SE453328B - Flodesmetare med elektrisk utsignal - Google Patents

Description

453 328 2 elektrisk signal som är tillnärmelsevis en linjär funktion av flödet. Det är uppfinningens viktigaste syfte att uppnå dylik ver- kan med enklare och billigare anordningar. Detta syfte jämte and- ra syften och fördelar uppnås enligt uppfinningen därigenom att yen flödesmätare av angivet slag förses med de i den kännetecknande delen av patentkrav 1 angivna kännetecknen.

Den angivna linjärsignalen uppnås på så sätt, att membranets för- flyttning genom det pålagda differenstrycket kommer att röra sig mot inverkan av fjädern, med en förflyttning som är en väsentligen linjär funktion av tryckskillnaden. Magneten, som är fäst vid mem- branet, kommer att röra sig bort ifrån Hall-effektgivaren. Denna givare ger en_signal som är en linjär funktion av det magnetfält den utsättes för. Tryckskillnaden är dock en olinjär funktion av flödet, och magnetflödet är också en olinjär funktion av membranför- flyttningen.

Man inser att ett litet flöde genom strypningen ger upphov till ett litet tryckfall och alltså en liten membranförflyttning. Om flödet sedan blir t.ex. fördubblat, så fyrdubblas tryckskillnaden, liksom membranförflyttningen. Emellertid vill man bara ha en för- dubblad elektrisk signal. Signalen måste alltså ändras snabbt i början och därefter långsammare, då strömningen ökar. Detta uppnås genom att man använder en permanentmagnet, som har ett magnetfält, som snabbt avtar med ökande avstånd. En Hall-effektgivare avkänner detta magnetfält och ger en signal, som är linjärt beroende av mag- netfältet men alltså olinjärt beroende av membranförflyttningen.

Genom denna kombination av tvâ olinjära effekter uppnås enligt upp- finningen en signal som är tillnärmelsevis linjärt beroende av flö- desändringar inom ett användbart flödesintervall av åtminstone en tiopotent, med en linjearitet som i praktiken visat sig vara bätt- re än 5%.

En flödesmätare av detta slag har stor användbarhet inom en mång- fald industriella processystem, både för kontroll och styrning samt kan göras mycket driftsäker.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med utgångspunkt från ett icke-begränsande utföringsexempel, åskådliggjort i ritningarna. 3 , 453 328 Fig. 1 visar en påsiktsvy och fig. 2 en genomskärningsvy enligt snittet II-II i fig. 1, av en flödesmätare. Pig. 3 är ett diagram, som åskådliggör lineariseringen enligt uppfinningen.

Den i fig. 1 i påsikt och i fig. 2 i genomskärning visade tryck- givaren är uppbyggd med en s.k. primär tryckgivare i form av en strypning 1 i en ledning 2. Strypningen består av en enkel stryp- bricka, men uppfinningen utesluter ej användning av andra typer av strypningar av känt slag. Från båda sidorna av strypningen går ka- naler 3 till ett utrymme S i ett hus 4 och mynnar på var sin sida om ett membran 6, som delar utrymmet i två rum. Membranet är för- styvat på mitten 7 samt belastat med en skruvfjäder 8 från ena si- dan. Skruvfjäderns andra ände sitter i en hållare, som genom en skruv 9 kan förflyttas, så att membranets 6 neutralläge vid noll- tryck kan förflyttas. Membranet är också något styrt av fjädern, i det att ett vid detta fäst utskott är infört i skruvfjädern 6.

På motsatt sida av membranet sitter en magnetbärare med en inne- sluten permanentmagnet 10. Vid den visade utföringsformen inskjuter magnetbäraren vidare i en fördjupning i det hus, vari de båda rum- men är bildade. Detta hus 4, i vilket rummen och membranet 6 är upptagna, utgör tillsammans med det rörparti, där strypbrickan 1 är upptagen, ett tudelbart hus. Alla dessa delar, inklusive fjä- dern 8, tillverkas av ett material som motstår den fluid som skall mätas. Vidare bör materialet šrara omagnetiskt, gärna austenitiskt rostfritt stål. = Utanpâ detta hus sitter ett påskruvat avkännarhus 13 med en Hall- effektgivare 11, som är tryckt emot det delbara huset t.ex. medelst ett fjädrande mellanlägg av skumplast. Mittemot sitter en skruv 12 av magnetiskt material, vilken dels koncentrerar fältet genom Hall-givaren, dels möjliggör en justering för variationer i till- verkningsprocessen hos membranet 6, motfjädern 8, defekter i mem- branhuset etc.

Vid ett provat utföringsexempel användes som magnet en permanent- magnet Honeywell 103 MG 5 och som Hall-givare en Honeywell 9255_ 12-2. Den senare är en mqpolitisk anordning som innefattar kompen- sation för temperaturvariationer samt är linjär inom intervallet 0-400 gauss, med en känslighet om 2,5-7,5 mV/gauss, beroende av den använda matningsspänningen. Den nämnda magneten, som är magnetise- 453 328 rad vinkelrätt mot membranplanet, ger ca 400 gauss på 12,5 mm av- stånd samt en till en början snabb, därefter långsammare minsk- ning med ökande avstånd.

Den använda magneten har formen av en cirkulär skiva, magnetise- rad väsentligen i dess qpueudamfls riktning, varvid symmetriaxeln monteras vinkelrätt mot membranet. Med en Hall-effektgivare av an- given modell erhålles en signal, vars tecken vänder, om magneten vändes med sina poler riktade åt motsatt håll, varför man vid till- verkningen av flödesmätaren måste se till att vända den rätt. Gi- vetvis kan andra typer av magneter användas, både med hänsyn till form och magnetisering, så länge deras magnetfält uppfyller kravet på först snabb och därefter långsammare minskning av magnetfältet för ökande avstånd därifrån.

Pig. 3 förklarar hur man med denna flödesmätare kan erhålla en sig- nal, som är väsentligen ett linjärt mått på det flöde som går ge- nom ledningen 2 i pilens riktning enligt fig. 2. Som inledningsvis angivits, kommer den tryckskillnad som uppstår vid strypningen 1 att vara väsentligen kvadratiskt beroende av flödet. När sålunda flödet ökar från O till 100% av ett förutbestämt flödesintervall, enligt vad som avsatts på x-axeln, så kommer alltså tryckskillnaden över membranet 5 att stiga som kurvan 31 i fig. 3, där efter y-axeln utsatts tryckskillnaden ¿5p i mm vattenpelare.

Man ser av fig. 2 att membranet 6 då under inverkan av trycket kom- mer att gå åt vänster i figuren, och magneten 10 fjärmar sig från Hall-effektgivaren. Magnetfältet som avkännes av den senare kommer att minska, först snabbt och därefter långsammare. Hall-spänningen kommer alltså att från något bestämt värde sjunka mot noll. Skill- naden mellan det faktiska värdet och det nämnda bestämda värdet ökar alltså snabbare än membranets rörelse, såsom kurvan 30 visar, där alltså efter x-axeln avsatts membranets rörelse mellan nollä- get och fullt utslag och efter y-axeln spänningsski1lnaden«AV i volt. Man inser då att en kurva utvisande spänningsskillnaden.¿V som funktion av flödet genom strypningen kommer att bli ett slags kombination mellan dessa på var sitt sätt olinjära kurvor, där av- vikelserna från linjearitet kommer att till mycket stor del kom- pensera varandra.

Vid ett provat exemplar, överensstämmande med fig. 1 och 2, hade 5 453 328 membranet en diameter om 45 mm. Kombinationen av fjädern 8 och strypbrickan 1 valdes så att fullt utslag för önskat intervall motsvarade en membranrörelse om 1-2 mm. Den använda Hall-effekt- givaren, ovan nämnd, har bara tre elektriska anslutningar, beteck- nade (+) (0) och (-). Utsignalen uttogs via (0) och (-). medfö- rande, vid rätt magnetiseringsriktning, en fallande utspänning för ökat flöde. Justering utfördes vid ett på annat sätt mätt flöde om 20% av intervallet, genom justering av skruven 9. En operations- förstärkare av helt konventionellt slag kopplades efter Hall-effekt- givaren, vari nollnivån för flödet inställdes. Med denna enkla jus- tering erhölls för 10-100% av mätintervallet en linjearitet mel- lan flöde och utsignal om bättre än 5%, vilket i allmänhet ger all- deles tillräcklig noggrannhet. En ytterligare möjlighet till jus- tering föreligger genom justerskruven 12, varmed fältbilden kan modifieras.

Av fig. 1 och 2 framgår att uppfinningen är mycket praktisk att tillämpa. De båda rörstutsarna 2 samt strypbrickan 1 är utbytbara, varför apparaten kan tillämpas på olika rördiametrar och anpassas till olika flödesintervall allt efter behovet. Hall-effektgivaren ger en väsentligen linjär signal för flödet, varigenom man i många fall har en direkt användbar signal, utan annat än en strömkälla för givarens drift. I andra fall kan en operationsförstärkare an- ordnas direkt intill, så att man får en i förhållande till andra anläggningar anpassad signal. Dylika elektroniska anordningar lig- ger väl inom fackmannens förmåga att konstruera, varför de ej här särskilt beskrivits, helst som uppfinningen går ut på att slippa tidigare förekommande mera komplicerade lösningar av elektronik- karaktär. Detta utesluter naturligtvis ej att den från den uppfin- ningsmässiga givaren kommande signalen göres till föremål för olika slag av komplicerad signalbehandling och liknande.

Claims (1)

1. 453 328 Patentkrav Flödesmätare med elektrisk utsignal, varvid i en ledning (2) är anordnad en strypning (1) för åstadkommande av en tryckskillnad i beroende av i ledningen förekommande genomströmning, och en tryckavkännare för avkänning av denna tryckskillnad, i vilken tryckavkännare ingår ett hus (4) med ett utrymme (S), som genom ett membran (6) är uppdelat i två rum, förbundna via var sin ka- nal (3) med ledningen (2) på ömse sidor om strypningen (1), vari- genom membranet (6) är utsatt för den av strypningen alstrade tryckskillnaden, samt en Hall-effektgivare (11) är monterad vid huset mitt för en vid membranet fästad och med detta vid tryck- ändring rörlig permanentmagnet (10), k ä n n e t e c k n a d av att membranet (6) har en mittförstyvning (7) och en vinkelrätt mot membranet utgående stängel, vid vars ände den skivformade, i sin tjockleksriktning magnetiserade permanentmagneten (10) är monterad väsentligen parallell med membranets mittförstyvning (7) och stängeln är anordnad att upptagas i ett mitt för Hall- effektgivaren (11) anordnat hål, under det att mitt emot stängeln mot mittförstyvningen är anordnad en tryckfjäder (8), vars ena ände anligger mot mittförstyvningen (7) och vars andra ände an- ligger mot en i huset (2) monterad hållare, som genom en vid hu- sets (4) utsida åtkomlig skruv (9) är reglerbar till sitt läge, varjämte Hall-effektgivaren (11) är monterad utanpå huset (4), som .är magnetiskt. samt mittemot Hall-effektgivarens (11) från hu- set (4) vända sida är anordnad en för fältjustering reglerbar skruv (12) av magnetiskt material.