NO322838B1 - Svingningsdemper for ultralydbolger og maleapparat med sadan demper - Google Patents

Abstract

Ifølge et første aspekt omfatter oppfinnelsen en svingningsdemper for ultralydbølger i en gass-strøm og som omfatter i det minste et dempeelement (3) som kan settes inn for gass-strømmen i en ledning. 1 henhold til oppfinnelsen har svingningsdemperen for ultralydbølger som kjennetegn at i det minste en spredeenhet (5, 6, 7) som oppviser flere refleksjonsflater med liten overflate er anordnet i dempeelementet (3)

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en svingningsdemper for ultralydbølger i en gass-strøm og som omfatter i det minste et dempeelement som kan settes inn i en ledning for gass-strømmen.

Av teknikkens stilling har det lenge hovedsakelig vært kjent svingningsdempere for lyd-bølger i det akustiske område (20 Hz - 20kHz). Disse blir f.eks. satt inn i motorkjøre-tøyers eksosstrøm for i så stor grad som mulig å redusere utsendelsen av lydbølger i det akustiske område eller for å unngå denne helt.

I bestrebelsene for i størst mulig grad å redusere utsendelse av lydbølger i det akustiske område også ved industrielle anlegg, for derved å oppfylle miljøvernforpliktelser, har det i den senere tid vært kjent drosselventiler for styring av gass-strømmer, som i stedet for å sende ut lydbølger i det miljømessig relevante, akustiske område og som skyldes strupe-forløpet, heller produserer lydbølger i det miljøtekniske ukritiske ultralydområde (> 20 kHz), særlig mellom 2 kHz og 63 kHz.

Sådan utsendelse av ultralydbølger ved hjelp-av moderne strupe- eller drosselventiler fører på den ene side riktignok til oppfyllelse av miljøforpliktelser, men på den annen side til konflikter med strømningsratemåleapparater som ofte settes inn i regulerings-kretser for innstilling av en gassgjennomstrømnihg, og som arbeider etter ultralydprinsippet. De ultralydbølger som frembringes av moderne drosselventiler fører til ganske betraktelige funksjonsforstyrrelser i kjente strømningsratemåleapparater som arbeider ifølge ultralydprinsippet, eller til at de faller helt ut.

Oppfinnelsen har derfor som oppgave å tilveiebringe en svingningsdemper i ultralyd-området, særlig i forbindelse med strømningsratemåleapparater, og som arbeider etter ultralydprinsippet.

Oppfinnelsen gjelder således en svingningsdemper for ultralydbølger i en gass-strøm, som omfatter i det minste et dempeelement for gass-strømmen i en ledning, og som har som særtrekk det i dempeelementet er anordnet i det minste en spredeenhet som oppviser et antall refleksjonsflater med liten overflate.

Med en utførelsesform i henhold til oppfinnelsen sikres det at ultralydbølgene reflekteres meget hyppig slik at det oppnås stor sannsynlighet for at det foreligger destruktive interferenser - og derved utslettelse - av ultralydbølger langs de forlengede akustiske baner, hvilket fører til kraftig dempning av ultralydbølgenes amplitude.

Dersom refleksjonsflatenes dimensjoner ligger omtrent i området for ultralydbølgenes bølgelengder sikres det dessuten at et størst mulig antall av refleksjonsflatene som er virksomme overfor ultralydbølgene, får plass innenfor et forutbestemt volum. Refleksjonsflater med dimensjoner i området under ultralydbølgenes bølgelengder er ikke "synlige" eller bare betinget "synlige" for ultralydbølgene, mens refleksjonsflater i området over ultralydbølgenes bølgelengder riktig nok er "synlige" for ultralydbølgene og derved fører til en refleksjon, men samtidig opptar unødvendig mye plass.

Sannsynligheten for destruktive interferenser i sammenheng med lengst mulige akustiske baner blir da særlig stor når refleksjonsflatene er uregelmessig innrettet.

En ytterligere forbedring av dempningen for svingningsdemperen i henhold til oppfinnelsen overfor ultralydbølger sikres da ved at spredeenhetens refleksjonsflater i det minste delvis er krummet. En sådan krumning av refleksjonsflatene fører til dannelse av virvler inne i gass-strømmen, hvilket likeledes fører til dempning av ultralydbølgenes amplitude.

Er i det minste et lerretlag eller et sjikt av et lignende tekstilmaterial anordnet på og/eller

i dempeelementet sikres ytterligere reduksjon i ultralydbølgenes amplitude på grunn av mengden av forstyrrelser i gass-strømmen gjennom lerretet.

Én særlig fordelaktig utførelsesform av svingningsdemperen for ultralydbølger i henhold til oppfinnelsen oppnås ved at dempeelementet, slik som ved kjente konvensjonelle dempeelementer for lydbølger i det akustiske område, består åv et hullet, rørformet legeme som er lukket i den ene ende. Et sådant dempeelement er enkelt og prisgunstig å produsere og kan også f.eks., slikt som nevnt, overta fra lyddempere for lydbølger i det akustiske område.

Eksperimentelt har en diameter på omtrent 20 mm av åpningene i dempeelementet vist seg å være særlig fordelaktig med hensyn til svingningsdemperens dempningsegen-skaper.

Med et dempeelement som består av et hullet, rørformet legeme som er lukket i den ene ende, har det vist seg særlig fordelaktig å anordne minst en spredeenhet på innsiden av dempeelementet, som oppviser en åpen geometrisk struktur rettet innover fra utsiden. De åpne geometriske strukturer kan ha ganske forskjellige tverrsnitt. De kan f.eks. ha sirkelformet, kvadratisk eller lignende form.

En ytterligere fordelaktig utførelsesform av svingningsdemperen i henhold til foreliggende oppfinnelse oppnås ved at dempeelementet er fylt med flere spredeenheter. Med dette tiltak sikres det at refleksjonsflatene i stor grad får uregelmessig innretting uten at spredeenhetene samtidig må ha en unødvendig komplisert struktur.

I det tilfelle dempeelementet fylles med et antall spredeenheter utgjør såkalte pall-ringer særlig fordelaktige spredeenheter. Sådanne pall-ringer oppviser på den ene side en mengde små refleksjonsflater, mens på den annen side er refleksjonsflatene slik anordnet at det med stor sannsynlighet oppnås en virvel som bevirker ytterligere dempning av ultralydbølgenes amplitude.

Slik som med lyddempere for lydbølger i det akustiske område er det også med hensyn til lyddemperen i henhold til foreliggende oppfinnelse særlig fordelaktig at dempeelementet utføres med tilpasning til en krum ledning. Den ytterligere forlengede akustiske bane som oppnås ved hjelp av denne krumning fører til ytterligere dempning av ultralyd-bølgenes amplitude.

Ifølge et annet aspekt gjelder oppfinnelsen en strømningsratemåler som arbeider etter ultralydprinsippet. En sådan strømningsratemåler er kjent fra f.eks. DE 195 30 807.

I henhold til oppfinnelsen er det da i et apparat for måling av strømningsrate og som arbeider etter ultralydprinsippet, anordnet en svingningsdemper for ultralydbølger som angitt ovenfor, mellom en ultralydkilde og strømningsratemåleren. Med dette tiltak sikres det på fordelaktig måte at strømningsratemåleren som arbeider etter ultralydprinsippet ikke kan påvirkes av ultralydbølger fra fremmede kilder med hensyn til sin funksjon.

I detalj foreligger det nå mange muligheter for utforming og videreutvikling av en svingningsdemper for ultralydbølger i henhold til oppfinnelsen for bruk i en gass-strøm. I denne sammenheng henvises det til på den ene side patentkravene 2-11 som er underordnet patentkrav 1 og på den annen side den etterfølgende beskrivelse av fore-trukne utførelseseksempler sett i sammenheng med de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 er en prinsippskisse av en strømningsratemåler som arbeider etter ultralydprinsippet,

fig. 2 viser et utførelseseksempel på et dempeelement i henhold til oppfinnelsen, fig. 3a) og 3b) viser et snitt gjennom henholdsvis et første og andre utførelseseksempel

på en spredeenhet i henhold til oppfinnelsen,

fig. 4a) og 4b) viser et tredje utførelseseksempel på en spredeenhet i henhold til

oppfinnelsen, sett fra to forskjellige retninger,

fig. 5 viser utgangssignalet fra en strømningsratemåler som arbeider etter ultralydprinsippet, uten at en svingningsdemper i henhold til oppfinnelsen er anordnet

mellom en ultralydkilde og strømningsratemåleren, og

fig. 6 viser utgangssignalet fra en strømningsratemåler som arbeider etter ultralydprinsippet, og hvor en svingningsdemper i henhold til oppfinnelsen er anordnet mellom en ultralydkilde og strømningsratemåleren.

I fig. 1 på tegningene er det vist en strømningsratemåler som arbeider ifølge ultralydprinsippet og som har to ultralydtransdusere 1, 2 av hvilke den ene alltid sender ut ultralyd-bølger som mottas av den annen. Dette skjer vekselvis, dvs. at hver av ultralydtrans-duserene 1, 2 tjener avvekslende som sender og mottager. Med et sådant system bestemmes gass-strøm mens hastighet utfra følgende formel:

hvor:

/ = avstanden mellom de to ultralydtransdusere 1, 2,

p = vinkelen for utbredelsen av ultralydpulsene i forhold til gass-strømmens retning, topp = utbredelsestiden oppstrøms,

<t>ned<=> utbredelsestiden nedstrøms.

Med denne forutsatte sammenheng, gjelder følgende sammenheng for feilen i målesignalet for gjennomstrømningshastigheten:

hvor:

f = frekvensen av ultralydsignalet fra ultralydtransduseren 1, 2, og

S/N = målesignalets signål/s.tøy-forhold.

For ifølge oppfinnelsen å redusere amplituden av ultralydbølger i en gass-strøm og derved oppnå en forbedring av signal/støy-forholdet, er det dannet et dempeelement, f.eks. i form av et hullet, rørformet legeme som er lukket i den ene ende. Et sådant dempeelement 3 er vist i fig. 2. Dempeelementet 3 vist i fig. 2 blir innspent med sin tilkoblingsflens 4 mellom to forbindelsesflenser i en rørledning (ikke vist).

På innsiden av dempeelementet 3 er det f.eks. anordnet en spredeenhet 5 som oppviser åpne geometriske strukturer rettet utenfra og innover, slik som vist i utførelseseksempel-et i fig. 3a), hvor det er vist et snitt gjennom et utsnitt av denne spredeenhet 5. I det ideelle tilfelle har spredeenheten 5 en dybde i strømningsretningen som ligger i området av ultralydbølgenes bølgelengde. En alternativ andre spredeenhet 6 er i fig. 3b) likeledes vist i snitt. Disse spredeenheter 5, 6 kan på den ene side anordnes på innsiden av dempeelementet 3 som en spredeenhet med samlet sylindrisk form, og på den annen side uregelmessig fylle dempeelementet 3 i form av flere små spredeenheter med like eller likedanne tverrsnitt. Begge muligheter kan dessuten anvendes kumulativt. Det er imidlertid vesentlig at det i dempeelementet 3 foreligger en størst mulig mengde refleksjonsflater med liten overflate ved hjelp av spredeenheter 5, 6 som er anordnet i dette.

Såkalte pall-ringer 7, slik som vist i fig. 4, har vist seg å være særlig egnet som spredeenheter for uregelmessig utfylling av dempeelementet 3. Sådanne pall-ringer 7 er i hovedsak sylinderformede og har fortrinnsvis rektangulære åpninger 8 i sylinderkappen. Disse sees klart i fig. 4a). På sin innside har dessuten pall-ringene 7 skovlformede, krumme ledeelementer 9 som gir de ønskede virvelbevegelser i gass-strømmen, som demper ultralydbølgenes amplitude. Disse ledeelementer 9 sees klart i fig. 4b).

En ytterligere, ikke tidligere nevnt fordel ved svingningsdemperen i henhold til oppfinnelsen ligger i at gjenværende ultralydbølger på utgangen for.svingningsdemperen kommer ut meget spredt slik at de sprer seg ut i alle i retninger. Derved kan det oppnås ytterligere reduksjon i ultralydbølgenes innvirkning på f.eks. en strømningsratemåler ved en forlenget avstand mellom svingningsdemperen og strømningsratemåleren eller ved hjelp av ultralydtransdusere med sterkt retningsavhengig mottagningskarakteristikk.

I fig. 5 på tegningene er det vist et målesignal 10 fra en strømningsratemåler som arbeider etter ultralydprinsippet, for den til høyre opptegnede volumstrømningsrate i m<3>/h i avhengighet av tiden. I fig. 5 er dessuten åpningen 11 av en drosselventil vist i avhengighet av tiden. Det kan tydelig sees at til tross for fortsatt åpen drosselventil, bryter målesignalet 10 sammen over en kritisk verdi på grunn av et sterkt tiltagende signal/- støy-forhold. Dette er selvsagt uønsket.

I fig. 6 på tegningene er det endelig vist et målesignal 10 for en strømningsmåler for volumstrømningsrate, som arbeider etter ultralydprinsippet, og hvor det i gass-strømmen mellom drosselventilen som tjener som ultralydkilde og strømningsratemåleren er anordnet en svingningsdemper for ultralydbølger i henhold til oppfinnelsen. Det kan tydelig sees at strømningsratemåleren helt opp til høye volumstrømningsrater, leverer et feilfritt målesignal 10. I fig. 6 på tegningene sees også det til venstre inntegnede trykkfall 12 over svingningsdemperen for ultralydbølger i henhold til oppfinnelsen. Ved en volumstrømningsrate på ca. 2000 m<3>/h beløper dette trykkfall 12 seg til omtrent 0,5 bar.

Claims (12)

1. Svingningsdemper for ultralydbølger i en gass-strøm, som omfatter i det minste et dempeelement (3) for gass-strømmen i en ledning, karakterisert ved at det i dempeelementet (3) er anordnet i det minste en spredeenhet (5, 6,7) som oppviser et antall refleksjonsflater med liten overflate.

2. Svingningsdemper som angitt i krav 1, og hvor refleksjonsflatenes dimensjoner omtrent ligger i området for ultralydbølgenes bølgelengde.

3. Svingningsdemper som angitt i krav 1 eller 2, og hvor refleksjonsflatene har uregelmessig innretting.

4. Svingningsdemper som angitt i et av kravene 1 - 3, og hvor refleksjonsflatene på spredeenheten (7) er i det minste delvis krumme.

5. Svingningsdemper som angitt i et av kravene 1 - 4, og hvor i det minste et gas-lerretlag er anordnet på og/eller i dempeelementet (3).

6. Svingningsdemper som angitt i et av kravene 1 - 5, og hvor dempeelementet (3) består av et hullet, rørformet legeme som er lukket i den ene ende.

7. Svingningsdemper som angitt i krav 6, og hvor hullene i dempeelementet (3) har en diameter på omtrent 20 mm.

8. Svingningsdemper som angitt i krav 6 eller 7, og hvor i det minste en spredeenhet (5, 6) som oppviser åpne geometriske strukturer rettet utenfra og innover er anordnet på innsiden av dempeelementet (3).

9. Svingningsdemper som angitt i et av kravene 6 - 8, og hvor dempeelementet (3) er fylt med flere spredeenheter

(5,6,7).

10. Svingningsdemper som angitt i krav 9, og hvor spredeenheten (7) har form av pall-ringer.

11. Svingningsdemper som angitt i et av kravene 1 - 10, og hvor dempeelementet har krum utførelse for å passe til en krum ledning.

12. Apparat for måling av strømningsrate og som arbeider etter ultralydprinsippet, og hvor det mellom en ultralydkilde og strømningsratemåleren er anordnet en svingningsdemper for ultralydbølger som angitt i et av patentkravene 1-11.