SI22314A - Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevinali plinov z več okni - Google Patents

Abstract

Novost tega izuma je vgraditev dodatnih opazovalnih oken v pretokomer tipa "Float Type Flowmeter". Napravo po izumu lahko kot "Float Type Flowmeter" izvedemo iz poljubnih, merjencu in okolju primernih materialov brez dotikov kontrolnih elementov z opazovano snovjo, toda v nasprotju od drugih pretokomerov lahko merimo tudi popolnoma različna območja pretokov in kontroliramo tesnost ventilov. Predloženi izum omogoča dolgotrajno nemoteno neposredno meritev pretokov, posredno tudi hitrosti ali moči tudi popolnoma različnih velikosti. Napravo po izumu lahko izvedemo iz poljubnih, merjencu in okolju primernih materialov, po potrebi brez dotikov kontrolnih elementov z opazovano snovjo.

Description

Predmet izuma je je naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni in z eventualno popolno kontrolo zapore pretokov, ki ne potrebuje posebnih lastnosti merjenca (npr. suspenzija, prevodnost itd) in zanesljivo dolgotrajno deluje neodvisno od zunanjih motenj, elektromagnetnih (prevodnost, permeabilnost itd.), optičnih, mehanskih (viskoznost, stisljivost, homogenost itd.) in kemičnih (agresivnost, adhezivnost itd.) lastnosti fluidov brez vzbujanja motečih (npr. zvočnih, toplotnih ali elektromagnetnih) valov. Izum lahko uvrstimo v razrede G 01 F 1/704, G 01 F 1/708 in G 01 F 1/80 mednarodne patentne klasifikacije.

Tehnični problem, ki ga predložena konstrukcija uspešno rešuje je slabost znanih pretokomerov, to je predvsem majhno opazovalno okno.

Ekonomsko ugodne naprave zaznamujejo šele nekaj procentov maksimalno merljivega pretoka, tehnološko dobre postanejo pod enim procentom nezanesljive, najboljše pa okoli enega promila.

Za meritev tudi zelo majhnih pretokov oziroma popolno kontrolo zapor ventilov potrebujemo dodatno tehnološko zelo zahtevno oziroma prostorsko in cenovno neugodno aparaturo ali odrivno telo s kontrolo po izumu.

Predloženi izum omogoča dolgotrajno nemoteno neposredno meritev pretokov, posredno tudi hitrosti ali moči tudi popolnoma različnih velikosti. Napravo za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po izumu lahko izvedemo iz poljubnih, merjencu in okolju primernih materialov, po potrebi brez dotikov kontrolnih elementov z opazovano snovjo.

Nekaj znanih izvedb naprav za merjenje pretokov je opisanih v patentnih dokumentih DE 3 933 472, EP 432 627, US 5,036,712.

Vse patentirane rešitve uporabljajo metodo, ki je različna od predloženih naprav po izumu. Značilnosti zadnjih objavljenih patentov, kot is so npr. US 5,689,071, US 5,654,512, US 5,638867, US 5,594,181, US 5,641,914, US 5,625,155, US 5,594,181, US 5,540,107 kažejo, da gre razvoj večinoma v nasprotno smer, kajti moderna tehnologija omogoča vedno boljša opazovanja preko vplivov hitrosti na ultrazvočna ali elektromagnetna valovanja.

Znane naprave na

- rotacijo (z vzvodom) delujejo samo kot indikator pretokov

- transverzalni odriv prodajajo z oznako Variable Area Rotameter, Purge Rotameter, In-Line Flovvmeter, Float Type Flowmeter itd...

Najbolj enostavno rešitev takih pretokomerov predstavlja krogla v konusu. Za zahtevano opazovalno natančnost potrebujemo ustrezno dolg konus do celo 1,5 m.

Ob izhodnem koncu nastopajo ob prevelikem razmerju polmerov konusa in krogle nestabilnosti. Zato izdelujejo pretokomere na kroglo samo za pretoke do približno 35 ml/s vode oziroma glede na specifično maso in viskoznost odgovarjajočo količino drugih fluidov. Brez dodatnih varoval zapre krogla ob prevelikem dotoku izhod, tako blokira pretok, io odvisno od sistema pa lahko povzroči celo eksplozijo.

Ko pretok popolnoma izgine, se krogla vrine v vhodno omejitev opazovalnega področja. Ta vriv lahko preprečimo s stopnico, kar zboljša zanesljivost odstopa, pomanjša velikost opazovalnega intervala, toda zanesljivo meritev dosegamo v vsakem primeru samo nad 10 % is maksimalnega pretoka.

Odvisno od preciznosti izdelave in lastnosti materialov dosega ponovljivost opazovalnih rezultatov od 1/4 % do 1 % maksimalnega pretoka, toda nelinearnost opazovalnih parametrov povzroča s tehnološko ugodno linearno skalo napako od 5 % do 10 % maksimalnega pretoka.

2o V nasprotju od drugih pretokomerov zmerna viskoznost ne vpliva bistveno na zastojni tlak, saj le-ta v glavnem samo kompenzira maso opazovalne krogle.

V izpopolnjenem Float Type Flovvmetru so vsaj delno odpravljene glavne slabosti:

- bypass - stranski izhod pred končno lego odrivnega telesa ali vsaj primerna asimetričnost omejitev ob izhodu prepreči nevarnost, da krogla ob prevelikem dotoku blokira pretok;

- za natančno meritev je potrebna dolga opazovalna lestev. Prožno pero ob izhodu prav tako kot bypass prepreči blokado, izvedeno čez opazovalno skalo pa omogoča krajšo opazovalno pot kot samo razlika specifičnih mas;

- podolgovat valj namesto krogle poveča gornjo mejo stabilnosti skoraj za faktor 3, npr. za meritev pretokov vode do približno 100 ml/s oziroma glede na specifično maso in viskoznost odgovarjajočo količino drugih fluidov, toda v tem primeru viskoznost že opazno vpliva na zastojni tlak in celo umeritev. Druge lastnosti ostanejo podobne kot za pretokomer na kroglo;

- s centralnim vodilom za cilinder se lahko bistveno poveča stabilnost in dodatno optimira oblika cilindrov npr.

- za povečano gornjo mejo za več kot faktor 30, kar omogoča meritev pretokov vode do približno 3,5 l/s oziroma glede na specifično maso in viskoznost odgovarjajočo količino drugih fluidov;

- za natančnost do 2 procentov maksimalnega pretoka;

- za relativno majhno spodnjo mejo do 5 procentov maksimalnega pretoka;

- za ponovno zanemarljivo viskoznostno odvisnost itd.

Izum bomo obrazložili na osnovi izvedbenih primerov in pripadajočih slik, od katerih kaže:

sl. 1 napravo za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po izumu z ravno vhodno stopnico, prožnim peresom in centralnim izhodom sl. 2 napravo za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po izumu s koničasto vhodno stopnico in stranskim izhodom sl. 3 primer odrivnega telesa s centralno osjo za hiter odziv sl. 4 primer votlega odrivnega telesa za hiter odziv sl. 5 napravo za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po izumu s koničasto vhodno stopnico, centralnim vodilom, odrivnim telesom na centralno os za hiter odziv in stranskim izhodom sl. 6 optimalna izvedba votlega traku za meritev sil v agresivnem okolju sl. 7 optimalna izvedba merilnika iz piezoelemetov v agresivnem okolju

Legenda k slikam

A odrivno telo, potrebno za vsa področja razen v primeru meritev razlike tlakov

B prožno pero za povečano opazovalno okno ob pomiku odrivnega 5 telesa oziroma prožna peresa za različna opazovalna okna ob pomiku odrivnega telesa

C cevovod

D vhodna komora za preprečitev motenj ob prehodu opazovanega fluida iz cevovoda v opazovalno komoro

E opazovalna komora

F gladka vhodna stopnica, potrebno za opazovanja zelo majhnih pretokov oziroma tesnosti ventilov

G toga centralna os odrivnega telesa

H kratek valj oziroma stožec s popolno zaporo čez celoten presek, is prilagojen na vhodno stopnico, ko omejuje odrivno telo proti vhodu

I za opazovan fluid eventualno prepusten valj za usmeritev odrivnega telesa

J votel valj za usmeritev odrivnega telesa, prilagojen proti vhodu na vhodno stopnico

K centralno vodilo

L kratek valj oziroma stožec, prilagojen na vhodno stopnico

M vodilna votla os

N v izhodno komoro podaljšana opazovalna komora

O eventualno piezoelektrična obloga za gladko vhodno stopnico

P primerno oblikovana in polirana ploskev odrivnega telesa za prilagoditev na gladko vhodno stopnico z eventualno potrebno mehko oblogo

R konica za točkovno obremenitev prožnega traku

S lokalna okrepitev prožnega traku za pravilno obremenitev merilnikov

T prožen trak za pravilno obremenitev merilnikov

U simbolično nakazan sistem membran

V senzorski sistem iz piezoelementov

W toga premostitev merilne votline X nastavek za omejitev odmikov prožnega traku Y tog oklep, da zavaruje merilno napravo vplivom deformacij okolice Z dodatna konica za pravilno obremenitev merilnikov

Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po izumu deluje v centralnem opazovalnem oknu kot Float Type Flowmeter: - obrobno plast odrivnega telesa A z nujno zaobljenim vsakim zunanjim robom optimiramo za pomike skoraj brez trenja, da preprečimo zatikanja. Zaradi enostavnosti in plavzibilnosti te in analogne, splošno ugodne, zaoblitve na slikah niso prikazane;

- odrivno telo s specifično maso in obliko vpliva kot v Float Type Flowmetru na občutljivost, linearnost, zanesljivost meritev in nevarnost zatikanja;

- za meritev relativno velikih pretokov v centralnem opazovalnem oknu potrebujemo masivno odrivno telo in/ali prožno pero B, kar omogoča prav tako kot v Float Type Flowmetru krajšo opazovalno pot, poveča zastojni tlak in upočasni odziv; prožno pero vpliva prav tako kot v Float Type Flowmetru bolj na opazovalno pot in zastojni tlak ter manj na odzivno hitrost kot razlika specifičnih mas odrivnega telesa proti opazovanemu fluidu,

- nasproten pretok bo kot v Float Type Flowmetru blokiran;

toda v nasprotju z navadnim Float Type Flowmetrom vsebuje vsaj dva opazovalna okna:

is - za meritev zelo majhnih pretokov oziroma netesnosti ventilov dodatno opazujemo tudi infinitezimalna odstopanja odrivnega telesa od vhodne stopnice;

- nasproten pretok v pretokomeru po izumu bo v nasprotju z navadnim Float Type Flowmetrom blokiran brez nevarnosti zagozd itev;

- za meritev različnih pretokov v območju navadnih Float Type Flovvmetrov uvedemo eno ali več prožnih peres z različno dolžino in eventualno tudi različno koercitivno silo; tako merimo kot v navadnem Float Type Flovvmetru, toda osnovno opazovalno okno razdelimo na dva ali več območij s tudi bistveno različno občutljivostjo;

- za opazovanja pretokov, ki presegajo območja navadnih Float

Type Flovvmetrov dodatno uvedemo najbolj ugodno znano metodo za meritev z nominalno konstantno lego odrivnega telesa;

- pogosto, npr. za hladilno napravo, nas zanima samo zadosten pretok oziroma popolna zapora. V tem primeru lahko opustimo opazovanja v centralnem opazovalnem oknu in značilen konus opazovalne votline v navadnem Float Type Flovvmetru ter aktiviramo samo obrobna okna, kar bistveno poceni izdelavo;

je stereometrično podobna navadnemu Float Type Flovvmetru , toda za meritev zelo majhnih pretokov oziroma netesnosti ventilov razširimo is cevovod C oziroma vhodno komoro D v opazovalno komoro E z eksplicitno stopnico F. Vstopno stopnico izvedemo tehnološko najbolj enostavno pravokotno (sl. 1) na os odrivnega telesa oziroma opazovalne komore, za pretok kot večinoma tudi za večtočkovno kontrolo ventilov bolj ugodno koaksialno kot stožec (sl. 2, 5) okoli osi.

Kot v navadnem Float Type Flovvmetru zavzema polmer opazovalne komore normalno velikosti med 1/10 in 1/100 dolžine opazovalne komore ter dosega v konusu vzdolž opazovalne komore relativno spremebo med 1/10 in 1/100. Zaradi nazornosti so narisana drugačna razmerja.

Odrivno telo ima lahko poljubno obliko, uporabno v navadnem Float Type Flovvmetru. Tako uporabljamo npr.

- za najbolj enostavno izvedbo kroglo (sl. 2);

- za najbolj robustno izvedbo homogen valj (sl. 1); s - za optimalno hiter odziv npr.

- dva kratka valja, koaksialno povezana s togo osjo G (sl. 3); vsaj en valj H mora biti neprepusten za opazovan fluid, drugega I pa potrebujemo samo za pravilno usmeritev odrivnega telesa;

- votel valj J (sl. 4) z vsaj eno popolno zaporo H čez celotno ploskev.

io Ker nevarnost zatikanja narašča s ploščatostjo odrivnega telesa, dolgo odrivno telo pa ustrezno podaljša opazovalno komoro in poslabša dinamičnost meritev, naj bo enostavno odrivno telo kot v navadnem Float Type Flovvmetru približno enakostraničen valj z zaobljenimi robovi, komplicirano odrivno telo pa s podobnim gabaritom.

is Kot v navadnem Float Type Flowmetru je centralno vodilo K (sl. 5) neprimerno bolj koristno kot prilagoditev gabarita konusu opazovalne komore. Tudi v tem primeru lahko prilagodimo poljubno obliko odrivnega telesa, ugodno za izvedbo brez centralnega vodila, za optimalno hiter odziv pa zadostuje samo en kratek valj oziroma stožec L, za meritev zelo majhnih tokov oziroma netesnosti ventilov prilagojen na vhodno stopnico F, z dolgo votlo osjo M, tesno oprijeto k centralnemu vodilu s toleranco, ki dovoljuje zadosti natančno in hitro prilagoditev položaja trenutnemu pretoku.

Opazovalno komoro brez centralnega vodila izvedemo najbolj enostavno s centralnim vhodom in izhodom (sl. 1). S stranskim vhodom poslabšamo kvaliteto merilnika, s stranskim izhodom pa ne (sl. 2).

Opazovalno komoro s centralnim vodilom opremimo s stranskim 5 vhodom in izhodom. Da vhod in izhod ne motita, podaljšamo opazovalno komoro v izhodno komoro N in dodamo za vhodno stopnico ožjo vhodno komoro D (sl. 5).

Ko sila eventualno vgrajenega prožnega peresa ne prevlada popolnoma nad efektivno maso odrivnega telesa (odvisno od razlike io specifičnih mas), mora ostati os opazovalne komore kot za uporabo navadnih Float Type Flovvmetrov vsaj približno navpična.

Pri kontroli ventilov oziroma meritvi zelo majhnih pretokov pogosto želimo poleg meritev nominalnega pretoka ugotavljati tudi zelo majhne pretoke oziroma popolno zaporo ventilov, kar zmore v nasprotju od is komercialnih pretokomerov samo pretokomer po izumu. Popolno zaporo najbolj enostavno ugotavljamo v prozornem ohišju neposredno s pogledom na mejno ploskev med vhodno stopnico in odrivnim telesom, sicer pa z električnim stikom oziroma kapacitivnostjo, kar je konstrukcijsko trivialno, toda pogosto zaradi mnogo razlogov ni uporabno (predvsem galvanski stik) ali dosti natančno (predvsem kapaciteta).

V prozornem ohišju je konstrukcijsko najbolj smiselna optična metoda, s tehnologijo optičnih vlaken jo lahko uporabimo tudi za prosojno snov ali samo tanko prozorno notranjo oblogo, toda omejena je na popolnoma čisto vhodno stopnico in odrivno telo ter dobro medsebojno prilagoditev.

Čeprav razpolagamo z množico neadhezivnih in stabilnih materialov, pogosto optična metoda ni zanesljiva. Zato je splošno najbolj ugodna ultrazvočna metoda resonanc (predvsem odrivnega telesa) ali prehodov (predvsem milimetrskih) valov.

Akustičen val z ravno valovno fronto in transverzalno konstantno intenziteto prodira skozi togo homogeno snov transverzalno ali longitudinalno z različno impedanco in hitrostjo ter temu primerno različno reagira na opazovano režo.

Vsaka ukrivljenost valovne fronte, transverzalna intenzitetna neenakomernost, prostorska in snovna nehomogenost povzroča prehode med tipoma valov. Celotno stereometrijo prilagodimo zato tako, da bo vsaj pred prehodom med vstopno stopnico in odrivnim telesom popolnoma prevladal samo en tip valov.

Za meritev zelo majhnih pretokov oziroma netesnosti ventilov potrebujemo primerjavo vhodnih in izhodnih optičnih oziroma akustičnih žarkov, da analogno opazujemo odboj, prepustnost, tunelski efekt in/ali interferenco ter iz teh podatkov ob upoštevanju parametrov opazovanega

2o fluida in materialov pretokomera avtomatično preračunamo razdaljo odrivnega telesa od ohišja, posledično tudi pretok. Ob poševnem vpadu žarkov moramo upoštevati tudi polarizacijo. Optimalno prevzamemo žarek z samo eno ostro definirano komponento glede na prehod, saj daje vsaka polarizacija drugačen rezultat.

Ko pustimo med opozorilom za nepopolno zaporo in merilnim intervalom prazno okno, potrebujemo namesto kompliciranih analognih meritev in umeritvenih programov prepustnosti samo indikacijo, ali izbrana merilna metoda zaznamuje razpoko med odrivnim telesom in vhodno stopnico.

V primeru optičnih in longitudinalnih akustičnih valov ob popolnem stiku med prilagojeno obrobno plastjo vhodne stopnice in odrivnega telesa popolnoma izgine odbiti žarek. Zato opazujemo predvsem odbiti žarek, prepuščenega pa uporabimo za kontrolo moči.

V primeru transverzalnih akustičnih valov odboj žarkov tudi ob popolnem stiku med prilagojeno obrobno plastjo vhodne stopnice in odrivnega telesa ne izgine popolnoma. Zato skozi stopnico vzbudimo is odrivno telo in opazujemo vibracijo na izbranem položaju, kjer se žarek vrača v komoro longitudinalno skozi steno ali za avtomatično dvomestno meritev transverzalno skozi vstopno stopnico.

Za popolno zanesljivost splošno ugotavljamo vsaj na dveh mestih, ali je razpoka za opazovalno metodo povsod efektivno izginila. Za manjšo potrebno izdelovalno preciznost in občutljivost za deformacijo obložimo stopnico z mehko, npr. silikonsko oblogo O. Taka obloga deluje tudi kot optični ali akustični valovod, kar poenostavi in izboljša kvaliteto posebno ultrazvočnih meritev, kajti tako ne potrebujemo več opazovanja prehodov skozi odrivno telo ampak samo atenuacijo v valovodu.

Za akustično meritev lahko namesto eksplicitnih oddajnikov in sprejemnikov izdelamo oblogo iz piezoelektrikov, npr. polivinilidenfluorida, ki je tudi sicer mehansko kot kemično za mnogo fluidov ugoden.

Tako lahko uporabimo navadno tehnologijo akustičnih filtrov ali modulacijskih naprav na obrobne akustične valove, toda kontinuirna piezoelektrična ali balastna plast mora popolnoma prekrivati vsako elektrodo. Brez eksplicitnih oblog bo izdelava zelo komplicirana, ker na stopnico vgrajene elektrode povzročajo zelo škodljivo diskontinuiteto stikov z odrivnim telesom.

Seveda potrebujemo v vsakem primeru vis-a-vis primerno oblikovano in polirano ploskev, po potrebi tudi obrobno plast P s prilagojeno optično oziroma akustično impedanco.

is Ko ni pretoka, masivno odrivno telo zapira prehod v opazovalno komoro z odrivnim tlakom okoli 1 mbar. Z veliko maso odrivnega telesa lahko dvignemo odrivni tlak do okoli 1 bar, s prožnim peresom do okoli 1 kbar, ali ga z dodatnim mehanizmom celo kontroliramo. S posebno izvedbo, predvsem votlo ali prilagoditvijo specifičnih mas lahko reduciramo odrivni tlak pod 1 pbar ali dosegamo za kapljevino formalno negativno vrednost okoli 1 mbar, kar je ugodno za meritev pretokov navzdol.

Ko pretok pade pod vrednost, omogočeno z eventualno prepustnostjo kanalov zaradi obrobnih poškodb oziroma diskontinuitet, z odrivnim tlakom pod 1 mbar razdalja med odrivnim telesom in stopnico ob vhodu opazovanega fluida v opazovalno komoro izgine z motečo zamudo, kontrola popolne zapore pa postaja, odvisno od raznih motenj, npr. vibracij iz okolice, vedno bolj nezanesljiva.

Z odrivnim tlakom nad 1 mbar postaja vpliv na zastojni tlak vedno bolj moteč. Zato je prilagoditev odrivnih tlakov od okoli (formalno +/-) 1 mbar večinoma nesmiselna, pogosto celo moteča.

Z eksplicitno kontroliranim odrivnim tlakom deluje naprava tudi kot ventil. Ob upoštevanju vseh parametrov prevzamemo najbolj ustrezno io varianto znanih mehanizmov za ventile z dodatno zahtevo, da ne poškodujejo opazovalnega sistema. Izredno robusten piezosenzor lahko prevzame mehansko obremenitev, kar omogoča avtomatično kontrolo zapornega tlaka, normalno pa ga iz varnostnih razlogov mehansko premostimo.

is Pretok lahko opazujemo neposredno kot v navadnem Float Type Flowmetru, toda za prenos informacij bolj ugodno vsaj induktivno ali kapacitivno, za kar sploh ni potrebno, da pride merjenec v stik s prevodnikom ali celo magnetom.

Za kapacitivno metodo splošno zadostuje ob stiku med odrivnim telesom in opazovalno komoro obrobno obojestransko vgrajena in vsaj enostransko ponovno izolirana prevodna folija, za induktivno metodo jo vsaj enostransko nadomestimo s tudi bolj oddaljeno tuljavo. Uporaba magnetov in velikih magnetnih permeabilnosti omogoča poenostavitev, toda pogosto zaradi interakcij z okolico ni priporočljiva. Ob pomiku odrivnega telesa se spreminja medsebojni vpliv, kar opazujemo z navadno mostično ali resonančno metodo.

Za natančno meritev potrebujemo umeritveno krivuljo, za priklop na 5 računalnik pa AD (analogno/digitalni) oziroma FD (frekvenčno/digitalni) konvertor in umeritven program.

V prozornem ohišju je najboljša optična metoda, s tehnologijo optičnih vlaken jo lahko uporabimo tudi za prosojno snov ali samo tanko prozorno notranjo oblogo. Zaradi neizogibne razdalje med senzorsko instalacijo v ohišju in odrivnim telesom dosega neposredna meritev samo podobno natančnost, kot jo lahko dobimo s kapacitivno ali induktivno metodo, in sicer:

- analogno z obdelavo osnovnih podatkov iz velikih senzorskih elementov, npr. z enostavno zasenčenostjo in komparacijo žarkov is - digitalno v linearnem zaporedju čim manjših diod ali CCD elementov, kar je za kompatibilnost z računalnikom bolj ugodno.

Preciznost in zanesljivost lahko povečamo po raznih metodah in stopnjah, npr.:

1) s kombinacijo obeh metod ob upoštevanju analognega signala na 20 posameznem senzorskem elementu,

2) za prenos žarkov uporabimo optična vlakna,

3) ugotavljamo zasenčenost primerno kolimiranega žarka,

4) po odboju od lokalno ustrezno obdelanega odrivnega telesa preslikamo izvir v senzorsko skupino

5) z optiko preslikamo odrivno telo v senzorsko skupino, kar je bolj precizno, kot lahko na neizogibno razdaljo neposredno ali z optičnim s vlaknom otipamo odrivno telo.

Lastno konstrukcijo za senzorsko skupino lahko nadomestimo s specialno linearno ali celo navadno CCD kamero.

V primeru senzorskih skupin bistveno povečamo ekonomičnost z dvoali celo večstopenjsko opazovalno metodo, npr. odrivno telo podobno io označimo s skalo kot ohišja na Float Type Flovvmetru. Tako potrebujemo neprimerno manjšo relativno natančnost: za grobo meritev potrebujemo ločljivost samo do velikosti intervalov, fino meritev pa omejimo na dolžino intevalov. Ko z asimetrijo, ki naj bo sicer minimalna in splošno čim manj moteča, preprečimo rotacijo odrivnega telesa, lahko markiramo odrivno is telo transverzalno različno za večstopenjsko valovno meritev pomikov in tako uporabimo enako enodimenzionalno razporeditev oziroma isto CCD kamero ali dvodimenzionalno razporeditev za grobo in fino meritev.

Odrivno telo z obodnim vodilom avtomatično zadostuje temu pogoju.

Ko optična tehnologija ni uporabna, jo analogno nadomestimo z dražjo,

2o bolj okorno in manj precizno ultrazvočno tehnologijo.

Ko pretok presega območja navadnih Float Type Flowmetrov, potiska odrivno telo v končno lego s tako veliko silo oziroma razliko tlakov, da jo lahko tudi ekonomsko zanimivo merimo bolj natančno, kot je natančnost navadnih pretokomerov.

Ko je izhod za končno lego odrivnega telesa kot na sl. 1 in 2, se z dobro konstrukcijo teoretično linearna področja opazovalnih intervalov odmikov in sil skoraj dotikata, linearna področja opazovalnih intervalov odmikov in tlakov pa skoraj prekrivata, praktično pa si v vsakem primeru brez neopazovanih intervalov in skoraj brez nelinearnih intervalov sledita.

Nestabilnosti, ki omejujejo območja navadnih Float Type Flowmetrov motijo samo ob neprimerno večjem pretoku, toda nad mejnim pretokom io navadnih Float Type Flovvmetrov hitro narašča zastojna razlika tlakov in tako omejuje maksimalno pretočnost.

Ko je izhod pred končno lego odrivnega telesa kot na sl. 5, ob prehodu odrivnega telesa mimo izhoda opazovalna občutljivost odmikov bistveno upade, zastojna razlika tlakov pa začne naraščati linearno šele po is prehodu. Teoretično se nelinearna področja opazovalnih intervalov odmikov in sil komaj dotikata, nelinearna področja opazovalnih intervalov odmikov in tlakov pa delno prekrivata, praktično pa nastopa v vsakem primeru moteč nelinearen, v primeru meritev sil tudi nelinearno slabo opazovan interval.

Nad mejnim pretokom navadnih Float Type Flowmetrov narašča zastojna razlika tlakov primerno za meritev in nestabilnosti, ki omejujejo območja navadnih Float Type Flovvmetrov nastopajo samo ob neprimerno večjem pretoku kot v primeru, ko kot na sl. 1 in 2 glavni pretok vedno obliva odrivno telo.

Meritev na piezosenzor je glede na hitrost odzivov in pogosto tudi zanesljivost superiorna nad meritvijo pomikov, ko občutljivost piezosistema zadostuje, kar lahko z ustrezno investicijo povečamo celo bistveno nad občutljivost opazovanja pomikov, toda v tem primeru potrebujemo toplotno stabilizacijo, npr. za 3-5 compounde ali celo nizko temperaturo, npr. za Josephsonov efekt, kar je smiselno samo za zahtevno raziskavo ne pa za industrijsko uporabo .

io Odvisno od mehanske inercije sistema odrivno telo-fluid reagira pomik z zamudo na vsako spremembo pretoka, piezosenzor pa v nasprotju od opazovanja odmikov takoj sproti ugotavlja spremembo, saj pride signal z zvočno in ne masno hitrostjo. V vsakem primeru ostaja izmerjen integral čez pretok le malo odvisno od časovnega poteka in trenutnih popačitev signalov skoraj enak pretočenemu volumnu.

Ko dodamo Float Type Flovvmetru (tudi ekonomsko interesanten) senzor za silo oziroma tlačno razliko, ostane vstavitev masivnega odrivnega telesa ali celo prožnih peres ekonomsko kot tehnološko smiselna samo za zahtevano zelo hitro in zanesljivo kontrolo ventilov oziroma tudi možnost vgraditev pretokomerov v poljubno lego, toda tudi v primeru teh dodatnih zahtev želimo kompromis s čim manjšo tlačno razliko med vhodom in izhodom pretokomera. Zastojni tlak lahko merimo neodvisno od položaja, silo na odrivno telo pa lahko merimo šele v končnem položaju.

Zato splošno vgradimo dosti občutljiv piezosenzorski sistem v konstrukcijo s čim manjšo tlačno razliko.

Ko se približamo omenjenemu optimumu, opazujemo majhno opazovalno količino, vpliv parametričnih motenj pa ohranja svojo velikost.

Piezosenzor meri formalno:

- v navadnem merilniku za obremenitev silo na odrivno telo;

- v navadnem manometru tlačno razliko skozi pretokomer;

- efektivno pa splošno kombinacijo obeh omenjenih parametrov, tlaka v cevovodu in lokalnih dinamičnih efektov, ko konstrukcija ni optimalno prilagojena.

Lokalna dinamična motnja narašča kvadratično z lokalno hitrostjo. Ker bo ob smiselnem dimenzioniranju polmer za opazovalno komoro is neprimerno večji od polmera cevovoda, lahko to motnjo s primerno dimenzionirano vhodno in izhodno komoro brez težav reduciramo pod omembe vredno velikost.

Tlak v cevovodu bo preko ohišja deformiral togo vgrajeno senzorsko napravo in tako odvisno od konstrukcije dodatno vplival na senzorsko funkcionalnost. Mnogo manometrov in merilnikov sil je zgrajeno tako, da ostaja ta vpliv zanemarljiv, toda identičnih parov manometrov ni in razen najbolj preciznih sistemov, npr. za analitično tehtnico, ni merilnikov sil z avtomatično kompenzirajo vplivov tlakov.

Za manometer je cenovno najbolj ugodna industrijsko najbolj pogosta metoda izolirano nanesenih VVheatstonovih mostov iz piezouporovnih elementov na poltogo kovinsko membrano (za natančno matematično obravnavo upogljivo ploskev).

S trakom dosegamo boljšo linearnost, velikost opazovalnega okna, ponovljivost in natančnost kot z opno. Optimalna tehnologija uporablja zato membrano samo kot anteno za prenos razlike tlakov v silo in/ali zaščito pred agresivnostjo opazovanih fluidov

Potrebno majhno mehansko impedanco membranskega sistema U dosegamo z valovito opno po zgledu industrijskih manometrov ali z valovitim cilindrom po zgledu meteoroloških manometrov, piezoelementi V pa so na mestu deformacijskih ekstremov na prožnem simetričnem traku, kar bistveno poenostavi in zboljša vstavitev piezouporovnih elementov, izračun deformacij iz obremenitev, mehanske lastnosti, velikost is absolutnega in linearnega območja opazovalnega okna.

Ko vgradimo sistem senzorskih elementov v votel trak T, npr.

pravokoten profil, optimalno pa sestavljen iz hermetično združenih poševnih profilov s predhodno montažo senzorskih elementov V (sl. 6), postane nepotrebna eksplicitna zaščita piezoelementov pred agresivnostjo opazovanih fluidov, ki pogosto omejuje časovno uporabnost piezosistemov zaradi agresivnosti okolice in/ali z neposrednih vplivom varovalnih elementov na meritev tudi natančnost. Vsaka, celo najmanjša asimetričnost povzroča posebno v primeru votlega traku, da sistem zaznava vsako spremembo hidrostatičnega tlaka tudi kot spremembo sile.

Optimalno upogibno telo je monokristalno, kar je tehnološko večinoma prezahtevno. V zadnjem času se zaradi mnogo razlogov splošno vedno bolj uveljavlja keramika, zaradi tehnoloških razlogov pa je votel trak pogosto še vedno kovinski.

Eksplicitna kompenzacija odmikov zaradi neprimernih principov opazovanja ali napačne tehnologije povzroča dodaten strošek in/ali dodatno napako. Zato potrebujemo za pravilno obremenitev merilnikov ob opazovanju razlike tlakov neposredno diferencialno manometrsko meritev brez parametričnih vplivov iz okolice oziroma ob opazovanju sil na odrivno telo konico R in lokalno okrepitev S prožnega traku T oziroma membran.

Mehansko preobremenitev piezoelementov preprečimo z izbrano znano metodo za omejitev odmikov, npr. čez prostor med nastavkom X za is omejitev odmikov namestimo togo premostitev W.

Optimalno merilno napravo, vgrajeno preko relativno mehkih obročkov v dosti togem ohišju Y, kot npr. na sl. 7, lahko uporabimo prav tako kot manometer, ko povežemo prostor pod/nad merilno napravo z izhodno/vhodno komoro oziroma nasprotno in jo zavarujemo pred vsakim neposrednim vplivom odrivnega telesa, ali merilnik sil, ko povežmo obe strani z izhodno komoro in omogočimo odrivnemu telesu, da v končnem položaju brez drugih omejitev potiska na dodatno konico Z.

Ekonomsko ugodne znane naprave zaznavajo šele nekaj procentov maksimalno merljivega pretoka, tehnološko dobre merijo nezanesljivo pod enim procentom maksimalno merljivega pretoka, najboljše pa okoli enega promila.

Za meritev zelo majhnih pretokov oziroma popolno kontrolo zapor ventilov potrebujemo tehnološko zelo zahtevno oziroma prostorsko in cenovno neugodno aparaturo ali odrivno telo po izumu.

Novost tega izuma je vgraditev dodatnih opazovalnih oken v pretokomer tipa Float Type Flovvmeter. Napravo po izumu lahko kot

Float Type Flovvmeter izvedemo iz poljubnih, merjencu in okolju primernih materialov brez dotikov kontrolnih elementov z opazovano snovjo, toda v nasprotju od drugih pretokomerov lahko merimo tudi popolnoma različna območja in kontroliramo tesnost ventilov.

Predloženi izum omogoča dolgotrajno nemoteno neposredno meritev is pretokov, posredno tudi hitrosti ali moči tudi popolnoma različnih velikosti. Napravo po izumu lahko izvedemo iz poljubnih, merjencu in okolju primernih materialov, po potrebi brez dotikov kontrolnih elementov z opazovano snovjo.

Claims (12)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni, označena s tem,

   5 da vsebuje vsaj dva različna opazovalna okna.
2. 2. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevku 1, označena s tem, io da dodamo prilagojenemu Float Type Flovvmetru vsaj eno prožno pero (B), ki ne sega čez celotno opazovalno pot odrivnega telesa (A).
3. 3. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevkih 1 in 2,

   15 označena s tem, da dodamo prilagojenemu Float Type Flovvmetru več različno dolgih prožnih peres (B) za odgovarjajoča opazovalna okna.
4. 4. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po 20 zahtevkih 1 in 2 ali 3, označena s tem, da opazujemo lego odrivnega telesa (A) kvazi statično (predvsem induktivno ali kapacitivno) ali valovno (predvsem optično ali akustično).
5. 5. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevku 1, označena s tem,

   5 da dodamo prilagojenemu Float Type Flowmetru vhodno stopnico (F) za ugotovitev odmikov odrivnega telesa (A) od nje.
6. 6. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevkih 1 in 5, io označena s tem, da opazujemo odmik odrivnega telesa (A) od vhodne stopnice (F) kvazi statično (predvsem induktivno ali kapacitivno) ali valovno (predvsem optično ali akustično).

   is
7. 7. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevku 1, označena s tem, da neposredno, kvazi statično (predvsem induktivno ali kapacitivno) ali valovno (predvsem optično ali akustično) ugotavljamo končno lego

   20 odrivnega telesa (A).
8. 8. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevku 1, označena s tem, da dodamo prilagojenemu Float Type Flowmetru merilnik za meritev sile na odrivno telo (A) v končnem položaju.

   5
9. 9. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevku 1, označena s tem, da dodamo prilagojenemu Float Type Flowmetru merilnik za meritev razlike tlakov med vhodom in izhodom naprave po izumu.
10. 10. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevkih 1 in 4, 6, 7, 8 ali 9, označena s tem, da osnovno meritev neposredno avtomatično pretvorimo v is komunikacijsko in/ali računalniško kompatibilno obliko.
11. 11. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevkih 1, 5 in 7, 8 ali 9, označena s tem,

    20 da opustimo meritev v navadnem merilnem oknu Float Type

    Flovvmetrov.
12. 12. Naprava za meritev pretoka ali hitrosti kapljevin ali plinov z več okni po zahtevku 1, označena s tem, da dodamo prilagojenemu Float Type Flovvmetru znan zapiralni 5 mehanizem, ki odvisno od nastavitev potiska s primerno silo odrivno telo na vhodno stopnico (F) oziroma ne moti ali vsaj preprečuje pomikov čez celotno opazovalno pot odrivnega telesa (A).