192647. lajstromszámú szabadalom • Forgóműves Reed-relés vízsebességmérő
192 647 2 A Hidrológiai gyakorlatban az áramló vízsebesség nagyságának a megállapítására különféle berendezések ismeretesek. A leggyakoribb megoldás a forgóműves műszerekkel való sebességmeghatározás. A forgóműves sebességmérők a víz áramlási energiáját forgó 5 mozgássá alakítják, s az időegység vagy a vizsgálati idő alatt végzett fordulatok mennyiségéből lehet — a műszerre jellemző érték figyelembevételével - az áramló víz sebességét meghatározni. A mérési gyakorlatban alkalmazott forgóműves sebességmérők a fordulat- 10 számlálást mechanikus (fogaskerék-rendszerrel működtetett), magnetodinamikus (mágnes lemezzel, mágneskoszorúval működtetett) kontaktusok, vagy optoelektronikus (fényjel-sorozattal működő) impulzusok segítségével végzik. Valamennyi megoldás 15 közös jellemzője, hogy az áramló víz sebességével arányos fordulatot egy csapágyazott forgórendszer biztosítja. A forgórendszer a műszertest belső terében helyezkedik el. Az áramló víz hatására — a sebességtől és a vízmagasságtól függő mértékben — a belső térbe, 20 amelyben kenőanyaggal ellátott csapágyakon futó tengely van elhelyezve, belehatol a víz és a vízben lévő finom szennyeződés. Ennek következtében a műszer használhatósága, pontossága és megbízhatósága nagymértékben csökken. A gyakorlatban használt forgó- 25 műves vízsebességmérő műszerek között a mágnessel vezérelt Reed-relés (vákuumcsöves kontaktoros) sebességmérők terjedtek el szélesebb körben. Ezeket az jellemzi, hogy a műszer csapágyazott, belső tengelyére szerelt Reed-relét és a relé fegyverzetétől egy adott 30 távolságban (általában szűk légréssel mozgatható) mágneslemezt tartalmaznak, a Reed-relé kivezetése pedig a belső térből egy alkalmasan választott villa mos csatlakozóval a műszer külső — álló — részéhez van vezetve. A Reed-relét működtető mágneslemez 35 minden esetben a csapágy-tengely körül végez forgást, de hasznos elmozdulás mindig egy körív mentén — a Reed-relé szélességi méretétől függő mértékben - következik be. A kapcsolóelem üzembiztos működése megköveteli a működtető mágneslemeztől való minél 40 kisebb távolságban történő relé-elhelyezést. Igya forgóműves vízsebességmérő műszer álló és forgórésze között csak nagyon kis légrés engedhető meg. E kis légrés azonban könnyen eltömődik (a már kifejtettek szerint) a műszer belső terébe kerülő szennyeződés ha- 45 tására. A légrés eltömődése a forgórész befeszülésével jár együtt, a befeszülés pedig a mérési pontosság, e felbontóképesség, és az üzembiztonság csökkenését eredményezi. Az eddigi hátrányokon belül azonban van egy to- 50 vábbi jelentős méréstechnikai hátránya is a Reed-relés, forgóműves vízsebességmérőknek. Ez abból fakad, hogy a műszer hossztengelyével párhuzamosan elhelyezett Reed-relé és a légrésnyi távolságban elhelyezett íves elfordulású mágneslemez széles felületén, és 55 teljes hatásával fékezi a forgórészt. Ez a fékező hatás - különösen kis áramlási sebességeknél - jelentős, így alacsony mérési tartományban a műszer hibája igen számottevő. Ez a mérési hiba a felbontóképességet is hátrányosan befolyásolja. 60 Mindezek következtében a gyakorlat igényelte a felbontóképesség, a mérési hiba, a mérési üzembiztonság és az alkalmazástechnika terén egyaránt kedvező jellemzőkkel rendelkező vízsebességmérőt. F./ek szem előtt tartásával dolgoztak ki olyan mcgoldáso- 65 kát, amelyekkel egy-egy paraméter ugyan előnyösebbé vált, de más paraméterét tekintve vagy nem változott a műszer, vagy pedig romlottak a jellemzői. A felbontóképességet például fokozták a két vagy több mágneslemezes elrendezésű Reed-relés műszer elrendezések, azonban a mérési hiba csökkentése ezzel nem következett be, sőt a nagyobb fékező hatások következtében növekedett is, s ezzel a nagyobb áramlási sebességek irányába is eltolódott a hiba. Ugyanakkor a kis légrés okozta alkalmazástechnikai problémák változatlanul megmaradtak. Egy másik megoldásnál a vákuumcsöves kapcsolóelem helyett forgótárcsás jeladót építettek a műszer belső terébe, amely forgótárcsa meghatározott számú furattal készült. A műszer belső terébe ezután optikai jeladó (látható, vagy nem látható fényforrás, LED) került, amelynek a jelét a furattal ellátott forgó tárcsa szaggatta. E megoldással a felbontóképesség nagymértékben fokozhatóvá vált, a jeladó okozta fékezőnyomaték nem keletkezett, s így a mérési hiba jelentősen csökkenthetővé vált, azonban a jeladáshoz (és jelérzékeléshez) külön kellett gondoskodni a segédenergiáról, illetve segédenergiaforrásról, annak a műszer belsejébe való bejuttatásáról. (Nem a segédenergia nagyságáról, hiszen juW-okról van szó, hanem annak a műszer belső terébe való üzembiztos és alkalmazástechnikailag megfelelő bejuttatásáról). E nehézségen túl azonban jelentős gondot jelentett, — nagyvízi mérések esetén különösen -, hogy a niűszer belső terébe üzemszerűen bekerülő víz és az azzal együttjáró finom szennyeződés a jeladó tárcsa furataiba a felületi feszültség következtében (hártya formájában — de gyakran lerakódva is — bejutott, és így a beépített fényforrás folyamatos jelét nem tudta szaggatni. így az egyébként számos előnyös résztulajdonsaggal rendelkező optoelektronikus vízsebességmérő műszer a megbízhatóság és üzembiztonság terén a gyakorlatban fogyatékos marad. A találmány célja az ismert forgóműves Reed-relés vízsebességmérők mérés- és alkalmazástechnikai hátrányának kiküszöbölése, a szennyeződések behatolásának megakadályozása, a műszer érzékenységét, a mérési hibát fokozó fékezőnyomaték csökkentése. A találmány szerinti vízsebességmérő azon a kettős felismerésen alapszik, hogy az áramló víznek és a lebegő (finom) szennyeződésnek a nyomás és a vízsebesség hatására a műszer belső terébe történő kényszerű behatolása meggátolható, ha a belső tér nyomását a külső tér nyomásától függően, automatikusan szabályozva választjuk meg, továbbá az impulzusadó elemet kis felületű, nagy légréssel rendelkező — és így csökkentett mérvű fékezőnyomatékot eredményező - módon a műszerteslen kívül és keresztirányú elrendezéssel alakítjuk ki. A találmány szerinti vízsebességmérő lényege, hogy a zárt olajterű műszerház belső teréhez átömlő nyílással csatlakozó - a külső vízmagasságtól függő belső olaj térnyom ást biztosító - rugalmas (pl. membrán) vagy elmozduló (pl. dugattyú) eleme van. A rugalmas elem a műszerház legmélyebb (alsó) részén van elhelyezve, így a belső műszertér nyomása - a sebességtől is függő nyomások figyelembevételével - biztosítja a külső-belső nyomáskiegyenlítést, tehát megszünteti a víz és szennyeződések behatolását. Vilor-
