PT1995569E - Medidor de caudal que utiliza um oscilador de fluido com sinal de excitação alterno - Google Patents

Description

ΕΡ 1 995 569/ΡΤ DESCRIÇÃO "Medidor de caudal que utiliza um oscilador de fluido com sinal de excitação alterno"

Este invento refere-se a um medidor de caudal de fluido e, em particular, a um contador para medir o caudal de líquidos, e que opera segundo o princípio do oscilador de fluido.

Sabe-se bem que a frequência de oscilação de um oscilador de fluido está dependente (se bem que não seja necessariamente de maneira linear) da taxa de escoamento através do mesmo. Este princípio tem vindo a ser utilizado para a medição do caudal de líquidos e, em particular, em contadores de água para medir o consumo de água, por exemplo, de uma propriedade. Contudo, na prática, pode ser particularmente difícil obter medições precisas (isto é, em um ou dois por cento), em situações onde o caudal pode variar numa gama vasta e onde a pressão do fluido pode variar de modo substancial. A precisão da medição tem de ser mantida numa relação diferencial de máximo e mínimo de tanto como 200 para 1, e onde a velocidade do escoamento também pode mudar numa gama correspondente de 200 para 1. Além disso, as flutuações de pressão podem variar num factor tanto como 40 000 para 1.

Os osciladores de fluido que são utilizados para medir o consumo de água compreendem tipicamente um corpo que contém um tubo de entrada que vai dar a um par de canais separados por um separador. A jusante do separador, o canal principal inclui dois circuitos de retorno que conduzem de novo aos lados opostos do percurso do fluido adjacente ao tubo de entrada. Como é sabido, a componente de velocidade elevada do fluido irá "fixar-se" ela própria à parede de um dos canais pelo efeito de Coanda, mas depois, como resultado da acção do fluido que é devolvido, irá comutar transversalmente para a outra parede. A comutação ou oscilação está dependente da taxa de escoamento. 2 ΕΡ 1 995 569/ΡΤ

Estas oscilações podem ser detectadas de modo electromagnético ao aplicar um campo magnético através do escoamento e detectar a f.e.m resultante gerada com a parede de canal apropriada, de modo a não perturbar o escoamento nem adicionar mudanças substanciais de velocidade e pressão encontradas na medição da água. Assim, esta disposição pode ser utilizada na medição de fornecimentos domésticos de água dado que pode ser construída para medir com precisão suficiente para fins de medição.

Além disso, a água pode ser levada a mover-se dentro do oscilador através de outros efeitos externos tais como a vibração mecânica ou a pulsação de pressão de água apesar de não existir escoamento de água da rede. De acordo com tais circunstâncias, é possível detectar sinais nos eléctrodos sensores que podem ficar confusos com os sinais provocados pelo escoamento de fluido genuíno. Estes sinais podem ser gerados quer por indução electromagnética quer por reacções electromecânicas na superfície dos eléctrodos.

Os sinais detectados pelos eléctrodos são tipicamente processados por meios de processamento de sinal, os quais podem incluir várias etapas de amplificação de sinal. Os meios de processamento de sinal devem, de modo ideal, ser capazes de filtrar o ruído no sinal e também cancelar os sinais de modo comum. Verificou-se que as leituras mais precisas podem ser obtidas ao aplicar um sinal de excitação aos eléctrodos. Além disso, verificou-se que a forma do sinal é particularmente importante. A EP 0 381 344 descreve um medidor de caudal com oscilador de fluido que utiliza um par de eléctrodos para detectar a diferença de potencial que resulta do escoamento de fluido oscilante.

De acordo com o invento, proporcionamos um medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido que compreende um corpo que tem uma porção de entrada para receber um caudal de líquido a ser medido, uma porção de saída, um canal principal que define um percurso de escoamento que inclui meios de retorno para induzir oscilações no fluido que se escoa, sendo as oscilações detectadas por meios de detecção, compreendendo 3 ΕΡ 1 995 569/ΡΤ os meios de detecção meios de geração de campo magnético para aplicar um campo magnético através do percurso de escoamento, e pelo menos um par de eléctrodos sensores para detectar a f.e.m resultante, em que os meios de detecção também incluem meios de aplicação de sinal de excitação que aplicam um sinal de excitação alterno aos eléctrodos sensores. A utilização de um sinal de excitação e, em particular, um sinal de excitação alterno é vantajosa, pois os meios de detecção e, por conseguinte, a medição do caudal de fluido, são precisos e seguros.

De preferência, o sinal de excitação alterno tem uma frequência de entre 700 Hz e 1 KHz. Contudo, verificou-se que a frequência do sinal aplicado deverá ser diferente e, de preferência, substancialmente diferente da gama de sinais produzidos pelo escoamento de fluido de oscilação, a qual está tipicamente entre 0 a 100 Hz. Assim, dependendo da taxa de escoamento, o sinal de excitação alterno tem de preferência uma frequência maior do que 200 Hz e menor do que 200 KHz. 0 sinal alterno pode ser uma onda sinusoidal ou uma onda em dente de serra. De preferência, o sinal é substancialmente uma onda quadrada. O sinal de excitação alterno é de preferência aplicado aos eléctrodos através de condensadores e, por conseguinte, se for aplicada uma onda quadrada através dos condensadores, o sinal alterno nos eléctrodos é uma onda quadrada arredondada.

De preferência, o sinal alterno tem uma tensão entre 0 volt e 3,6 volt.

De acordo com uma concretização do invento proporcionamos o medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido com o pelo menos um par de eléctrodos sensores para detectar a f.e.m resultante, encontrando-se os eléctrodos posicionados de tal modo que os mesmos sobressaem a partir do corpo para dentro do percurso de escoamento. 4 ΕΡ 1 995 569/ΡΤ

Esta disposição dos eléctrodos é particularmente vantajosa dado que a sensibilidade dos meios de detecção é melhorada sem afectar de modo adverso a calibração e a estabilidade do oscilador como um dispositivo de medição de fluido. Assim, o posicionamento dos eléctrodos de tal modo que em vez de estarem nivelados com o corpo os mesmos sobressaiam para o escoamento não perturba o escoamento na medida em que a medição precisa não seja mais possível e permita, de facto, uma medição particularmente precisa. Além disso, verificou-se que a disposição de eléctrodos do invento minimiza falsas leituras provocadas por vibração mecânica ou pulsação de pressão de água.

De preferência, pelo menos um do par de eléctrodos sensores sobressai a partir do corpo para o escoamento numa distância entre 0,5 mm e 10 mm. Esta gama de protuberância melhora a precisão do contador embora não crie um bloqueio significativo no percurso de escoamento, o que iria resultar numa queda de pressão que pode perturbar as oscilações e, por conseguinte, a precisão.

Os eléctrodos podem ser colocados no canal principal. Em alternativa, os eléctrodos podem ser colocados em pelo menos um canal de retorno. O oscilador pode incluir um separador no canal principal para promover a oscilação do escoamento. De preferência, os meios de retorno compreendem dois canais de retorno que se separam do canal principal e que regressam para tornarem a juntar-se no canal principal a montante em adjacência à porção de entrada.

De preferência, existem dois pares de eléctrodos sensores, estando cada par localizado em cada canal de retorno. Em alternativa, um par pode estar localizado no canal de retorno e um outro par localizado no canal principal.

Os meios de geração de campo magnético podem compreender pelo menos um íman permanente. De preferência, o pelo menos um íman encontra-se embutido em paredes do corpo do contador 5 ΕΡ 1 995 569/ΡΤ e encontra-se electricamente isolado do escoamento de fluido. 0 iman pode ser feito de um material electricamente não condutor tal como ferrite ligada por plástico e, por conseguinte, pode fazer parte da parede do corpo.

Segue-se agora, apenas por meio de exemplo, uma descrição detalhada do presente invento com referência aos desenhos anexos nos quais: a Fig. 1 mostra uma vista em secção parcial de um contador de água com oscilação de fluido; a Fig. 2 mostra uma vista em secção lateral do contador mostrado na Fig. 1; a Fig. 3 mostra uma primeira concretização de um circuito de excitação de eléctrodo para utilização no medidor de caudal do invento; a Fig. 4 mostra uma segunda concretização de um circuito de excitação de eléctrodo para utilização no medidor de caudal do invento; a Fig. 5 é um gráfico que mostra a forma do sinal de excitação alterno que é aplicado ao sistema electrónico do circuito de excitação; e a Fig. 6 é um gráfico que mostra a forma do sinal de excitação alterno que é aplicado aos eléctrodos através do sistema electrónico do circuito de excitação. É mostrado na Fig. 1 um oscilador de fluido 1 e é, em geral, de um tipo conhecido e é para utilizar como um contador doméstico de água. 0 contador 1 com oscilador compreende um corpo 2 o qual inclui paredes 20 que definem uma pluralidade de percursos de escoamento. 0 corpo 2 define uma porção de entrada 3, uma porção de saída 4 e um canal principal 5 entre os mesmos. 0 corpo 2 também define meios de retorno, os quais compreendem dois canais de retorno 6, 7 em circuito, que se separam do canal principal 5 e depois regressam para tornarem a juntar-se no canal principal 5 em 6 ΕΡ 1 995 569/ΡΤ adjacência à porção de entrada 2. 0 separador 8 encontra-se localizado centralmente no canal principal 5, entre os pontos de separação e junção dos canais de retorno 6, 7. A porção de entrada 3 compreende uma abertura estreitada que recebe escoamento a partir de um tubo de entrada (não mostrado) , que se liga à porção de entrada 3 através de uma rosca de parafuso 10. De modo similar, a porção de saida 4 está adaptada para receber um tubo de saida (não mostrado) que está ligado à mesma por uma rosca de parafuso 9. O fluido recebido através da porção de entrada 3 escoa-se através do percurso de escoamento do canal principal 5 e irá, em virtude do efeito de Coanda, "fixar-se" ele próprio a uma das superfícies 12 ou 13. O separador 8 encoraja o escoamento a ficar predominantemente adjacente a uma superfície 12, 13 ou à outra. Se o escoamento estiver "fixo" à superfície 12, o mesmo irá escoar-se predominantemente em torno do canal de retorno 6. Este fluido de retorno irá perturbar a parte do escoamento adjacente à entrada 3 e irá encorajar o escoamento a "fixar-se" ele próprio à outra superfície 13. Assim, o escoamento, desde a porção de entrada 3 até à porção de saída 4, irá oscilar entre estar "fixo" à superfície 12 e escoar-se predominantemente através do canal de retorno 6, para "fixar-se" à superfície 13, e escoando-se predominantemente através do canal de retorno 7. Estas oscilações estão dependentes da quantidade de caudal através do contador 1. O contador 1 com oscilador de fluido inclui meios de detecção 11. Os meios de detecção 11 compreendem meios de geração de campo magnético na forma de imanes permanentes 14, 15 montados nas paredes 20 dos percursos de escoamento definidos pelo corpo 2. Os imanes 14, 15 aplicam um campo magnético através do escoamento no canal principal 5. Os meios de detecção 11 também incluem eléctrodos 16, 17, 18 para detectar a f.e.m resultante gerada no escoamento de oscilação. Este sinal é utilizado na medição do caudal de fluido através do contador 1.

Os eléctrodos 16, 17, 18 compreendem componentes cilíndricos de metal que se prolongam através de uma parede 7 ΕΡ 1 995 569/ΡΤ de topo 19 do corpo 2. As extremidades distais 21, 22, 23 dos eléctrodos 16, 17, 18 sobressaem através do corpo 2 para o percurso de escoamento do canal principal 5. Os meios de detecção 11 são capazes de uma medição precisa do caudal através do contador 1, dado que os eléctrodos sobressaem para dentro do percurso de escoamento. Os eléctrodos 16, 17, 18 sobressaem passando a parede 19 do corpo 2 numa distância de aproximadamente 1 mm. Será apreciado que os imanes 14, 15 e os eléctrodos 16, 17, 18 podem estar localizados em qualquer outro lugar nos percursos de escoamento definidos pelo corpo 2. Por exemplo, os imanes 14, 15 podem estar posicionados nas paredes opostas 20 do circuito de retorno 6 ou 7, com os eléctrodos apropriadamente posicionados e sobressaindo para o percurso de escoamento de retorno. Além do mais, os eléctrodos podem, em alternativa, sobressair numa distância de aproximadamente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 mm.

Os eléctrodos compreendem dois eléctrodos sensores 16, 17 e um eléctrodo de terra 18. Os eléctrodos 16, 17, 18 estão ligados a uns meios de aplicação de sinal de excitação que compreendem um circuito de polarização de eléctrodo 25. Duas concretizações do circuito de polarização de eléctrodo 25 encontram-se representadas como Fig. 3 e Fig. 4. Os circuitos de polarização de eléctrodo 25 incluem ambos uma pluralidade de amplificadores operacionais 26 e resistências 27 dispostos para aplicar um sinal de excitação, que se insere em 28, aos eléctrodos sensores 16, 17. 0 sinal de excitação é aplicado aos eléctrodos sensores 16, 17 através de condensadores 29, 30 (sendo os condensadores da Fig. 4 do tipo polarizado) . O eléctrodo de terra 18 encontra-se ligado à massa 31. A forma do sinal de excitação aplicado aos circuitos de polarização de eléctrodo 25 é mostrada na Fig. 5 e é uma onda quadrada. É vantajoso aplicar um sinal de excitação aos eléctrodos 16, 17 para conseguir uma medição precisa e segura do caudal de fluido. A forma do sinal que é aplicado aos eléctrodos através dos condensadores 29, 30 é mostrada na Fig. 6. Tal como se pode ver, a onda quadrada é redonda devido à constante de tempo dos condensadores 29, 30. Tal como será apreciado, os gráficos que mostram o sinal de excitação (Fig. 5) e o sinal de excitação aplicado (Fig. 6) ΕΡ 1 995 569/ΡΤ 8 apenas pretendem mostrar a forma do sinal e não dão uma comparação relativa dos dois sinais.

Contudo, a frequência do sinal de excitação aplicado é tipicamente 0,5 KHz e a tensão RMS do sinal é tipicamente 2 volt.

Lisboa, 2010-09-16

Claims (8)

1. ΕΡ 1 995 569/ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido que compreende um corpo (2) que tem uma porção de entrada (3) para receber um caudal de liquido a ser medido, uma porção de saída (4), um canal principal (5) que define um percurso de escoamento que inclui meios de retorno (6,7) para induzir oscilações no fluido que se escoa, sendo as oscilações detectadas por meios de detecção (11), compreendendo os meios de detecção (11) meios de geração de campo magnético (14,15) para aplicar um campo magnético através do percurso de escoamento, e pelo menos um par de eléctrodos sensores (16,17,18) para detectarem a f.e.m resultante, caracterizado por os meios de detecção (11) também incluírem meios de aplicação de sinal de excitação (25) que aplicam um sinal de excitação alterno aos eléctrodos sensores (16,17).
2. 2 - Medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido de acordo com a reivindicação 1, no qual o sinal de excitação alterno tem uma frequência de entre 700 Hz e 1 KHz.
3. 3 - Medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, no qual a frequência do sinal aplicado é diferente da gama de sinais produzidos pelo escoamento de fluido de oscilação.
4. 4 - Medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido de acordo com qualquer reivindicação precedente, no qual o sinal alterno é um sinal sinusoidal.
5. 5 - Medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, no qual o sinal alternativo é uma onda em dente de serra.
6. 6 - Medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido de acordo com as reivindicações 1 a 3, no qual o sinal alterno é substancialmente uma onda quadrada.
7. 7- Medidor de caudal de líquido com oscilador de fluido de acordo com qualquer reivindicação precedente, no qual o ΕΡ 1 995 569/ΡΤ 2/2 sinal de excitaçao alterno é aplicado aos eléctrodos (16, 17) via condensadores (29, 30).
8. 8 - Medidor de caudal de liquido com oscilador de fluido de acordo com qualquer reivindicação precedente, no qual o sinal alterno tem uma tensão entre 0 volt e 3,6 volt. Lisboa, 2010-09-16