PT91805B - Sonda de medicao para a determinacao de baixas velocidades de escoamento numa seccao de tubo - Google Patents

Description

SONDA DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO

DE BAIXAS VELOCIDADES DE ESCOAMENTO NUMA SECÇÃO DE TUBO

A presente invenção diz respeito a uma sonda para a determinação de baixas velocidades de escoamento numa secção de tubo, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1. é conhecida uma tal sonda de medição por exemplo através da patente de invenção DE-OS 24 23 302.

Para a medição do escoamento utilizam-se muitas vezes oschamados dragbodies, isto é corpos que são desviados da sua posição de repouso pela corrente de escoamento, ou turbinas de medição. Mas se as velocidades de escoamento forem pequenas, então estas sondas deixam de dar indicações fiáveis. Isso sucede, por exemplo, numa circulação de água, quando a velocidade de escoamento atingir valores inferiores a 0,25 m/s. Cuando não for possível, por estreitamento da secção transversal do tubo, aumentar a velocidade de escoamento, por então se aumentar também a perda de pressão no circuito, torna-se necessário procurar uma nova sonda de medição.

A sonda de mediçSo de acordo com a publicação atrás referida possui um tubo em cujo meio está colocado um elemento calefactor. Este elemento aquece a corrente no tubo. A temperatura da corrente nas duas extremidades do tubo dá portanto uma indicação sobre o sentido do escoamento. Nas extremidades do tubo são colocados dois termopares, ligados electricamente de modo tal que se meça a diferença das temperaturas. A precisão da medida desta sonda é no entanto pequena para as baixas velocidades de escoamento, que podem também ainda variar bruscamente. Por isso, a sonda serve essencialmente para a determinação do sentido do escoamento.

O objecto da presente invenção consiste portanto em proporcionar uma sonda de medição para a determinação de velocidades de escoamento baixas numa secção de tubo que, por um lado, forneça indicações fiáveis para as baixas velocidades de escoamento e, por outro lado, seja robusta, a fim de resistir às velocidades elevadas e às grandes variações de velocidade, bem como às grandes variações de temperatura. A obstrução da secção transversal do tubo devida à sonda deve ser o menor possível, e a sonda deve permitir uma indicação fiável quer em líquidos, quer em vapores e gases. Finalmente, a sonda também deve poder determinar escoamentos negativos, isto é, detectar a inversão do escoamento.

Segundo a presente invenção, o problema resolve-se com uma sonda com as características descritas na reivindicação 1.

A sonda de medição faz portanto uso do facto de na extremida de do elemento calefactor oposta ao escoamento se dissipar mais calor do que na extremidade situada no sentido da corrente. Para a medição, avalia—se não o aquecimento do meio que se escoa mas sim o arrefecimento do elemento calefactor, que pode medir-se com um atraso substancialmente reduzido

Numa primeira forma de realização preferida da presente inven ção, o elemento calefactor é formado como um condutor térmico em forma de espiral, com o eixo da espiral paralelo à direcção do escoamento. Esta forma de realização é apropriada em especial para secções de tubo horizontais. Pelo contrário, para secções de tubo verticais é mais apropriada uma sonda de medição na qual como ele mento calefactor são usados dois condutores térmicos calefactores alimentados separadamente, que se estendem paralelamente entre si e perpendicularmente a direcção do escoamento, sendo um deles colocado a seguir ao outro na direcção do escoamento. Uma tal sonda de medição é mais apropriada para escoamentos verticais, porque a corrente ascensional gerada pelo próprio condutor de aquecimento, que poderia falsear a medida, é aqui nitidamente menor do que no caso de um condutor térmico calefactor em espiral com o eixo da espiral vertical.

A sonda de medição segundo a presente invenção pode, sem grandes dificuldades ligar-se com uma sonda de medição do nível já conhecida, no caso de um troço de tubo horizontal, fixando-se termopares a diferentes alturas num dos condutores térmicos de aquecimento dispostos verticalmente, dando então as temperaturas medidas informação sobre o nível do fluido.

Descreve-se a seguir a presente invenção com mais pormenor, com base em três exemplos de realização preferidos, com referência aos desenhos anexos, cujas figuras representam:

A fig. 1, um corte de uma sonda de medição segundo a presente invenção para a montagem numa secção de tubo horizontal;

A fig. 2, uma sonda correspondente, melhor adaptada para a montagem numa secçSo de tubo vertical; e

A fig. 3, uma sonda de medição combinada que determina quer a velocidade de escoamento, quer o nível do líquido numa secção de tubo horizontal.

A sonda segundo a fig. 1 é montada num tampão (1) que pode ser enroscado na parede de uma secção de tubo, não representada. O sentido do escoamento na secção de tubo está indicado por uma seta (2) . A velocidade de escoamento pode ser muito pequena e também ne gativa. A sonda consiste essencialmente numa espiral calefactora (3) , com uma derivação média (4). O eixo da espiral é paralelo à direcção do escoamento (seta 2). A derivação média está ligada ao tampão, ou seja também ligada a massa. As duas extremidades (5) e (6) da espiral são conduzidas para fora através do tampão e são alimentadas, cada uma, por uma fonte de tensão contínua, não repre sentada, com um potencial positivo substancialmente igual. A espi^ ral calefactora é, por exemplo, feita de fio condutor calefactor, envolvido por um manto isolador eléctrico mas condutor do calor (o chamado cabo Thermokoax). As duas espiras mais exteriores (7) 6 e (8) da espiral calefactora estão ligadas, cada uma, coro o seu termopar (9) e (10). Os terminais de ligação (11-12), (ll’-12*) dos termopares são levados para fora, através do tampão, e desembocam numa caixa de ligações com temperatura constante (nSo repre sentada). Os dois termopares sSo ligados em série a um aparelho de medição, não representado, de modo tal que permitem medir a di ferença de temperatura entre os dois pontos de medição.

A sonda de medição funciona da seguinte maneira:

O aquecimento é ajustado de modo tal que a temperatura da es pirai calefactora seja cerca de 2OO°K mais elevada do que a tempe

ratura de serviço máxima. Desde que nSo haja qualquer escoamento, os dois termopares (9) e (10) sSo aquecidos de maneira idêntica, de modo que não pode derivar-se qualquer sinal de medição nos terminais ligados em série destes termopares.

Eventualmente este resultado só se atinge se as tensões de alimentação das duas metades da espiral forem ajustadas ligeiramen te afastadas uma da outra.

já para uma velocidade de escoamento baixa, de 0,01 m/s, aparece um sinal de medição inequívoco, visto que se dissipa mais calor do termopar (9) oposto ao escoamento do que no termopar afasta do (10).

Devido à construção absolutamente simétrica da sonda, qualquer inversão do escoamento produz imediatamente uma inversão do sinal de medida. O campo de medida é limitado no sentido das velocidades de escoamento maiores, visto que, para grandes velocidades de escoamento, igualam-se de novo as diferenças de temperatura entre os termopares (9) e (10). Numa sonda de medição realizada na prática, que é mergulhada em água, este limite superior situa-se em cerca de 2,5 m/s; no gás, este limite é ainda mais elevado. Mas este é um valor que se situa já no campo de medição das turbo-sondas usu ais.

A sonda segundo a fig. 1 é apropriada em especial para secções de tubo horizontais. Se se quisesse utilizá-la numa secção de tubo vertical, então o aquecimento da espiral (3) geraria uma convexão natural adicional que se sobreporia ao escoamento a medir. Para tais secções de tubo verticais é mais apropriada uma sonda como a indicada na fig. 2. Esta sonda funciona de acordo com o mesmo princípio de medição, mas o desenvolvimento de calor devi do ao condutor calefactor é menos concentrado e portanto o escoamento de convexão produzido é menor. Também aqui a sonda é montada num tampão (13) que pode ser enroscado no troço de tubo vertical, não representado. O tampSo suporta em vez da espiral calefactora dois condutores calefactores (14) e (15) alongados, que se estendem perpendicularmente a direcção do escoamento seta (26)J e estão colocados um por detrás do outro. Utilizam-se aqui como con dutores calefactores dois condutores calefactores coaxiais (Cabo IhermoRoax), cujos mantos (28) e (29), respectivamente, estão ligados aos tampões. Os respectivos fios interiores (18) e (19) destes condutores calefactores são levados separadamente para fora do tampão e ligados, cada um, ao terminal positivo de uma fonte de tensão contínua. O terminal negativo comum é ligado ao tampão.

Os termopares propriamente ditos para a medição da diferença de temperaturas na direcção do escoamento estão, com os seus pontos de medição (20) e (21), soldados, cada um, a um dos invólucros tubulares (16) e (17) dos dois condutores calefactores (14) e (15), alinhados relativamente à direcção do escoamento. Devido à configuração alongada dos condutores calefactores (14) e (15), a conve_ xão natural pouco pode falsear a medida da diferença de temperatu ras entre os pontos de medida (20) e (21). Abstraindo disso, o princípio de medição é análogo ao da sonda da fig. 1, de modo que não é necessário descrever com mais pormenor o seu modo de funcio namento.

é evidente que também a sonda da fig. 2 é apropriada para usar numa secção de tubo horizontal, embora a sonda segundo a fig.

tenha um campo de medida mais vasto nesse caso.

A fig. 3 representa finalmente uma variante da forma de reaΊ.lização da fig. 2 para utilização numa secção de tubo horizontal.

A variante consiste simplesmente em que, adicionalmente, é possível a medição do nível com outros termopares (22), (23), (24) e (25) distribuídos ao longo do comprimento do condutor calefactor (14) ou (15). Estes termopares são aqui soldados no invólucro tubular (IC) do condutor calefactor (14) e indicam temperaturas diferentes conforme a zona do invólucro tubular em questão estiver envolvida por um líquido (bom condutor do calor) ou por vapor ou gás (pior condutor do calor). Estes termopares são levados, por meio de um cabo de medição (27), a uma caixa de ligação com tempe ratura constante, não representada, e daí a um comutador multiplex, através do qual um aparelho de medição acede sucessivamente aos vários termopares e compara as temperaturas com a temperatura de serviço. Daí é deduzido um sinal analógico do valor do nível.

É além disso possível colocar um outro termopar na extremida de inferior de um dos condutores calefactores (14) e (15) e desse modo medir e controlar a temperatura do líquido que se escoa.

No caso da fig. 3, é conveniente construtivamente conduzir os fios de ligação aos pontos de medição do nível através de um tubo, que está fixado no tampão e suporta mecanicamente os dois condutores calefactores (14) e (15), bem como os termopares para a medição do sentido do escoamento.

Claims (5)

1. Reivindicaçoe

   1. - Sonda de medição para a determinação de baixas velo cidades de escoamento numa secção de tubo, na qual pelo menos um elemento calefactor (3,14,15) fica saliente para o interior do tubo, estando dois termopares (9,10,20,21) montados em pontos um a seguir ao outro no sentido do escoamento (2,26) e ligados em série electricamente, de modo tal que permitem medir a diferença de temperaturas entre estes pontos, caracterizada por os termoelementos (9,10,20,21) estarem montados no próprio elemento calefactor, de modo tal que cada um deles é directamente atravessado pela corrente no sentido do escoamento e que portanto as diferentes passagens da corrente sejam a causa da diferença de temperaturas medida.
2. 2. - Sonda de medição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento calefactor ser formado sob a forma de de um fio condutor calefactor (3) enrolado em forma de espiral com o eixo da espiral paralelo à direcção do escoamento (2).
3. 3. - Sonda de medição de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 2, caracterizada por o fio condutor calefactor (3,14,15) ser alimentado simetricamente, estando as duas extremidades (5,6,-18,19) ligadas com um primeiro potencial substancialmente igual e uma tomada média (4) com um segundo potencial.
4. 4. - Sonda de medição de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por como elemento calefactor se usarem dois fios condutores calefactores (14,15) rectilíneos, que se estendem paralelamente entre si e perpendicularmente à direcção do escoamento (2,26), estando um deles colocado depois do outro, no sentido do escoamento.
5. 5. - Sonda de medição de acordo com a reivindicação 4 para montagem numa secção de tubo horizontal, caracterizada por alêm disso vários termopares (22 a 25) estarem distribuídos ao longo de um (14) dos condutores calefactores e fixados no mesmo, sendo dada a informação das temperaturas medidas sobre o nível do líquido ao longo deste condutor calefactor,