186482. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és készülék folyékonyv, v. gáznemű közegek áramlási sebességének, egyben mennyiségének mérésére, illetve szabályozására
3 186482 4 A találmány tárgya olyan mérési eljárás, és ennek foganatosítására olyan készülék, amely alkalmas zárt csatornában (előnyösen csővezetékben) áramló folyékony v. gáznemű közeg áramlási sebességének (akár térfogatsebesség, akár tömegáramlási sebesség, akár az ezekkel összefüggésben álló közeg-mozgás sebessége) villamos jellé való átalakítás útján történő mérésére, illetve az áramlás elektromos szabályzórendszeren keresztül való vezérlésére (pl. legegyszerűbb esetben időben konstans értéken tartására). A mérési elv egyszerű, alacsony költségű, megfelelően pontos készülék kialakítását teszi lehetővé. Ilyen igények a legkülönbözőbb műszaki területeken fellépnek, mint például ipari folyamatok szabályzása, automatizálása, másrészt pl. egyszerű áramlásmérő berendezésekre legújabban a gépjárművek közvetlen-mutatós fogyasztásmérőiként is szükség van. Áramlások mérésére rendkívül sok megoldás létezik. Ezek egy részénél azt az elvet használják ki, hogy egy függőleges felfelé táguló csőben egy az áramló közegnél nagyobb fajsúlyú anyagból készült hengeres test az áramlásnak megfelelő magasságba emelkedik. (Rotaméter-elv.) A 17 34 13 lajstromszámú magyar szabadalom szerint ez a csőben elmozduló hengeres test egy tekercs impedanciáját változtatja. E megoldásnál az áramlások közbeni turbulenciák miatt és más elektromos szempontok miatt is nehéz az áramlás és az impedanciaváltozás közötti lineáris kapcsolatot biztosítani. A megoldás erős érzékenységet mutat helyzetváltozásokkal szemben is. Pontos, ezzel szemben költséges megoldást ismertet a 24 29 822 lajstromszámú német szövetségi köztársaságbeli szabadalom. Ez a Doppler-effektust felhasználva ultrahangos adó-vevő rendszerrel mér. Ennek elsősorban a költségessége hátrányos. A létező megoldások nagy csoportjánál termikus hatások alapján történik a mérés. Ennek legáltalánosabb elve, hogy az áramló közeget az áramlás egy szakaszában melegítik, majd egy későbbi szakaszban a felmelegedett áramló közeg hőt veszít. Ez utóbbi szakaszban két különböző helyen mérve a közeg hőmérsékletét, ebből az áramlás sebességére lehet következtetni. E megoldások tipikus képviselői a 16 48 008, a 23 50 848, a 27 08 564 lajstromszámú német szövetségi köztársaságbeli, valamint pl. az 1 489 874 és a 14 14 112 lajstromszámú angol szabadalmak. E megoldások általában három fő hátránnyal rendelkeznek. Először : A széles határok között változó környezeti hőmérséklet hatása ellen csak költséges és kényes kiegészítő berendezésekkel védhetők. Másodszor : A melegítés és hőelvonás szakaszában a hőátadási viszonyok teljesen invariáns értéken tartása szinte megoldhatatlan az adott problémakörön belül. Harmadszor: A megoldások működésében a különféle termikus időállandók is zavarólag hatnak. Létezik egy olyan megoldás is, amelyben az áramlás nyomáskülönbséget létesít egy rugalmas mágneses anyagból készült membrán két oldala között, melynek hatására a membrán egy tekercshez közeledvén megváltoztatja annak impedanciáját. A megoldást a 24 42 155 lajstromszámú német szövetségi köztársaságbeli szabadalom írja le. Ennek hátránya, hogy széles nyomástartományban még megközelítően sem adódik lineáris kapcsolat az áramlás és az impedancíaváltozás között. Emellett kényes finommechanikai elemeket tartalmaz. Más megoldások kis adagokban továbbítják a mérendő közeget, é: az adagok gyakoriságát számolják. Egy erőmérő-cellás megoldást írnak le a 17 47 98 lajstromszámú magyar szabadalomban. Ezek a megoldások kis mennyiségek adagolásánál válnak pontatlanná, amellett, hogy eleve szakaszos a működésük. Elektromosan vezetőképes közegek áramlásának mérésére léteznek olyan megoldások, amelyek a mágneses tér jelenlétében az áramlás hatására keletkező potenciálkülönbség mérésén alapulnak. Egy ilyen megoldást ismertet a 22 12 334 lajstromszámú német szövetségi köztársaságbeli szabadalom. A legfőbb hátrány ez esetben az, hogy a módszer csak vezetőképes közegek áramlásának mérésére alkalmas. Az áramló közeg által mozgásba hozott testek segítségével többféle áramlásmérőt készítettek. Ezek egy csoportja a turbina elvet hasznosítja, mint például a W 081/004 53 Int. Publ. Nr. alatt közzétett angol megoldás. Ennél a turbinalapátok megfelelő kiképzésével csökkenteni igyekeznek a turbinakerék áramlást zavaró hatását, ez azonban mégis mérési hibákhoz vezet. Az áramlás útjába tett rugalmas nyelvnek az örvénylés okozta rezgési frekvenciájából következtet az áramlási sebességre a WO 80/00 186 Int. Publ. Nr. alatt ismertetett amerikai szabadalom. A megoldás feltehetően igen érzékeny a rezgő nyelv által, annak nyugalmi helyzetében szabadon hagyott áramlási keresztmetszetre, az esetleges lerakódásokra, a rezgő nyelv tömegére, rugalmassági együtthatójára stb. A mérés pontossága, linearitása, hosszú idejű stabilitása várhatóan kicsi. Vezetékbe periodikusan injektált légbuborék sodródási sebességét méri a 20 22 396 lajstromszámú német szövetségi köztársaságbeli szabadalom szerinti készülék. Ennek hátránya, hogy a megfigyelésre szolgáló vezetékszakasznak igen pontosan vízszintesnek kell lennie, valamint a buborék eltávolításáról is gondoskodni kell. Egy alkalmas geometriájú csővezeték szakaszban kényszerpályán keringő műanyaggolyó keringési frekvenciájából állapítják meg az áramlás intenzitását a 20 30 795 lajstromszámú német szövetségi köztársaságbeli szabadalom szerint. Itt a golyó és a kényszerpályát biztosító vezetékszakasz fala közötti súrlódási erő vezethet jelentős mérési hibákhoz. A Venturi-cső elvének felhasználásával mér a 16 48 173 lajstromszámú német szövetségi köztársaságbeli szabadalom szerint készített áramlásmérő. A megoldás Bernoulli törvényére épül, de nem számol azzal, hogy a különböző keresztmetszetű csővezeték-szakaszokban az áramlási sebesség radiális eloszlása más, és általában sebességfüggő is. Mivel pedig a készülék által érzékelt hidrodinamikai nyomáscsökkenés az áramlási sebesség négyzetével arányos, az ilyen készülék csak bizonyos, és az áramlástól függő nagyságú hibával közelít egy az áramlás négyzetével arányos karakterisztikájú áramlás-nyomás átalakítót. A megoldás hátránya tehát a nem lineáris átalakítási karakterisztika, és az áramlás intenzitásától függő mérési hiba. További hátrány, hogy nem keletkezik az áramlásra utaló nagyságú elektromos jel, amely a modem alkalmazások alapvető feltétele. Gépjárművek üzemanyag-fogyasztásának mérésére 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
