NL8400089A - Stromingsmeter. - Google Patents

Description

« . Λ _ * , -1- 23665/CV/ta

Korte aanduiding: Stromingsmeter.

Het gebied van de techniek waarop de onderhavige uitvinding betrekking heeft omvat het gebied van drukverschilmeting en beproevingsin-5 richtingen, stromingsmeters en leidingsbeperkingen.

In de techniek zijn een groot aantal stromingsmeters ontwikkeld, waarbij een manometer of andere inrichting is verbonden over de beide zijden van een stroraingsbeperkingsinrichting.

Massastromingsinstrumenten meten de stromingssnelheid van een 10 fluïdum niet door rechtstreeks het drukverschil over een beperkingsor-gaan te bepalen, maar door de feitelijke stroming van een klein gedeelte van het fluïdum te meten. Dergelijke toepassingen vereisen dat de stroming van het fluïdum wordt verdeeld in twee of meer banen met een nauwkeurige verhouding gehandhaafd tussen de afzonderlijke stromingsbaanhoeveelheden.

15 Massastroomdetectie is een middel voor het meten van de gewichts- stroomwaarde van een gas. Regeling van massastroming is hetzelfde als het regelen van de stroming van moleculen, aangezien gelijke volumes van ideale gassen onder dergelijke omstandigheden hetzelfde aantal moleculen bevatten. In tegenstelling daarmede moet volumetrische stromingsmeting en 20 regeling worden gecorrigeerd voor plaatselijke temperatuur- en drukomstandigheden teneinde de moleculaire stroming te bepalen.

In een gebruikelijke massastromingsmeter wordt een zeer klein percentage van de stroming omgeleid in een meet- of sensorgedeelte. Dit percentage kan wel zo klein zijn als een deel op 40.000 en de meetsectie 25 is gebruikelijk een zeer dunne buisvormige leiding, welke aanzienlijk langer is dan zijn diameter, zodat laminaire stroming door de leiding heerst. Gedurende laminaire stroming van een fluïdum is de stromingssnelheid rechtstreeks evenredig aan de drukval en omgekeerd evenredig aan de viscositeit. In tegenstelling daarmede is tijdens turbulente stroming 30 de stromingssnelheid evenredig aan de vierkantswortel van de drukval en in grote mate onafhankelijk van viscositeit. Dientengevolge is het bij het ontwerp van een raassastromingsinstrument belangrijk omstandigheden te scheppen, welke laminaire stroming in iedere baan waarborgen.

Het ómloopverbindingssamenstel of primaire fluldumbaan deelt de 35 gasstroom nauwkeurig, waarbij een monster van gas wordt gevoerd door de sensor en de laminaire stroming van het overblijvende gas door het instrument mogelijk maakt. Het ómloopverbindingssamenstel omvat in het algemeen een aantal dicht nabij elkaar gelegen fluldiandoortochten, waarbij iedere doortocht een effectieve diameter heeft, welke voldoende klein is om lami- 8400089 £ ‘ * -2- 23665/CV/ts naire fluïdumstroming te waarborgen. Bijvoorbeeld worden een aantal fijnmazige sehermschijven op elkaar gestapeld voor het verkrijgen van een gewenste drukdaling door het vormen van een aantal langgestrekte continue kanalen, die worden begrensd door het schermmateriaal.

5 Alternatief is schermmateriaal spiraalvormig gewonden om een doorn en in zijn gewonden vorm vastgezet voor het vormen van kanalen tussen de spiraalvormige lagen. Laminaire stroming kan ook worden gewaarborgd door een of meer nabij elkaar opgestelde schijven te gebruiken als stromings-beperkxngsorgaan, waarbij ieder van de schijven kanalen heeft gevormd van 10 zijn omtrek naar een opening door tegenover elkaar gelegen zijden van de schijf. Het fluïdum wordt gericht naar de omtrek van de schijf en door de leidingen getransporteerd naar de opening, waardoor een langgestrekt kanaal wordt gevormd met een voldoend grote lengte tot diameterverhouding om laminaire stroming van het fluïdum te waarborgen.

15 Massastroominstrumenten meten nauwkeurig en betrouwbaar en regelen massastroomwaarden van gassen van onder 5 standaard kubieke centimeter per minuut (SCCM) tot ongeveer 500 standaard liter per minuut (sim) zonder de noodzaak voor druk of temperatuurcorrecties. De stroommeetsectie of sensor-samenstel kan zijn voorzien van een buis of leiding uitwendig omwonden met 20 twee verwarmde weerstandthermometers voor het meten van de gasstroom. In een bepaald massastroominstrument neemt bijvoorbeeld een brugcircuit het temperatuurverschil waar en ontwikkelt een lineair uitgangssignaal van 0 tot ongeveer 5 vdc evenredig aan de gasstroomwaarde over het gecalibreer- · de gebied. In een massastroomregelorgaan wordt het signaal vergeleken met 25 een commandospanning van een potentiometer of spanningsbron.'Deze vergelijking wekt een foutsignaal op, dat de klepopening wijzigt, daarbij de stro-mingswaarde veranderend totdat een ingesteld punt is bereikt. Een terugvoe-dingscircuit geeft dynamische compensatie voor optimale stabiliteit en reactie. Teneinde de optimale calibrering van het massastroominstrument 30 te handhaven, moet de stromingswaarde door de sensorleiding worden gehandhaafd binnen het gebied van laminaire stroming teneinde een lineair uitgangssignaal te verkrijgen over de stroomwaarde van de gehele schaal, dat wil zeggen 0 tot 5 vdc met betrekking tot de hierboven beschreven sensor.

De hierboven beschreven omloopverbindingssamenstellen voorzien 35 in laminaire stroming in de primaire fluldumbaan van het massastroomele-ment en maken de nauwkeurige en betrouwbare meting en regeling van ...de massastroomwaarden door dergelijke instrumenten binnen bepaalde gebieden mogelijk. Indien echter de output van het sensorsamenstel afhankelijk is van de waarde van fluïdumstroming daardoor en dus van de drukval over het 8400039 « * -3- 23665/CV/ts omloopverbindingsbeperkingsorgaan kan de stromingsverhouding, dat wil zeggen de hoeveelheid fluïdum gevoerd door de omloopverbindingssectie in verhouding tot de meetsectie, slechts worden gewijzigd door het stromings-beperkingsorgaan in het ooloopverbindingssamenstel te vervangen teneinde 5 een groter of kleiner volume van fluïdum toe te staan over een drukval, welke de optimale sensorstroming handhaaft. Dat wil zeggen, dat indien eenmaal het instrument is gecalibreerd om te reageren op een bepaald sensorstromingsgebied, de totale stroming door het instrument niet aanzienlijk kan worden gevarieerd door de ingangsdruk van het fluïdum te wijzigen 10 daar de drukvariaties zullen veroorzaken, dat de sensorstroming gaat voorbij de gecalibreerde grenzen, dat wil zeggen voorbij het laminaire stro-mingsgebied van de sensorbuis.

In het verleden is de stromingsverhouding dan ook gewijzigd door vervanging van vervangbare laminaire stroming vormende elementen met ge-15 wijzigde kanaal- of doortochtaftaetingen, welke een verschillende primaire stromingswaarde toestaan onder het handhaven van een althans nagenoeg gelijke drukval. Daar dergelijke vervangbare elementen echter demontage van het omloopverbindingsstromingsbeperkingsorgaan vereisen, is het een wens geweest een instelbare laminair stromingsomloopsamenstel te verkrijgen, 20 welke de continue afstelling van stromingsverhouding mogelijk maakt, zonder de demontage van het omloopverbindingsstromingsbeperkingsorgaan en de vervanging van vooraf bepaalde leidingen daardoorheen te vereisen.

De huidige uitvinding voorziet in een omloopverbindingssamenstel, dat continu afstelbaar is voor het verkrijgen van een groot gebied van 25 stromingsvolumes, terwijl het handhaven van een constante drukval over het omloopverbindingssamenstel mogelijk is om een constante en optimale stroming door de sensorbuis te waarborgen. Dit wordt bewerkstelligd door te voorzien in een de vorm van een afgeknotte kegel bezittend stromingsbeper-kingsorgaan met een omtreksoppervlak althans nagenoeg evenwijdig aan het 30 oppervlak van een de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring en in staat tot het begrenzen van een ringvormige leiding daartussen met een ringvormig oppervlak van een dikte tot breedteverhouding voor het verkrijgen van een laminaire stroming, waarbij het de vorm van een afgeknotte kegel bezittende gedeelte axiaal en aaar keuze beweegbaar is in de de vorm van 35 een afgeknotte kegel bezittende boring voor het verkrijgen van ringvormige oppervlakken met variabele dikte.

Verschillende hierop betrekking hebbende uitvoeringsvoorbeelden, die ieder de beschreven voordelen met zich meebrengen, worden uiteengezet.

Het instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstel volgens de 8400089 Λ ν -4- 23665/CV/ts uitvinding kan worden gecombineerd met een langgestrekte laminaire stromings-leiding, welke dienst doet als meetsectie voor het vormen van een lineaire stromingsmeter. Een dergelijke meter omvat een huis met een fluïduminlaat en een fluldumuitlaat, waarbij het huis een fluïdumbaan tussen de inlaat 5 en de uitlaat begrenst. Het instelbare stromingselement is in deze stro-mingsbaan opgesteld voor het begrenzen van een ringvormige leiding met afmetingen geschikt voor het handhaven van laminaire stroming in parallel-circuit met de meetsectieleiding. Middelen zijn aangebracht voor het meten van de stromingswaarde van fluïdum door de meetsectieleiding, welke middelen 10 in de techniek bekend zijn en geen deel van de huidige uitvinding vormen.

De uitvinding zal hieronder nader worden beschreven aan de hand van enige in bijgaande figuren weergegeven uitvoeringsvoorbeelden van de constructie volgens de uitvinding.

Fig. 1 toont een schematische weergave van dfe fluïdumstroombanen 15 in een stroomverdeler.

Fig. 2 toont een schematische weergave.:,gedeeltelijk in aanzicht en gedeeltelijk in doorsnede, van delen van een stromingsmeter voorzien van een instelbare stromingsomloopverbinding volgens de uitvinding.

Fig. 3 toont schematisch gedeeltelijk in dwarsdoorsnede en 20 gedeeltelijk in aanzicht een tweede instelbare omloopverbinding volgens de uitvinding.

Fig. 4 toont schematisch in dwansdoorsnede een gedeelte van een derde instelbare omloopverbinding volgens de uitvinding.

Fig. 5 toont een eindaanzicht op de variatie van de de vorm van 25 een afgeknotte kegel bezittende stromingsbeperkingsorgaan volgens de uitvinding .

Fig. 6 toont een dwarsdoorsnede over fig. 5.

Hieronder zullen details van mogelijke uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding worden uiteengezet. Het zal echter duidelijk zijn, dat deze 30 uitvoeringsvoorbeelden slechts mogelijkheden van de uitvinding weergeven, waarbij de uitvinding echter ook op andere wijze dan in de figuren is weergegeven, kan worden verwezenlijkt.

Terwijl bijvoorbeeld het omloopverbindingssamenstel wordt beschreven met betrekking tot massastromingsinstrumenten kan de stromingsmeter 35 volgens de huidige uitvinding ook worden toegepast bij volumestromingsele-mentep, indien dit gewenst mocht zijn. Constructieve en functionele details moeten niet worden gezien als beperkend, maar als een basis voor de gevraagde beschermingsomvang.

Zoals weergegeven in fig. 1 vormen fluldumbanen A en B de stroming 8400089 -5- 23665/CV/t3 *· * door een stromingsmeter van de inlaat naar de uitlaat Pg. De lijn aangeduid BAAN A geeft de fluldumstroming weer door de meetsectie van de stromingsmeter en de lijn BAAN B geeft fluldumstroming weer door de oraloop-verbindingssectie van de stromingsmeter. Optimaal zal de drukval over iedere 5 baan hetzelfde zijn.

In de hierin weergegeven uitvoeringsvoorbeeld, geeft BAAN A de sensorstroom weer en omvat een buis van voldoende lengte om laminaire stroming te waarborgen. BAAN B omvat de de vorm van een afgeknotte kegel bezittend instelbaar omloopverbindingstromingssamenstel, dat geproportio-10 neerd is om laminaire stroming te waarborgen, zoals hieronder nader zal worden beschreven.

Nu verwijzend naar fig. 2 en 3 is een stromingsmeter 10 weergegeven voorzien van een instelbare laminaire stroraingsomloopverbinding in overeenstemming met de uitvinding. De stromingsmeter omvat een huis 12 15 voorzien van een boring en een tegenboring voor het begrenzen van een doortocht 14 op hieronder nader te omschrijven wijze. De doortocht 1¾ eindigt met inlaat- en uitlaatpoorten 16, respectievelijk 18 voor de gemeten fluldumstroom. Een bovenstrooms gedeelte 20 van de doortocht 14 omvat inwendige schroefdraad 22, aangepast voor het opnemen van een van uitwendige 20 schroefdraad voorziene fitting 24, welke de verbinding van de doortocht 14 met een niet nader weergegeven fluïdumbron mogelijk maakt. Het boven-stroomee gedeelte 20 omvat een schouder 26, welke een fijnmazig scherm 28 opneemt, aangedrukt door de fitting 24, wordt tegengehouden en de instroming van vervullende deeltjes tegengaat. Zoals in fig. 4 is weergegeven 25 omvat de uitlaatpoort 18 inwendige schroefdraad 30, welke niet nader weergegeven overeenkomstig gevormde uitwendige schroefdraad op een fitting 32, welke benedenstroomse verbinding van de doortocht 14 mogelijk maakt, opneemt.

In ieder van de figuren 2, 3 en 4 is er bovenstrooms van de uit-30 laatpoort 18 een tussengedeelte 34 van de doortocht 14 weergegeven, dat kan zijn aangepast voor het opnemen van een niet nader weergegeven stro-mingsregelklepsamenstel, dat tijdens gebruik van de stromingsmeter normaal in een open stand is. De stromingsregelklep en zijn werking zijn bekend in de techniek en vormen als zodanig geen deel van de uitvinding. Een bij-35 zonder doelmatige stromingsregelklep welke kam worden toegepast in het tussengedeelte 34 is weergegeven in het Amerikaanse octrooi 3.650.505.

Bovenstroomse en benedenstroomse aftappunten in het huis 12, in de vorm van boorgaten 36, respectievelijk 38 zijn aangebracht voor het opstellen van desbetreffende bevestigingseinden 40 en 42 van een meet* of sen- 8400089 'f * -6- 23665/CV/ts sorbuis 44. De einden 40 en 42 zijn buisvormige organen, door welke de einden van de sensorbuis 44 stevig zijn vastgezet, zodat fluïdum..stromende in het einde 40 geheel door de sensorbuis 44 wordt geleid en uittreedt door het einde 42. De meetsectiebuis is zeer dun en langgestrekt, en in dit uitvoe-5 ringsvoorbeeld heeft de buis 44 een inwendige diameter van 0,010 inch en een lengte van 2,50 inch. Thermische elementen 46 en 48 nemen de massa-stroomwaarde van een fluïdum gaande door de buis 44 waar. De werkwijze waarop dit wordt bewerkstelligd is in de techniek bekend en behoeft niet verder te worden beschreven, ofschoon een gunstig fluldumstroommeetsysteem 10 is beschreven in Amerikaans octrooi 3.938.384. De elektronische onderdelen van de stromingsmeter zijn samengevoegd in een tweede huis 50, zoals op zich in de techniek'bekend is en welke niet beslist een deel van de hier beschreven uitvinding vormen.

Verder zal aan de hand van fig. 2 een eerste uitvoeringsvoorbeeld 15 van het instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstel worden beschreven. Een schouder 52 van het huis 12 strekt zich uit in de doortocht 14 voorbij een axiale hartlijn 54 daardoorheen onder het openlaten van een doortocht 56, welke een verbinding vormt tussen het tussengelegen gedeelte 34 en een. primair stromingsgedeelte 58 van de doortocht 14, waarbij 20 het primaire stromingsgedeelte 58 wordt begrensd door een de vorm van een afgeknotte kegel bezittend onitreksoppervlak of boring 60, welke is gevormd in het huis 12. De tapsheid van de boring 60 is niet kritisch voor de uitvinding en wordt slechts beperkt door de turbulentie, welke kan worden ingébracht door de begrenzing van een overmatige tapsheid in gedeelten van de 25 doortocht 14, welke loodrecht zijn op de hartlijn 54, of door factoren, zoals instellingsoplossing of andere hier beschreven overwegingen. Een uitvoeringsvorm van een tapsheid van drie graden is weergegeven in de hier beschreven uitvoeringsvoorbeeldén.

De schouder 52 omvat een van inwendige schroefdraad voorziene ' 30 boring 62, welke een overeenkomstige vorm van uitwendige schroefdraad voorzien gedeelte 64 van een spil 66 opneeüit, waarbij de spil 66 is opgesteld op de axiale hartlijn 54 van de doortocht 14. De spil 66 omvat een tussen-gelegen verdikt gedeelte 68 en eindigt in een van uitwendige schroefdraad voorzien bovenstrooms gedeelte 70, dat zich daarvoor bij uitstrekt. Zoals 35 verder uit fig. 2 blijkt ondersteunt de spil 66 een de vorm van een afgeknotte kegel bezittend stromingsbeperkingsorgaan 72 binnen de doortocht 14, waarbij het stromingsbeperkingsorgaan 72 een omtreksoppervlak 74 heeft, dat zich althans in hoofdzaak evenwijdig uitstrekt aan het oppervlak van de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring 60. Het beperkings- 8400089 • * -7- 23665/CV/ts orgaan 72 wordt ondersteund door het verdikte gedeelte 68 van de spil 66 met behulp van O-ringen 76 en 78, die zijn opgesteld in in de spil 66 aangebrachte groeven ?Q en 82. Het beperkingsorgaan 72 omvat een naafgedeelte 84, dat op zijn beurt een van inwendige schroefdraad voorziene boring 86 5 bezit, welke is aangepast om passend in ingrijping te zijn met het van uitwendige schroefdraad voorziene bovenstroomse gedeelte 70 van de spil 66.

De spil 66 kan in het huis 12 worden ingestoken in combinatie met het beperkingsorgaan 72 of de spil 66 kan eerst in het huis 12 worden aangebracht en afzonderlijk worden bevestigd, waarop vervolgens het beperkings-10 orgaan 72 daarop wordt opgeschroefd. In ieder geval wordt het van schroefdraad voorziene gedeelte 64 van de spil 66 ingestoken in de boring 62 en met behulp van een sleuf 88 in het gedeelte 70 aangedraaid totdat een benedenstrooms einde 90 van het verdikte gedeelte 68 aanligt tegen de schouder 52. Vergrendelring 92 kan daartussen zijn opgesteld om de spil 66 verder 15 te bevestigen. Het beperkingsorgaan 72 omvat in het bovenstroomse vlak van de naaf 84 uitsparingen 94 aangepast voor het opnemen van een niet nader weergegeven spansleutel of ander orgaan, teneinde de instelling mogelijk te maken van de afstand tussen het omtreksoppervlak 74 tot het oppervlak van de boring 60, zoals hieronder nog nader zal worden uiteengezet 20 aan de hand van fig. 3·

Bij de beschrijving van fig. 3 worden voor zover mogelijk voor de verschillende onderdelen dezelfde verwijzingscijfers gebruikt als in fig.

' 2·

Zoals in fig. 3 is weergegeven, is het stromingsbeperkingsorgaan 25 72 hier ondersteund door een van uitwendige schroefdraad voorziene spil 95, welke is voorzien van een spiebanen bezittend benedenstrooms gedeelte 96, dat is bevestigd in een axiaal gecentreerde boring 98 in de schouder 52 door een perspassing daarmede. Het stromingsbeperkingsorgaan 72 omvat een inwendige bering 100, welke passend aangrijpt op de van uitwendige schroefdraad voor-30 ziene spil 94 teneinde een draaiing van het beperkingsorgaan 72 daarom mogelijk te maken met de daaruit resulterende voortschrijding of terugtrekking van het beperkingsorgaan 72 ten opzichte van het’huis 12. Dergelijke draaiing wordt mogelijk gemaakt door het insteken van een geschikt gereedschap in de inkeping 102 van het beperkingsorgaan 72. Het zal duidelijk zijn, dat 35 èen dergelijke inschuiving of terugtrekking bewerkstelligt, dat het beperkingsorgaan 72 standen kan innemen zoals aangeduid met de stippellijnen 104 en 106 met een resulterende wijziging in de dikte van een ringvormige spleet 108, welke is gevormd tussen het omtreksoppervlak 74 en de boring 60. Indien het beperkingsorgaan 72 op de beschreven wijze axiaal beweegt, 8400089 2 , % « -8- 23665/CV/ts wordt het beperkingsorgaan geborgd door een schroef·*··*· jnVorra*se veer 110, welke aanligt tegen de schouder 52.

Met betrekking tot de spleet 108 en andere hierin beschreven spleten is de aard van de stroming door de ringvormige leiding van de stro- mingsmeter ( weergegeven door het Reynold’s getal) hieronder beschreven 5 een functie te zijn van de derde macht van de spleetdikte. Het omtreks-oppervlak van het stromingsbeperkingsorgaan en het oppervlak van de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring moet dus zo concentrisch als mogelijk zijn tijdens de draaiing van stromingsbeperkingsorgaan, ten-^ einde gelijkmatige laminaire stroming in de ringvormige spleet over het instelgebied te waarborgen.

In fig. 4 is een alternatief uitvoeringsvoorbeeld weergegeven, waarin delen overeenkomen met de delen beschreven aan de hand van fig. 2 en 3 van dezelfde verwijzingscijfers zijn voorzien.

In dit geval bevat het huis 12 een althans in hoofdzaak eilin-drische boring 120, welke in verbinding staat met het tussengelegen gedeelte 34 via een doortocht 122. Het tussengelegen gedeelte 34 staat op zijn beurt in verbinding met een doortocht 123» welke leidt naar de uit-laatpoort 18. Verder omvat het huis 12 bovenstroorase en benedenstroomse __ aftaporganen 36, respectievelijk 38, welke uitmonden in de boring 120.

20

Een inzetstuk 124 is opgenomen binnen de boring 120 en daarin tegengehouden door uitwendige schroefdraad 126 bij een bovenstrooms einde 128 daarvan» welke schroefdraad 126 passend in ingrijping is met de inwendige schroefdraad 22 van het huis 12. Het inzetstuk 124 wordt axiaal gedraaid bij insteken en ingrijping van de schroefdraden 22 en 126 met behulp van een niet weergegeven spansleutel of soortgelijke inrichting, welke aangrijpt op de inkepingen 130 in het bovenstroomse einde 128.

Het inzetstuk 124 begrenst een boring 132 met een de vorm van een afgeknot gedeelte bezittend deel 134, dat in dit uitvoeringsvoorbeeld taps 2Q toeloopt naar een benedenstrooms gedeelte 136. Een uitwendige van schroefdraad voorziene spil 138 is axiaal opgesteld binnen het inzetstuk 124 en door lassen of andere middelen bevestigd aan een benedenstrooms gelegen eind-gedeelte 140 daarvan. De spil 138 bezit uitwendige schroefdraad 142, die is aangepast o® de inwendige schroefdraad 144 van het stromingsbeperkings- orgaan 146 passend op te nemen.

3b

Het stromingsbeperkingsorgaan 146 heeft ; de vorm van een afgeknotte kegel met een oratrek althans in hoofdzaak evenwijdig aan die van het de vorm van een afgeknotte .kegel bezittende boringsgedeelte 134. Bij insteken van het stromingsbeperkingsorgaan 146 in het boringgedeelte 134 8400089 ι -

# V

-9- 23665/CV/ts en ingrijping van de schroefdraden 142 en 144 kan het beperkingsorgaan 146 met behulp van een niet weergegeven geschikt gereedschap, dat wordt inge3to-ken in een sleuf 148, worden gedraald, teneinde de langsinstelling van het beperkingsorgaan 146 ten opzichte van het inzetstuk 144 mogelijk te maken, 5 teneinde instelling van de breedte van de ringvormige spleet 150 daartussen te realiseren. Weerstand tegen ongewenste draaiing van het beperkingsorgaan 146 wordt verkregen door een veer 152, die is opgesteld tussen het beperkingsorgaan 146 en het benedenstroomse gedeelte 140 van het inzetstuk 124.

In het uitvoeringsvoorbeeld afgebeeld in fig. 4 stroomt fluïdum van 10 de inlaatpoort 16 door de spleet 150 tussen het stromingsbeperkingsorgaan 146 en het de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boringgedeelte 134, door het benedenstroomse boringgedeelte 136 en dan door cilindrische doortochten 154 naar het tussengelegen gedeelte 34, De fluïdum stroomt dan verder door de doortocht 123 naar de uitlaatpoort 18. Met betrekking hiertoe 15 is de stroming door de spleet 150 laminair en gemeten door een hierboven aan de hand van fig. 2 beschreven sensororgaan, dat in verbinding staat met de aftappunten 36 en 38. Stroming tussen het inzetstuk 124 en het huis 12 wordt tegengegaan door de in elkaar grijpende oppervlakken gevormd door de schroefdraden 22 en 126. In aanvulling kunnen niet nader weergegeven 20 afdichtringen zijn aangebracht tussen het bovenstroomse einde 128 en het huis 12, indien dit gewenst mocht zijn.

Het aftappunt 36 staat in verbinding met de fluldumstroom via de spleet 150 door een doortocht 155 in het inzetstuk 124. Op soortgelijke wijze staat het benedenstroomse aftappunt 138 met de spleet 150 in verbinding via 25 een doortocht 156. Ongewenste stroming tussen de doortochten 155 en 156, dat wil zeggen stroming tussen het inzetstuk 124 en het huis 12, wordt voorkomen door een 0-ring 158, en soortgelijke stroming benedenstrooms van de doortocht 156 wordt voorkomen door een 0-ring 160. Deze 0-ringen zijn opgenomen in uitsparingen 162 en 164 op het oppervlak van het inzetstuk 124.

30 Aan de hand van fig. 5 en 6 zal nu een alternatief stromings- beperkingsorgaan 170 worden beschreven. Het stromingsbeperkingsorgaan 170 kan worden gebruikt in ieder van de hierboven beschreven uitvoeringsvoor- beelden of in een andere toepassing, waarin het gewenst is een aanzienlijk vergroot volume gas te voeren door de primaire stromingsbaan, dat wil zeggen waar de 35 fluldumstroomwaarde een spleet vereist, welke de breedte vereist voor het handhaven van een lamlnaire stroming overschrijdt.

Zoals weergegeven in fig. 6 heeft het beperkingsorgaan 170 de vorm van een afgeknotte kegel, welke in iedere gegeven toepassing een omtreks-wand 172 heeft, welke althans in hoofdzaak evenwijdig verloopt aan de be- 8400089 - ψ -10- 23665/CV/ts schreven, de.vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring. Verder heeft het beperkingsorgaan 170 een van schroefdraad voorziene boring 17^ aangepast voor het opnemen van een spil, zoals hierboven is omschreven. Teneinde aanvullende massastroming te verkrijgen, is het beperkingsorgaan 170 uit-5 gevoerd met een centraal cilindrisch gedeelte 176, en tussengelegen buisvormige gedeelten 178 en een buitenste buisvormig gedeelte 180, waarbij deze gedeelten zijn verbonden door lassen 182 en zijn opgesteld voor het vormen van de ringvormige spleten 184 en 186, welke een geschikte breedte hebben om laminaire stroming daardoorheen te waarborgen. Terwijl andere 10 laminaire stroomleidingen in het stromingsbeperkingsorgaan 170 kunnen zijn gevormd, zoals een aantal in de lengterichting geboorde leidingen daardoorheen, is gebleken,· dat de concentrische ringvormige leidingen afgebeeld in fig, 5 en 6 hogere stromingswaarden en betere laminaire stroming geven dan dergelijke buisvormige leidingen. Zoals hierboven beschreven met be-15 trekking tot fig. 1 en 2 omvat het beperkingsorgaan 170 een sleuf 188 om het insteken en instellen van het beperkingsorgaan 170 mogelijk te maken in het huis 12 met behulp van een geschikt gereedschap.

Met betrekking tot ieder van de instelbare laminaire stromings-omloopverbindingssamenstellen, die hierboven zijn beschreven, zal nu het 20 handhaven en de instelling van laminaire stroming worden beschreven.

Stroming door een kanaal kan worden gekarakteriseerd door de niet dimensionele parameter bekend als het Reynold'è getal, waar : (1) R = 4mpVm/u waarin p de dichtheid van het fluïdum is, V^ de gemiddelde snelheid van 25 de leiding, μ de fluïdumviscositeit en R de hydraulische straal bepaald als het leidingoppervlak (A) gedeeld door de leidingomtrek (L). De effectieve diameter van de leiding kan worden beschouwd 4m te zijn. Het Reynold's getal drukt de verhouding van de traagheidskrachten tot de visceuze krachten in het fluïdum uit. Voor lage waarden van R is de stroming laminair, terwijl 30 voor hoge waarden van R traagheidskrachten overheersen en de stroming ertoe neigt turbulent te zijn. De Reynold's getal overgang vindt in het algemeen plaats in het gebied van ongeveer 1600 tot ongeveer 2800 Reynold's getal, dat wil zeggen, dat kan worden aangenomen, dat een Reynold's getal van minder dan 1600 laminaire stroming mogelijk zal maken. Voor iedere bepaalde 35 constructie kan het overgangs Reynold's getal worden bepaald door de gemiddelde snelheid, waarbij fluïdum van onbekende dichtheid en viscositeit in een turbulente wijze stroomt te noteren en de informatie aan te brengen op de hierboven gegeven formule.

Ieder van de beschreven uitvoeringsvoorbeelden toont specifieke 8400089 m -: -it- 23665/cv/ts constructies voor het bewerkstelligen van laminaire stroming in de omloop-verbindingssectie, BAAN B, in combinatie met laminaire stroming in de meet-secfcie, BAAN A. In ieder van de uitvoeringsvoorbeelden is het te meten fluïdum gasvormig, maar de constructie en concepten zijn eveneens toepas-5 baar voor vloeistoffen.

Een andere bekende vergelijking voor continue toestand laminaire stroming is:

(2) ÉE β Z I pV

dl m 2 10 waarin V een niet-dimensionele weerstandscoëfficiënt is, welk over het laminaire stromingsgebied kan worden weergegeven door de vergelijking.

(3) V = C/R

waarin C een constante is.

Door het combineren van vergelijkingen 1-3» wordt een vergelijking 15 verkregen, welke de lineair!teit uitdrukt van de drukgradiënt met de volu-metrische stroming in het kanaal: ÉE * yVm * K·. uVm t4> dl 8A2 1 ·

Uit de bovenstaande vergelijkingen volet dat het Reynold’s getal 20 voor de aensorbuis in BAAN A zal zijn (5) waarin d de diameter is van de buis en ύ de massastroming is in standaard kubieke centimeters per minuut (SCCM) en /£ v · Ki , (6) uit * JX —- dp ^

Voor een dunne ring van een gemiddelde straal W en een spleet dikte t, waarin W aanzienlijk groter is dan t volgt 30 a ^2 w+t en (O) * - Ki t3w , (8) wa = Ti — dP . ‘

In de beschreven uitvoeringsvoorbeelden had de sensor of meet- “2 35 buis een lengte (L) van 2,50 inches, diameter (d) van 1 x 10 inches en handhaaft een optimale caP-brering bij een massastroom van 2SCCM, dus, vergelijking (6) gebruikt (9) Κχ - 205 x 108/dp.

8400089 -12- 23665/CV/ts

Deze waarde invullend voor in vergelijking (6) levert op

(10) ω = 5 X_10 8d4/L

Dientengevolge, voor een ringvormige doortocht met dezelfde dp, 5 vergelijking (8) gebruikend, λ _ 20 5x108 Λ _ 17x1q8 t3W (1D · “a " 12 L — *

Uit experimentele gegevens met betrekking tot de beschreven sen-sorbuis, voor een R. van 28,7 bij een ω 5SCCM en vergelijking (5) ge-10 bruikend, was berekend 4, 5 x 10 te zijn. Deze afgeleide Kg in vergelijking (5) invullend (12) Rt = 6 X 10"2ώ/<3, en de afgeleide K^ in vergelijking (7) invoegend 15 (13) Ra -. 9 x 10”2ώ/νϊ + t waarin de dikte zo klein is om vereenvoudiging mogelijk te maken tot (14) Ra - 9 x 10-2J/w 20 zo, om massastroom (ω ) op te voeren zonder het Reynold's getal (R) op te voeren, indien een proportionele toename in de gemiddelde omtrek van de ringvormige doortocht (W) wordt vereist.

De afmetingen voor de beschreven instelbare laminaire stromingom-loopverbindingssamenstellen kan empirisch worden bepaald. In het omloop-25 verbindingbeperkingsorgaan beschreven in fig. 3 heeft bijvoorbeeld het de vorm van een afgeknotte kegel bezittend stromingsbeperkingsorgaan 72 een minimum diameter (D) van 0,416 inch en de spleet 108 tussen het beperkings-orgaan 72 en de boring 60 heeft een lengte (L) van 0,50 inch tussen de sensoraftappunten 36 en 38. De spleet 108 heeft dus een omtrek of breedte 3 30 (W) van TT (0,416) = 1,31. Voor een massastroming van 20 x 10 SCCM verge lijking (11) levert een t van 0,0165.op. Deze gegevens invullend in vergelijking (13) geeft een maximum Reynold’s getal (R) van 1354. Aangezien déze R minder is dan het Reynold's overgangsgetal van I600 zal het omloop-verbindingssamenstel volgens fig. 3 laminaire stroming geven.

35 Er wordt de voorkeur aan gegeven, dat de aftappunten 36 en 38 zijn opgesteld binnen de spleet gevormd tussen het stromingsbeperkingsorgaan en de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring van het omloopverbindingssamenstel. Het is empirisch bepaald-., dat laminaire stroming wordt gevormd in een ringvormig kanaal, van de juiste afmetingen, zoals 8400039 -13- 23665/CV/ts hierboven beschreven, bij een afstand van ongeveer 20· maal de spleetdikte (2) benedenstrooms van het begin van het ringvormige kanaal. De stroming blijft ten minste laminalr tot zeer dichtbij het benedenstroomse einde van het kanaal. Zodoende zal het worden gevonden, dat indien de aftappunten 5 36 en 38 beide zijn opgesteld binnen het werkelijk laminaire stromingsge- bied de drukval over de aftappunten evenredig is aan de stromingswaarde in het omloopverbindingssamenstel. In bepaalde toepassingen kunnen de aftappunten echter buiten het laminaire stromingsgebied worden geplaatst, dat wil zeggen boven en beneden het stromings beperkingsorgaan in het ora-10 loopverbindingsgedeelte, indien dit gewenst is. Aangezien uitgangs-niet-lineairitelt een kleine factor is iddien vergeleken met ingangs-niet-line-airiteit is het ook mogelijk het bovenstroomse aftappunt binnen het lami-naire stromingsgebied te plaatsen en het benedenstroomse aftappunt buiten de laminaire stromingaspleet ai nog steeds redelijke lineairiteit voor be-15 paalde doeleinden te handhaven. Onafhankelijk daarvan of de aftappunten 36 en 38 binnen of buiten de spleet zijn geplaatst, moet de inbrenging en terugtrekking van het stromingsbeperkingsorgaan worden bepaald, zodanig, dat de gewenste laminaire of niet-laminaire stroom bij iédere dergelijke stand zal worden gehandhaafd.

20 Met betrekking tot de hierin beschreven omloopverbindingssamen- stellen wordt opgemerkt, dat een drie graden tapsheid wordt toegepast met betrekking tot de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring en het stromingsbeperkingsorgaan. Voor een tapsheid van drie graden en een langsslag van het stromingsbeperkingsorgaan van 1/3 inch is de maximale 25 dikte van de ringvormige spleet (t ) van het instelbare laminaire u13a stromingsomloopverbindingssamenstel van fig. 3 0,333 sin Θ = 0,0174. Vervanging van deze waarden tesamen met een gemiddelde spleetbreedte (W) van 1,38 en een spleetlengte (L) van 0,50 in vergelijking (11) levert een maximale massastrooo (ώ) van 25 standaard liters per minuut op. Bij deze 30 maximale stroom geeft het instelbare stromingsomloopverbindingsbeperkings-orgaan van fig. 3 een Reynold's getal van ongeveer 1600, welke binnen de gewenste grenzen van laminaire 3troming is.

Het 3amenstel van fig. 3 werd beproefd voor het bepalen van de werking over een groot gebied van instellingen van het beperkingsorgaan.

35 De spil 95 en de boring 100 zijn voorzien van passende schroefdraden met 56 windingen per inch. Zoals beschreven was de slag van het beperkingsorgaan 72 0,333 inches van totale insteking tot maximale stroomopwaartse terugtrekking. De totale bruikbare instelling omvatte dus 18,6 omwentelingen -3 en de variatie en spleetdikte (t) was gelijk 1 x 10 inches per omwente- 8400089

Μ V

-14- 23665/CV/ts ling. Een aangenomen instellingsoplossing van plus of min tien graden, maalt dus een instelling van de spleetdikte (t) van 2,8 x 10 inch mogelijk. Vergelijking (11) gebruikend wordt een verhouding tussen spleetdikte (t) en massastroming verkregen door de formule: 5 (15) t3 = 2.1 x 10”6 ω

Het instelbare laminaire stromingsomloopverbindingssamenstel van fig. 3 werd ingestoken in een stromingsmeter, zoals beschreven, en de massastroming (ω ) gemeten in verhouding tot het naar binnen brengen van het 10 stromingsbeperkingsorgaan zoals uitgedrukt in omwentelingen van het aantal termen van volledige insteking. Resultaten van deze proef zijn weergegeven in tabel 1.

Tabel 1.

15 Aangegeven lb 10SCCM 100SCCM 5005CCM 1SLM 10SLM 20SLM omwentelingen van volledige insteking 1,40 3,00 5,0 6,44 13,72 17,36 20 slag _ ' 0,025 0,053 0,09 0,115 0,245 0,310 berekende t 0,0013 0,0028 0,0047 0,006 0,0128 0,0162 berekende 25 oplossing 7$ 3$ 2$ 1,5$ 0,7$ 0,5$ R 0,65 6,5 32,6 65,2 652 1304 & zoals -weergegeven door het berekende Reynold’s getal zijn al derge- 30 lijke stromingen laminair. In overeenstemming met de huidige uitvinding calibreerde de stromingsmeter voorzien van de instelbare laminaire stro- mingsomloopverbinding, zoals beschreven in het weergegeven voorbeeld, nauwkeurig massastromingswaarden van 10SCCM tot 20SLM met dezelfde sensor- _2 buis, dat wil zeggen een meetbuis met een diameter van 110 inches en 35 een lengte van 2,5 inches, en de massastroomwaarde werd ingesteld door eenvoudig draaien van het de vorm van een afgeknotte kegel bezittende stromingsbeperkingsorgaan. Visuele instelling van het stromingsbeperkingsorgaan gaf zeer nauwkeurige instelling.

Ofschoon de uitvinding hierboven is uiteengezet aan de hand van 8 i n o o 8 9 -15- 23665/CV/ts afbeeldingen en een voorbeeld, kunnen wijzigingen in de uitvoeringsvorm en vervanging van bepaalde onderdelen worden aangebracht afhankelijk van de omstandigheden zonder daarbij buiten de besehermingsomvang van de uitvinding te vallen.

8400089

Claims (15)

1. Stromingsmeter voorzien van een langgestrekt huis met een fluïdum-inlaat, een fluïdumuitlaat en een langsboring daartussen, waarbij een ge- 5 deelte van de boring een in de lengterichting taps verlopende wand omvat met een stromingsbeperkingsorgaan in het boringsgedeelte, waarbij het stromingsbeperkingsorgaan een omtrek heeft, welke althans nagenoeg evenwijdig verloopt aan althans een gedeelte van de taps verlopende wand, om daarmede een ringvormige leiding te vormen, welke in staat is om een laminaire 10 stroming van het fluïdum te handhaven, terwijl een instelling in lengterichting mogelijk is voor het wijzigen van de dikte van de leiding en verder middelen zijn aangebracht voor het meten van de waarde van de fluïdumstrot-ming.

2. Stromingsmeter volgens conclusie 1, met het kenmerk,dat de in 15 langsrichting taps verlopende wand de vorm van een afgeknotte kegel heeft en het stromingsbeperkingsorgaan een afgeknotte kegel is die is opgesteld binnen de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende wand.

3. Stromingsmeter volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de middelen voor het meten van. de fluïdumstroming zijn opgesteld om de laminaire 20 stroming in de ringvormige leiding te meten. if. Stromingsmeter volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat de flul dumstroming een gasstroming is.

5. Stromingsmeter volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het kegelvormige lichaam wordt ondersteund door een van 25 schroefdraad voorziene axiale spil, die in het huis is aangebracht en die draaibaar is ten opzichte van het huis teneinde instelling van de dikte van de ringvormige leiding raogelijk te maken.

6. Stromingsmeter volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de meetmiddelen zijn voorzien van een langgestrekte leiding in werkzame samenhang 30 met de ringvormige leiding, terwijl verder middelen zijn aangebracht om de * langgestrekte leiding binnen de lengte van de ringvormige leiding aan te sluiten.

7. Stromingsmeter volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de fluldumstroming een gasstroming is.

8. Stromingsmeter voorzien van een huis met een flulduminlaat en een fluïdumuitlaat en een daartussen gelegen eerste fluïdumbaan begrenzend, waarbij de eerste fluïdumbaan een de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring omvat, welke een gedeelte daarvan begrenst, een stromingsbeperkingsorgaan in de eerste fluïdumbaan, voorzien van een kegelvormig ? '· Λ n o 8 9 V · . -17- 23665/CV/ts deel met een omtreksoppervlak althans nagenoeg evenwijdig aan het omtreks-oppervlak van de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring, waarbij het kegelvormige lichaam in staat is om een ringvormige ruimte te begrenzen met het de vorm van een afgeknotte kegel bezittende gedeelte voor 5 het verkrijgen van laminaire stroming daardoor, terwijl het beperkingsor-gaan axiaal en selectief in de de vorm van e°n afgeknotte kegel bezittende boring beweegbaar is voor het verkrijgen van een ringvormige doortocht met variabele dikte.

9. Stromingsmeter volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de flul-10 dumstroming een gasstroming is.

10. Stromingsmeter volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de stromingsmeter is voorzien van een langgêstrekte leiding, welke een tweede laminaire stromingsflulduabaan begrenst en middelen voor het meten van de stromingswaarde door de tweede fluïdumbaan en middelen voor het verbinden 15 van de tweede fluïdumbaan met de eerste fluïdumbaan.

11. Stromingsmeter volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de verbindingsmiddelen een aftaporgaan omvatten bij ieder einde van de langge-strekte leiding, waarbij de aftaporganen axiaal zijn opgesteld binnen de ringvormige ruimte welke de laminaire stroming geeft.

12. Stromingsmeter volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de flul- dumstroming een gasstroming is.

13. Stromingsmeter voorzien van middelen voor het meten van de flüïdum- stroomwaarde voorzien van: een eerste fluïdumbaan begrenzende middelen voorzien van een de 25 vorm van een afgeknotte kegel bezittende boringgedeelte; een stromingsbeperkingsorgaan in de eerste fluïdumbaan voorzien van een afgeknotte kegel met wanden van althans in hoofdzaak evenwijdig aan de de vorm van een afgeknotte kegel bezittende boring, waarbij het kegelvormige orgaan en de boring in staat zijn om een ringvormige spleet daar-30 tussen te begrenzen, welke een leiding vormt geschikt voor het handhaven van axiale laminaire stroming van het fluïdum, terwijl het kegelvormige orgaan instelbaar is voor het verkrijgen van de ringvormige ruimtes van variërende dikte; een langgestrekte leiding in werkzame samenhang met de fluldumstroom-35 waarde waarbij de langgestrekte leiding de meetmiddelen omvat en een tweede laminaire stromingsfluldumbaan vormt; en middelen voor het verbinden van de tweede fluïdumbaan evenwijdig aan de eerste fluïdumbaan. 1t. Stromingsmeter volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de fluïdum- 8400089 -r V -18- 23665/CV/ts stroming een.gasstroming is.

15. Stromingsmeter volgens oonolusie 14, met het kenmerk,, dat het kegelvormige lichaam wordt ondérsteund door een van schroefdraad voorziene axiale spil en ten opzichte van de spil en de de vorm van een afgeknotte 5 kegel bezittende boring draaibaar is om stapsgewijze instelling van de ring- , vormige spleet mogelijk te maken.

16. Stromingsmeter volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat verbindingsmiddelen zijn aangebracht voor het tot stand brengen van de verbinding van de tweede fluldumbaan evenwijdig met de eerste fluldumbaan 10 binnen de leiding.

17. Stromingsmeter volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de verbindingsmiddelen een aftaporgaan omvatten bij ieder einde van de lang-gestrekte leiding, terwijl de aftaporganen axiaal op afstand van elkaar zijn gelegen in de ringvormige spleet. 15 Eindhoven, januari 1984. 8400080