ES2320036T3 - Medidor de caudal usando un oscilador fluidico. - Google Patents

Abstract

Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico, que comprende un cuerpo (2) que tiene una porción (3) de entrada para recibir un flujo de líquido que va a ser medido, una porción (4) de salida, un canal (5) principal que define una trayectoria de flujo ente la entrada y la salida, incluyendo la trayectoria de flujo medios (6, 7) de realimentación para inducir oscilaciones en el fluido circulante, siendo las oscilaciones detectadas por medios (11) detectores, comprendiendo los medios (11) detectores medios (14, 15) de generación de campo magnético para aplicar un campo magnético a través de la trayectoria de flujo, y al menos un par de electrodos (16, 17, 18) de detección para detectar la f.e.m. resultante, que se caracteriza porque los electrodos (16, 17, 18) están posicionados de tal modo que sobresalen desde el cuerpo (2) hacia la trayectoria de flujo.

Description

Medidor de caudal usando un oscilador fluídico.

La invención se refiere a un medidor de caudal de fluido, y en particular a un medidor para la medición del caudal de líquidos y que opera en base al principio de oscilador fluídico.

Se conoce bien el hecho de que la frecuencia de oscilación de un oscilador fluídico depende (aunque no necesariamente de forma lineal) de la velocidad del flujo que circula a través del mismo. Este principio ha sido utilizado para la medición del caudal de líquidos y, en particular, en contadores de agua para medir el consumo de agua de un inmueble, por ejemplo. Sin embargo, en la práctica, puede resultar particularmente difícil obtener mediciones precisas (es decir, dentro de un uno o un dos por ciento) en situaciones en las que la velocidad de flujo puede variar en una gama amplia, y en las que la presión del fluido puede variar sustancialmente. La precisión de la medición necesita ser mantenida por encima de una relación de al menos 200 a 1, y en la que la velocidad pueda cambiar también por encima de una gama correspondiente de 200 a 1. Además, las fluctuaciones de presión pueden variar en un factor de hasta 40.000 a 1.

Los osciladores fluídicos que se han utilizado para la medición del consumo de agua comprenden típicamente un cuerpo que contiene una boca de entrada que conduce a un par de canales separados por un divisor. Corriente abajo del divisor, el canal principal incluye dos bucles de realimentación que llevan hacia atrás hasta los lados opuestos de la trayectoria del fluido, adyacentes a la boca de entrada. Según se sabe, la componente de alta velocidad del fluido se "sujetará" por sí misma a la pared de uno de los canales por efecto Coanda, pero después, como resultado de la acción del fluido que se realimenta, se cambiará a la otra pared. El cambio u oscilación es dependiente de la velocidad de flujo.

Estas oscilaciones pueden ser detectadas electromagnéticamente con la aplicación de un campo magnético a través del flujo, y la detección de la f.e.m. resultante generada en el propio líquido a través de un par de electrodos. Los electrodos están montados a ras con la pared apropiada del canal, de modo que no perturben el flujo, ni añadan al mismo los cambios sustanciales de velocidad y presión encontrados en la medición del agua. Así, esta disposición puede ser utilizada para la medición de suministros domésticos de agua puesto que puede estar construida de modo que mida con una precisión suficiente a efectos de la medición.

Además, se puede provocar que el agua se mueva por dentro del oscilador mediante otros efectos externos tales como vibración mecánica o pulsación de presión de agua aunque no exista flujo neto de agua. Bajo estas circunstancias, es posible detectar señales en los electrodos de detección que podrían ser confundidas con las señales causadas por el flujo de fluido original. Estas señales podrían estar generadas tanto por reacciones de inducción electromagnética como electroquímicas en la superficie de los electrodos.

El documento WO 97/22854 describe un medidor por oscilador fluídico. El documento JP 2000-241211 describe un medidor lineal de flujo que genera un vórtice de Karman. El documento EP 0 381 344 describe un medidor por oscilador fluídico.

De acuerdo con la invención, nosotros proporcionamos un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico, que comprende un cuerpo que tiene una porción de entrada para recibir un caudal de líquido que va a ser medido, una porción de salida, un canal principal que define una trayectoria de flujo entre la entrada y la salida, incluyendo la trayectoria de flujo medios de realimentación para inducir oscilaciones en el fluido circulante, siendo las oscilaciones detectadas por medios detectores, comprendiendo los medios detectores medios generadores de campo magnético para aplicar un campo magnético a través de la trayectoria de flujo, y al menos un par de electrodos de detección para detectar la f.e.m. resultante, estando los electrodos situados de tal modo que sobresalen del cuerpo hacia la trayectoria de flujo.

Esta disposición de los electrodos resulta particularmente ventajosa debido a que se mejora la sensibilidad del medio detector sin afectar negativamente a la calibración ni a la estabilidad del oscilador como dispositivo de medición de fluido. Así, el posicionamiento de los electrodos es tal que en vez de estar a ras con el cuerpo, sobresalen hacia el flujo, sin perturbar el flujo en la medida en que no fuera posible la medición precisa, y de hecho, permiten una medición particularmente precisa. Además, se ha encontrado que la disposición de electrodos de esta invención minimiza las falsas lecturas provocadas por la vibración mecánica o por la pulsación de presión de agua.

Con preferencia, al menos uno del par de electrodos de detección sobresale desde el cuerpo hacia el flujo una distancia de entre 0,5 mm y 10 mm. Esta gama de condición sobresaliente, mejora la precisión del medidor, mientras que no crea ningún bloqueo significativo en la trayectoria de flujo que pudiera dar como resultado una caída de presión que pudiera perturbar las oscilaciones y por lo tanto la precisión.

Los electrodos pueden estar situados en el canal principal. Alternativamente, los electrodos pueden estar situados en al menos un canal de realimentación.

El oscilador puede incluir un divisor en el canal principal para fomentar la oscilación del flujo. Con preferencia, el medio de realimentación comprende dos canales de realimentación que dividen el canal principal y van hacia atrás para volver a unirse, corriente arriba, adyacentes a la boca de entrada.

Con preferencia, existen dos pares de electrodos de detección, estando cada par situado en cada canal de realimentación. Alternativamente, un par puede esta situado en el canal de realimentación, y el otro par situado en el canal principal.

Los medios de generación de campo magnético pueden comprender al menos un imán permanente. Con preferencia, el al menos un imán permanente está incrustado en las paredes del cuerpo del medidor, y está aislado eléctricamente del flujo de fluido. El imán puede estar hecho de un material eléctricamente no conductor, tal como ferrita vinculada con plástico, y por lo tanto puede formar parte de la pared del cuerpo.

Los electrodos de detección se utilizan para detectar señales inducidas en el interior del flujo de fluido. Las señales detectadas por los electrodos son procesadas típicamente por medios de procesamiento de señal que pueden incluir varias etapas de amplificación de señal. Los medios de procesamiento de señal deben estar idealmente capacitados para filtrar ruidos ajenos a la señal y también para anular señales en modo común. Se ha encontrado que las lecturas más precisas pueden ser obtenidas aplicando una señal excitadora a los electrodos. Además, se ha encontrado que la forma de la señal es particularmente importante.

A continuación se proporciona, únicamente a título de ejemplo, una descripción detallada de la presente invención con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La Figura 1 muestra una vista en sección parcial de un contador de agua de oscilación fluídica de acuerdo con la invención;

la Figura 2 muestra una vista en sección lateral del contador mostrado en la Figura 1;

la Figura 3 muestra una primera realización de un circuito excitador de electrodo, para su uso en el medidor de caudal;

la Figura 4 muestra una segunda realización de un circuito excitador de electrodo, para su uso en el medidor de caudal;

la Figura 5 es un gráfico que muestra la forma de la señal excitadora alterna que se aplica a la electrónica del circuito de excitación, y

la Figura 6 es un gráfico que muestra la forma de la señal excitadora alterna que se aplica a los electrodos a través de la electrónica del circuito de excitación.

Un oscilador 1 fluídico ha sido mostrado en la Figura 1, y en general es de tipo conocido y para su uso como contador de agua doméstico. El medidor 1 por oscilador comprende un cuerpo 2, que incluye paredes 20 que definen una pluralidad de trayectorias de flujo. El cuerpo 2 define una porción 3 de entrada, una porción 4 de salida, y un canal 5 principal entre ambas. El cuerpo 2 define también medios de realimentación, los cuales comprenden dos canales 6, 7 de realimentación a modo de bucles, que se separan a partir del canal 5 principal y que después van hacia atrás para volverse a unir con el canal 5 principal, en posición adyacente a la porción 2 de entrada. El divisor 8 está situado centradamente en el canal 5 principal, entre los puntos de separación y de reunión de los canales 6, 7 de realimentación.

La porción 3 de entrada comprende una abertura que se estrecha, la cual recibe el flujo desde un tubo de entrada (no representado) que está conectado a la porción 3 de entrada por medio de una rosca 10 de tornillo. De forma similar, la porción 4 de salida está adaptada para recibir un tubo de salida (no representado) que se conecta a la misma por medio de una rosca 9 de tornillo.

El fluido recibido a través de la porción 3 de entrada circula a través de la trayectoria de flujo del canal 5 principal, y se "sujetará" por sí mismo, en virtud del efecto Coanda, a una de las superficies 12 ó 13. El divisor 8 estimula al flujo de manera que sea predominantemente adyacente a una u otra de los superficies 12, 13. Si el flujo se "sujeta" a la superficie 12, circulará principalmente alrededor del canal 6 de realimentación. Este fluido realimentado perturbará la parte del flujo adyacente a la entrada 3, y estimulará al flujo a "sujetarse" a la otra superficie 13. De ese modo, el flujo desde la porción 3 de entrada hasta la porción 4 de salida, oscilará entre ser "sujetado" a la superficie 12, y circular predominantemente a través del canal 6 de realimentación, o ser "sujetado" a la superficie 13, y circular predominantemente a través del canal 7 de realimentación. Estas oscilaciones dependen de la cantidad de caudal a través del medidor 1.

El medidor 1 por oscilador fluídico incluye medios 11 detectores. Los medios 11 detectores comprenden medios de generación de campo magnético, en forma de imanes 14, 15 permanentes, montados en las paredes 20 de las trayectorias de flujo definidas por el cuerpo 2. Los imantes 14, 15 aplican un campo magnético a través del flujo del canal 5 principal. Los medios 11 detectores incluyen también electrodos 16, 17, 18 para detectar la f.e.m. resultante, generada en el flujo oscilante. Esta señal se utiliza en la medición del caudal de fluido a través del medidor 1.

Los electrodos 16, 17, 18 comprenden miembros cilíndricos de metal que se extienden a través de una pared 19 superior del cuerpo 2. Los extremos 21, 22, 23 distales de los electrodos 16, 17, 18 sobresalen a través del cuerpo 2 hacia la trayectoria de flujo del canal 5 principal. Los medios 11 detectores están capacitados para la medición precisa del caudal a través del medidor 1 puesto que los electrodos sobresalen hacia la trayectoria de flujo. Los electrodos 16, 17, 18 sobresalen más allá de la pared 19 del cuerpo 2 una distancia de aproximadamente 1 mm. Se apreciará que los imanes 14, 15 y los electrodos 16, 17, 18 pueden ser posicionados de cualquier otro modo en las trayectorias de flujo definidas por el cuerpo 2. Por ejemplo, los imanes 14, 15 pueden ser colocados en el interior de las paredes 20 opuestas del bucle 6 ó 7 de realimentación, con los electrodos posicionados y sobresalientes hacia la trayectoria de flujo de realimentación. Además, los electrodos podrían sobresalir alternativamente una distancia de aproximadamente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ó 9 mm.

Los electrodos comprenden dos electrodos 16, 17 de detección y un electrodo 18 de tierra. Los electrodos 16, 17, 18 están conectados a un medio de señal excitadora que comprende un circuito 25 de polarización de electrodo. Los circuitos 25 de polarización de electrodo han sido mostrados como Figura 3 y Figura 4. Los circuitos 25 de polarización de electrodo incluyen ambos una pluralidad de amplificadores 26 operacionales y resistores 27 dispuestos para aplicar una señal excitadora, que se introduce en 2, a los electrodos 16, 17 de detección a través de condensadores 29, 30 (siendo los condensadores de la Figura 4 de tipo polarizado). El electrodo 18 de tierra está conectado a la masa 31.

La forma de la señal excitadora aplicada a los circuitos 25 de polarización de electrodo ha sido mostrada en la Figura 5, y es una onda cuadrada. Resulta ventajoso aplicar una señal excitadora a los electrodos 16, 17 para conseguir una medición segura y fiable del flujo de fluido. La forma de la señal que se aplica a los electrodos a través de los condensadores 29, 30 ha sido representada en la Figura 6. Según puede apreciarse, la onda cuadrada está redondeada debido a la constante de tiempo de los condensadores 29, 30. Tal y como podrá apreciarse, los gráficos que muestran la señal excitadora (Figura 5) y la señal aplicada (Figura 6), solamente han sido previstos para que muestren la forma de la señal y no para que proporcionen ninguna comparación relativa de las dos señales.

Sin embargo, la frecuencia de la señal excitadora aplicada es típicamente de 0,5 kHz y la tensión RMS de la señal es típicamente de 2 Voltios.

Claims (13)

1. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico, que comprende un cuerpo (2) que tiene una porción (3) de entrada para recibir un flujo de líquido que va a ser medido, una porción (4) de salida, un canal (5) principal que define una trayectoria de flujo ente la entrada y la salida, incluyendo la trayectoria de flujo medios (6, 7) de realimentación para inducir oscilaciones en el fluido circulante, siendo las oscilaciones detectadas por medios (11) detectores, comprendiendo los medios (11) detectores medios (14, 15) de generación de campo magnético para aplicar un campo magnético a través de la trayectoria de flujo, y al menos un par de electrodos (16, 17, 18) de detección para detectar la f.e.m. resultante, que se caracteriza porque los electrodos (16, 17, 18) están posicionados de tal modo que sobresalen desde el cuerpo (2) hacia la trayectoria de flujo.

2. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos uno del par de electrodos (16, 17, 18) de detección sobresale desde el cuerpo (2) hacia el flujo una distancia de entre 0,5 mm y 10 mm.

3. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los electrodos (16, 17, 18) están colocados en el canal (5) principal.

4. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los electrodos (16, 17, 18) están colocados en al menos un canal (6, 7) de realimentación.

5. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el oscilador (1) incluye un divisor (8) en el canal (5) principal para fomentar la oscilación del flujo.

6. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que los medios de realimentación comprenden dos canales (6, 7) de realimentación que se separan a partir del canal (5) principal y que van hacia atrás para volver a unirse al canal (5) principal corriente arriba, adyacentes a la porción 3 de entrada.

7. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que existen dos pares de electrodos (16, 17, 18) de detección.

8. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 7, en el que uno de los dos pares de electrodos (16, 17, 18) de detección ha sido colocado en cada canal (6, 7) de realimentación.

9. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 7, en el que un par de electrodos (16, 17, 18) de detección ha sido colocado en el canal (6, 7) de realimentación, y otro par ha sido colocado en el canal (5) principal.

10. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que los medios de generación de campo magnético comprenden al menos un imán (14, 15) permanente.

11. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el al menos un imán (14, 15) está incrustado en las paredes del cuerpo (2) del medidor (1), y está aislado eléctricamente del flujo de fluido.

12. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el imán (14, 15) está fabricado con un material eléctricamente no conductor tal como ferrita vinculada con plástico.

13. Un medidor de caudal de líquido por oscilador fluídico de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el imán (14, 15) forma parte de la pared del cuerpo (2).