ES2346036T3 - Dispositivo de medicion de caudales. - Google Patents
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Abstract
Aparato de medición de caudales, que comprende: una sección de detección de caudales (2-5) dispuesta en una vía de flujo del fluido (1); una sección de medición (10) para medir una salida de la sección de detección de caudales; una sección de fijación de ciclos (9) para fijar un ciclo de medición de la sección de detección de caudales; y una sección de cálculo de caudales (11) para calcular un caudal basándose en una salida de la sección de medición (10), caracterizado porque comprende además: una sección de fijación de resoluciones (7) para fijar una resolución de medición de la sección de medición; y una sección de control de medición (12) para controlar cada una de las secciones, en el que la sección de control de medición (12) incluye: una sección de medición regular (13) para fijar un valor predeterminado en la sección de fijación de ciclos (9) y la sección de fijación de resoluciones (7) con el fin de obtener un caudal medido sobre la base de un valor obtenido mediante la fijación; y una sección de medición de búsqueda (14) para fijar, en la sección de fijación de ciclos (9), un ciclo que sea más corto que el fijado por la sección de medición regular (13) durante un periodo de inactividad de la sección de medición regular y para fijar una resolución aproximada en la sección de fijación de resoluciones (7) con el fin de estimar un caudal durante un periodo de inactividad de la sección de medición regular sobre la base de un valor obtenido mediante la fijación.
Description
Dispositivo de medición de caudales.
La presente invención se refiere a un aparato de
medición de caudales para medir un caudal de un gas, etc.,
accionando de forma intermitente transductores ultrasónicos y/o un
sensor de flujo térmico.
Convencionalmente, en la técnica son conocidos
aparatos de medición de caudales del tipo que usan una onda
ultrasónica, tales como el que se da a conocer en el documento
japonés abierto al publico nº 9-21667. Tal como se
ilustra en la figura 12, en un aparato convencional de medición de
caudales, se disponen unos transductores ultrasónicos 2 y 3 como
parte de una tubería 1 de fluido, de manera que estén en oposición
mutua, y el transductor ultrasónico 3 se dispone, de manera que
esté delante del transductor ultrasónico 2 en una dirección del
flujo. El aparato de medición de caudales provoca que el
transductor 2 genere una onda ultrasónica a lo largo de la
dirección del flujo. Cuando el transductor 3 detecta la onda
ultrasónica, el aparato de medición de caudales provoca que el
transductor 2 genere nuevamente la onda ultrasónica y repite esta
operación para medir la duración. El aparato de medición de
caudales provoca también que el transductor 3 genere una onda
ultrasónica contra la dirección del flujo y repite de modo similar
la operación para medir la duración. El aparato de medición de
caudales calcula una velocidad del fluido basándose en una
diferencia de la duración. En el caso en el que dicho aparato
convencional de medición de caudales sea accionado por baterías, si
se consume una gran cantidad de energía eléctrica
transmitiendo/recibiendo la onda ultrasónica, las baterías se agotan
en un corto periodo de tiempo. Por lo tanto, para reducir el
consumo de energía, se requiere que las operaciones de medición se
realicen de forma intermitente basándose en un ciclo constante o un
ciclo variable según un caudal medido. En particular, cuando un
caudal es cero, un ciclo de medición es largo. En tal caso, se puede
producir de forma inesperada un caudal elevado, y, por lo tanto, se
realiza una medición de búsqueda (el número de veces que se repite
la medición de búsqueda es menor que el número de veces que se
repite la medición regular) en los intervalos de una medición
regular para detectar el caudal elevado inesperado.
No obstante, no solamente en el caso en el que
existe un caudal cero sino en el caso en el que se produce cierta
cantidad de caudal, si el ciclo de medición es demasiado largo,
cuando se producen variaciones bruscas del caudal durante un
periodo de inactividad de la medición, en ocasiones el aparato de
medición de caudales no puede detectar las variaciones bruscas, de
manera que se genera una diferencia en la medición.
La presente invención resuelve el problema
descrito anteriormente. Un objetivo de la presente invención es
reducir el consumo de energía y conseguir una medición de alta
precisión.
Un aparato de medición de caudales de la
presente invención incluye: una sección de detección de caudales
dispuesta en una vía de flujo del fluido; una sección de medición
para medir una salida de la sección de detección de caudales; una
sección de fijación de ciclos para fijar un ciclo de medición de la
sección de detección de caudales; una sección de fijación de
resoluciones para fijar una resolución de medición de la sección de
medición; una sección de cálculo de caudales para calcular un caudal
basándose en una salida de la sección de medición; y una sección de
control de medición para controlar cada una de las secciones, en la
que la sección de control de medición incluye: una sección de
medición regular para fijar un valor predeterminado en la sección
de fijación de ciclos y la sección de fijación de resoluciones con
el fin de obtener un caudal medido sobre la base de un valor
obtenido mediante la fijación; y una sección de medición de búsqueda
para fijar, en la sección de fijación de ciclos, un ciclo que es
más corto que el fijado por la sección de medición regular durante
un periodo de inactividad de la sección de medición regular y para
fijar una resolución aproximada en la sección de fijación de
resoluciones con el fin de estimar un caudal durante un periodo de
inactividad de la sección de medición regular sobre la base de un
valor obtenido mediante la fijación.
Con la estructura descrita anteriormente, se
pueden detectar variaciones de caudal realizando la medición de
búsqueda, y, por lo tanto, se puede reducir la frecuencia del uso de
la medición regular. La energía eléctrica consumida por la medición
de búsqueda es pequeña y no existe la necesidad de usar una sección
adicional de detección de caudales que tenga otra estructura, de
tal manera que se pueda reducir el consumo de energía y se pueda
obtener una medición de alta precisión.
La sección de detección de caudales puede
incluir un primer transductor para transmitir una señal de onda
ultrasónica y un segundo transductor para recibir la señal de onda
ultrasónica, la sección de medición puede repetir una propagación
de la onda ultrasónica entre el primer transductor y el segundo
transductor para medir un tiempo acumulado de la propagación de la
onda ultrasónica, la sección de fijación de ciclos puede fijar un
ciclo de inicio de medición para el primer transductor y el segundo
transductor, y la sección de fijación de resoluciones puede fijar
el número de veces que se repite la propagación de la onda
ultrasónica.
Con la estructura descrita anteriormente, en la
medición de búsqueda, se puede reducir el número de veces que se
repite la propagación de onda ultrasónica. En este caso, la duración
de la medición de búsqueda es menor que la de la medición regular y
la medición de búsqueda se realiza de una manera considerablemente
instantánea. Por lo tanto, por ejemplo, se pueden detectar
fluctuaciones en un caudal por impulsos provocadas por fluctuaciones
en una presión de fluido, y es posible incrementar la sensibilidad
de la medición a las variaciones de caudal.
La sección de detección de caudales puede
incluir un sensor de flujo térmico, la sección de medición puede
medir la salida de calor del sensor de flujo, la sección de fijación
de ciclos puede fijar un ciclo de medición del sensor de flujo, y
la sección de fijación de resoluciones puede fijar la cantidad de
calor introducida en el sensor de flujo para fijar una resolución
de medición de la sección de medición.
Con la estructura descrita anteriormente, en la
medición de búsqueda, se puede reducir la cantidad de calor
introducida en un calentador. La medición de búsqueda se realiza de
tal manera que la cantidad de calor consumido se reduce en
comparación con el caso en el que se realiza la medición regular, y,
por lo tanto, es posible incrementar la durabilidad de los hilos
calientes el sensor de flujo térmico y la fiabilidad de un aparato
de medición de caudales técnicos que incluya dicho sensor de flujo
térmico.
La sección de medición regular puede fijar el
ciclo de medición en la sección de fijación de ciclos de manera que
se prolongue durante un periodo largo de tiempo cuando se reduce el
caudal medido. En este caso, realizando la medición de búsqueda, se
pueden detectar variaciones del caudal durante el periodo de
inactividad de la medición regular, y, en particular, cuando el
caudal es pequeño, el ciclo de medición se puede fijar de manera
que se prolongue durante un periodo largo de tiempo, de manera que
se puede reducir la frecuencia de funcionamiento, y, por lo tanto,
se puede reducir el consumo de energía.
La sección de medición regular puede fijar un
ciclo de medición en la sección de fijación de ciclos de manera que
se prolongue durante un periodo largo de tiempo cuando se reduce un
caudal estimado. En este caso, realizando la medición de búsqueda,
se pueden predecir las variaciones de caudal y se puede cambiar el
ciclo de medición regular, y, por lo tanto, en particular, cuando
el caudal es pequeño, se puede reducir el consumo de energía y es
posible incrementar la sensibilidad de la medición a variaciones del
caudal.
La sección de medición regular puede fijar una
resolución de medición en la sección de fijación de resoluciones de
manera que sea aproximada cuando se incrementa un caudal estimado.
Se pueden predecir variaciones del caudal realizando la medición de
búsqueda. En particular, cuando el caudal es elevado, la resolución
de medición se fija de manera que sea la aproximada, de modo que se
reduce una corriente de funcionamiento. De este modo, se puede
reducir el consumo de energía.
Cuando una diferencia entre el caudal medido y
el caudal estimado es menor que un valor predeterminado, la sección
de medición regular puede fijar el ciclo de medición en la sección
de fijación de ciclos de manera que se prolongue durante un periodo
largo de tiempo. En este caso, realizando la medición de búsqueda,
cuando las variaciones del caudal son pequeñas, el ciclo de
medición se puede fijar, de tal manera que se prolongue durante un
periodo largo de tiempo, de modo que se puede reducir la frecuencia
de funcionamiento, y, por lo tanto, se puede reducir el consumo de
energía.
Por otra parte, cuando una diferencia entre el
caudal medido y el caudal estimado es menor que un valor
predeterminado, la sección de medición regular puede fijar la
resolución de medición en la sección de fijación de resoluciones de
manera que sea aproximada. En este caso, realizando la medición de
búsqueda, cuando las variaciones del caudal son pequeñas, la
resolución de medición se puede fijar de manera que sea aproximada,
reduciéndose de este modo una corriente de funcionamiento. Por lo
tanto, se puede reducir el consumo de energía.
Cuando una diferencia entre el caudal medido y
el caudal estimado es igual a o mayor que un valor predeterminado,
la sección de medición regular puede fijar la resolución de medición
en la sección de fijación de resoluciones de manera que sea
precisa. En este caso, realizando la medición de búsqueda, cuando
las variaciones del caudal son elevadas, la resolución de medición
se puede fijar de manera que sea precisa, y, por lo tanto, se
incrementa la sensibilidad de la medición a variaciones del
caudal.
Por otra parte, cuando una diferencia entre el
caudal medido y el caudal estimado es igual a o mayor que un valor
predeterminado, la sección de medición regular puede fijar el ciclo
de medición en la sección de fijación de ciclos de manera que sea
corto. En este caso, realizando la medición de búsqueda, cuando las
variaciones del caudal son elevadas, el ciclo de medición se puede
fijar de manera que sea corto, y, por lo tanto, se incrementa la
sensibilidad de la medición a variaciones del caudal.
El aparato de medición de caudales de la
presente invención puede incluir además una sección de integración
para realizar un proceso de integración usando únicamente el caudal
medido. En el caso en el que las variaciones del caudal obtenidas
mediante la medición de búsqueda sean elevadas, se realiza la
medición regular y se integran valores obtenidos mediante la
medición regular. Por lo tanto, se puede obtener un caudal integrado
de alta precisión.
El aparato de medición de caudales de la
presente invención puede incluir además una sección de integración
para realizar un proceso de integración usando el caudal medido y un
caudal estimado, en el que una diferencia entre el caudal medido y
el caudal estimado es igual a o mayor que un valor predeterminado.
En el caso en el que las variaciones del caudal sean elevadas, se
realizan la medición regular y la integración, y un caudal estimado
en un punto de inicio de variaciones se refleja en un valor
integrado, y, se puede obtener, por lo tanto, un caudal integrado
de alta precisión con una sensibilidad elevada de la medición a
variaciones del caudal.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición de caudales según el ejemplo 1 de la presente
invención.
La figura 2 es una gráfica que ilustra una
característica de rendimiento de un aparato de medición de caudales
según el ejemplo 2 de la presente invención.
La figura 3 es una gráfica que ilustra otra
característica de rendimiento del aparato de medición de caudales
según el ejemplo 2 de la presente invención.
La figura 4 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición de caudales según el ejemplo 3 de la presente
invención.
La figura 5 es un diagrama de temporización que
ilustra un funcionamiento del aparato de medición de caudales según
el ejemplo 3 de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama de temporización que
ilustra un funcionamiento de un aparato de medición de caudales
según el ejemplo 4 de la presente invención.
La figura 7 es un diagrama de temporización que
ilustra un funcionamiento de un aparato de medición de caudales
según el ejemplo 5 de la presente invención.
La figura 8A es una gráfica que ilustra una
característica de variaciones temporales en un caudal medido con el
aparato de medición de caudales según el ejemplo 5 de la presente
invención.
La figura 8B es una gráfica que ilustra una
característica de un método para integrar caudales desde el final
de la última medición hasta la medición actual usando una sección de
integración en el aparato de medición de caudales según el ejemplo
5 de la presente invención.
La figura 8C es una gráfica que ilustra una
característica de un método para integrar caudales desde la medición
actual hasta el final de una medición posterior usando la sección
de integración en el aparato de medición de caudales según el
ejemplo 5 de la presente invención.
La figura 8D es una gráfica que ilustra una
característica de un método para integrar caudales mediante la
determinación de una aproximación lineal entre valores medidos
obtenidos en dos temporizaciones de medición sucesivas usando la
sección de integración en el aparato de medición de caudales según
el ejemplo 5 de la presente invención.
La figura 9A es una gráfica que ilustra una
característica de variaciones temporales en un caudal de un aparato
de medición de caudales según el ejemplo 6 de la presente
invención.
La figura 9B es una gráfica que ilustra una
característica de un método para integrar caudales desde el final
de la última medición hasta la medición actual usando una sección de
integración en el aparato de medición de caudales según el ejemplo
6 de la presente invención.
La figura 9C es una gráfica que ilustra una
característica de un método para integrar caudales desde la medición
actual hasta el final de la medición posterior usando la sección de
integración en el aparato de medición de caudales según el ejemplo
6 de la presente invención.
La figura 9D es una gráfica que ilustra una
característica de un método para integrar caudales mediante la
determinación de una aproximación lineal entre valores medidos
obtenidos en dos temporizaciones de medición sucesivas usando la
sección de integración en el aparato de medición de caudales según
el ejemplo 6 de la presente invención.
La figura 10 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición de caudales según el ejemplo 7 de la presente
invención.
La figura 11 es un diagrama de bloques de un
sensor de flujo del aparato de medición de caudales según el
ejemplo 7 de la presente invención.
La figura 12 es un diagrama de bloques de un
aparato convencional de medición de caudales.
A continuación, en la presente memoria, se
describirán ejemplos de la presente invención haciendo referencia a
los dibujos.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición de caudales según el ejemplo 1 de la presente
invención. En la figura 1, un primer transductor 2 para transmitir
una onda ultrasónica y un segundo transductor 3 para recibir la
onda ultrasónica están dispuestos a lo largo de una dirección del
flujo en el curso de una vía de flujo del fluido 1. En la figura 1,
la referencia numérica 4 indica un circuito transmisor para el
primer transductor 2; la referencia numérica 5 indica un circuito
receptor para realizar el procesado de la señal de la onda
ultrasónica recibida por el segundo transductor 3; la referencia
numérica 6 indica una sección de repetición para provocar múltiples
repeticiones de la transmisión por parte del primer transductor 2 y
la recepción por parte del segundo transductor 3 después de que el
circuito receptor 5 detecte la onda ultrasónica; la referencia
numérica 7 indica una sección de fijación de resoluciones para fijar
el número de repeticiones de la transmisión y la recepción
provocadas por la sección 6 de repetición, es decir, una resolución
de la medición; la referencia numérica 8 indica una sección de
activación para dar instrucciones para un inicio de una medición
intermitente; la referencia numérica 9 indica una sección de
fijación de ciclos para fijar un ciclo de salida de la sección 8 de
activación; la referencia numérica 10 indica una sección de medición
para medir la duración de la propagación ultrasónica cuya
realización es provocada múltiples veces por la sección de
repetición; y la referencia numérica 11 indica una sección de
cálculo de caudales para determinar un caudal a partir de un valor
medido obtenido mediante la sección de medición 10. La referencia
numérica 12 indica una sección de control de medición para
controlar cada uno de los elementos indicados con las referencias
numéricas 2 a 11 e incluye una sección de medición regular 13 y una
sección de medición de búsqueda 14. La sección de medición regular
13 y la sección de medición de búsqueda 14 controlan operaciones de
medición mediante la fijación de valores numéricos en la sección de
fijación de resoluciones 7 y la sección de fijación de ciclos 9 de
acuerdo con métodos de medición regular y métodos de búsqueda, que
se describirán posteriormente. La referencia numérica 15 indica una
sección de integración para obtener un caudal integrado mediante la
integración de valores de caudal determinados por la sección de
cálculo de caudales 11.
A continuación, se describirán un funcionamiento
y un efecto del aparato de medición de caudales según el ejemplo 1
de la presente invención. Para cada espacio de un tiempo fijado a
partir de la sección de fijación de ciclos 9, la sección 8 de
activación da salida a una activación de inicio de medición a través
de la sección 6 de repetición hacia el circuito transmisor 4. Una
señal de onda ultrasónica transmitida por el primer transductor 2,
sensible a una señal de ráfaga enviada desde el circuito transmisor
4, se propaga a través de un flujo del fluido. La señal de onda
ultrasónica es recibida por el segundo transductor 3, y así es
detectada por el circuito receptor 5. Después de esto, el circuito
transmisor 4 transmite nuevamente una señal de ráfaga. La señal de
ráfaga se transmite a través del circuito transmisor 5 hacia el
circuito 6 de repetición. El circuito 6 de repetición repite este
ciclo el número de veces predeterminado por la sección de fijación
de resoluciones 7. La sección de medición 10 mide la duración de la
repetición del ciclo. Cuando la velocidad del sonido en un fluido
en reposo es c y una velocidad del flujo del fluido es v, una
velocidad de propagación de una onda ultrasónica que fluye en una
dirección de avance viene representada por (c + v). Una relación de
una distancia L entre los transductores 3 y 4, un ángulo \theta
formado por un eje de propagación de la onda ultrasónica con
respecto a un eje central de la tubería de fluido (vía de flujo del
fluido 1), y un tiempo t requerido para que la onda ultrasónica se
propague desde el primer transductor al segundo transductor viene
representada por:
... (1).t =
L/(c + vcos
\theta)
En este caso, t es un valor relativamente
pequeño, y resulta difícil obtener una resolución suficiente para
medir la propagación de la onda ultrasónica como un único fenómeno,
por consiguiente, se usa un método que repite múltiples veces la
transmisión y la recepción para obtener un valor medio. En el caso
en el que la transmisión y la recepción se repitan adecuadamente
varias veces n según una resolución de medición de la sección de
medición 10, se puede leer un valor medido T y el mismo se puede
representar mediante la expresión (2):
... (2).T = n x
L/(c + vcos
\theta)
La expresión (2) se transforma en:
... (3),V = (n
x L/T - c)/cos
\theta)
de tal manera que si L y \theta
son valores conocidos, la velocidad del flujo v se determina
midiendo T. A partir de esta velocidad del flujo, cuando un área de
sección transversal es S y un coeficiente de corrección es K, un
caudal Q viene representado
por:
... (4).Q =
KSv
Tal como puede observarse a partir de las
expresiones (3) y (4), se puede mejorar una resolución del caudal Q
incrementando el número de veces n de repetición. La sección de
cálculo de caudales 11 realiza procesos de cálculo representados
mediante las expresiones (3) y (4) usando el valor medido T obtenido
por la sección de medición 10 de manera que se determina un caudal
en el tiempo de muestreo. Para cada espacio de tiempo t_{a}
(segundos) fijado por y almacenado en la sección de fijación de
ciclos 9, el funcionamiento secuencial antes descrito, que se
inicia con la activación a la que da salida la sección 8 de
activación y finaliza con el proceso de cálculo por parte de la
sección de cálculo de caudales 11, se repite n_{a} veces fijadas
por y almacenadas en la sección de fijación de resoluciones 7 de
acuerdo con instrucciones de la sección de medición regular 13. Al
caudal obtenido con esta operación, se le denomina caudal medido.
Antes de que transcurra el ciclo t_{a} fijado por la sección de
fijación de ciclos 9, la sección de medición de búsqueda 14 obtiene
un caudal aproximado. Al caudal obtenido se le denomina caudal
estimado. Un procedimiento de obtención del caudal estimado es
básicamente el mismo que el realizado por la sección de medición
regular 13 excepto que la transmisión y la recepción se repiten un
número diferente de veces y se usa un ciclo de medición diferente.
Se realiza una medición de búsqueda con el fin de realizar una
estimación de un caudal durante un periodo de inactividad de una
sección de medición regular, y, por lo tanto, es necesario realizar
la medición de búsqueda en un ciclo que es más corto que el
correspondiente a la medición regular y para reducir el consumo de
energía mientras se disminuye ligeramente la precisión. Junto con
un incremento del número de veces de repeticiones, se incrementa el
consumo de energía. Por lo tanto, la medición de búsqueda se puede
repetir varias veces, que sean menos que el número de repeticiones
para la medición regular. La sección de fijación de ciclos 9 fija
el ciclo t_{b} para la medición de búsqueda y almacena este ciclo
en la misma. Comenzando con una salida de activación en el tiempo
de la medición regular, la sección 8 de activación da salida a una
activación después de cada transcurso del ciclo t_{b}
(<t_{a}). La sección de fijación de resoluciones 7 fija el
número de veces n_{b} (<n_{a}) que se repite la
transmisión/recepción para la medición de búsqueda y almacena este
número en la misma. Después de que la transmisión y la recepción se
repitan el número de veces n_{b} de repeticiones, la sección de
cálculo de caudales 11 obtiene un caudal estimado sobre la base de
un resultado de medición obtenido por la sección de medición
10.
Tal como se ha descrito anteriormente, las
variaciones del caudal se pueden detectar realizando la medición de
búsqueda, y, por lo tanto, se puede reducir la frecuencia del uso de
la medición regular. La energía eléctrica consumida por la medición
de búsqueda es pequeña y no hay necesidad de usar una sección
adicional de detección de caudales que tenga otra estructura, de
manera que se puede reducir el consumo de energía y se puede obtener
una medición de alta precisión.
La medición de búsqueda se realiza, de tal
manera que se reduzca el número de repeticiones en comparación con
el caso en el que se realiza la medición regular, y, por lo tanto,
la duración de la medición de búsqueda es menor que la de la
medición regular, realizándose la medición de búsqueda de una manera
considerablemente instantánea. Por lo tanto, por ejemplo, se pueden
detectar fluctuaciones en un caudal por impulsos provocadas por
fluctuaciones en una presión del fluido, y es posible incrementar la
sensibilidad de la medición a variaciones del caudal.
La figura 2 es una gráfica que ilustra una
característica de rendimiento de un funcionamiento de un aparato de
medición de caudales según el ejemplo 2 de la presente invención. La
figura 3 es una gráfica que ilustra otra característica de
rendimiento del mismo aparato de medición de caudales. Un
funcionamiento del aparato de medición de caudales según el ejemplo
2 de la presente invención es en su mayoría idéntico al del aparato
de medición de caudales ilustrado en la figura 1, y, por lo tanto,
se omitirá la descripción del mismo. El funcionamiento del aparato
de medición de caudales del ejemplo 2 difiere con respecto al del
aparato de medición de caudales del ejemplo 1 en que la sección de
control de medición 12 del ejemplo 2 cambia un ciclo de
funcionamiento y una resolución de la sección de medición regular
13 de acuerdo con un caudal medido por la sección de medición
regular 13.
Haciendo referencia a las figuras 1, 2 y 3, se
describirán a continuación el funcionamiento y un efecto del
aparato de medición de caudales del ejemplo 2. La sección de
medición regular 13 cambia un ciclo de medición regular de acuerdo
con un caudal actual, es decir, un caudal medido, obtenido por la
sección de medición regular 13 durante la última medición, o un
caudal medio correspondiente a las últimas mediciones, es decir, un
valor medio de caudales medidos obtenidos por la sección de
medición regular 13. Tal como se ilustra en la figura 2, un ciclo
de medición de la sección de medición regular 13 se prolonga durante
un periodo largo de tiempo cuando un caudal obtenido por la sección
de medición regular 13 se reduce. Es decir, en un área en el que un
valor absoluto de un caudal es pequeño, incluso si se produce una
ligera diferencia en un caudal, dicha diferencia no influye en un
caudal integrado completo. En tal caso, incluso cuando el caudal es
particularmente pequeño y el ciclo de medición regular se prolonga,
la sección de medición de búsqueda 14 puede detectar de forma
segura variaciones del caudal durante un periodo de inactividad de
la medición regular. Por consiguiente, en comparación con el caso
en el que no se realiza la medición de búsqueda, el ciclo de
medición regular se puede fijar de manera que se prolongue durante
un periodo largo de tiempo.
Tal como se ha descrito anteriormente,
realizando la medición de búsqueda, se pueden detectar variaciones
del caudal durante el periodo de inactividad de la medición regular,
y, en particular, cuando el caudal es pequeño, el ciclo de medición
se puede fijar de manera que se prolongue durante un periodo largo
de tiempo, de modo que se puede reducir la frecuencia de
funcionamiento, reduciéndose de este modo el consumo de energía.
El ciclo de medición de la sección de medición
regular 13 se puede cambiar de acuerdo con un caudal estimado,
obtenido por la sección de medición de búsqueda 14. En este caso, el
ciclo de medición requerido para la medición posterior del caudal
se predetermina de forma predictiva basándose en el caudal estimado.
Por consiguiente, incluso en el caso en el que el caudal es
particularmente pequeño y el ciclo de medición regular es largo,
cuando el caudal es elevado durante el periodo de inactividad de la
sección 14 de medición regular, el ciclo de medición regular se
puede acortar instantáneamente, y, por lo tanto, se pueden detectar
de forma más segura las variaciones del caudal.
Tal como se ha descrito anteriormente,
realizando la medición de búsqueda, se pueden predecir las
variaciones de caudal durante el periodo de inactividad de la
medición regular, y se puede cambiar el ciclo de medición regular,
y, por lo tanto, en particular, cuando el caudal es pequeño, se
puede reducir el consumo de energía y es posible incrementar la
sensibilidad de la medición a variaciones del caudal.
En el ejemplo 2, el ciclo de medición se cambia
gradualmente, aunque el cambio del ciclo de medición puede ser una
función continua, tal como una función lineal o una variación
inversa.
El número de repeticiones lo puede fijar una
sección 16 de determinación (figura 4) de manera que sea menor que
el ilustrado en la figura 3, es decir, una resolución de medición
para la medición regular se fija de manera que sea aproximada,
cuando se incrementa el caudal estimado obtenido por la sección de
medición de búsqueda 14. En un contador de gas para uso doméstico,
se requiere una precisión elevada de \pm 1 a 3% para un intervalo
de caudales en el que un valor máximo es aproximadamente diez mil
veces un valor mínimo. La resolución requerida difiere de acuerdo
con el caudal y se requiere una resolución más precisa cuando
disminuye el caudal. Por lo tanto, la resolución requerida se
predice basándose en el caudal estimado medido por la sección de
medición de búsqueda 14, y la resolución de medición para la
medición regular se fija de manera que sea menos precisa cuando el
caudal aumenta.
Tal como se ha descrito anteriormente,
realizando la medición de búsqueda, se pueden predecir las
variaciones del caudal, y, en particular, cuando el caudal es
elevado, la resolución de medición se fija de manera que sea
aproximada y se reduce una corriente de funcionamiento, y así se
puede reducir el consumo de energía.
En el ejemplo 2, la resolución de medición se
cambia gradualmente, aunque el cambio de la resolución de medición
puede ser una función continua, tal como una función lineal o una
variación inversa.
La figura 4 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición de caudales según el ejemplo 3 de la presente
invención. La figura 5 es un diagrama de temporización que ilustra
un funcionamiento del aparato de medición de caudales del ejemplo
3.
En la figura 4, los componentes similares a los
ilustrados en la figura 1 se indican con las mismas referencias
numéricas, y por lo tanto se emitirá una descripción detallada de
los mismos, y la siguiente descripción se centrará en componentes
que son diferentes a los ilustrados en la figura 1. La figura 4
difiere de la figura 1 en que la sección de control de medición 12
de la figura 4 incluye la sección 16 de determinación, que determina
el ciclo de medición de la sección de medición regular 13 basándose
en una diferencia entre un caudal estimado, obtenido por la sección
de medición de búsqueda 14, y un caudal medido, obtenido por la
sección de medición regular 13.
Haciendo referencia a las figuras 4 y 5, se
describirán a continuación un funcionamiento y un efecto del aparato
de medición de caudales del ejemplo 3. La sección de medición
regular 13 puede fijar el ciclo de medición en t_{i} segundos y
cambiar, según las circunstancias, el ciclo usando 2t_{i} segundos
como valor inicial. La sección de medición de búsqueda 14 fija el
ciclo de medición de búsqueda durante un periodo de inactividad de
la sección de medición regular 13 a t_{i} segundos. A
continuación, se describe un método para determinar el ciclo de
medición de la sección de medición regular 13. En la figura 5, los
tiempos t_{1} y t_{2} representan la temporización de medición
de la sección de medición regular 13. Los valores de caudal medidos
en los tiempos t_{1} y t_{2} son respectivamente Q_{1} y
Q_{2}. Los tiempos t_{11}, t_{12}, t_{13}, y t_{14}
representan la temporización de medición de la sección de medición
de búsqueda. El ciclo se prolonga durante t_{i} segundos y los
valores medidos del caudal estimado en los tiempos t_{11},
t_{12}, t_{13}, y t_{14} son respectivamente Q_{11},
Q_{12}, Q_{13} y Q_{14}.
En primer lugar, en el tiempo t_{1}, la
sección 16 de determinación almacena el caudal Q_{1} obtenido con
la medición regular. Aunque la temporización de la medición regular
posterior es t_{12}, que está a 2t_{i} segundos con respecto al
tiempo t_{1}, antes de la siguiente medición regular, la medición
de búsqueda se realiza en el tiempo t_{11}, que esta a t_{i}
segundos con respecto al tiempo t_{1}, de manera que se obtiene
Q_{11} como caudal estimado. En este momento, la sección 16 de
determinación obtiene una magnitud de una variación de caudal
\Delta (un valor absoluto) con respecto al último caudal Q_{1} y
un caudal estimado Q_{11} usando la siguiente expresión:
...
(5).\Delta = |Q_{11} -
Q_{1}|/Q_{1}
Como el valor absoluto de la magnitud de
variación es menor que una magnitud predeterminado de las
variaciones m y no se considera que hay variaciones significativas
del caudal, se anula una medición regular planificada inicialmente
en el tiempo t_{12} y la misma se vuelve a planificar en el tiempo
t_{13}. La medición de búsqueda se realiza nuevamente t_{i}
segundos más tarde, en el tiempo t_{12}. La determinación de un
caudal se realiza basándose en una magnitud de la variación entre
un caudal buscado Q_{12} obtenido mediante esta medición de
búsqueda y el caudal buscado Q_{1} de una manera similar a la
realizada en t_{11}. En este caso, las variaciones del caudal son
también pequeñas, y, por lo tanto, una medición regular planificada
en el tiempo t_{13} se retarda hasta el tiempo t_{14}.
Seguidamente, se repetirán operaciones de determinación similares y
si las variaciones del caudal son pequeñas, el ciclo de medición se
retardará sucesivamente. Si se determina que una magnitud de la
variación del caudal buscado Q_{14} con respecto al caudal de
medición Q_{1} es elevada en el tiempo t_{14}, la medición
regular se realiza t_{i} segundos más tarde en el tiempo
t_{2}.
Tal como se ha descrito anteriormente, cuando se
determina que las variaciones del caudal son pequeñas realizando la
medición de búsqueda, el ciclo de medición se fija, de tal manera
que se prolongue durante un periodo largo de tiempo, de manera que
se puede reducir la frecuencia de funcionamiento, y así se puede
reducir el consumo de energía.
En el ejemplo 3, aunque la determinación para
acortar el ciclo de medición regular se obtiene basándose en una
velocidad de las variaciones del caudal, la determinación se puede
obtener basándose en una magnitud absoluta. El valor determinado
puede ser diferente entre caudales diferentes.
La figura 6 es un diagrama de temporización que
ilustra un funcionamiento de un aparato de medición de caudales
según el ejemplo 4 de la presente invención.
Haciendo referencia a las figuras 4 y 6, se
describirán a continuación un funcionamiento y un efecto del aparato
de medición de caudales del ejemplo 4. En la figura 4, los
componentes descritos en el ejemplo 3 se indicarán con las mismas
referencias numéricas, y, por lo tanto, se emitirá una descripción
detallada de los mismos, y la siguiente descripción se centrará en
funciones que son diferentes con respecto a las descritas en el
ejemplo 3. La sección 16 de determinación cambia una resolución de
medición de la sección de medición regular 13 basándose en una
diferencia entre un caudal estimado, obtenido por la sección de
medición de búsqueda 14, y un caudal medido, obtenido por la
sección de medición regular. La sección de medición regular 13 puede
fijar el número de veces que se repite una medición, es decir, una
resolución medida, en una única repetición, y puede cambiar, según
las circunstancias, el número de veces que se repite una medición,
en donde un valor inicial del número de veces se fija a m. El ciclo
de medición se fija en 2t_{i} segundos. La sección de medición de
búsqueda 14 fija el número de veces que se repite la medición de
búsqueda durante un periodo de inactividad de la sección de
medición regular 13 a m/20 y fija el ciclo de la medición de
búsqueda a t_{i} segundos.
Haciendo referencia a la figura 6, se describirá
a continuación un método para determinar el ciclo de medición de la
sección de medición regular. En primer lugar, en el tiempo t_{1},
se obtiene el caudal Q_{1} con la medición regular. Aunque la
temporización de la medición regular posterior es t_{2}, que está
a 2t_{i} segundos con respecto al tiempo t_{1}, antes de la
siguiente medición regular, la medición de búsqueda se realiza en
el tiempo t_{11}, que está a t_{i} segundos con respecto al
tiempo t_{1}, de tal manera que se obtenga Q_{11} como caudal
estimado. En este tiempo, la sección 16 de determinación determina
variaciones del caudal a partir de Q_{1} y Q_{11} usando la
expresión (5). Cuando un valor absoluto de las variaciones del
caudal es menor que un valor predeterminado, no se considera que
existen variaciones significativas del caudal, y el número de veces
que se repite la medición regular en el tiempo t_{2} se
reinicializa a m/2, y, por lo tanto, la resolución de la medición
regular se reinicializa para degradarse en la mitad. La medición
regular se realiza en el tiempo t_{2}, que está a t_{i} segundos
con respecto a t_{11}, con el número de repeticiones m/2, de
manera que se obtiene el valor de caudal Q_{2}. La medición de
búsqueda se realiza t_{i} segundos más tarde, en el tiempo
t_{21}. La determinación de un caudal se realiza basándose en una
magnitud de la variación entre un caudal buscado Q_{21} obtenido
con esta medición de búsqueda y el caudal buscado Q_{2} de una
manera similar a la realizada en t_{11}. En este caso, las
variaciones del caudal son también pequeñas, y por lo tanto el
número de veces para repetir una medición regular subsiguiente
planificada en el tiempo t_{3} se fija a m/4. A continuación, se
repetirán operaciones de determinación similares y si las
variaciones del caudal son pequeñas, se reducirá el número de veces
que se repite la medición regular. No obstante, se determina una
resolución requerida de acuerdo con un intervalo particular de un
caudal. En el caso en el que una resolución requerida más baja sea
m/4 en las proximidades del caudal actual, incluso si una magnitud
de las variaciones del caudal es pequeña en el tiempo t_{4} ó más
tarde, no se reduce el número de repeticiones. Como las variaciones
en un caudal estimado Q_{41} en el tiempo t_{41} son grandes
con respecto al caudal Q_{4} en el tiempo t_{4}, el número de
veces que se repite una medición se reinicializa al valor inicial m
en el siguiente tiempo t_{5}. Cuando se producen variaciones del
caudal, la resolución de medición se fija adicionalmente de manera
que sea más precisa, y por lo tanto se incrementa la sensibilidad
de la medición a variaciones del caudal.
Tal como se ha descrito anteriormente, en el
caso en el que las variaciones del caudal obtenidas con la medición
de búsqueda sean pequeñas, fijando la resolución de medición de
manera que sea aproximada, se reduce una corriente de
funcionamiento, y por lo tanto se puede reducir el consumo de
potencia.
Por otra parte, en el caso en el que las
variaciones del caudal obtenidas con la medición de búsqueda sean
grandes, la resolución de medición se fija de manera que sea
precisa, y por lo tanto se incrementa la sensibilidad de la
medición a variaciones del caudal.
En el ejemplo 4, aunque la determinación de las
variaciones del caudal se obtiene basándose en una velocidad de
variaciones del caudal, la determinación se puede obtener basándose
en una magnitud absoluta. El valor determinado puede ser diferente
entre caudales diferentes.
La figura 7 es un diagrama de temporización que
ilustra un funcionamiento de un aparato de medición de caudales
según el ejemplo 5 de la presente invención. Las figuras 8A a 8D son
gráficas que ilustran cada una de ellas una característica de un
funcionamiento de la sección de integración. Haciendo referencia a
las figuras 4, 7, y 8A a 8D, se describirán un funcionamiento y un
efecto del aparato de medición de caudales del ejemplo 5. En la
figura 4, las funciones similares del aparato de medición de
caudales del ejemplo 5 a las descritas en los ejemplos 3 y 4 se
indican con las mismas referencias numéricas, y por lo tanto se
emitirá una descripción detallada de las mismas, y la siguiente
descripción se centrará en funciones que son diferentes con respecto
a las descritas en los ejemplos 3 y 4. Cuando un caudal estimado,
obtenido con la sección de medición de búsqueda 14, varía hasta un
nivel tal que supera un caudal medido, obtenido por la sección de
medición regular 13, en un valor preestablecido o mayor que el
valor preestablecido, la sección 16 de determinación acorta el ciclo
de medición regular fijado en la sección de fijación de ciclos 9 y
la sección de integración 15 obtiene un valor integrado del caudal
usando un caudal medido, obtenido por la sección 14 de medición
regular.
En la figura 7, los tiempos t_{1} y t_{2}
representan la temporización de una medición por la sección de
medición regular 13. El ciclo de medición regular se prolonga
durante T segundos, y los valores de caudal medidos en los tiempos
t_{1} y t_{2} son respectivamente Q_{1} y Q_{2}. Los tiempos
t_{11}, t_{12}, t_{13}, t_{21}, y t_{31} son la
temporización de una medición por parte de la sección de medición de
búsqueda, y el ciclo de la medición es T/4 segundos, y los valores
medidos del caudal estimado en los tiempos t_{11}, t_{12},
t_{13}, t_{21}, y t_{31} son respectivamente Q_{11},
Q_{12}, Q_{13}, Q_{21}, y Q_{31}. La sección 16 de
determinación almacena el valor de caudal Q_{1} en el tiempo
t_{1}, y a continuación obtiene, a partir de la expresión (5) una
magnitud de la variación entre el caudal Q_{1} y los caudales
estimados Q_{11}, Q_{12}, y Q_{13} obtenidos respectivamente
en los tiempos t_{11}, t_{12}, y t_{13}. En este caso, como
cualquier valor de la magnitud de variación obtenida es pequeño, una
medición regular posterior se realiza en el tiempo t_{2}, que
está a T segundos con respecto a t_{1}. En el tiempo t_{2}, la
sección 16 de determinación almacena el caudal medido Q_{2} de
una manera similar a la realizada en el tiempo t_{1}, y, en el
tiempo t_{21}, la sección 16 de determinación obtiene una magnitud
de la variación del caudal estimado Q_{21} con respecto a
Q_{2}. Como un valor de la magnitud de variación obtenida supera
el valor predeterminado m, la medición regular no se realiza en un
tiempo de medición regular original, es decir, en el tiempo
t_{3}', que está a T segundos con respecto al tiempo t_{2},
sino que se realiza en el tiempo t_{3} antes que el tiempo
t_{3}'. Después de que se obtenga un caudal en el tiempo t_{3}',
se determina, de acuerdo con la característica ilustrada en la
figura 2, el ciclo correspondiente a una medición regular estándar
fijada en la sección de fijación de ciclos 9. En la figura 7, el
ciclo de medición regular se fija nuevamente a T/2 segundos y la
medición regular subsiguiente se realiza en el tiempo t_{3}'.
Aunque se ha descrito en el ejemplo 5, haciendo referencia a la
figura 7, que el ciclo de medición regular estándar es variable de
acuerdo con el caudal medido, incluso si el ciclo de medición
regular estándar está fijado a un valor constante (T segundos) con
independencia del caudal medido, la temporización de la medición
subsiguiente se produce más tarde que el tiempo t_{3}'. Incluso
en un caso como este, la medición de búsqueda se realiza cada T/4
segundos, y, por lo tanto, si las variaciones del caudal son
elevadas en el tiempo t_{31}, sigue siendo posible acortar el
ciclo a menos de T segundos.
Tal como se ha descrito anteriormente, en el
caso en el que las variaciones del caudal obtenidas con la medición
de búsqueda sean elevadas, fijando un ciclo de medición corto, se
puede incrementar la sensibilidad de la medición a variaciones del
caudal.
En el ejemplo 5, aunque la determinación de las
variaciones del caudal se obtiene basándose en una velocidad de
variaciones del caudal, la determinación se puede obtener basándose
en una magnitud absoluta, el valor determinado puede ser diferente
entre caudales diferentes.
A continuación, se describe una operación de
integración de la sección 16 de integración. Como ejemplos
representativos de un método de integración para ser utilizado en
un caudalímetro que realiza operaciones intermitentes, se
proporcionan los siguientes tres casos:
- (a)
- el caso en el que un caudal inmediatamente antes de una pausa en un ciclo es continuo (figura 8B; el caso en el que un caudal entre los tiempos t_{1} y t_{2} en la figura 8A se considera como Q_{1});
- (b)
- el caso en el que un caudal después de una pausa en un ciclo es continuo (figura 8C; el caso en el que un caudal entre los tiempos t_{1} y t_{2} en la figura 8A se considera como Q_{2}); y
- (c)
- el caso en el que un caudal varía linealmente antes y después de una pausa en un ciclo (figura 8D; el caso en el que se considera que existen variaciones de caudal representadas por una línea recta que se prolonga desde Q_{1} a Q_{2} entre los tiempos t_{1} y t_{2} en la figura 8A).
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a las figuras 8B a 8D, se
describe el método de integración. En cada uno de los casos
descritos anteriormente, cuando no se realiza la medición de
búsqueda, un caudal obtenido por una medición que se realiza en un
ciclo de T segundos se compara con un caudal obtenido por una
medición de búsqueda que se realiza en un ciclo de T/4 segundos. En
la totalidad de los casos, no se integran caudales estimados,
obtenidos con la medición de búsqueda. En cada una de las figuras
8B a 8D, un área delimitada por las líneas continuas representa un
caudal integrado cuando se realiza la medición de búsqueda, y un
área delimitada por las líneas de trazos representa un caudal
integrado cuando no se realiza la medición de búsqueda. Comparando
un forma de onda de caudal ilustrada en la figura 8A con formas de
onda de caudales ilustradas en las figuras 8B a 8D, en la totalidad
de los casos ilustrados en las figuras 8B a 8D, la forma de onda de
caudal que representa el caso en el que se realiza la medición de
búsqueda refleja un caudal en las proximidades del tiempo t_{21},
en donde se detectan variaciones del caudal, de forma más exacta que
la forma de onda que representa el caso en el que no se realiza la
medición de búsqueda. Por lo tanto, el caudal integrado se puede
obtener de forma más precisa cuando la medición de búsqueda se
realiza de acuerdo con la presente invención. En este ejemplo, la
totalidad de los valores de caudal usados para la integración tienen
una precisión elevada ya que se obtienen por medio de la sección de
medición regular 13, y por lo tanto son fiables.
Tal como se ha descrito anteriormente, en el
caso en el que las variaciones de caudal obtenidas con la medición
de búsqueda son elevadas, integrando valores obtenidos con la
medición regular, se pueden obtener caudales integrados altamente
precisos.
Las figura 9A a 9D son unas gráficas que
ilustran cada una de ellas una característica de un funcionamiento
de una sección de integración según el ejemplo 6 de la presente
invención.
El ejemplo 6 es diferente del ejemplo 5 en que
la sección 16 de integración del ejemplo 6 obtiene un valor
integrado del caudal usando un caudal medido obtenido por la sección
14 de medición regular y un caudal estimado obtenido cuando se
detectan variaciones predeterminadas del caudal.
En el ejemplo 6, los componentes indicados con
la misma referencia numérica que en el ejemplo 5 tienen la misma
estructura, y, por lo tanto, se omitirá la descripción de los
mismos. De una manera similar a la del ejemplo 5, se describirá un
método integrado en relación con los tres casos (a) a (c) con
respecto a la figuras 9A a 9D. El ejemplo 6 es diferente del
ejemplo 5 en que, en la integración del flujo, se refleja un caudal
estimado Q_{21} en el tiempo t_{21} cuando se detectan
variaciones del caudal. En cada una de las figuras 9B a 9D, un área
delimitada por las líneas continuas representa un caudal integrado
cuando se realiza la medición de búsqueda, y un área delimitada por
las líneas de trazos representa un caudal integrado cuando no se
realiza la medición de búsqueda. Comparando una onda de caudal
ilustrada en la figura 9A con formas de onda de caudales ilustradas
en las figuras 9B a 9D, en la totalidad de los casos ilustrados en
las figuras 9B a 9D, la forma de onda de caudal que representa el
caso en el que se realiza la medición de búsqueda refleja un caudal
en las proximidades del tiempo t_{21}, en donde se detectan
variaciones del caudal, de forma más exacta que la forma de onda
que representa el caso en el que no se realiza la medición de
búsqueda. Por lo tanto, el caudal integrado se puede obtener de
manera más precisa cuando se realiza la medición de búsqueda. Las
variaciones de caudal en las proximidades del tiempo t_{21} se
representan de forma más minuciosa y se incrementa la sensibilidad
de la medición a variaciones del caudal.
Tal como se ha descrito anteriormente, en el
caso en el que las variaciones de caudal obtenidas con la medición
de búsqueda son elevadas, realizando la medición regular y la
integración, en un valor integrado se refleja un caudal estimado en
un punto de inicio de las variaciones, y, por lo tanto, se puede
obtener un caudal integrado de alta precisión con un método de
medición con alta sensibilidad a variaciones del caudal.
Aunque los ejemplos 1 a 6 han descrito aparatos
de medición de caudales de gas, se entiende que se pueden lograr
los mismos efectos en un aparato de medición de caudales de
líquido.
La figura 10 es un diagrama de bloques de un
aparato de medición de caudales según el ejemplo 7 de la presente
invención. La figura 11 es un diagrama de bloques de un sensor de
flujo del aparato de medición de caudales del ejemplo 7. En la
figura 10, la referencia numérica 21 indica un sensor de flujo; la
referencia numérica 22 indica una sección de control de fuente de
alimentación para controlar la fuente de alimentación eléctrica
hacia el sensor de flujo; la referencia numérica 7 indica una
sección de fijación de resoluciones para fijar la cantidad de
calor, es decir, una corriente que se introduce en el sensor 21 de
flujo; la referencia numérica 8 indica una sección de activación
para dar instrucciones para un inicio de una medición intermitente;
la referencia numérica 9 indica una sección de fijación de ciclos
para fijar un ciclo de salida de la sección 8 de activación; la
referencia numérica 10 indica una sección de medición para medir una
salida del sensor 21 de flujo; y la referencia numérica 11 indica
una sección de cálculo de caudales para obtener un caudal a partir
de un valor medido obtenido con la sección de medición 10. La
referencia numérica 12 indica una sección de control de medición
para controlar cada uno de los elementos indicados con las
referencias numéricas 2 a 11 e incluye una sección de medición
regular 13 y una sección de medición de búsqueda 14. La sección de
medición regular 13 y la sección de medición de búsqueda 14
controlan operaciones de medición mediante la fijación de valores
numéricos en la sección de fijación de resoluciones 7 y la sección
de fijación de ciclos 9 de acuerdo con métodos de medición regular
y de medición de búsqueda que se describen posteriormente. La
referencia numérica 15 indica una sección de integración para
obtener un caudal integrado mediante la integración de valores de
caudal obtenidos con la sección de cálculo de caudales 11.
A continuación, se describirá, haciendo
referencia a la figura 11, una estructura del sensor 21 de flujo.
El sensor 21 de flujo incluye un primer sensor 24 de temperatura y
un segundo sensor 25 de temperatura que se disponen en el lado de
aguas arriba y el lado de aguas abajo, respectivamente, de un
calentador 23 dispuesto en una vía del flujo de fluido. La sección
de medición 10 mide una diferencia de temperatura entre el primer
sensor 24 de temperatura y el segundo sensor 25 de temperatura, que
es provocada por un flujo del fluido.
A continuación, se describirán un funcionamiento
y un efecto del aparato de medición de caudales según el ejemplo 7.
Un caudalímetro térmico se acciona generalmente de una manera
intermitente ya que un calentador consume una gran cantidad de
energía eléctrica. Para cada transcurso de un tiempo fijado por la
sección de fijación de ciclos 9, la sección 8 de activación da
salida a una activación de inicio de medición hacia la sección 22
de control de fuente de alimentación, y simultáneamente, la sección
de fijación de resoluciones 7 fija una cantidad de calor
introducida en el calentador 23. La sección 22 de control de fuente
de alimentación controla un voltaje o corriente de electrificación
para suministrar calor, una cantidad del cual es fijada por la
sección de fijación de resoluciones 7, al calentador 23. Cuando la
cantidad de calor suministrada al calentador 23 es constante, una
diferencia de temperatura T es proporcional a un caudal másico en un
intervalo en el que el caudal es pequeño. Cuando se produce el
mismo caudal, incrementando la cantidad de calor suministrada al
calentador 23, se incrementa una diferencia de temperatura, de
manera que se mejora la resolución de medición del caudal. La
sección de cálculo de caudales 11 obtiene un valor de caudal
instantáneo multiplicando la diferencia de temperatura T, que se
mide con la sección de medición 10, por un coeficiente
correspondiente a la cantidad del calor de entrada, y multiplicando
adicionalmente el valor resultante por una constante proporcional.
La sección de medición regular 13 provoca el funcionamiento
secuencial antes descrito, que se inicia con la activación a la que
da salida la sección 8 de activación y finaliza con el proceso de
cálculo por parte de la sección de cálculo de caudales 11, que se
realizará introduciendo una cantidad de calor P_{a} fijada por y
almacenada en la sección de fijación de resoluciones 7 en el
calentador 23 para cada transcurso de tiempo t_{a} (segundos)
fijado por y almacenado en la sección de fijación de ciclos 9. Al
caudal obtenido con esta operación, se le denomina caudal medido.
Antes de que transcurra el ciclo t_{a} fijado por la sección de
fijación de ciclos 9, la sección de medición de búsqueda 14 obtiene
un caudal aproximado. Al caudal obtenido se le denomina caudal
estimado. Un procedimiento de obtención del caudal estimado es
básicamente el mismo que el realizado por la sección de medición
regular 13 excepto por la cantidad de calor introducida en el
calentador 23. La medición de búsqueda se realiza con el fin de
efectuar una estimación de un caudal durante un periodo de
inactividad de la sección de medición regular, y, por lo tanto, es
necesario realizar la medición de búsqueda en un ciclo que sea más
corto que el correspondiente a la medición regular y reducir el
consumo de energía mientras la precisión se puede disminuir
ligeramente. Junto con un incremento en la cantidad de calor a
introducir, se incrementa el consumo de energía. Por lo tanto, la
medición de búsqueda se puede realizar de tal manera que la
cantidad de calor introducido en el calentador 23 sea menor que la
cantidad de calor introducido en el calentador 23 cuando se realiza
la medición regular. La sección de fijación de ciclos 9 fija el
ciclo t_{b} para la medición de búsqueda y almacenes de ciclo.
Comenzando con una salida de activación en el tiempo de la medición
regular, la sección 8 de activación da salida a una activación en
cada transcurso del ciclo t_{b} (<t_{a}). La sección de
fijación de resoluciones 7 fija la cantidad de calor a introducir
P_{b} (<P_{a}) para la medición de búsqueda y almacena esta
cantidad. Después de que se introduzca dicha cantidad de calor en
el calentador, la sección de cálculo de caudales 11 obtiene un
caudal estimado basándose en un resultado de medición obtenido con
la sección de medición 10.
De una manera similar a la del caudalímetro de
ondas ultrasónicas descrito anteriormente, la energía eléctrica
consumida con la medición de búsqueda es pequeña y no existe la
necesidad de usar una sección adicional de detección de caudales
que presente otra estructura, de manera que se puede reducir el
consumo de la energía y se puede lograr una medición de alta
precisión.
La medición de búsqueda se realiza, de tal
manera que se reduzca la cantidad de calor introducida en un
calentador en comparación con el caso en el que se realiza la
medición regular, y, por lo tanto, la energía eléctrica consumida
por la medición de búsqueda es menor que la consumida por la
medición regular. De este modo, es posible incrementar la
durabilidad del calentador y la fiabilidad de un aparato de medición
de caudal térmico que incluya dicho calentador.
Tal como se pone de manifiesto a partir de la
descripción anterior, el aparato de medición de caudales de la
presente invención proporciona los siguientes efectos.
El aparato de medición de caudales de la
presente invención incluye una sección de medición de búsqueda para
obtener un caudal estimado en un ciclo más corto usando una
resolución menos precisa en comparación con una sección de la
medición regular. Se pueden detectar variaciones del caudal
realizando la medición de búsqueda, y, por lo tanto, se puede
reducir la frecuencia del uso de la medición regular. La energía
eléctrica consumida por la medición de búsqueda es pequeña y no
existe la necesidad de usar una sección adicional de detección de
caudales que presente otra estructura, de manera que se puede
reducir el consumo de energía y se puede lograr una medición de
alta precisión.
El aparato de medición de caudales de la
presente invención puede incluir una sección de medición regular
para obtener un caudal estimado en un ciclo más corto en comparación
con la sección de medición regular. Por otra parte, el número de
veces que se repite una medición de búsqueda es menor que el número
de veces que se repite una medición regular. En este caso, la
duración de la medición de búsqueda es menor que la de la medición
regular y la medición de búsqueda se realiza de una manera
considerablemente instantánea. Por lo tanto, por ejemplo, se pueden
detectar fluctuaciones en un caudal por impulsos provocadas por
fluctuaciones en una presión del fluido, y es posible incrementar
la sensibilidad de la medición a variaciones del caudal.
En el caso en el que, como sección de detección
de caudales, se use un sensor de flujo térmico, la medición de
búsqueda se realiza de tal manera que se reduce la cantidad de calor
consumido en comparación con el caso en el que se realiza la
medición regular, y por lo tanto es posible incrementar la
durabilidad de los hilos calientes del sensor de flujo térmico y la
fiabilidad de un aparato de medición de caudal térmico que incluya
dicho sensor de flujo térmico.
La sección de medición regular puede fijar un
ciclo de medición en la sección de fijación de ciclos de manera que
se prolongue durante un periodo largo de tiempo cuando se reduzca un
caudal medido. En este caso, realizando la medición de búsqueda, se
pueden detectar variaciones del caudal durante el periodo de
inactividad de la medición regular, y, en particular, cuando el
caudal es pequeño, el ciclo de medición se puede fijar de manera
que se prolongue durante un periodo largo de tiempo, de modo que se
puede reducir la frecuencia de funcionamiento, y por lo tanto se
puede reducir el consumo de energía.
La sección de medición regular puede fijar un
ciclo de medición en la sección de fijación de ciclos de manera que
se prolongue durante un periodo largo de tiempo cuando disminuya un
caudal estimado. En este caso, realizando la medición de búsqueda,
se pueden predecir las variaciones del caudal y se puede cambiar el
ciclo de medición regular, y, por lo tanto, en particular, cuando
el caudal es pequeño, se puede reducir el consumo de energía y es
posible incrementar la sensibilidad de la medición a variaciones del
caudal.
La sección de medición regular puede fijar una
resolución de medición en la sección de fijación de resoluciones
para que sea aproximada cuando se incrementa un caudal estimado. Se
pueden predecir variaciones del caudal realizando la medición de
búsqueda. En particular, cuando el caudal es elevado, la resolución
de medición se fija de manera que sea aproximada, de modo que se
reduce una corriente de funcionamiento. De este modo, se puede
reducir el consumo de energía.
Cuando una diferencia entre el caudal medido y
el caudal estimado es menor que un valor predeterminado, la sección
de medición regular puede fijar el ciclo de medición en la sección
de fijación de ciclos de manera que se prolongue durante un periodo
largo de tiempo. En este caso, realizando la medición de búsqueda,
cuando las variaciones del caudal son pequeñas, el ciclo de
medición se puede fijar de manera que se prolongue durante un
periodo largo de tiempo, de modo que se puede reducir la frecuencia
de funcionamiento, y, por lo tanto, se puede reducir el consumo de
energía.
Por otra parte, cuando una diferencia entre el
caudal medido y el caudal estimado es menor que un valor
predeterminado, la sección de medición regular puede fijar la
resolución de medición en la sección de fijación de resoluciones de
manera que sea aproximada. En este caso, realizando la medición de
búsqueda, cuando las variaciones del caudal son pequeñas, la
resolución de medición se puede fijar de manera que sea aproximada,
reduciéndose de este modo una corriente de funcionamiento. Por lo
tanto, se puede reducir el consumo de energía.
Cuando una diferencia entre el caudal medido y
el caudal estimado es igual a o mayor que un valor predeterminado,
la sección de medición regular puede fijar la resolución de medición
en la sección de fijación de resoluciones de manera que sea
precisa. En este caso, realizando la medición de búsqueda, cuando
las variaciones del caudal son elevadas, la resolución de medición
se puede fijar de manera que sea precisa, y, por lo tanto, se
incrementa la sensibilidad de la medición a variaciones del
caudal.
Por otra parte, cuando una diferencia entre el
caudal medido y el caudal estimado es igual a o mayor que un valor
predeterminado, la sección de medición regular puede fijar el ciclo
de medición en la sección de fijación de ciclos de manera que sea
corto. En este caso, realizando la medición de búsqueda, cuando las
variaciones del caudal son elevadas, el ciclo de medición se puede
fijar de manera que sea corto, y, por lo tanto, se incrementa la
sensibilidad de la medición a variaciones del caudal.
El aparato de medición de caudales de la
presente invención puede incluir además una sección de integración
para realizar un proceso de integración usando únicamente el caudal
medido. En el caso en el que las variaciones del caudal obtenidas
mediante la medición de búsqueda sean elevadas, se realiza la
medición regular y se integran valores obtenidos mediante la
medición regular. Por lo tanto, se puede obtener un caudal integrado
de alta precisión.
El aparato de medición de caudales de la
presente invención puede incluir además una sección de integración
para realizar un proceso de integración usando el caudal medido y un
caudal estimado, en el que una diferencia entre el caudal medido y
el caudal estimado es igual a o mayor que un valor predeterminado.
En el caso en el que las variaciones del caudal sean elevadas, se
realizan la medición regular y la integración, y un caudal estimado
en un punto de inicio de variaciones se refleja en un valor
integrado, y, se puede obtener, por lo tanto, un caudal integrado
de alta precisión con una sensibilidad elevada de la medición a
variaciones del caudal.
Claims (14)
1. Aparato de medición de caudales, que
comprende:
- una sección de detección de caudales (2-5) dispuesta en una vía de flujo del fluido (1);
- una sección de medición (10) para medir una salida de la sección de detección de caudales;
- una sección de fijación de ciclos (9) para fijar un ciclo de medición de la sección de detección de caudales; y
- una sección de cálculo de caudales (11) para calcular un caudal basándose en una salida de la sección de medición (10),
- caracterizado porque comprende además:
- una sección de fijación de resoluciones (7) para fijar una resolución de medición de la sección de medición; y
- una sección de control de medición (12) para controlar cada una de las secciones, en el que
- la sección de control de medición (12) incluye:
- una sección de medición regular (13) para fijar un valor predeterminado en la sección de fijación de ciclos (9) y la sección de fijación de resoluciones (7) con el fin de obtener un caudal medido sobre la base de un valor obtenido mediante la fijación; y
- una sección de medición de búsqueda (14) para fijar, en la sección de fijación de ciclos (9), un ciclo que sea más corto que el fijado por la sección de medición regular (13) durante un periodo de inactividad de la sección de medición regular y para fijar una resolución aproximada en la sección de fijación de resoluciones (7) con el fin de estimar un caudal durante un periodo de inactividad de la sección de medición regular sobre la base de un valor obtenido mediante la fijación.
2. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que:
- la sección de detección de caudales (2-5) incluye un primer transductor (2) para transmitir una señal de onda ultrasónica y un segundo transductor (3) para recibir la señal de onda ultrasónica;
- la sección de medición (10) repite una propagación de la onda ultrasónica entre el primer transductor (2) y el segundo transductor (3) para medir un tiempo acumulado de la propagación de la onda ultrasónica;
- la sección de fijación de ciclos (9) fija un ciclo de inicio de medición para el primer transductor y el segundo transductor; y
- la sección de fijación de resoluciones (7) fija el número de veces que se repite la propagación de la onda ultrasónica.
3. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1,
- en el que:
- la sección de detección de caudales (2-5) incluye un sensor de flujo térmico;
- la sección de medición (10) mide la salida de calor del sensor de flujo;
- la sección de fijación de ciclos (9) fija un ciclo de medición del sensor de flujo; y
- la sección de fijación de resoluciones (7) fija la cantidad de calor introducida en el sensor de flujo para fijar una resolución de medición de la sección de medición.
4. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que la sección de medición regular (13)
fija el ciclo de medición en la sección de fijación de ciclos (9),
de tal manera que se prolongue durante un periodo largo de tiempo
cuando se reduce el caudal medido.
5. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que la sección de medición regular (13)
fija el ciclo de medición en la sección de fijación de ciclos (9),
de tal manera que se prolongue durante un periodo largo de tiempo
cuando se reduce el caudal estimado.
\newpage
6. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que la sección de medición regular (13)
fija la resolución de medición en la sección de fijación de
resoluciones (7), de tal manera que sea aproximada cuando se
incrementa el caudal estimado.
7. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que cuando una diferencia entre el caudal
medido y el caudal estimado es menor que un valor predeterminado, la
sección de medición regular (13) fija el ciclo de medición en la
sección de fijación de ciclos (9), de tal manera que se prolongue
durante un periodo largo de tiempo.
8. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que cuando una diferencia entre el caudal
medido y el caudal estimado es menor que un valor predeterminado, la
sección de medición regular (13) fija la resolución de medición en
la sección de fijación de resoluciones (7), de manera que sea
aproximada.
9. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que cuando una diferencia entre el caudal
medido y el caudal estimado es igual o mayor que un valor
predeterminado, la sección de medición regular (13) fija la
resolución de medición en la sección de fijación de resoluciones
(7), de manera que sea precisa.
10. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que cuando una diferencia entre el caudal
medido y el caudal estimado es igual o mayor que un valor
predeterminado, la sección de medición regular (13) fija el ciclo
de medición en la sección de fijación de ciclos (9), de manera que
sea corto.
11. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 10, que comprende además una sección de integración
(15) para realizar un procesado de integración utilizando únicamente
el caudal medido.
12. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 10, que comprende además una sección de integración
(15) para realizar un procesado de integración utilizando el caudal
medido y un caudal estimado, en el que una diferencia entre el
caudal medido y el caudal estimado es igual o mayor que un valor
predeterminado.
13. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que la resolución fijada por la sección de
medición de búsqueda (14) en la sección de fijación de resoluciones
(7) es menos precisa que la fijada por la sección de medición
regular (13).
14. Aparato de medición de caudales según la
reivindicación 1, en el que la resolución fijada por la sección de
medición regular (13) en la sección de fijación de resoluciones (7)
es más precisa que la fijada por la sección de medición de búsqueda
(14), para medir un caudal altamente preciso sobre la base de un
valor obtenido mediante la fijación.
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