BRPI0610391A2 - medidor de fluxo de lìquido com oscilador fluìdico - Google Patents

Abstract

MEDIDOR DE FLUXO DE LìQUIDO COM OSCILADOR FLUìDICO. Um medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico compreendendo um corpo (2) tendo uma porção de entrada (3) para receber um fluxo de líquido a ser medido, uma porção de saída (4), um canal principal (5) definindo um percurso de fluxo entre a entrada e saída, o percurso de fluxo incluindo meio de realimentação (6,7) para induzir oscilações no fluido fluindo, as oscilações sendo detectadas por meio detectar (11) compreendendo meio (14,15) para aplicar um campo magnético através do percurso de fluxo e eletrodos de detecção (16,17,18) para detectar a força eletromotriz resultante, os eletrodos (16,17,18) sendo posicionados de modo que eles de projetam do corpo (2) para dentro do percurso de fluxo. Um medidor tendo meio de sinal de acionamento (25), que aplica um sinal de acionamento alternativo aos eletrodos de detecção (16,17), é também revelado.

Description

"MEDIDOR DE FLUXO DE LÍQUIDO COM OSCILADOR FLUÍDICO"

Esta invenção refere-se a um medidor de fluxo de fluido e em particular a um medidor para medir o fluxo de líquidos e operando no princípio de oscilador fluídico.

E bem conhecido que a freqüência de oscilação de um oscilador fluídico é dependente (embora não necessariamente linearmente) da taxa de fluxo através dele. Este princípio foi usado para a medição do fluxo de líquidos e em particular em contadores de água para medir o consumo de água de uma propriedade, por exemplo. Todavia, na prática, pode ser particularmente difícil obter medições precisas (ou seja, dentro de um ou dois por cento) em situações onde a taxa de fluxo pode variar sobre uma extensa faixa, e onde a pressão do fluido pode variar substancialmente. A precisão da medição precisa ser mantida sobre uma relação diferencial máxima e mínima de tanto quanto 200 para 1 e onde a velocidade de fluxo pode também variar sobre uma correspondente faixa de 200 para 1. Também, as flutuações de pressão podem variar por um fator tanto quanto 40.000 para 1.

Osciladores fluídicos que são usados para medir consumo de água tipicamente compreendem um corpo contendo um jato de entrada conduzido para dentro de um par de canais separados por meio de um divisor. A jusante do divisor, o canal principal inclui dois enlaces de realimentação que conduzem de volta para lados opostos do percurso do fluido adjacente ao jato de entrada. Como é mostrado, o componente de alta velocidade do fluido irá "fixar-se" propriamente à parede de um dos canais por meio do efeito de Coanda, mas então como um resultado da ação do fluido que é alimentado de volta, ele se comutará através da outra parede. A comutação ou oscilação é dependente da taxa de fluxo.

Estas oscilações podem ser detectadas eletromagneticamente por meio da aplicação de um campo magnético através do fluxo e detecção da força eletromotriz resultante gerada no líquido propriamente referido através de um par de eletrodos. Os eletrodos são montados rentes com a parede de canal apropriada de modo a não perturbarem o fluxo, nem adicionar às velocidade e pressão substanciais alterações encontradas em medição de água. Desta maneira, este arranjo pode ser usado na medição de abastecimentos de água domésticos, pois ele pode ser construído para medir com suficiente precisão para finalidades de medição.

Ademais, água pode feita com que se mova dentro do oscilador por meio de outros efeitos externos, tais como vibração mecânica ou pulsação sobre pressão da água, embora não exista fluxo líquido de água. Sob tais circunstâncias, é possível detectar sinais nos eletrodos de detecção que poderiam ser confundidos com sinais causados por meio de fluxo de fluido genuíno. Estes sinais poderiam ser gerados ou por meio de indução eletromagnética ou reações eletroquímicas na superfície dos eletrodos.

De acordo com o primeiro aspecto da invenção, é provido um medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico compreendendo um corpo tendo uma porção de entrada para receber um fluxo de líquido a ser medido, uma porção de saída, um canal principal definindo um percurso de fluxo entre a entrada e saída, o percurso de fluxo incluindo meio de realimentação para induzir oscilações no fluido fluindo, as oscilações sendo detectadas por meio detector, o meio detector compreendendo meio de geração de campo magnético para aplicar um campo magnético através do percurso de fluxo e pelo menos um par de eletrodos de detecção para detectar a força eletromotriz resultante, os eletrodos sendo posicionados de modo que eles se projetam do corpo para dentro do percurso de fluxo.

Este arranjo dos eletrodos é particularmente vantajoso pois a sensibilidade do meio detector é melhorada sem adversamente afetar a calibração e estabilidade do oscilador na qualidade de um dispositivo de medição de fluido. Assim, o posicionamento dos eletrodos de modo que em lugar de ser rente com o corpo, eles se projetem para dentro do fluxo, não perturba o fluxo até a extensão que a medição precisa não é mais possível e, de fato, permite contagem particularmente precisa. Ademais, foi verificado que o arranjo de eletrodos da invenção minimiza leituras falsas causadas por meio de vibração mecânica ou pulsação por pressão de água.

Preferivelmente, pelo menos um do par de eletrodos de detecção projeta-se do corpo para dentro do fluxo a uma distância entre 0,5 mm e 10 mm. Esta faixa de projeção melhora a precisão do medidor, ao passo que não cria um significante bloqueio no percurso de fluxo, o que resultaria em uma queda de pressão que pode perturbar as oscilações e, por conseguinte, a precisão.

Os eletrodos podem ser colocados no canal principal. Alternativamente, os eletrodos podem ser colocados em pelo menos um canal de realimentação.

O oscilador pode incluir um divisor no canal principal para promover oscilação do fluxo. Preferivelmente, o meio de realimentação compreende dois canais de realimentação que se dividem a partir do canal principal e conduzem de volta para se reunirem com canal principal a montante adjacente à porção de entrada.

Preferivelmente, são previstos dois pares de eletrodos de detecção, cada par sendo posicionado em cada canal de realimentação. Alternativamente, um par pode ser posicionado no canal de realimentação e um outro par posicionado no canal principal.

O meio de geração de campo magnético pode compreender pelo menos um ímã permanente. Preferivelmente, o pelo menos um ímã é embutido nas paredes do corpo do medidor e é eletricamente isolado do fluxo de fluido. O ímã pode ser feito de um material não eletricamente condutor tal como ferrite colada com plástico e, por conseguinte, pode formar parte da parede do corpo. Os eletrodos de detecção são usados para detectar sinais induzidos dentro do fluxo de fluido. Os sinais detectados por meio dos eletrodos são tipicamente processados pelo meio de processamento de sinal que pode incluir vários estágios de amplificação de sinal. O meio de processamento de sinal deve idealmente ser capaz de filtrar ruído no sinal e também cancelar sinais de modo comum. Foi verificado que as leituras mais precisas podem ser obtidas por meio da aplicação de um sinal de acionamento nos eletrodos. Ainda, foi verificado que a forma do sinal é particularmente importante.

De acordo com um segundo aspecto da invenção, é provido um medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico compreendendo um corpo tendo uma porção de entrada para receber um fluxo de líquido a ser medido, uma porção de saída, um canal principal definindo um percurso de fluxo que inclui meio de realimentação para induzir oscilações no fluido fluindo, as oscilações sendo detectadas por meio detector, o meio detector compreendendo meio de geração de campo magnético para aplicar um campo magnético através do percurso de fluxo e pelo menos um par de eletrodos de detecção para detectar a força eletromotriz resultante, em que o meio detector também inclui meio de sinal de acionamento que aplica um sinal de acionamento alternativo aos eletrodos de detecção.

O uso de um sinal de acionamento e, em particular, um sinal de acionamento alternativo é vantajoso pois o meio detector e, por conseguinte, uma contagem de fluxo de fluido é precisa e confiável.

Preferivelmente, o sinal de acionamento alternativo tem uma freqüência de entre 700 Hz e 1 KHz. Todavia, foi verificado que a freqüência do sinal aplicado deve ser diferente da e, preferivelmente, substancialmente diferente da faixa dos sinais produzidos pelo fluxo de fluido de oscilação, que é tipicamente entre 0 a 100 Hz. Assim, dependendo da taxa de fluxo, o sinal de acionamento alternativo preferivelmente tem uma freqüência maior que 200 Hz e menor Ta 200 KHz. O sinal alternativo pode ser uma onda de seno ou uma onda em dentes de serra. Preferivelmente, o sinal é substancialmente uma onda quadrada. O sinal de acionamento alternativo é preferivelmente aplicado nos eletrodos através de capacitores e, por conseguinte, se uma onda quadrada for aplicada através dos capacitores, o sinal alternativo nos eletrodos é uma onda quadrada arredondada.

Preferivelmente, o sinal alternativo tem uma tensão entre 0

Volts e 3,6 Volts.

Segue agora, apenas a título de exemplo, uma descrição detalhada da presente invenção com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais:

a figura 1 mostra uma vista em seção de parte de um medidor de água por oscilação fluídica de acordo com a invenção;

a figura 2 mostra vista em seção lateral do medidor mostrado na figura 1;

a figura 3 mostra uma primeira forma de concretização de um circuito de acionamento de eletrodo para uso no medidor de fluxo do segundo aspecto da invenção;

a figura 4 mostra uma segunda forma de concretização de um circuito de acionamento de eletrodo para uso no medidor de fluxo de do segundo aspecto da invenção;

a figura 5 é um gráfico mostrando a forma do sinal de acionamento alternativo que é aplicado aos componentes eletrônicos de circuito de acionamento; e

a figura 6 é um gráfico mostrando a forma do sinal de acionamento alternativo que é aplicado nos eletrodos através dos componentes eletrônicos de circuito de acionamento.

Um oscilador fluídico 1 é mostrado na figura 1 e é geralmente de tipo conhecido e é para uso como um medidor de água doméstico. O medidor oscilador 1 compreende um corpo 2, o qual inclui paredes 20 que definem uma pluralidade de percursos de fluxo. O corpo 2 define uma porção de entrada 3, uma porção de saída 4 e um canal principal 5 entre aquelas. O corpo 2 também define um meio de realimentação, que compreende dois canais de realimentação em enlace 6, 7, que se dividem a partir do canal principal 5 e então conduzem de volta para se reunirem no canal principal 5 adjacente à porção de entrada 2. O divisor 8 é posicionado centralmente no canal principal 5, entre os pontos de divisão e reunião dos canais de realimentação 6, 7.

A porção de entrada 3 compreende uma abertura estreitada que recebe fluxo a partir de um tubo de entrada (não mostrado) que é conectado com a porção de entrada 3 por meio de uma rosca de parafuso 10. Similarmente, a porção de saída 4 é adaptada para receber um tubo de saída (não mostrado) que é conectado à mesma por meio de uma rosca de parafuso 9.

Fluido recebido através da porção de entrada 3 flui através do percurso de fluxo do canal principal 5 e irá, em virtude do efeito de Coanda, "fixar-se" propriamente a uma das superfícies 12 ou 13. O divisor 8 encoraja o fluxo a ser predominantemente adjacente a uma superfície 12, 13 ou à outra. Se o fluxo for "fixado" à superfície 12, ele irá predominantemente fluir ao redor do canal de realimentação 6. Este fluido de realimentação perturbará parte do fluxo adjacente à entrada 3 e irá encorajar o fluxo a "fixar-se" propriamente na outra superfície 13. Assim, o fluxo a partir da porção de entrada 3 para a porção de saída 4 oscilará entre ser "fixado" à superfície 12, e fluir predominantemente através do canal de realimentação 6, para ser "fixado" à superfície 13, e fluir predominantemente através do canal de realimentação 7. Estas oscilações são dependentes da quantidade de fluxo através de um medidor 1. O medidor por oscilador fluídico 1 inclui meio detector 11. O meio detector 11 compreende meio de geração de campo magnético na forma de ímã permanentes 14, 15 montados nas paredes 20 dos percursos de fluxos definidos pelo corpo 2. Os ímãs 14, 15 aplicam um campo magnético através do fluxo no canal principal 5. O meio detector 11 também inclui eletrodos 16, 17, 18 para detectar a força eletromotriz resultante gerada no fluxo em oscilação. Este sinal é usado em uma contagem do fluxo de fluido através de um medidor 1.

Os eletrodos 16, 17, 18 compreendem membros cilíndricos de metal que se estendem através de uma parede de topo 19 do corpo 2. As extremidades distais 21, 22, 23 dos eletrodos 16, 17, 18 se projetam através do corpo 2 para dentro do percurso de fluxo do canal principal 5. O meio detector 11 é capaz de precisa medição do fluxo através de um medidor 1, pois os eletrodos se projetam para dentro do percurso de fluxo. Os eletrodos 16,17, 18 se projetam para além da parede 19 do corpo 2 por uma distância de aproximadamente 1 mm. Será apreciado que os ímãs 14, 15 e eletrodos 16, 17,18 podem ser posicionados em qualquer local nos percursos de fluxo definidos por meio do corpo 2. Por exemplo, os ímãs 14, 15 podem ser posicionados dentro de paredes opostas 20 do enlace de realimentação 6 ou 7, com os eletrodos apropriadamente posicionados e projetando-se para dentro do percurso de fluxo de realimentação. Ademais, os eletrodos poderiam alternativamente se projetar por uma distância de aproximadamente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9 mm.

Os eletrodos compreendem dois eletrodos de detecção 16, 17 e um eletrodo de terra 18. Os eletrodos 16, 17, 18 são conectados com um meio de sinal de acionamento compreendendo um circuito de polarização de eletrodo 25. Duas formas de concretização do circuito de polarização de eletrodo 25 são mostradas na figura 3 e na figura 4. Os circuitos de polarização de eletrodo 25, ambos, incluem uma pluralidade de amplificadores operacionais 26 e resistores 27 arranjados para aplicar um sinal de acionamento, que é alimentado em 28, aos eletrodos de detecção 16, 17. O sinal de acionamento é aplicado nos eletrodos de detecção 16, 17 através de capacitores 29, 30 (os capacitores da figura 4 sendo do tipo polarizado). O eletrodo de terra 18 é conectado com o solo 31.

A forma do sinal de acionamento aplicado aos circuitos de polarização de eletrodo 25 é mostrada na figura 5 e é uma onda quadrada. E vantajoso aplicar um sinal de acionamento aos eletrodos 16, 17 para atingir contagem precisa e confiável do fluxo de fluido. A forma do sinal que é aplicado nos eletrodos através dos capacitores 29, 30 é mostrada na figura 6. Como pode ser visto, a onda quadrada é arredonda devido à constante de tempo dos capacitores 29, 30. Como será apreciado, os gráficos que mostram o sinal de acionamento (figura 5) e sinal de acionamento aplicado (figura 6) somente pretendem mostrar a forma do sinal e não mostram comparação relativa entre os dois sinais.

Todavia, a freqüência do sinal de acionamento aplicado é tipicamente 0,5 KHz e a tensão RMS do sinal é tipicamente 2 Volts.

Claims (21)

REIVINDICAÇÕES

1. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico caracterizado pelo fato de que compreende um corpo (2) tendo uma porção de entrada (3) para receber um fluxo de líquido a ser medido, uma porção de saída (4), um canal principal (5) definindo um percurso de fluxo entre a entrada e saída, o percurso de fluxo incluindo meio de realimentação (6,7) para induzir oscilações no fluido fluindo, as oscilações sendo detectadas por meio detector (11), os meios detetores (11) compreendendo meio de geração de campo magnético (14, 15) para aplicar um campo magnético através do percurso de fluxo e pelo menos um par de eletrodos de detecção (16, 17, 18) para detectar a força eletromotriz resultante, os eletrodos (16, 17, 18) sendo posicionados de modo que eles se projetam do corpo (2) para dentro do percurso de fluxo.

2. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um do par de eletrodos de detecção (16, 17,18) projeta-se do corpo (2) para dentro do fluxo a uma distância entre 0,5 mm e 10 mm.

3. Um Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os eletrodos (16, 17, 18) são colocados no canal principal (5).

4. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os eletrodos (16, 17, 18) são colocados em pelo menos um canal de realimentação (6,7).

5. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o oscilador (1) inclui um divisor (8) no canal principal (5) para promover oscilação do fluxo.

6. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o meio de realimentação compreende dois canais de realimentação (6,7) que se dividem a partir do canal principal (5) e conduzem de volta para se reunirem com canal principal (5) a montante adjacente à porção de entrada (3).

7. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que são previstos dois pares de eletrodos de detecção (16,17,18).

8. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um dos dois pares de eletrodos de detecção (16, 17, 18) é posicionado em cada canal de realimentação (6,7).

9. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que um par de eletrodos de detecção (16,17,18) é posicionado no canal de realimentação (6,7) e um outro par é posicionado no canal principal (5).

10. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o meio de geração de campo magnético compreende pelo menos um ímã permanente (14,15).

11. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um ímã (14,15) é embutido em paredes do corpo (2) do medidor (1) e é eletricamente isolado do fluxo de fluido.

12. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o ímã (14,15) é feito de um material não eletricamente condutor tal como ferrite colada com plástico.

13. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o ímã (14, 15) forma parte da parede do corpo (2).

14. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico caracterizado pelo fato de que compreende um corpo (2) tendo uma porção de entrada (3) para receber um fluxo de líquido a ser medido, uma porção de saída (4), um canal principal (5) definindo um percurso de fluxo que inclui meio de realimentação (6,7) para induzir oscilações no fluido fluindo, as oscilações sendo detectadas por meios detetores (11), o meio detector (11) compreendendo meio de geração de campo magnético (14,15) para aplicar um campo magnético através do percurso de fluxo e pelo menos um par de eletrodos de detecção (16,17, 18) para detectar a força eletromotriz resultante, em que o meio detector (11) também inclui meio de sinal de acionamento (25) que aplica um sinal de acionamento alternativo aos eletrodos de detecção (16,17).

15. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o sinal de acionamento alternativo tem uma freqüência de entre 700 Hz e 1 KHz.

16. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com a reivindicação 14 ou reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a freqüência do sinal aplicado é diferente da faixa de sinais produzidos fluxo de fluido de oscilação.

17. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com as reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que o sinal alternativo é uma onda de seno.

18. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com as reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que o sinal alternativo é uma onda em dentes de serra.

19. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com as reivindicações 14 a 16, caracterizado pelo fato de que o sinal alternativo é substancialmente uma onda quadrada.

20. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com as reivindicações 14 a 19, caracterizado pelo fato de que o sinal de acionamento alternativo é aplicado nos eletrodos (16, 17) através de capacitores (29, 30).

21. Medidor de fluxo de líquido com oscilador fluídico de acordo com as reivindicações 14 a 20, caracterizado pelo fato de que o sinal alternativo tem uma tensão entre 0 Volts e 3,6 Volts.