger som måler den aktuelle åpning av ventilen å gi en nøyaktig angivelse av strømningsmengden gjennom ventilen.

Ved et gitt trykk og en gitt ventilåpning endrer dessuten forandringer av væskens temperatur og viskositet strømnings-egenskapene, noe som er vanskelig å kompensere med enkle midler, og for meget viskøse væsker, dersom temperaturen synker under et visst kritisk punkt, kan viskositeten øke i en slik grad at strømning vil opphøre helt. Forøvrig er ulike utførelser av utstyr til bestemmelse av strømningsmengden gjennom ventiler og pumper kjent fra US-patentskrifter 3.871.214, 3.875.955 og 4.149.254.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe en anordning som er i stand til å bestemme strømningsmengden gjennom én eller flere ventiler samtidig og angi denne strømningsmengde eller utnytte strømningshastigheten til styring av hver ventil og/eller pumpe.

Beskrivelse av oppfinnelsen.

Anordningen ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at den elektroniske bearbeidelsesanordning omfatter en anordning som er i stand til å lagre data vedrørende strømningskarakteristikkurver for et antall forskjellige typer av ventiler, og at den elektroniske bearbeidelsesanordning ved beregning av strømnings-mengde er innrettet til å anvende nevnte data vedrørende strøm-ningskarakteristikkurvene som et ytterligere signal.

Utførelser av oppfinnelsen fremgår av kravene 2-8.

Fortrinnsvis omfatter den elektroniske bearbeidelsesanordning en mikroprosessor som er programmert til å beregne strømningsmengden gjennom ventilen(e) og/eller pumpen(e) ut fra ligninger som representerer den karakteristiske kurve for hver ventil og/eller pumpe, som er lagret i et leselager (ROM) som er knyttet til mikroprosessoren. De forskjellige faktorer som innvirker på strømningsmengden omfatter trykkfallet gjennom hver ventil og/eller pumpe og væskens temperatur, og disse kan tilføres til mikroprosessoren enten via et tastbord eller direkte fra de respektive trykk- og temperaturavfølende anordninger. En annen faktor som påvirker strømningsmengden er væskens viskositet, og informasjon vedrørende viskositeten innføres i mikroprosessoren via tastbordet som en begynnelsestilstand ved oppstilling. Inngangsinformasjon kan i fremvisningsanordningen fremvises for en operatør som skal kontrollere dens nøyaktighet før innføring av informasjonen i mikroprosessoren for å minimaliserer muligheten for feil, og dessuten kan ved direkte innføring av informasjon om temperatur og trykk informasjon om disse verdier tilføres fra mikroprosessoren til fremviseren for å sette en operatør i stand til å kontrollere at temperaturen og trykket har de nødvendige nivåer.

Idet væskens viskositet varierer med temperaturen, lagres også data vedrørende denne variasjon for hver type væske i lese-lageret som er knyttet til mikroprosessoren for at mikroprosessoren skal kunne kompensere for forandringer i viskositeten som følge av temperaturforandringer.

Mikroprosessorens utgang kan i tillegg eller alternativt være forbundet med en anordning til styring av ventillegemet i hver ventil og/eller hver pumpe som overvåkes, for å muliggjøre regulering eller opprettholdelse av strømningsmengden innenfor de foreskrevne toleransenivåer fra en ønsket verdi, uavhengig av forandringer i trykk eller temperatur, og/eller for å avgi en alarm dersom driftsbetingelser ikke kan opprettholdes innenfor foreskrevne toleransenivåer.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet ytterligere, ved hjelp av et utførelseseksempel, under henvisning til de medfølgende tegninger, hvor: Fig. la, lb, lc og ld viser typiske strømningskarakteri-stikker for fire forskjellige typer ventiler. Fig. 2 viser en rekke diagrammer over variasjoner i viskositet for forskjellige væsker i forhold til temperatur. Fig. 3 viser et diagram over forholdet mellom viskositet og prosentvis strømningsmengde ved et konstant trykkfall. Fig. 4 viser et blokkdiagram av anordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 5a og 5b viser eksempler på linear- og rotasjonsposi-sjonstransduktorer.

Detaljert beskrivelse

Under henvisning til diagrammene i fig. la, lb, lc og ld er det vist typiske strømningskarakteristikkurver for fire forskjellige ventiltyper, som klart viser variasjonen mellom strømnings-karakteristikkene for forskjellige ventiler, og andre typer ventiler.kan behandles på en tilsvarende måte. Karakteristikken som er vist i fig. la er for en membranventil av Saunders type A (demningstype), og det kan sees at ved 50% åpning av ventilen vil den prosentvise strømning gjennom ventilen være av størrelsesorden ca. 65%, mens for en annen type membranventil, nemlig Saunders type "KB" (rett gjennom), vil som vist i fig. lb en tilsvarende prosentvis åpning gi en prosentvis strømning gjennom ventilen av størrelsesorden 85%. For andre typer ventiler, såsom en klaffe-ventil, hvis karakteristikk er vist i fig. lc, og en kuleventil, for hvilken en typisk karakteristikk er vist i fig. ld, vil en prosentvis åpning på 50% gi en prosentvis strømning på 35% for klaffeventilen og en 19% strømning for kuleventilen. Følgelig kan man klart se de vanskeligheter som er forbundet med å frembringe en direkte avlesning av strømningsmengden gjennom en ventil bestemt ut fra graden av åpning av ventilen, ved at det er en vanskelig sak å ta hensyn til de sterkt varierende strømnings-karakteristikker for forskjellige typer ventiler.

Som konsekvens har man ved forskjellige metoder hittil bare forsøkt å angi om ventilen var åpen eller lukket, og strømnings-mengden gjennom ventilen ble hittil bestemt ved anvendelse av strømningsmålere.

Bortsett fra variasjoner i strømningskarakteristikker for forskjellige ventilkonstruksjoner blir strømningsmengden gjennom en ventil også bestemt av viskositeten for væsken som strømmer gjennom ventilen, og på grunn av at viskositeten varierer med temperatur har væskens temperatur en innvirkning på strømnings-mengden, noe som innfører en ytterligere variabel, som i sin tur er vanskelig å kompensere for i forsøk på å frembringe en nøyaktig angivelse av strømningsmengden gjennom en ventil. Typiske viskositet/temperaturkurver er vist i fig. 2 for ni forskjellige typer væsker som har forskjellig viskositet og som er angitt i

tabellen nedenfor:

Typiske viskositet/ temperaturkurver

Et annet diagram, som er vist i fig. 3, viser forholdet mellom viskositet og prosentvis strømningsmengde ved konstant trykkfall, som kan antas å være gyldig for alle ventiltyper, og som viser den direkte virkning viskositet har på strømningsmengde.

I anordningen ifølge oppfinnelsen, som er vist i fig. 4, er en stillingstransduktor 10, som kan være en rotasjons- eller linearstillingstransduktor, forbundet med en ventil, slik at den forskyves med ventilaktivatoren, under åpning og lukking av ventilen, slik at ventilslaget måles og det dannes et elektrisk signal som er bestemt av ventilaktivatorens stilling. En egnet transduktor vil være en analog potensiometrisk divisjonstrans-duktor, og det er kjent lineare transduktorer som har slag på mellom 2,5 m og 250 mm, og en egnet transduktor vil velges i overensstemmelse med slaget til ventilen som skal overvåkes. Som et alternativ til en linear transduktor vil det for ventiler hvor det anvendes en dreiebevegelse av ventillegemet istedenfor en linear forskyvning, kunne anvendes en rotasjonstransduktor, også i form av et potensiometer hvis slepekontakt er forbundet med ventilelementets spindel.

Eksempler på egnete arrangementer av transduktorer er vist i fig. 5a og 5b, hvor 5a viser et skjematisk riss av en rotasjonstransduktor og fig. 5b viser en lineartransduktor. I hvert til-felle er transduktoren T et potensiometer hvis slepekontakt er koplet til ventilaktivatoren i ventilen den er forbundet med, og det anvendes to potensiometre A og B for å muliggjøre justering av kretsen for å ta hensyn til forskjellige transduktorer. Det er anordnet et nett av en temperaturstabil motstand og en zenerdiode for å holde stabile spenninger i transduktorens ender, og utgangs-spenningen fra transduktoren T er buffret med en spenningsfølger (voltage follower) for at prosessorkretsen skal kunne anbringes fjernt fra ventilen opp til en distanse på 200 meter. Utsignalet fra følgeren tilføres som et innsignal til en analog-digital-omformer 12 i fig. 4. Analog-digital-omformeren 12 omdanner trans-duktorutgangsspenningen til et digitalt signal som innsignal til en mikroprosessor 13. Utsignalet fra analog-digital-omformeren 14 tilføres til mikroprosessoren 13 via et perifært direkte-lager (RAM) og en inn-utanordning 15, mens utdatalinjer 14 fra analog-digital-omf ormeren 12 er forbundet med en port A til inn-utanordningen 15 og deretter tilført" som et innsignal til mikroprosessoren 13 via en databuss (data bus) 16. Styring av analog-digital-omformeren 12 utføres av mikroprosessoren 13 ved hjelp av styre-ledninqer 17 og 18.

Det perifære direktelager og inn-utanordningen 15 har ytterligere to porter, port B og port C, for drift av en fremviser 19 under kontroll av mikroprosessoren 13. Innføring av begynnelsesbetingelser som bestemmer strømningsmengden blir utført ved hjelp av en nøkkelpute 20, som setter operatøren i stand til å identi-fisere for prosessoren den spesielle væske som flyter gjennom ventilen som overvåkes, for å spesifisere ventiltypen og for å tilføre informasjon, såsom fluidets temperatur og trykk. Detaljert informasjon om strømningskarakteristikkene for de forskjellige typer ventiler som skal overvåkes sammen med informasjon om viskositet/temperaturkurvene og virkningen viskositet har på strømningsmengden, slik som vist i grafisk form i fig. 1-3, lagres som data i et programminneverk 21, som også inneholder mikroprosessorens styreprogram. Programminneverket 21 er hensiktsmessig et slettbart, programmerbart leselager (EPROM), slik at innholdet i lageret om nødvendig kan tømmes og et nytt program innføres for karakteristikkene til en annen familie ventiler eller fluider.

Som et alternativ til innføring av informasjon om trykket og temperaturen via tastbordet, kan det være anordnet hensiktmessige anordninger for innføring av slik informasjon direkte inn i prosessorsystemet fra temperaturfølere og trykkmålere, eller også fra strømningsmålere for sammenlikningsformål. Dessuten kan mikroprosessoren være utstyrt med en egnet utsignal-kontrollanordning som driver en servomekanisme for automatisk justering av ventilen for å regulere strømningsmengden innenfor foreskrevne toleranse-grenser, for at strømningshastigheten skal kunne opprettholdes uavhengig av variasjoner i trykk eller temperatur. Dessuten ville mikroprosessoren kunne frembringe en alarm dersom foreskrevne toleransenivåer ikke kunne bibeholdes, eller aktivere andre systemer som regulerer temperaturen og trykket for fluidet i rørledningen.

Anvendelsen av en mikroprosessor muliggjør samtidig overvåking av et stort antall ventiler og angivelse av fluidumstrøm-ning gjennom hver ventil for enhver type fluidum, inklusive vann, ved en spesifisert temperatur, fortrinnsvis i området -18 - 120°C, samt å uttrykke den aktuelle ventilaktivatorstilling som en prosentandel av strømmen av vann ved -18°C gjennom samme ventil når denne er helt åpen. Arrangementet ifølge oppfinnelsen kan være en eneste, integrert enhet som overvåker opp til 250 ventiler samtidig, eller det kan være kombinert med en minidatamaskin med visuell fremvisningsenhet (VDU), eller en hovedramme-datamaskin, og utdata kan fremskaffes via datamaskinen ved behov.

I drift utfører mikroprosessoren 12 en rekke beregninger under anvendelse av inndata som er tilført via tastbordet eller fra in-line-følere, sammen med informasjonen som er fremskaffet av ventilens stillingstransduktor, samt data lagret i minneverket 21 vedrørende strømningskarakteristikkurvene for hver ventil for frembringelse av et utsignal som er en indikasjon på strømnings-mengden gjennom ventilen, utledet direkte av ventillegemets stilling. Det er også mulig å benytte samme informasjon for å få kjennskap til den virkning variasjoner i temperatur og trykk vil ha på strømningen gjennom ventilen.

Det er således frembrakt en anordning som muliggjør samtidig overvåking av et antall ventiler og fastslåing av strømnings-mengden gjennom ventilene avhengig av ventilens aktuelle åpning, og selv om den foretrukne utførelse vedrører ventiler, bør det være klart for en fagmann på området at anordningen ifølge oppfinnelsen like gjerne kan anvendes, med små modifikasjoner vedrørende den anvendte transduktortype, for pumper, for overvåking av strømningen gjennom disse.

Claims (8)

1. Anordning til bestemmelse av strømningsmengde gjennom en eller flere ventiler med kontinuerlig varierbart strømnings-tverrsnitt, slik at en ventil kan funksjonere som strømnings-måler eller strøraningsregulator, omfattende en transduktor (10) som kan koples til ventilen(e) som skal overvåkes, for å frembringe et første signal som er representativt for stillingen til hver ventils ventillegeme, en elektronisk bearbeidelsesanordning som mottar det første signal og er utstyrt med en anordning som er i stand til å innføre informasjon som representerer faktorer som har innvirkning på strømningsmengden, såsom bestemmelse av ventil-type(r), fluidumegenskaper og begynnelsestemperatur og -trykk, og/eller andre signaler som representerer variable faktorer, såsom temperatur og trykk i øyeblikket, som har innvirkning på strømningsmengden, idet den elektroniske bearbeidelsesanordning omfatter en anordning som er innrettet til å lagre data ved-rørende viskositetsvariasjoners virkning på strømningsmengde og data vedrørende variasjoner i viskositet med temperaturen for et antall forskjellige fluidum og som er innrettet til å beregne strømningsmengden gjennom ventilen som skal overvåkes med det første signal og inngangsinformasjonen og/eller de andre signaler, idet den elektroniske bearbeidelsesanordnings utgang er koplet til et display (19) for angivelse av den beregnete strømningsmengde og/eller til en styreanordning for regulering av ventilen(e) for regulering av strømningsmengder, karakterisert ved at den elektroniske bearbeidelsesanordning omfatter en anordning som er i stand til å lagre data vedrørende strømningskrakteristikkurver for et antall forskjellige typer av ventiler, og at den elektroniske bearbeidelsesanordning ved beregning av strømningsmengde er innrettet til å anvende nevnte data vedrørende strømnings-karakteristikkurvene som et ytterligere signal.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at transduktoren (10) er koplet til den elektroniske bearbeidelsesanordning, som er en mikroprosessor (13), via en analog-digital omformer (12) for omdannelse av utsignalet fra transduktoren (10) til digital form for inn-føring i mikroprosessoren.

3. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at det er anordnet et tastbord (20) for innføring av begynnelsesbetingelser i mikroprosessoren (13).

4. Anordning i samsvar med krav 2, karakterisert ved at driftsbetingelsene kan tilføres kontinuerlig eller periodisk til mikroprosessoren (13) fra temperatur- og trykkfølere eller periodisk fra strømningsmålere for kontroll av anordningens funksjon:

5. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den elektroniske bearbeidelsesanordnings utgang er koplet til en anordning som styrer en servomekanisme som er forbundet med hver ventil for regulering av strømningsmengden gjennom ventilen(e) i overensstemmelse med programmerte instruksjoner og driftsbetingelser.

6. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den elektroniske bearbeidelsesanordning er innrettet til kontinuerlig overvåking og/eller styring opp til 250 ventiler samtidig i overensstemmelse med foreskrevne betingelser.

7. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den elektroniske bearbeidelsesanordning er innrettet til å aktivisere en alarm dersom den bestemte strømningsmengde faller utenfor et forut-bestemt område for akseptabel strømningsmengde.

8. Anordning i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at den elektroniske bearbeidelsesanordning er innrettet til å forutsi virkningen variasjoner i temperatur, trykk og ventilåpning vil ha på strømningsmengden.