CZ239093A3 - Flow meter - Google Patents
Flow meter Download PDFInfo
- Publication number
- CZ239093A3 CZ239093A3 CZ932390A CZ239093A CZ239093A3 CZ 239093 A3 CZ239093 A3 CZ 239093A3 CZ 932390 A CZ932390 A CZ 932390A CZ 239093 A CZ239093 A CZ 239093A CZ 239093 A3 CZ239093 A3 CZ 239093A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- flow meter
- fluid
- meter according
- heating element
- honeycomb
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 56
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 28
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 14
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 12
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003223 poly(pyromellitimide-1,4-diphenyl ether) Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
- G01F1/6888—Thermoelectric elements, e.g. thermocouples, thermopiles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/6842—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow with means for influencing the fluid flow
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
- G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
- G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
- G01F1/7084—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using thermal detecting arrangements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Details Of Flowmeters (AREA)
Description
Objemový průtokomér
Oblast techniky
Vynález se týká objemového průtokoměru tekutin, které méří dobu průchodu pro poskytování údaje o objemovém průtoku, který je kompenzován na teplotu a tlak, a který je nezávislý na výchylkách složení tekutiny, jejíž průtokové množství se měří. Je zejména určen pro měření odběru palivového plynu pro domácí spotřebu.
Dosavadní stav techniky
Pro určení průtokového množství ze změřené doby průchodu tepelného impulzu se umísfuje do proudící tekutiny vysílací prostředek tepelných impulzů, jako ' je ohřívací odporový prostředek. Do blízkosti prvku generujícího tepelnou vlnu je umístěno tepelné čidlo, například termočlánek. Měří se doba potřebná pro šíření tepelného impulzu z vysílacího prostředku do čidla. Když je znám tvar protékaného.....potrubí, dá se z měřené průtokové rychlosti odvodit průtokové množství.
-Je—obvykTou~^řaxí—těpélňy-impulz modulovat. Za těchto.
okolností se ve skutečnosti měří fázový posun mezi vysílanou tepelnou vlnou a detektovanou tepelnou vlnou.
V tomto popisu se pod pojmem . měření doby průchodu rozumí jak měření fázového posunu mezi vysíláním a detekcí tepelného impulzu, tak i měření doby šíření tohoto impulzu.
Základní princip se vztahuje na ideální případ, kde teplota, tlak a složení tekutiny nepodléhají změnám. Pokud se tyto parametry mění, potom se bude difuzní součinitel tekutiny měnit, a pro danou průtokovou rychlost se doba síření impulzu mění. Měření průtokového množství tak obsahuje chybu. Tyto parametry se však bohužel v plynu normálně dodávaném spotřebitelům značně vychyluji. Aby bylo za těchto podmínek možné určovat průtokové množství použitím měření doby
-2průchodu (doby šíření nebo fázového posuvu), je zapotřebí změřenou dobu průchodu korigovat tak, aby se zohlednily výchylky teploty, tlaku a složení plynu. Znalost těcxhto parametrů umožňuje určovat difuzní součinitel plynu a odvodit tak rychlost tekutiny (a její průtokové množství) na základě změřené doby průchodu. . , Je zřejmé, že taková přídavná měření činí určování průtokového množství mnohem složitějším a vyžadují zařízení, která je obtížné v praxi realizovat a která jsou drahá jak pokud jde o přímé finanční, tak i energetické nároky.
Patentový spis USA č.4 713 970 popisuje zařízení pro měření doby šíření, která je kompenzována na teplotu a tlak, přičemž se vyloučí potřeba přímého měřeni teploty a tlaku. V tomto řešení je uložen na izolační substrát drátový topný odpor a dále je na substrát uložen termoelektrický detektor pro detektování tepelných vln vysílaných topným odporem. Horký- drát je —orientován„„kolmo_,na „směr; průtoku tekutiny a termoelektrický detektor je umístěn v proudu tekutiny ořímo proti proudu nebo po proudu od horkého drátu, aby detektoval tepelné vlny, které sew šíří rovnoběžně s proudem tekutiny. Pro kompenzování účinků tlaku a teploty se používá referenční zařízení totožné s výše--uvedeným zařízením. Za tímto účelem se používá referenčního zařízení pro vykonávání měření při nulovém průtokovém množství.
V první sérii provedení je referenční zařízení umístěno kolmo na měřicí zařízení. Šíření tepelných vln je potom v podstatě kolmé na směr proudu tekutiny a je tak prakticky nezávislé na rychlosti proudu tekutiny. Toto zařízení je však citlivé na poruchy proudu.
V jiném provedení .se referenční zařízení umístí do oblasti, kde tekutina je v klidu.
-3I když zařízení popsaná v citovaném patentovém spisu USA č.4 713 970 přrinášejí zdokonalení vůči základním u zařízení, vyznačují se řadou nevýhod, které brání jejich užívání při měření palivového plynu.
Ohřívací prvek je umístěn na stejné stěně, jako termoelektrický detektor. Měření síření tepelných impulzů jsou vykonávána lokálně v blízkosti stěny a jsou proto značně ciztlivá na výchylky visko2ity, vyplývající z možných změn ve složení tekutiny. Tato nepřesnost měření je vlastní struktuře čidla a nemůže být kompenzována bez přídavného určování složení tekutiny. Kromě toho je v blízkosti stény substrátu dynamická rychlost tekutiny vůči dynamické rychlosti v určitém odstupu od stěny zmenšena. Je známo, že prův ' toková rychlost je v podstatě nulová podél,stény bez ohledu na rychlostní profil jinde. To vede proto ke snížení citlivosti systému. Jelikož substrát není dokonalý izolátor, dochází mezi vysílačem tepla a tepelným čidlem k tepelným únikům. Takové tepelné úniky nutně zvyšují množství energie, jaká musí být poskytnuta, aby se zajistilo, že systém pracujěňalěz'ite. Výchylky v tlaku a teplotě jsou kompenzovány v patentovém spisu USA č.4 713 970 zdvojnásobením struktury měření. Výsledkem je, že zařízení zde popsaná vyžadují nejméně dva ohřívací prvky..
Bude tak zřejmé, že energie potřebná pro činnost takových kompenzovaných zařízení je nejméně dvakrát tak velká, jako energie potřebná pro to, aby zařízení mělo jediný ohřívací prvek. Na. rozdíl od oblasti měření průtoku vzduchu v nasávání velkých automobilních motorů, na něž se vztahují zařízení popisovaná v patentovém spisu USA č.4 713 970, jsou otázky spotřeby energie v oblasti měření objemového průtoku vhodné pro domácí plynoměry prvořadě důležité. Je potom zapotřebí, aby elektrická baterie byla schopná zajistit dostatečné množství energie tak, aby zaručila živostnost nejméně deset let bez potřeby výměny baterie. Toto omezení činí ne-4možné přizpůsobit jedno ze zařízení popsaných v patentovém spisu USA Č.4 713 970 pro použití v měření plynu.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky odstraňuje vynález objemového průtokoméru, který měří dobu průchodu a který je vhodný pro umístění do potrubí, jímž proudí tekutina, jehož podstatou je, že obsahuje plástový útvar, s opláštěným, jim vymezovaným prostorem, opatřený otvorem vhodným pro umožňování, aby docházelo k výměně tekutiny mezi vnitřním, jím vymezovaným prostorem a vnějškem plástového útvaru, přičemž tekutina uvnitř plástového útvaru je v podstatě v klidu; dále jeden ohřívací prostředek uložený v líci se stěnou plástového útvaru a vhodný pro vysílání modulovaných tepelných impulzů současně do nitra plástového útvaru a vně plástového útvaru; dále první tepelné čidlo umístěné vně pláštového útvaru bez dotyku s plástovým útvarem a v blízkosti ohřívacího prvku; dále měřicí prostředek pro měření prvního fázového posuvu nebo 'doby šíření mezi-vysláním tepelných ..impulzů a jejich .detekcí_ prvním tepelným čidlem a druhého fázového posunu nebo doby šíření mezi vysláním tepelných impulzů a jejich detekcí druhým tepelným čidlem, a prostředek citlivý na první a druhý fázový posun nebo doby síření pro odvození objemového průtokového množství, které je kompenzováno na teplotu a tlak a které je nezávislé na složení tekutiny.
Toto řešení potlačuje výše uvedené nedostatky. Umožňuje měření objemového průtoku přes výchylky v teplotě, tlaku nebo složení plynu. Zařízení podle vynálezu současně vyžaduje pouze jeden ohřívací prvek, takže umožňuje snížit spotřebu energie.
Zařízení podle vynálezu tak vykonává měření první do-, by průchodu v tekutině, která proudí, a druhé měření v tekutině, která je v klidu. Druhé měření je použito pro určení součinitele difúze tekutinyaby se tak umožnilo korigování
-5prvního měření v celém dynamickém rozpětí měření.
Je třeba připomenout, že meření doby průchodu může spočívat bud' v měření fázového posuvu nebo v měření doby šíření.
Tepelná čidla jsou posunuta od stěny, na níž je ohřívací prvek umístěn, čímž je umožněno snížit účinky viskozity. Energie potřebná pro vytváření a šíření tepelné vlny je menší, než. je energie potřebná v zařízeních podle známého stavu techniky. Každá spotřeba energie je také minimalizována použitím jediného ohřívacího prvku místo dvou, jako je tomu ve známém stavu techniky.
S výhodou je ohřívací prvek tvořen ohřívací odporovým prvkem uloženým na jedné ze stran membrány vhodné pro podporování tepelného vedení přes tlouštku membrány na účet vedení tepla do stran.
V obzvláštním provedení vynálezu obsahuje ohřívací prvě-k-nosi-č-perforovaný otvorem, elektricky izolační vrstvu upevněnou k nosiči a tvořící membránu na otvoru, ohřívací odporový prvek tvořený vodivým nánosem vytvořeným na membráně a - vodivé dráhy zakončené kontaktními výběžky a připojené ke koncům ohřívacího odporového prvku.
S výhodou je vrstva vyrobena z nitridu křemíku. Vrstva také může být je vyrobena z polymeru. V jiném obzvláštním provedení objemový průtokoměr podle vynálezu obsahuje nejméně jedno teplotní čidlo upevněné k ohřívacímu prvku.
Ve výhodném provedení spolupůsobí alespoň část plášťového útvaru se stěnou kanálu pro vytváření nejméně jednoho sbíhavého kanálu a přičemž první tepelné čidlo je umístěno v uvedeném kanálu. Tento sbíhavý kanál, uvnitř něhož se vykonává první měření, slouží pro zvyšováni lokální rychlosti
-6tekutiny a zlepšit tak poměr signálu k sumu u 2ařízení.
V obzvláštním provedení vynálezu tvoří plástový útvar tvoří aerodynamickou překážku pro průtok tekutiny. Tato překážka je umístěna ve střední rovině potrubí. Aerodynamická překážka může mít má protiproudovou část, která je v podstatě eliptická, a poproudovou část, která se zužuje, přičemž část spolupůsobí se stěnou potrubí tak, že jeden sbíhavý kanál. Je také možné, aby poproudová část spolupůsobila se stěnou potrubí a tvořila nejméně jeden sbíhavý kanál. Překážka slouží pro minimalizování účinku změn viskozity tekutiny.
protiproudová tvoří nejméně
S výhodou je ohřívací prvek umístěn na straně plástového útvaru, kde spolupůsobí se stěnou potrubí pro vytváření nejméně jednoho sbíhavého kanálu.
S výhodou je otvor je umístěn v poproudové části plástového útvaru,, čímž..je zabráněno poruchám proudu_tekutiny okolo měřicích prvků (ohřívací -prvek, teplotní čidla) umístěných uvnitř dutiny. S výhodou je první teplotní čidlo umístěno proti proudu ve směru od ohřívacího prvku.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l schematický půsorysn zařízení podle vynálezu, obr.2 schematický koncový pohled na zařízení podle vynálezu, obr.3A a 3B schematický půdorys a řez ohřívacím prvkem, obr.4 schematický půdorys alternativního provedení zařízení podle vynálezu a obr.5 schematický půdorys jiného provedení zařízení podle vynálezu.
Příklady provedeni vynálezu . _
Nejprve bude popsáno provedeni vynálezu s odvoláním na obr.l a 2. Tekutina F, jejíž objemové průtokové množství se
-Ίmá měřit, je například plyn, proudící podél potrubí 10, například čtvercového průřezu. Potrubí 10 má středovou rovinu
P. V potrubí' 10 je uložena překážka 12 vymezující uzavřený prostor. Tato překážka má aerodynamický tvar. Ve znázorněném příkladě má překážka eliptickou náběhovou protiproudovou část a zužující se poproudovou část. Delší osa elipsy leží ve středové rovině P. Jak je patrné z obr. 2, překážka7- 12 probíhá po celé v výšce potrubí. Překážka 12 může být vytvořena například z hliníku nebo z plastické hmoty. V poproudové části jednoho z jejich boků má uzavřený prostor 12 překážky otvor 14, umožňující výměnu tekutiny mezi vnitřním a vnějším prostorem plášťového útvaru překážky 12.
I
Na protiproudové části ’ jednoho z jejích boků nese plášťový útvar 12 překážky ohřívací prvek 16, který je osazen v líci s vnější stěnou překážky. Ohřívací prvek 16 je »
osazen v otvoru plášťového útvaru, vytvořeného pro tento účel. Ohřívací prvek 16 se hodí pro vysílání tepelných vln současně na vnitřní a na vnější stranu plášťového útvaru 12.
S výhodou je ohřívací prvek 16 tvořen ohřívacím odporovým prvkem vytvořeným na membráně. Příklad takového prvku, je schematicky znázorněn v půdoryse- na obr.3A a v řezu na obr.33. ' '
Jak je patrné z obr.3A a 3B, obsahuje ohřívací prvek 16 nosič 15 s otvorem 17. Průměr otvoru může být například 3 mm. Na nosiči 15 je nanesena elektricky izolační vrstva 19, například nitridu křemíku, pro vytvoření membrány 18, která je napnuta přes otvor 17. Vrstva 19 může být také vytvořena z polymerního materiálu, jako je například Kapton. Tlouštka vrstvy 19 je taková, že membrána se hodí' pro minimalizování tepelnýfch ztrát nosičem. Jinými slovy je tlouštka membrány zvolena tak, aby podporovala příčné vedení tepla na účet vedení tepla do stran. Tlouštka může být několik mikronů. Na membráně 18 je vytvořen ohřívací odporový prvek 20.
-8Může být získán metalickým nanášením například niklu a chrómu. Tvar odporového prvku 20, jak je znázorněn na obr.3, zajištuje, že každý tepelný impulz se vysílá izotropně. Mohly by být přirozeně použity také jiné tvary, například vlnité cívky.
Ke koncům odporového prvku 20 jsou připojeny vodivé dráhy 22, 24, vytvořené například ze zlata, a zakončené kontaktními výběžky 26 a 28., tvořené rovněž například ze zlata, vhodné pro připojení k napájecímu obvodu, neznázorněnému na obr.3A a 3B.
Z obr.l a 2 je patrné, že membrána 18 je uložena v líci se stěnou plástového útvaru 12. Ohřívací prvek 16 zcela uzavírá otvor, v němž je upevněn. To umožňuje předejít tomu, aby byl proud tekutiny rušen, když přechází přes ohřívací prvek, a.také umožňuje získat tekutinu uvnitř plástového útvaru v blízkosti ohřívacího prvku, která je v podstatě v klidu. -Vzdálenost mezi otvorem 14-*umístěným po proudu a ohřívacím prvkem 16 uloženým proti proudu na stejném boku k zajištování toho, že překážky a blízko ohřívaPlocha membrány 18, která 20. má například svůj líc 12.
plástového útvaru 12 také přispívá tekutina uvnitř plástového útvaru čímu prvku je v podstatě v klidu, podporuje ohřívací odporový prvek na vnější straně plástového útvaru
Když je tepelná vlna vysílána ohřívacím prvkem 16, vykazuje specifický fázový posun vůči uvedenému ohřívacímu prvku. Tento fázový posun je závislý na chemickém složení tekutiny, vycházíme-li z předpokladu, že ohřívací prvek 16 má malou tepelnou hmotu. V důsledku toho je důležité umístit na ohřívací prvek teplotní čidlo, aby se měřil fázový posun a aby se proto zlepšila kvalita měření průtoku. Toto neznázorněné teplotní čidlo 18 je tvořeno například elektrickým odporem v kruhové formě, naneseným na membráně 18 ohřívacího prvku.
-9Obr. 2 ukazuje, že ohřívací prvek 16 je připojen ke generátoru 40 modulovaných elektrických impulzů. Tyto impulzy jsou vysílány při kmitočtu, který je nižší, než je mezní kmitočet (pro vysílané tepelné impulzy) ohřívacího prvku. Tyto impulzy mohou být vysílány při kmitočtu ležícím v rozmezí 0,5Hz do 2Hz, a mohou mít dobu trvání v rozmezí oď-0,1 modulovány při kmitočtu le.žícím Když odporovým prvkem ohřívače prochází elektrický proud, vysílá prvek tepelnou vlnu izotropně. Na vnější straně plástového útvaru 12 se tepelná vlna šíří proudící tekutinou. Na vnitřní straně plástového, útvaru 12 se tepelná vlna šíří membránou 18 a potom zbytkem tekutiny v klidu. Doba reprezentativní pro šíření tepelné vlny membránou je zanedbatelná při srovnání s časovými charakteristikami šíření tepelné' vlny tekutinou.
do 2· sekund. Mohou být v rozpětí od 1Hz- do 10Hz
Tepelné vlny vysílané na vnitřní stranu a na vnější stranu plástového útvaru 12 jsou detektovány tepelnými čidly 42 a 44 uloženými vedle u ohřívacího prvku 16, ale mimo stěnu plaste a bez dotyku vnější nebo vnitřní strany plástového útvaru 12. Tato tepelná čidla 42 a 44 mohou být termočlánky, které jsou uloženy ne více než- několik málo milimetrů od ohřívacího prvku 16. Například mohou být od něj umístěna v odstupu 1 mm. Použité termočlánky mohou ,být méď-konstantanové termočlánky.
Obr. 2 ukazuje, že vnitřní termočlánek 44 je upevněnk horní stěně potrubí 10. Vnější termočlánek 42 je upevněn k postranní stěně potrubí 10, která leží proti straně plástového útvaru 12., která nese ohřívací prvek 16. Termočlánek 42 je uložen proti proudu od ohřívacího prvku .16. Bylo zjištěno, že toto uspořádání umožňuje dosáhnout požadovaného dynamického rozsahu měření a zjištovat velmi nízká průtoková množství.
-10Obr.l kromě toho ukazuje, že vnější termočlánek 42 je umístěn ve sbíhavém kanálu 46, tvořeném protiproudovou stranou plástového útvaru 12 a stěnou potrubí 10. Sbíhavý tvar slouží ke zlepšování vzhledu rychlostního profilu v blízkosti měřicích prvků. To slouží ke zlepšení poměr signálu k šumu při měřeni
Obr.4 je schematický půdorys alternativního provedení, ve kterém postranní stěny potrubí 10 tvoří přiškrcení v oblasti plástového útvaru 12.· Kanál 46 se tak sbíhá ve f
větší míře, takže vzrůst rychlosti se spolu se zdokonalením rychlostního profilu zvyšuje.
Nyní budou popsány prostředky pro realizaci měření objemového průtoku, a to s odvoláním na obr.2. Účinkem modulovaných elektrických impulzů vydávaných generátorem 40 ohřívací prostředek 16 generuje modulované tepelné vlny, které se šíří téměř současné tekutinou pohybující se podél kanálu 46~ (obr. l-)~a -vnitřkem~plášťového-útvaru -12.-Tyto· tepelné ..vlny jsou detektovány tepelnými čidly 42 á 44 na vnější’ straně a vnitřní straně plášťového útvaru 12.
Každé tepelně čidlo 42, 44 je,připojeno k synchronnímu detekčnímu systému 48 , 50., pracujícímu při kmitočtu, jímž jsou tepelné impulzy modulovány. Tyto synchronní detekční systémy vydávají příslušné výstupní signály odpovídající fázovému posunu, z nichž jeden (ze systému 48.) odpovídá fázovému posunu vyplývajícímu z šíření tepelné vlny proudící tekutinou, zatímco druhý (ze systému 50) odpovídá fázovému posunu vyplývajícímu z- tepelné vlny. šířící se tekutinou na zbylém vnitřku plášťového útvaru 12. První fázový posun je tak funkcí vlastností tekutiny (prostřednictvím jejího součinitele difúze) a její rychlosti, zatímco druhý fázový posun je funkcí pouze vlastností tekutiny.
Tyto synchronní detektory mají své výstupy připojené
-11k počítačovému systému 52, jako je vhodně programovaný procesor, který vydává signál reprezentativní pro průtokové množství, jak je vypočítáno na základé měřeného fázového posunu. Zařízení je kalibrováno před tím, než se provádí měření .
Fázový posun měřený na nulové průtokové rychlosti: může být použit pro korigování měření průtokového množství jako funkce výchylek teploty, tlaku a složení tekutiny. Toto měření je ekvivalentní vyhodnocování součinitele difúze tekutiny, která proudí.
Odborník v oboru může také měřit přímo příslušné doby šíření tepelného impulzu od ohřívacího prvku 16 do prvního a druhého tepelného čidla 42, 44. V takovém případě se místo použití generátoru 40 pro generování většího počtu impulzů použije generátor pouze pro generování jediného impulzu.
Obvyklým způsobem se pro dosažení dobré přesnosti měření použijí hodiny pracující s poměrně vysokým kmitočtem, a použije se prahový detektor pro měření doby šíření tepelného impulzu. Je také možné použít dobře známý postup záznějů do okolí.
Jiné provedení vynálezu je znázorněno na obr.5. Následující popis nebude opakovat vše, co bylo popsáno výše pro první provedení, a zejména nebude popisovat princip použitý pro měřeni průtoku tekutiny. Níže budou popsány pouze znaky lišící se od výše popsaných znaků, spolu s jejich.výhodami .
Jak ukazuje obr.5, aerodynamická překážka 112 má část zužující se ve směru po proudu, která spolupúosbi s postranními stěnami potrubí 110 tak, že vytváří nejméně jeden sbíhající se kanál 146. Ohřívací prvek 116 je uložen v líci s vnější stěnou plášťového útvaru 112 překážky na výstupní
-12poproudové části této překážky 112. Tato vlastnost má výhodu v tom, že ohřívací prvek je chráněn proti možnému znečištění .
Proti proudu směrem do ohřívacího prvku 116 je uloženo první tepelné čidlo 142, a to na vnější straně plástového útvaru 112, avšak nikoliv ve styku s ním, zatímco druhé čidlo 144 je umístěno uvnitř plástového útvaru překážky. První tepelné čidlo 142 by mohlo být alternativně uloženo po proudu ohřívacího prvku 116.
Aby se vyloučilo rušení měření průtoku, je otvor 114 umožňující uskutečňování výměny tekutiny uvnitř a vně plástového útvaru 112 vytvořen na straně plástového útvaru opačné vůči jeho straně nesoucí ohřívací prvek 116 a je vytvořen v poproudové části uvedeného plástového útvaru 112.
Skutečnost, že poproudová část překážky spolupůosbí se stěnou-potrubí --pro vytváření - alespoň- jednoho, sbíhavého kanálu má účinek v tom, že se zachovává laminární rychlostní profil, čímž je umožňováno dosahovat přesných měření v širokém rozpětí nízkých průtokových množství.
Claims (14)
1. Objemový průtokoměr, který méří dobu průchodu a který je vhodný pro umístění do potrubí, jímž proudí tekutina, vyznačený tím obsahuje plástový útvar (12, 112) opatřený otvorem (14, 114) vhodným pro umožňování, aby docházelo k výměně tekutiny mezi vnitřkem a vnějškem plástového útvaru (12, 112), přičemž tekutina uvnitř plástového útvaru (12, 112) je v podstatě v klidu; dále jeden ohřívací prostředek (16, 116) uložený v líci se stěnou plástového útvaru (12, 112) a vhodný pro vysílání modulovaných tepelných impulzů současně do nitra plástového útvaru (12, 112) a vně plástového útvaru; dále první tepelné čidlo (42, 142) umístěné vně plástového útvaru (12, 112) bez dotyku s plástovým útvarem, (12, 112) a v blízkosti ohřívacího prvku (16, 116); dále měřicí prostředek (48, 50) pro měření prvního fázového posuvu nebo doby šíření mezi vysláním tepelných impulzů a jejich detekcí prvním tepelným čidlem (42) a druhého fázového posunu nebo doby šíření mezi vysláním tepelných impulzů a jejich detekcí druhým tepelným čidlem (44, 144), a prostředek (52) citlivý na první a druhý fázový posun nebo dobu šíření pro odvození objemového průtokového množství, které je kompenzováno na teplotu a tlak a které je nezávislé na složení tekutiny.
2. Objemový průtokoměr podle nároku 1 vyznačený tím, že ohřívací prvek (16, 116) je tvořen ohřívacím odporovým prvkem (20) uloženým na jedné ze stran membrány (18) vhodné pro podporování vedení tepla přes tloušťku membrány na účet vedení tepla do stran.
3. Objemový průtokoměr podle nároku 2 vyznačený tím, že ohřívací prvek obsahuje nosič (15) perforovaný otvorem (17), elektricky izolační vrstvu (19) upevněnou k nosiči (15) a tvořící membránu (18) na otvoru (17), ohřívací odporový prvek (20) tvořený vodivým nánosem vytvořeným na memb-14ráně (18) a vodivé dráhy (22, 24) zakončené kontaktními výběžky (26, 28) a připojené ke koncům ohřívacího odporového prvku.
4. Objemový průtokoměr podle nároku 3 vyznačený tím, že vrstva (19) je vyrobena z polymeru.
5. Objemový průtokoměr podle nároků 3 vyznačený tím, že vrstva (19) je vyrobena z nitridu křemíku.
6. Objemový průtokoměr podle nároku 1 vyznačený tím, že obsahuje nejméně jedno teplotní čidlo upevněné k ohřívacímu prvku (16, 116).
7. Objemový průtokoměr podle nároku 1. vyznačený tím, že alespoň část plášťového útvaru (12, 112) spolupůsobí se stěnou kanálu (10, 110) pro vytváření nejméně jednoho sbíhavého kanálu (46, 146) a přičemž první tepelné čidlo (42,
- »—··- - 142)- je-umístěno. v .uvedeném kanálu. ___„,......
i **
8. Objemový průtokoměr podle nároku 7 vyznačený tím, že plástový útvar (12, 112) tvoří aerodynamickou překážku pro průtok tekutiny.
9. Objemový průtokoměr podle nároku 8 vyznačený tím, že plášťový útvar (12, 112) je umístěn ve střední rovině (P) potrubí (10, 110).
10. Objemový průtokoměr podle nároku 8 vyznačený tím, že plástový útvar (12, 112) má protiproudovou část,'která je v podstatě eliptická, a poproudovou část, která se zužuje.
11. Objemový průtokoměr podle nároku 8 vyznačený tím, že protiproudová část spolupůsobí se stěnou potrubí (10) pro vytváření nejméně.jednoho sbíhavého kanálu (46).
-1512. Objemový .průtokomér podle nároku 10 vyznačený tím, že poproudová část spolupůsobí se stěnou potrubí (lio) pro vytváření nejméně jednoho sbíhavého kanálu (146).
13. Objemový průtókoměr podle nároku 11 nebo 12 vyznačený tím, že ohřívací prvek (16, 116) je umístěn na straně plástového útvaru (12, 112), kde spolupůsobí se stěnou; potrubí (10, 110) pro vytváření nejméně jednoho sbíhavého kanálu (46, 146).
14. Objemový průtokomér podle nároku 10 vyznačený tím, že otvor (14, 114) je umístěn v poproudové části.
15. Objemový průtokomér podle nároku 1 vyznačený tím, že první tepelné čidlo (42, 142) je umístěno proti proudu ve směru od ohřívacího prvku (16, 116).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9213651A FR2697911B1 (fr) | 1992-11-10 | 1992-11-10 | Débitmètre volumique à mesure de temps de vol. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ239093A3 true CZ239093A3 (en) | 1994-08-17 |
Family
ID=9435500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ932390A CZ239093A3 (en) | 1992-11-10 | 1993-11-09 | Flow meter |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5335555A (cs) |
| EP (1) | EP0597530A1 (cs) |
| JP (1) | JPH06221889A (cs) |
| KR (1) | KR940011928A (cs) |
| CA (1) | CA2109338A1 (cs) |
| CZ (1) | CZ239093A3 (cs) |
| FR (1) | FR2697911B1 (cs) |
| HU (1) | HUT71157A (cs) |
| PL (1) | PL172840B1 (cs) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5515714A (en) * | 1994-11-17 | 1996-05-14 | General Motors Corporation | Vapor composition and flow sensor |
| JP4163383B2 (ja) * | 1998-04-14 | 2008-10-08 | カリフォルニア・インスティテュート・オブ・テクノロジー | 検体活性を判定するための方法とシステム |
| AU1725200A (en) | 1998-11-16 | 2000-06-05 | California Institute Of Technology | Simultaneous determination of equilibrium and kinetic properties |
| US6455319B1 (en) | 1999-05-10 | 2002-09-24 | California Institute Of Technology | Use of spatiotemporal response behavior in sensor arrays to detect analytes in fluids |
| US6631333B1 (en) * | 1999-05-10 | 2003-10-07 | California Institute Of Technology | Methods for remote characterization of an odor |
| US7122152B2 (en) * | 1999-05-10 | 2006-10-17 | University Of Florida | Spatiotemporal and geometric optimization of sensor arrays for detecting analytes fluids |
| US6890715B1 (en) * | 1999-08-18 | 2005-05-10 | The California Institute Of Technology | Sensors of conducting and insulating composites |
| US20040192133A1 (en) * | 2000-07-06 | 2004-09-30 | Higher Dimension Medical, Inc. | Abrasion and heat resistant fabrics |
| US20050150778A1 (en) * | 2002-11-18 | 2005-07-14 | Lewis Nathan S. | Use of basic polymers in carbon black composite vapor detectors to obtain enhanced sensitivity and classification performance for volatile fatty acids |
| US20090285727A1 (en) * | 2006-11-14 | 2009-11-19 | Uri Levy | Illumination unit for liquid disinfection systems |
| US8109155B2 (en) * | 2009-02-23 | 2012-02-07 | Schlumberger Technology Corporation | Methods and apparatus to measure fluid flow rates |
| FR2983950B1 (fr) * | 2011-12-09 | 2015-02-20 | Extraflame S P A | Dispositif de detection du flux d'air entrant dans des appareils de chauffage de locaux et procede associe |
| BE1019925A5 (fr) * | 2011-12-16 | 2013-02-05 | Extraflame S P A | Dispositif de detection du debit d'air d'entree dans des appareils de chauffage domestique et procede associe. |
| GB2553681B (en) | 2015-01-07 | 2019-06-26 | Homeserve Plc | Flow detection device |
| GB201501935D0 (en) | 2015-02-05 | 2015-03-25 | Tooms Moore Consulting Ltd And Trow Consulting Ltd | Water flow analysis |
| EP3258060B1 (en) | 2016-06-13 | 2019-12-11 | Services Petroliers Schlumberger | Fluid component determination using thermal properties |
| CN112729441B (zh) * | 2020-12-21 | 2022-03-22 | 唐山学院 | 一种基于脉冲型流量传感器的高精度流量测量方法 |
| EP4249881A1 (en) * | 2022-03-25 | 2023-09-27 | Airbus Operations GmbH | Method and system for determining flow properties of a fluid flowing along a surface |
| WO2025257145A1 (de) * | 2024-06-10 | 2025-12-18 | Hahn-Schickard-Gesellschaft Für Angewandte Forschung E. V. | Thermischer sensor und verfahren zur bestimmung einer messgrösse unter berücksichtigung eines thermischen und elektrischen signalanteils des messsignals |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2776565A (en) * | 1953-02-05 | 1957-01-08 | Honeywell Regulator Co | Fluid flow measuring apparatus |
| US4228683A (en) * | 1975-06-19 | 1980-10-21 | Bayer Aktiengesellschaft | Method of determining liquid flow in a conduit |
| US4633578A (en) * | 1983-12-01 | 1987-01-06 | Aine Harry E | Miniature thermal fluid flow sensors and batch methods of making same |
| US4713970A (en) * | 1984-08-29 | 1987-12-22 | General Motors Corporation | Thermal diffusion fluid flow sensor |
| US4576050A (en) * | 1984-08-29 | 1986-03-18 | General Motors Corporation | Thermal diffusion fluid flow sensor |
| US4644800A (en) * | 1986-06-02 | 1987-02-24 | Combustion Engineering, Inc. | Annular venturi flow measuring device |
| EP0513309A1 (en) * | 1990-12-11 | 1992-11-19 | JOHNSON & JOHNSON PROFESSIONAL PRODUCTS LIMITED | Hot wire anemometer |
| US5243858A (en) * | 1991-08-12 | 1993-09-14 | General Motors Corporation | Fluid flow sensor with thermistor detector |
-
1992
- 1992-11-10 FR FR9213651A patent/FR2697911B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-10-27 CA CA002109338A patent/CA2109338A1/fr not_active Abandoned
- 1993-10-28 US US08/141,977 patent/US5335555A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-11-04 EP EP93203090A patent/EP0597530A1/fr not_active Ceased
- 1993-11-08 HU HU9303157A patent/HUT71157A/hu unknown
- 1993-11-09 PL PL93300993A patent/PL172840B1/pl unknown
- 1993-11-09 CZ CZ932390A patent/CZ239093A3/cs unknown
- 1993-11-09 KR KR1019930023656A patent/KR940011928A/ko not_active Withdrawn
- 1993-11-10 JP JP5281266A patent/JPH06221889A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5335555A (en) | 1994-08-09 |
| KR940011928A (ko) | 1994-06-22 |
| FR2697911A1 (fr) | 1994-05-13 |
| HUT71157A (en) | 1995-11-28 |
| CA2109338A1 (fr) | 1994-05-11 |
| FR2697911B1 (fr) | 1994-12-30 |
| EP0597530A1 (fr) | 1994-05-18 |
| PL172840B1 (pl) | 1997-12-31 |
| JPH06221889A (ja) | 1994-08-12 |
| PL300993A1 (en) | 1994-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CZ239093A3 (en) | Flow meter | |
| EP1044355B1 (en) | Self-oscillating fluid sensor | |
| CA1230754A (en) | Thermal diffusion fluid flow sensor | |
| JP3114139B2 (ja) | 熱伝導率計 | |
| US6681625B1 (en) | Constant-temperature-difference bidirectional flow sensor | |
| JP3068201B2 (ja) | 体積流量測定装置 | |
| KR20040002359A (ko) | 유량계의 정확도를 확인하는 방법 및 장치 | |
| US20040261520A1 (en) | Mass flowmeter | |
| JP2016507064A (ja) | 改良型示差熱式質量流量計アセンブリおよび当該質量流量計アセンブリを用いる質量流量の測定方法 | |
| JP4158980B2 (ja) | マルチ渦流量計 | |
| JPH10197305A (ja) | 熱式空気流量計及び熱式空気流量計用の測定素子 | |
| US4713970A (en) | Thermal diffusion fluid flow sensor | |
| JP6375519B2 (ja) | ガスメータ | |
| US6725716B1 (en) | Thermo-sensitive flow rate sensor and method of manufacturing the same | |
| JPH08166268A (ja) | 熱式流量計 | |
| US20040144169A1 (en) | Gasket flow sensing apparatus and method | |
| JP7203302B2 (ja) | 超音波流量計 | |
| JP7848842B2 (ja) | 流量測定装置、流量測定装置を備えたガスメータ及び、ガスメータのための流量測定装置ユニット | |
| US4061029A (en) | Flow separation detector | |
| JP3632396B2 (ja) | 流量計測装置 | |
| JP4037723B2 (ja) | 熱式流量計 | |
| JP2004184177A (ja) | 流量計 | |
| JPS59105520A (ja) | 熱式質量流量計 | |
| JPWO2002066936A1 (ja) | 発熱抵抗体式流量測定装置 | |
| JP3540279B2 (ja) | 流量計 |