FI128408B - Laitteisto ja menetelmä ilmanvirtauksen mittaukseen - Google Patents

Abstract

Laitteisto ja menetelmä ilmavirtauksen mittaukseen kanavassa, esimerkiksi ilmanvaihtokanavassa (300), joka laitteisto käsittää kanavan yhteyteen sovitettavissa olevan anturin, joka käsittää ultraäänilähettimen ja ainakin kaksi ultraäänivastaanotinta, ja ohjausyksikön, johon ultraäänilähetin ja ultraäänivastaanottimet ovat liitettävissä. Laitteisto edelleen käsittää välineet lämpötilan mittaamiseen. Menetelmässä mitataan laitteistolla kanavassa olevan ilman ja/tai anturin lämpötila välineillä lämpötilan mittaamiseen, suoritetaan laitteistolla anturin kalibrointimittaus kyseisellä lämpötilalla mikäli mitatulla lämpötilalla ja/tai tietyllä ennalta määrätyllä lämpötila-alueella mitatun lämpötilan ympäristöstä ei ole aiemmin suoritettu anturin kalibrointia, ja määritetään ja/tai tallennetaan laitteistolla kalibrointimittauksen perusteella muodostettu ilmavirtauksen mittaustuloksen lämpötilakompensaatiotieto muistiin, esimerkiksi ohjausyksikön muistiin.

Description

LAITTEISTO JA MENETELMÄ ILMANVIRTAUKSEN MITTAUKSEEN

Keksinnön ala

Keksintö liittyy laitteistoon ja menetelmään ilmanvirtauksen mittaukseen esimerkiksi ilmanvaihtojärjestelmän kanavassa.

Keksinnön tausta

Ilmanvaihtojärjestelmän toiminnan kannalta on olennaista, että ilmanvirtaus ilmanvirtauskanavissa on suunnitellun kaltaista. Tutkimalla ilmanvirtauksien suuntia ja nopeuksia ilmanvaihtokanavissa 15 voidaan varmistaa, että järjestelmä toimii halutulla tavalla. Ilmanvirtauksen suuntia ja nopeuksia mittaamalla voidaan myös suorittaa järjestelmässä esimerkiksi erilaisia manuaalisia tai automaattisia säätötoimenpiteitä.

Tunnetussa tekniikassa ilmanvirtausta on mitattu ilmanvaihtokanavaan asennettavan tai asennetun elimen avulla. Tällaiset ilmanvirtausanturit aiheuttavat painehäviötä ilmanvaihtokanavassa sekä tuottavat ääntä.

Tunnetussa tekniikassa on myös ultraääneen perustuvia virtausantureita. Tyypillinen tällainen tunnetun tekniikan virtausanturi on keskimääräisen virtausnopeuden mittaamiseen perustuva tilavuusvirtamittari ja sen toiminta perustuu myötä- ja vastavirtaan lähetetyn ultraäänisignaalin välisen kulkuaikaeron mittaukseen. Tunnetussa 30 tekniikassa on myös esitetty ns. hybridivirtausmittareita jotka toimivat sekä kulkuaika- että doppler-periaatteilla.

Tunnetaan myös ultraäänen käyttöön perustuvia antureita, joissa ilman virtausnopeus määritetään kahden kanavan yhteyteen sovite35 tun ultraäänivastaanottimen samalla ajanhetkellä vastaanottaman ultraäänisignaalin kulkuaikaeron avulla.

20175665 prh 15 -04- 2020

Tunnetun tekniikan ilmavirtauksen nopeutta mittaavat ultraäänianturit voivat olla sensitiivisiä lämpötilalle esimerkiksi valmistustoleranssien tai anturien muiden ominaisuuksien takia. Tämä voidaan nähdä esimerkiksi tilanteessa, jossa kanavassa ei ole ilmavirtausta 5 eli virtausnopeus on nolla. Tällöin anturin antama ilmavirtauksen mittaustulos voi vaihdella anturin ja anturin ympäristön lämpötilan mukaan. Myös eri anturiyksilöt voivat käyttäytyä eri tavalla lämpötilan muuttuessa. Vaihe-eroon perustuvan mittauksen tapauksessa eri lämpötilat voivat aiheuttaa vaihe-eroa eri vastaanottimien välille, 10 jolloin mittaustulosten tarkkuus muuttuu lämpötilan muuttuessa.

Tunnetun tekniikan ratkaisuiden avulla ei siis voida saada täysin luotettavia mittaustuloksia eri olosuhteissa.

On myös tunnettua korjata lämpötilan vaikutusta määrittämällä kun15 kin anturin lämpötilakäyttäytymistä laitteiston valmistuksen yhteydessä. Tällaisen ratkaisun ongelmana on se, että kyseinen valmistuksen aikainen mittaus- ja määritystyö vie paljon aikaa valmistusvaiheessa ja näin nostaa valmistuskustannuksia. Tämän lisäksi valmistusvaiheen aikana suoritettava kalibrointi ei voi mukautua antu20 rin ympäristöön ja sen muutoksiin.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön mukainen laitteisto ilmavirtauksen mittaukseen perustuu ultraäänitekniikan käyttöön ja ultraäänen kulkuaikaeron mittaukseen kanavassa esimerkiksi ilmanvaihtokanavassa ultraäänirintaman vaihe-eron avulla. Keksinnön ratkaisun avulla voidaan parantaa ultraäänimittaukseen perustuvan mittauksen tarkkuutta ja mahdol30 listaa ultraäänianturin luotettava toiminta eri olosuhteissa muodostamalla yksilökohtaiset lämpötilakompensaatiokertoimet tai lämpötilakompensaatiokäyrät eri anturiyksilöille normaalin toiminnan aikana.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on mainittu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on lisäksi tunnusomaista se, mitä on

20175665 prh 15 -04- 2020 mainittu patenttivaatimuksissa 2 - 11. Keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on mainittu patenttivaatimuksen 12 tunnusmerkkiosassa. Keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista myös se, mitä on mainittu patenttivaatimuksissa 13 - 22.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisessa ratkaisussa ilmanvirtausta mittaava ultraäänianturi tarkkailee ilman lämpötilaa. Jos lämpötila muuttuu validoidun alueen ulkopuolelle, anturi lähettää autonomisesti kalibrointimittauspyynnön järjestelmälle ja/tai aktuaatto10 rille. Kalibrointimittauksen aikana mitataan ilmavirtauksen arvo kanavassa, jonka ilmavirtaus on olennaisesti nolla, ja talletetaan arvo muistiin. Edellisten tallennettujen kalibrointimittausarvojen ja uuden kalibrointimittausarvon avulla laitteisto voi laskea automaattisesti kompensaatiokäyrän eli korjauskäyrän lämpötilan suhteen. Uusimis man tallennetun kompensaatiomittauksen avulla anturin validoitu lämpötila-alue kasvaa. Näin anturi saadaan kalibroitua useissa eri lämpötiloissa ja ajan kuluessa suoritettavien kalibrointimittausten määrä vähenee koska anturin kalibroitu ja validoitu lämpötila-alue laajenee joka mittauksen avulla.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa anturin mittaamaa ilmavirran mittaustulosta kompensoidaan kalibroinnin avulla määritetyn lämpötilakorjaustiedon perusteella.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa menetelmässä lähetetään kalibrointimittauspyyntö ja/tai kalibrointimittaus-ilmoitus järjestelmälle ennen kalibrointimittauksen suorittamista.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa anturin kalibrointimittaus suo30 ritetaan järjestämällä virtaus kanavassa olennaisesti nollaksi, ja tallentamalla tämän jälkeen anturin mittaama kanavan ilmavirtauksen nopeus kyseisessä lämpötilassa. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa laitteisto voi käsittää säätö- ja/tai suljinelimen, joka sulkee ilmakanavan kalibrointimittauspyynnön ja/tai kalibrointimittaus-il35 moituksen perustella siten, siten että ilman virtausnopeus kanavassa on olennaisesti nolla.

20175665 prh 15 -04- 2020

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa laitteisto voi suorittaa ainakin ensimmäisen kalibrointimittauksen kun laitteisto tai järjestelmä käynnistetään, alustetaan, otetaan käyttöön ja/tai kun järjestelmää huolletaan. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa laitteisto voi suo5 rittaa kalibroinnin ennalta määrätyin aikavälein. Mikäli lämpötilakorjauksen aiheuttava fyysinen ilmiö ajan myötä muuttuu, automaattinen ja adaptiivinen korjaus mukautuu tällöin muutokseen uusien kalibrointinollausten kautta ajan myötä.

Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla voidaan siis määrittää automaattisesti anturikohtainen lämpötilakompensaatiokerroin tai lämpötilakompensaatiokäyrä, jonka avulla anturien mittaamat ilmavirtaukset nopeudet ovat luotettavia eri lämpötiloissa. Yksilökohtaiset lämpötilakompensaatiokertoimet tai -käyrät voidaan muodostaa eri anturiyksilöille normaalin toiminnan aikana. Keksinnön mukaisen ratkaisun avulla ei siis tarvita aikaa vievää käyttöönoton tai valmistuksen yhteydessä suoritettavaa anturikohtaista lämpötilakompensaatiokertoimien määrittämistä. Kun kompensaatiotieto kerätään anturin lopullisella asennuspaikalla, kompensaatiotieto on myös mahdollisimman tarkkaa koska se mitataan anturin lopullisessa toimintaympäristössä. Lopullisella asennuspaikalla suoritetut kalibrointimittaukset ottavat myös huomioon muiden komponenttien toiminnan ja niiden aiheuttamat mittausepätarkkuudet eri lämpötiloissa.

Kuvioiden lyhyt selostus

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viitaten piirustuksiin 1 - 4, joissa:

kuvio 1 esittää erään keksinnön mukaisen vaihe-eron mittaukseen perustuvan virtausanturin suoritusmuodon toimintaperiaatetta;

kuvio 2 esittää erään keksinnön mukaisen vaihe-eron mittaukseen perustuvan virtausanturin suoritusmuodon rakennetta,

20175665 prh 15 -04- 2020 kuvio 3 esittää erään keksinnön mukaisen vaihe-eron mittaukseen perustuvan virtausanturin suoritusmuodon kaaviokuvana;

kuvio 4 esittää erään keksinnön suoritusmuodon mukaisen esimerkin ultraäänilähetteestä.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuvio 1 esittää erään keksinnön suoritusmuodon mukaisen ilmanvirtausanturin toimintaperiaatetta. Kuviossa 1 esitetty laitteisto käsittää ainakin yhden ultraäänilähettimen 100 ja ainakin kaksi ultraää15 nivastaanotinta 102, 104. Laitteiston toiminnan aikana ultraäänilähetin 100 lähettää ultraääntä ja vastaanottimet vastaanottavat ultraäänilähettimen lähettämän ultraäänen. Tämän jälkeen samalla ajanhetkellä vastaanotettuja ultraäänilähetteitä verrataan toisiinsa ja määritetään niiden vaihe ero.

Kuviossa 1 on esitetty myös ultraäänilähetteen 110 aaltorintamat 106, 108. Jos ilmavirran 112 nopeus v lähettimen ja vastaanottimien välisessä tilassa on nolla, etenee aaltorintama 106 suoraan lähettimellä vastaanottimia kohti, kohtisuorasti ilmanvaihtokanavaan näh25 den. Jos tässä tilanteessa molemmat vastaanottimet 102, 104 ovat yhtä suuren etäisyyden x päässä lähettimestä 100, vastaanottimien 102, 104 vastaanottamien ultraäänilähetyksillä ei ole kulkuaikaeroa. Tämän avulla laitteisto voi määrittää, että ilman virtausnopeus v ultraäänilähettimen 100 ja vastaanotinten 102, 104 välisessä tilassa on 30 nolla.

Jos ultraäänilähettimen 100 ja -vastaanotinten 102, 104 välisessä tilassa on ilmanvirtausta, ts. ilmavirran 112 nopeus v on suurempi kuin nolla, siirtyy aaltorintama 108 virtauksen suuntaan. Tällöin lait35 teiston avulla havaitaan kulkuaikaeron muutos vertailemalla vastaanottimien 102, 104 samalla ajanhetkellä vastaanottamaa ultraäänilähetettä ja tämän avulla voidaan määrittää ilmanvirtauksen

20175665 prh 15 -04- 2020 suunta ja nopeus v ultraäänilähettimen 100 ja vastaanotinten 102,

104 välisessä tilassa.

Kuviossa 2 on esitetty erään keksinnön suoritusmuodon mukaisen ilmanvirtausanturin rakennetta. Kuviossa 2 esitetty laitteisto koostuu virtaussuuntaan nähden kohtisuoraan asennetusta lähettimestä 100 ja kahdesta tai useammasta vastaanottimesta 102, 104. Jos virtauksen suunta 112 on vasemmalta oikealle, saapuu aaltorintama nopeammin oikealla olevalle anturille 104 kuin vasemmalla olevalle 10 anturille 102, eli saapuvilla aaltorintamilla on kulkuaikaeroa ja siis myös vaihe-eroa. Vaihe-ero on suoraan verrannollinen keskimääräiseen virtausnopeuteen v, vastaanottimien 102, 104 etäisyyteen (xl + x2) ja ultraäänen taajuuteen, mutta kääntäen verrannollinen äänennopeuteen. 180 asteen vaihesiirto voi esimerkiksi vastata ilman15 virtausnopeutta 30 m/s. Ideaalitapauksessa etäisyydet xl ja x2 ovat yhtä pitkiä, mutta etäisyyksien xl ja x2 välinen etäisyysero voidaan määrittää ja kompensoida esimerkiksi mittaamalla staattinen vaiheero tilanteessa, jossa ilmanvirtauksen nopeus on nolla. Käytännön asennustilanteessa arvot xl ja x2 poikkeavat helposti toisistaan 20 vaikka tavoitteena on symmetria.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa etäisyydet xl ja x2 voivat olla erisuuruiset, jolloin ilman ollessa paikallaan havaitaan staattinen vaihe-ero. Kun ilman virtausnopeus kasvaa siihen suuntaan, jonka 25 puolella etäisyys lähettimeen on suurempi, vaihe-ero pienenee ja saa arvon nolla, kun ilman virtausnopeus siirtää aaltorintamaa juuri vastaanottimien etäisyyseron xl - x2 verran. Etäisyysero voidaan korjata nollaamalla etäisyyseron aiheuttama staattinen vaihe-ero. Etäisyysero tuo lisää lämpötilariippuvuutta, joka voidaan kompen30 soida keksinnön mukaisella menetelmällä, jos etäisyysero on pieni verrattuna antureiden väliseen etäisyyteen nähden.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa vastaanottimien 102, 104 etäisyys toisistaan (xl + x2) on 20 mm - 80 mm. Edellä mainittua 35 etäisyyttä käyttämällä voidaan varmistaa virtausnopeuden mahdollisimman tarkka mittaus keksinnön mukaisen laitteiston avulla.

20175665 prh 15 -04- 2020

Mittausmenetelmässä voidaan ultraääntä generoida joko jatkuvana tai pulssitettuna riippuen putken geometriasta. Pulssitetussa ajossa vaihe-ero mitataan vastaanottimille 102, 104 saapuvan äänipurskeen sisältä. Käyttämällä pulssitettua ajoa saadaan eliminoitua ää5 nen heijastumisista aiheutuvat mittausvirheet. Vaihe on edullista lukea pulssin tasaiselta alueelta. Toinen reunaehto voidaan saada vastaanottimien ja lähettimien lyhimmästä etäisyydestä, heijastusten kautta tulevan pulssin kulkuajasta ja lähettimen suuntaavuudesta. Esimerkiksi jos käytetään 60 kHz:n ultraääntä ja 10 mm halkaisijan 10 omaavaa lähetintä, niin pyöreälle putkelle sopiva pulssin pituus on karkeasti putken halkaisija d jaettuna äänennopeudella. Koska mittaus perustuu vaiheiden mittaukseen, on mittaus amplitudista riippumaton. Lähetettävän pulssin voimakkuus valitaan siten, että vastaanottimissa saadaan tavanomaista esivahvistusta käyttäen hyvä 15 signaali ja signaali-kohinasuhde on jatkokäsittelyn tarpeeseen riittävän korkea.

Molemmissa mittausmenetelmissä voidaan edullisesti käyttää laajakaistaisia antureita. Laajakaistaisilla antureilla vaihevaste on tasai20 sempi kuin kapeakaistaisissa resonanssiin perustuvissa antureissa.

Kapeakaistaisissa antureissa resonanssitaajuuksien poikkeamisista ja Q-arvojen vaihteluista aiheutuva virhe on suurempi. Myös nousuajat laajakaistaisilla ovat lyhempiä, mikä on tärkeää, jos käytetään pulssitettua ajoa. Lähetinpuolella pieni Q-arvo tarkoittaa nope25 ampaa pulssivastetta. Lähettimen on syytä olla riittävän suuntaava, mutta kuitenkin niin että keila osuu kaikilla virtausnopeuksilla vastaanottimille. Lähettimen keilan leveys voi olla esimerkiksi 20 ° - 40 °, edullisesti esimerkiksi noin 30 °.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön erään suoritusmuodon mukainen laitteisto ilmanvirtauksen mittaukseen. Laitteisto käsittää yhden ultraäänilähettimen 100 ja kaksi vastaanotinta 102, 104 jotka sijaitsevat ilmanvaihtokanavan 300 vastakkaisilla puolilla. Ultraäänilähetin 100 ja ultraäänivastaanottimet 102, 104 on kytketty ohjausyksik35 köön 304, joka käsittää mittauselektroniikkaa, esimerkiksi välineet vastaanottimien 102, 104 vastaanottamien signaalien kulkuaikaeron mittaamisen vaihe-eroon perustuen. Vastaanottimien

20175665 prh 15 -04- 2020 vastaanottamien signaalien vaihe-erosta ohjausyksikkö 304 voi määrittää ilmanvirtauksen suunnan ja nopeuden ilmanvaihtokanavassa. Ohjausyksikkö 304 voi myös hallita ultraäänilähettimen lähettämää ultraäänisignaalia. Ohjausyksikkö 304 voi olla integroitu 5 lähettimen ja/tai vastaanotinten yhteyteen tai se voi olla erillinen yksikkö. Jos ohjausyksikkö 304 on erillinen yksikkö, voidaan ultraäänilähetin 100 ja ultraäänivastaanottimet 102, 104 kytkeä ohjausyksikköön 304 langallisesti tai langattomasti. Ohjausyksikkö 304 voi myös käsittää näyttölaitteen, jolla mittaustulokset voidaan esittää. 10 Ohjausyksikkö 304 voi myös välittää mittaustulokset ulkopuoliselle laitteelle, esimerkiksi ilmavirtaussäätimelle, tietojenkäsittelylaitteelle tai näyttölaitteelle.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ultraäänivastaanottimena voi15 daan käyttää esimerkiksi mikrofoneja, kuten MEMS-mikrofoneja.

Ultraäänilähettimen taajuus voi olla esimerkiksi 60 kHz, toimintajakso 60 Hz ja yhden pulssin pituus 250 mikrosekuntia. Esimerkkisuoritusmuoto ultraäänilähettimen lähettämästä signaalimuodosta 400 on esitetty kuviossa 4. Keksinnön ratkaisussa voidaan käyttää 20 muitakin taajuus- ja pulssisuhteita ja yllä kuvattu ja kuviossa 4 esitetty signaalimuoto on vain eräs esimerkki.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa laitteisto käsittää kanavan yhteyteen sovitettavissa olevan anturin, joka käsittää ultraäänilähettimen 25 ja ainakin kaksi ultraäänivastaanotinta, ja ohjausyksikön johon ultraäänilähetin ja ultraäänivastaanottimet ovat liitettävissä. Laitteisto edelleen käsittää välineet lämpötilan mittaamiseen. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa laitteisto mittaa kanavassa olevan ilman ja/tai anturin lämpötila välineillä lämpötilan mittaamiseen. Tämän perus30 teella laitteisto suorittaa anturin kalibrointimittauksen kyseisellä lämpötilalla mikäli mitatulla lämpötilalla ja/tai tietyllä ennalta määrätyllä lämpötila-alueella mitatun lämpötilan ympäristöstä ei ole aiemmin suoritettu anturin kalibrointimittausta. Tämän jälkeen laitteisto määrittää ja/tai tallentaa kalibrointimittauksen perusteella 35 muodostetun ilmavirtauksen mittaustuloksen lämpötilakompensaatiotiedon muistiin, esimerkiksi ohjausyksikön muistiin.

20175665 prh 15 -04- 2020

Keksinnön mukainen ratkaisu voi esimerkiksi toimia seuraavasti. Anturi tai laitteiston yhteydessä olevat välineet lämpötilan mittaukseen mittaavat lämpötilaa, esimerkiksi jatkuvasti tai tietyin aikavälein. Kun laitteisto tunnistaa lämpötilan, jossa mittausta ei ole vielä suo5 ritettu tai lämpötila-alueen, jossa mittausta ei ole vielä suoritettu, anturi lähettää pyynnön kalibrointimittauksen suorittamiseen. Tämä voidaan suorittaa esimerkiksi kun laitteisto käynnistetään ensimmäisen kerran. Kalibrointimittauksen aikana ilmakanavan ilmanvirtaus voidaan järjestää olennaisesti nollaksi esimerkiksi kanavassa olevan 10 säätö- tai suljinelimen avulla. Tämän jälkeen suoritetaan ilmavirran nopeuden mittaus ja tallennetaan mittauksen tulokset muistiin. Kun mittaus suoritetaan siten, että ilmavirtauksen nopeus on nolla, anturin vastaanottimien mittaama vaihe-ero on lämpötilan aiheuttamaa virhettä. Järjestelmään on määritetty tietty ennalta määrätty 15 lämpötila-alue, jonka alueella suoritettu kalibrointi on voimassa.

Eräässä esimerkissä suoritettu kalibrointimittaus on voimassa ± 2 °C alueella mitatusta lämpötilasta.

Jos ilman lämpötila muuttuu kalibroidun alueen ulkopuolelle, eli tie20 tyn ennalta säädetyn määrän mitatun lämpötila-alueen ulkopuolelle, esimerkissä yli kahden asteen päähän mitatusta lämpötilasta, suoritetaan laitteistolla uusi kalibrointimittaus uudessa lämpötilassa ja tallennetaan se muistiin. Ensimmäisen kalibrointimittauksen ja uusien kalibrointimittausten perusteella on mahdollista muodostaa 25 lämpötilankompensaatiofunktio eli lämpötilankorjausfunktio, joka kompensoi eli korjaa lämpötilan aiheuttamaa vaihe-eron virhettä esim, siten, että ilmavirtauksen ollessa nolla myös anturin mittaama ilmavirtauksen nopeus on olennaisesti nolla tai mahdollisimman lähellä nollaa. Usean eri lämpötilassa suoritetun kompensaatiomit30 tauksen avulla voidaan määrittää korjausfunktio kyseisten lämpötilojen välille. Suoritetun mittauksen jälkeen validoitu lämpötila-alue kasvaa yhdellä ennalta määrätyllä alueella eli esimerkin tapauksessa kahdella asteella. Jos havaittu ilmavirtauksen lämpötila muuttuu validoidun lämpötila-alueen ulkopuolelle, laitteisto suorittaa uudestaan 35 kalibrointimittauksen edellä kuvatun mukaisesti ja taas validoitua lämpötila-aluetta voidaan kasvattaa ennalta määrätyllä määrällä. Uusien mittaustulosten avulla kompensaatiokäyrä voidaan määrittää

20175665 prh 15 -04- 2020 uudelleen tai sitä voidaan tarkentaa, jolloin anturin mittaustarkkuus eri olosuhteissa paranee jokaisen mittauksen avulla.

Edellä mainitulla tavalla anturi ja/tai laitteisto lähettää anturin käyn5 nistämisen jälkeen kalibrointimittauspyyntöjä suhteellisen usein mutta toiminnan aikana kalibrointimittausten määrä vähenee koska validoitu lämpötila-alue kasvaa jokaisen kalibrointimittauksen avulla. Edellä mainitulla tavalla anturi ja anturijärjestelmä voi kompensoida anturin mittausvirhettä eri lämpötiloissa anturikohtaisesti 10 ja automaattisesti normaalin toiminnan yhteydessä ja aidossa anturin asennuspaikassa. Näin anturin mittaustarkkuutta voidaan parantaa eikä anturia tarvitse kalibroida ennalta esimerkiksi sen valmistusvaiheessa.

Laitteisto voi olla järjestetty nollaamaan kalibrointitulokset ja kalibrointitiedot tietyin aikavälein ja tämän jälkeen aloittamaan kalibroinnin uudestaan. Näin automaattinen ja adaptiivinen korjaus mukautuu olosuhteiden muutoksiin uusien kalibrointinollausten kautta ajan myötä, mikäli esim, lämpötilakorjauksen aiheuttava fyysinen ilmiö 20 ajan myötä muuttuu. Edellä mainitun suoritusmuodon avulla voidaan myös kompensoida pölyyntymisestä tai muusta ikääntymisestä johtuvaa offset-virhettä ja/tai sen muutosta.

Kun kalibrointimittaus on suoritettu tai sen perusteella on määritetty 25 korjauskerroin tai korjauskäyrä, tulokset voidaan tallentaa esim, ohjainyksikköön tai ohjainlaitteeseen. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ainakin ensimmäinen kalibrointi voidaan suorittaa aina kun laitteisto tai järjestelmä käynnistetään, alustetaan, otetaan käyttöön ja/tai kun järjestelmää huolletaan. Keksinnön eräässä suoritusmuo30 dossa kalibrointi voidaan myös suorittaa tasaisin ennalta määrätyin aikavälein, jotta mittaus toimii optimaalisesti koko laitteiston käyttöajan ja voi kompensoida laitteiston ikääntymiseen tai kulumiseen liittyvää muutosta tai esimerkiksi kanavan likaantumiseen liittyviä tekijöitä.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ultraäänivastaanottimien ei tarvitse olla ilmanvaihtokanavan vastakkaisella puolella

20175665 prh 15 -04- 2020 ultraäänilähettimeen nähden vaan on myös mahdollista, että ultraäänilähetin ja yksi tai useampi ultraäänivastaanotin ovat ilmanvaihtokanavan samalla puolella. Jos ultraäänilähetin ja ultraäänivastaanotin tai -vastaanottimet ovat samalla puolella ilmanvaihtokanavaa, 5 tarvitaan ilmanvaihtokanavan anturien vastakkaiselle puolelle pinta, joka heijastaa ultraäänilähettimen lähettämät ultraäänet ultraäänivastaanottimelle tai ultraäänivastaanottimille. Putken pinta on edullista muotoilla tai käsitellä niin, että ääni heijastuu tehokkaasti takaisin vastaanottimille.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa yksittäistä ultraäänianturia voidaan käyttää sekä ultraäänivastaanottimena että ultraäänilähettimenä.

Keksinnön mukainen laite ilmanvirtauksen mittaukseen voi olla ilmanvaihtokanavan yhteyteen kiinteästi asennettu. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa ultraäänilähetinanturi ja ultraäänivastaanotinanturit on kiinteästi asennettu ilmanvaihtokanavan yhteyteen, esimerkiksi ilmanvaihtokanavan sisäpintaan. Keksinnön toi20 sessa suoritusmuodossa ultraäänilähetinanturi ja ultraäänivastaanotinanturit on integroitu osaksi putkea kiinteästi niin, että ainakin osa antureiden rakenteesta on putken ulkopuolella ja putkeen on tehty anturin lähetintä ja/tai vastaanotinta vastaava aukko, jonka avulla anturi voi lähettää tai vastaanottaa ilmastointikanavan sisällä 25 olevia ultraäänisignaaleja. Keksinnön mukaisen laitteiston ohjausyksikkö voi olla myös integroituna anturin tai anturien yhteyteen tai laitteisto voi käsittää vain liittimet, joilla erillinen ohjausyksikkö voidaan liittää antureihin. Ilmastointikanavien osiin, esimerkiksi putkiin, kiinteästi asennettujen antureiden etuna on se, että ilmastoin30 tikanavan osat ovat helposti paikoilleen asennettavia eikä niitä asentaessa tarvitse suorittaa erillisiä ilmanvirtausantureiden säätö- tai asennustoimenpiteitä.

Keksinnön mukaisella laitteistolla voidaan suorittaa jatkuvaa ilman35 virtauksen mittausta tai ilmanvirtauksen mittaus voi olla säädetty tapahtumaan tietyin ennalta määrätyin ja/tai valittavissa olevin aikavälein.

Keksinnön mukaista laitteistoa ilmanvirtauksen mittaukseen voidaan käyttää ilman virtauksen mittaukseen ilmanvaihto-järjestelmän eri osissa kuten esimerkiksi kanavissa, tasauslaatikoissa, puhaltimissa, 5 ilmanvirtaussäätimissä, iris-säätimissä ja mittauspäissä.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät myöskään rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, ja ne voivatkin siksi vaihdella jäljempänä esitettävien patentit) tivaatimusten puitteissa. Selityksessä mahdollisesti yhdessä muiden tunnusmerkkien kanssa esitettyjä tunnusmerkkejä voidaan tarvittaessa käyttää myös toisistaan erillisinä.

Claims (22)

PATENTTIVAATIMUKSET

1. Menetelmä ilmavirtauksen mittaukseen kanavassa, esimerkiksi

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä määritetään anturille lämpötilakorjauskerroin mitatulle lämpötilalle kalibrointimittauksen perusteella.

30

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä määritetään lämpötilakorjauskäyrä anturille eri lämpötiloilla mitattujen kalibrointitietojen pohjalta.

4. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen mukainen me-

35 netelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä anturin mittaamaa ilmavirran mittaustulosta kompensoidaan kalibroinnin avulla määritetyn lämpötilakorjaustiedon perusteella.

20175665 prh 15 -04- 2020

5 kainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu lähettämään ja/tai tallentamaan kalibrointimittauksen avulla määritetyt tiedot ohjainyksikköön tai ohjainlaitteeseen.

21. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen 12 - 20 mu-

5 taanottimien (102, 104) ja ultraäänilähettimen (100) väliset etäisyydet ovat erisuuruiset.

5 mälle ennen kalibrointimittauksen suorittamista.

5. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä lähetetään kalibrointimittauspyyntö ja/tai kalibrointimittausilmoitus järjestel-

5 ilmanvaihtokanavassa (300), laitteistolla, joka laitteisto käsittää kanavan yhteyteen sovitettavissa olevan anturin, joka käsittää ultraäänilähettimen (100) ja ainakin kaksi ultraäänivastaanotinta (102, 104), ja ohjausyksikön (304) johon ultraäänilähetin ja ultraäänivastaanottimet ovat liitettävissä, missä laitteisto edelleen

6. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää säätö-ja/tai sullo jinelimen, joka sulkee ilmakanavan kalibrointimittauspyynnön ja/tai kalibrointimittaus-ilmoituksen perustella siten, siten että ilman virtausnopeus kanavassa on olennaisesti nolla.

7. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen mukainen me15 netelmä, tunnettu siitä, että anturin kalibrointimittaus suoritetaan laitteistolla uudestaan mikäli lämpötila muuttuu sellaiseksi, jolla lämpötilalla ja/tai tietyllä ennalta määrätyllä lämpötila-alueella mitatun lämpötilan ympäristöstä, ei ole vielä suoritettu anturin kalibrointimittausta.

8. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laitteisto nollaa ja/tai poistaa kalibrointimittaustulokset ja/tai kalibrointimittausten perusteella muodostetut lämpötilakompensaatiotiedot tietyin aikavälein ja

25 tämän jälkeen laitteisto aloittaa kalibroinnin suorittamisen uudestaan.

9. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että laitteisto lähettää ja/tai tallentaa

30 kalibrointimittauksen avulla määritetyt tiedot ohjainyksikköön tai ohjainlaitteeseen.

10 kainen laitteisto, tunnettu siitä, että ultraäänivastaanottimet (102, 104) on järjestetty kanavan yhteyteen siten, että etäisyys molemmista ultraäänivastaanottimesta (102, 104) ultraäänilähettimeen (100) on olennaisesti samansuuruinen.

10 perusteella.

16. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen 12 - 15 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu lähettämään kalibrointimittauspyyntö ja/tai kalibrointimittausil-

15 moitus järjestelmälle ennen kalibrointimittauksen suorittamista.

17. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen 12 - 16 mu20 kainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää säätö- ja/tai suljinelimen, joka on sovitettu sulkemaan ilmakanava kalibrointimittauspyynnön ja/tai kalibrointimittaus-ilmoituksen perustella siten, siten että ilman virtausnopeus kanavassa on olennaisesti nolla.

18. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen 12 - 17 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu suorittamaan anturin kalibrointimittaus uudestaan mikäli lämpötila muuttuu sellaiseksi, jolla lämpötilalla ja/tai tietyllä ennalta mää-

30 rätyllä lämpötila-alueella mitatun lämpötilan ympäristöstä ei ole vielä suoritettu anturin kalibrointimittausta.

19. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen 12 - 18 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu nol-

35 laamaan ja/tai poistamaan kalibrointimittaustulokset ja/tai kalibrointimittausten perusteella muodostetut lämpötila kompensaatiotiedot tietyin aikavälein ja tämän jälkeen laitteisto on sovitettu aloittamaan kalibroinnin suorittamisen uudestaan.

20. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen 12 - 19 mu-

10 kanavan yhteyteen sovitettavissa olevan anturin, joka käsittää ultraäänilähettimen (100) ja ainakin kaksi ultraäänivastaanotinta (102, 104), ja ohjausyksikön (304) johon ultraäänilähetin ja ultraäänivastaanottimet ovat liitettävissä, missä laitteisto edelleen käsittää välineet lämpötilan mit15 taamiseen, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu määrittämään lämpötilakompensaatiotieto automaattisesti laitteiston asennuspaikassa normaalin toiminnan yhteydessä seuraavasti:

- laitteisto on sovitettu mittamaan kanavassa olevan il-

20 man ja/tai anturin lämpötila lämpötilan mittaamisen välineillä,

- laitteisto on sovitettu suorittamaan anturin kalibrointimittaus kyseisellä lämpötilalla järjestämällä virtaus kanavassa olennaisesti nollaksi mikäli mitatulla lämpötilalla ja/tai tietyllä ennalta määrätyllä lämpötila-alueella mitatun lämpötilan ym-

25 päristöstä ei ole aiemmin suoritettu anturin kalibrointimittausta, ja

- laitteisto on sovitettu määrittämään ja/tai tallentamaan kalibrointimittauksen perusteella muodostettu ilmavirtauksen nopeuden mittaustulos kyseisessä lämpötilassa lämpö-

30 tilakompensaatiotietona muistiin, esimerkiksi ohjausyksikön muistiin.

10. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultraäänivastaanottimet (102,

35 104) on järjestetty kanavan yhteyteen siten, että etäisyys molemmista ultraäänivastaanottimesta (102, 104) ultraäänilähettimeen (100) on olennaisesti samansuuruinen.

20175665 prh 15 -04- 2020

10 käsittää välineet lämpötilan mittaamiseen, tunnettu siitä, että menetelmässä määritetään lämpötilakompensaatiotieto automaattisesti laitteiston asennuspaikassa normaalin toiminnan yhteydessä seuraavasti:

- mitataan laitteistolla kanavassa olevan ilman ja/tai anis turin lämpötila lämpötilan mittaamisen välineillä,

- suoritetaan laitteistolla anturin kalibrointimittaus kyseisellä lämpötilalla järjestämällä virtaus kanavassa olennaisesti nollaksi mikäli mitatulla lämpötilalla ja/tai tietyllä ennalta määrätyllä lämpötila-alueella mitatun lämpötilan ympäristöstä ei ole

20 aiemmin suoritettu anturin kalibrointia, ja

- määritetään ja/tai tallennetaan laitteistolla kalibrointimittauksen perusteella muodostettu ilmavirtauksen nopeuden mittaustulos kyseisessä lämpötilassa lämpötilakompensaatiotietona muistiin, esimerkiksi ohjausyksikön muistiin.

11. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ultraäänivastaanottimet (102, 104) on järjestetty kanavan yhteyteen siten, että ultraäänivas-

12. Laitteisto ilmavirtauksen mittaukseen kanavassa, esimerkiksi ilmanvaihtokanavassa (300), joka laitteisto käsittää

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu määrittämään anturille lämpötilakor-

35 jauskertoimen mitatulle lämpötilalle kalibrointimittauksen perusteella.

20175665 prh 15 -04- 2020

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu määrittämään lämpötilakorjauskäyrä anturille eri lämpötiloilla mitattujen kalibrointitietojen pohjalta.

15. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen 12 - 14 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto on sovitettu kompensoimaan anturin mittaamaa ilmavirran mittaustulosta kalibrointimittauksen avulla määritetyn lämpötilakorjaustiedon

15 22. Minkä tahansa aiemman patenttivaatimuksen 12 - 21 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ultraäänivastaanottimet (102, 104) on järjestetty kanavan yhteyteen siten, että ultraäänivastaanottimien (102, 104) ja ultraäänilähettimen (100) väliset etäisyydet ovat erisuuruiset.