PL B1. Politechnika Warszawska,Warszawa,PL BUP 25/03. Mateusz Turkowski,Warszawa,PL Tadeusz Strzałkowski,Warszawa,PL

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01F 1/32 ( ) G01P 5/01 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Przepływomierz wirowy z ciśnieniowym detektorem wirów (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 25/03 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 10/09 (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Warszawska,Warszawa,PL (72) Twórca(y) wynalazku: Mateusz Turkowski,Warszawa,PL Tadeusz Strzałkowski,Warszawa,PL (74) Pełnomocnik: Krystyna Lewińska, Rzecznik Patentowy PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest przepływomierz wirowy z ciśnieniowym detektorem wirów, stosowany zwłaszcza do pomiaru strumienia i ilości przepływających cieczy i gazów. Znany jest przepływomierz wirowy z ciśnieniowym detektorem wirów, który ma w korpusie w poprzek mierzonego strumienia element o kształcie ostrobrzeżnym, stanowiący generator wirów. Jego kształt geometryczny umożliwia generację wirów przemiennie: raz z jednej, raz z drugiej strony generatora wirów. Częstotliwość odrywania się wirów jest proporcjonalna do prędkości opływu generatora. Z obu stron generatora wirów doprowadzone są przewody doprowadzające różnicę ciśnień do detektora wirów, zawierającego czujnik różnicy ciśnień. Detektor wirów może być usytuowany wewnątrz lub na zewnątrz generatora wirów. W tym drugim wypadku w generatorze wirów wykonane są kanały łączące detektor wirów z obszarami po obu stronach generatora wirów. Na wejściu przewodów lub kanałów doprowadzających różnicę ciśnień do generatora wirów jest zainstalowana membrana separująca płyn mierzony od detektora płynów. Na wyjściu detektora wirów jest sygnał wyjściowy proporcjonalny do wartości strumienia płynu w postaci ciągu impulsów elektrycznych o częstotliwości równej częstotliwości odrywania się wirów. Znany przepływomierz jest wrażliwy na drgania i udary występujące zwykle w warunkach przemysłowych, spowodowane przez pracujące pompy, sprężarki i inne maszyny i urządzenie. Powoduje to zakłócenia i błędy pomiaru strumienia cieczy czy gazu. W skrajnych przypadkach detektor sygnału przepływomierza może generować sygnał o częstotliwości równej częstotliwości drgań rurociągu a nie o częstotliwości odrywania się wirów. Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że detektor wirów zawiera dwa czujniki ciśnienia ustawione względem siebie przeciwsobnie tak, że ciśnienie z jednej strony generatora wirów jest doprowadzone od wewnętrznej strony czujników ciśnienia, a ciśnienie z drugiej strony generatora wirów jest doprowadzane od zewnętrznej strony czujników ciśnienia, ciśnienia detektora wirów umieszczone są w obudowie, która ma jeden kanał wewnątrz czujników ciśnienia, połączony z jednym przewodem impulsowym i ma drugi kanał na zewnątrz czujników ciśnienia, połączony z drugim przewodem impulsowym. Rozwiązanie według wynalazku poprawia kilkadziesiąt razy stosunek sygnału użytecznego, wygenerowanego przez wiry, do szumów, wygenerowanych przez wibracje i udary. Pozwala też na ustawienie czułości czujników na drgania, która zapewnia maksymalne znoszenie się sygnałów pochodzących od zakłóceń. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia przepływomierz wirowy z ciśnieniowym detektorem wirów umieszczonym na zewnątrz korpusu przepływomierza w przekroju poprzecznym, fig. 2 przedstawia przepływomierz z fig. 1 w przekroju B-B, fig. 3 przedstawia przepływomierz wirowy z detektorem wirów umieszczonym wewnątrz generatora wirów w przekroju poprzecznym, fig. 4 przedstawia przepływomierz z fig. 3 w przekroju A-A, a fig. 5 - układ elektryczny detektora wirów. Przepływomierz według fig. 1 i 2 ma w korpusie 1 przepływomierza generator wirów 2 w postaci belki ostrobrzeżnej, w przekroju poprzecznym w kształcie trapezu, prostopadłej do kierunku przepływu. W korpusie 1 są otwory po obu stronach generatora wirów 2, do których doprowadzone są przewody impulsowe 5a i 5b, które z drugiej strony doprowadzone są do czujników ciśnienia 4a, 4b, mieszczących się w obudowie 6, na zewnątrz korpusu 1. Przepływomierz według fig. 3 i 4 ma w korpusie 1 przepływomierza generator wirów 2 w postaci belki ostrobrzeżnej, w przekroju poprzecznym w kształcie trapezu, prostopadłej do kierunku przepływu. W generatorze wirów 2 wykonane są przewody impulsowe 5a, 5b, które z jednej strony doprowadzone są do mierzonego ciśnienia w korpusie 1 przepływomierza, a z drugiej strony doprowadzone są do czujników ciśnienia 4a, 4b usytuowanych w otworze 6 generatora wirów 2. Jak to jest uwidocznione na fig. 3 i fig. 4 na wejściu przewodów impulsowych 5a, 5b jest zainstalowana membrana 11 separująca płyn mierzony, na zewnątrz generatora wirów 2 od czujników ciśnienia 4a, 4b. W przewodach impulsowych 5a, 5b jest płyn pośredni, np. olej silikonowy. Generator wirów 2, 2 w obu przykładach wykonania wytwarza przemiennie, raz z jednej, raz z drugiej strony wiry, których częstotliwość odrywania się jest proporcjonalna do prędkości opływu generatora. Wytworzonej tak ścieżce wirowej 3, której towarzyszą pulsacje ciśnienia, które poprzez otwory w korpusie i przewody impulsowe 5a i 5b, doprowadzane są do czujników ciśnienia 4a, 4b.

3 PL B1 3 Detektor wirów w obu przykładach wykonania składa się z dwóch czujników ciśnienia 4a, 4b i 4a, 4b. Są one umieszczone przeciwsobnie: Podczas odrywania się wirów powstaje cykliczna różnica ciśnień po obu stronach generatora wirów. Ta różnica ciśnień wywiera siłę działającą na generator wirów, raz z jednej, raz z drugiej strony. Ciśnienie z jednej strony generatora wirów jest doprowadzone od wewnętrznej strony tak ustawionych czujników, a ciśnienie z drugiej strony generatora - od zewnętrznej strony czujników. Jeśli w lewym przewodzie panuje chwilowo nadciśnienie (+), a w prawym - podciśnienie (-), to nadciśnienie jest doprowadzone od wewnętrznej strony obu czujników a podciśnienie - do zewnętrznej. Oba czujniki 4a, 4b i 4a, 4b zareagują więc tak samo - zwiększeniem amplitudy sygnału wyjściowego, mającego postać ciągu impulsów, których częstotliwość jest proporcjonalne do strumienia płynu a ich liczba - proporcjonalna do ilości przepływającego płynu. Inaczej zareagują czujniki 4a, 4b, 4a, 4b na drgania i udary. Przypuśćmy, że chwilowe przyspieszenie a działa w kierunku wskazanym na rysunku. Siły bezwładności spowodują w tym przypadku reakcję czujników 4a, 4b i 4a, 4b podobnie jak w przypadku oddziaływania ciśnienia, z tym, że efekt ten będzie w jednym czujniku 4a, 4a działał w sposób zwiększający sygnał wyjściowy a w drugim czujniku 4b, 4b - w kierunku zmniejszającym ten sygnał. Jak to jest przedstawione na fig. 5 sygnały z pojedynczych czujników 4a, 4b przedstawionych na fig. 1 i 2 zostaną wzmocnione za pomocą wzmacniaczy różnicowych 7. Za pomocą potencjometrów 8 w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego można regulować wzmocnienie wzmacniacza tak, aby spełnić warunek takiej samej wrażliwości obu torów pomiarowych na przyspieszenia. Sygnał różnicowy z obu czujników ciśnienia 4a, 4b jest sumowany za pomocą wzmacniacza różnicowego 9 i następnie przez filtr pasmowy 10 są przepuszczone jedynie sygnały o częstotliwości równej częstotliwości odrywania się wirów. Po zsumowaniu sygnałów z obu czujników sygnał od różnicy ciśnień podwoi się więc, a sygnał od przyspieszenia skompensuje się, pod warunkiem, że jest taka sama wrażliwość obu czujników na oddziaływanie zewnętrznych przyspieszeń, co jest regulowane za pomocą potencjometrów 8. Dzięki temu poprawia się kilkadziesiąt razy stosunek sygnału użytecznego, wygenerowanego przez wiry, do szumów, wygenerowanych przez wibracje i udary. Zastrzeżenia patentowe 1. Przepływomierz wirowy z ciśnieniowym detektorem wirów, połączonym przewodami impulsowymi z ciśnieniem po obu stronach generatora wirów, znamienny tym, że detektor wirów zawiera dwa czujniki ciśnienia (4a, 4b) oraz (4a, 4b ) ustawione względem siebie przeciwsobnie tak, że ciśnienie z jednej strony generatora wirów (2, 2 ) jest doprowadzone od wewnętrznej strony czujników ciśnienia (4a, 4b) i (4a, 4b ), a ciśnienie z drugiej strony generatora wirów (2, 2 ) jest doprowadzane od zewnętrznej strony czujników ciśnienia (4a, 4b) i (4a, 4b ). 2. Przepływomierz według zastrz. 1, znamienny tym, że czujniki ciśnienia (4a, 4b) oraz (4a, 4b ) detektora wirów umieszczone są w obudowie (6, 6 ), która ma jeden kanał wewnątrz czujników ciśnienia (4a, 4b) i (4a, 4b ), połączony z jednym przewodem impulsowym (5a, 5a ), i ma drugi kanał na zewnątrz czujników ciśnienia (4a, 4b) i (4a, 4b ), połączony z drugim przewodem impulsowym (5b, 5b ).

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.