188865. lajstromszámú szabadalom • Berendezés áramló közegek térfogatsebességének mérésére
1 188 865 2 A találmány tárgya berendezés áramló közegek térfogatsebességének mérésére oly módon, hogy a berendezésnek be- és kiömlő csonkja, cellatestje, tartóeleme, perdítőeleme, a perditőelem és a kiömlőcsonk közötti körgyűrű alakú pályán az áramló közeggel együtt körkörös mozgást végző érzékelő eszköze van. A berendezésen átömlő áramló közeg mozgását az érzékelő eszköz, célszerűen golyó által adott impulzus kimenőjelek teszik detektálhatóvá, amely jelek átalakítva a közeg térfogatsebességét adják meg. A találmány alkalmazási területe rendkívül széles körű. Példaképpen megjelöljük a gépjárművek, repülőgépek, hajók üzemanyag fogyasztásának mérését, vegyipari üzemek technológiáinak korszerűsítését. Mielőtt bemutatjuk találmányunkat, ismertetjük a vonatkozó technika helyzetét. Csővezetékben áramló fluidumok mérésére a műszaki gyakorlat számos különböző elven működő mérőműszert ismer. (Csordás Zoltán : Mennyiség és áramlásmérés ipari folyamatok műszerezése MK 1966 Bp. p. 312 — 448; Paul Harrison: Flow Measurment. Chem. Eng. 1980. p. 97— 104; Alfons Schröder: Durchfrussmesstechnik 1979. 4. p. Í45 — 149). A teljesség igénye nélkül az alábbiakban felsoroljuk az elterjedten alkalmazott főbb műszercsaládokat. 1. A nyomáskülönbség elvén működnek a mérőperemek, a Venturi- és Pitot- csöves műszerek, mérőfúvókák, ill. mérőkönyökök. Közös tulajdonságuk: a szűkületnél, ill. irányváltozásnál az áramlással négyzetes összefüggés szerint változó nyomásesés keletkezik, és ez a nyomáskülönbség a hasznos információ hordozója. 2. A változó keresztmetszetű mérők (rotaméterek) esetében kúpos csőben lebegő úszó magassági elhelyezkedése indikálja a mérendő mennyiséget. 3. A kiszorítás elvén működő műszerek számos változata ismert. Ilyenek például: a dugattyús, forgódugattyús, bolygótárcsás, oválkerekes, száraz- és nedves- gázmérők stb. Működésük lényeges mozzanata: az áramló fluidumot ismert nagyságú adagokra osztják (kvantálják), és ezeket megszámlálják. 4. Turbinás áramlásmérők esetében a csővezetékben áramló közeg sebességével arányos fordulatszámmal forog a járókerék, a mérő kimenetén pedig a forgással arányos frekvenciájú impulzussorozat jelenik meg. 5. Az ütközés elvén működő mérő az áramló közegbe helyezett testre ható dinamikus erőt (impulzust) méri, karakterisztikája ezért a sebesség négyzetével arányosan nő. 6. A mágneses elven működő mérők villamosán vezetőképes folyadékok esetében az indukciós törvényt hasznosítják. Az áramlás sebességével arányos villamos kimenőjelet szolgáltatnak. 7. Ultrahangos (akusztikus) áramlásmérők egyik fő csoportja (az impulzus típusú) az áthaladási idő változását méri, a másik (Doppler elvű) a frekvencia eltolódását méri és ezen adatokból származtatja az áramlásra jellemző mérőszámot. 8. Az ún. tömegáram mérők csoportjába tartoznak a termikus elven működő és a Coriolis effektust hasznosító különböző mérők. 9. Az oszcillációs áramlásmérők több tipusa ismert. Egyik az ún. „bluff body” keltette örvényszórás, a másik a Coanda effektust hasznosító fluid változat, a harmadik az örvényprecessziós típus. Berendezésünk a fenti felosztás szerint a 4. családba sorolt turbinás áramlásmérők kategóriájával látszik leginkább rokoníthatónak és hasonlítanak egymásra, hogy mindkét berendezésben az áramlással arányos forgó mozgás keletkezik, és ezt a fordulatszámot teszik különféle módon érzékelhetővé. Ezért csak a turbinás áramlásmérők kritikájával foglalkoznak. A turbinás áramlásmérők hátránya, hogy a berendezés alkatrészeit, főleg a járókereket nagyon pontosan, precízen kell kimunkálni. További hátránya az, hogy igen kényes a csapágyazásra. Üzemelés oldaláról közelítve, a turbina csak teljesen tiszta közegek mérésére alkalmazható, tehát a közegeket a turbinára való eresztés eiőtt meg kell tisztítani. Kicsi, 10-20 1/h méréstartományban dolgozó turbinák előállítása technikailag már nagy nehézségekbe ütközik. Találmányunk célja olyan egyszerű szerkezeti felépítésű, megbízhatóan működő, olcsó anyagokból előállítható, nem korrodeáló berendezés előállítása, amely nem érzékeny a szállított közeg mechanikai szennyeződéseire, vibráció, rázások, ütések elviselésére képes és 1 1/h teljesítmény alatt is pontosan működik. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy ha valamely áramló közeget valamilyen úton körpályára vezetünk, ott a közeg mozgását a körpályába beépített golyó mozgásával — amelyet a közeg mozgat — pontosan nyomon tudjuk követni és az áramlási sebességet pontosan meg tudjuk adni. A találmány szerinti berendezés, az áramlásmérő cella lényeges eleme egy körkörös mozgást végző érzékelő eszköz, azaz egy golyó, amely a mérendő közeg térfogatsebességével arányos sebességgel kering körgyűrű (tórusz) vagy ahhoz hasonló alakú pályán. A golyó az egyetlen mozgó alkatrész a mérőcellában. Feladata az áramlási sebesség mérhetővé tétele. A golyó körkörös mozgási pályája egy vagy több pontján érzékelő detektálja a golyó jelenlétét vagy hiányát. Az érzékelés különböző elveken történhet, célszerűen villamos úton. Erre pár példa: optikai, mágneses, nagyfrekvenciás, izotópos stb. Az érzékelő az áramlási sebességgel egyenes arányban változó gyakoriságú (frekvenciájú) impulzus kimenőjelet szolgáltat. Az impulzusfrekvencia kimenet egyszerű, olcsó eszközökkel átalakítható akár analóg, akár digitális jelekké. Alkalmas elektronikus egységekkel minden a mennyiségméréssel kapcsolatos feladat (pl. pillanatérték mérés, integrálás, regisztrálás, jelzés, szabályozás, adagolás stb.) könnyen megoldható. A golyót pályáján a mérendő közeg készteti mozgásra. A pálya célszerűen vízszintes síkban helye5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6C 65 2
