NL1037605C2 - Werkwijze en inrichting voor elektrische detectie van vloeistofstroming in een buis en schakeling van elektrische apparatuur. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor elektrische detectie van vloeistofstroming in een buis en schakeling van elektrische apparatuur

Onderhavige vinding betreft een werkwijze of inrichting voor het detecteren van vloeistofstroming in een buis gekenmerkt door tenminste een microfoon die 5 ultrasone trillingen registreert en tenminste een versterker en een elektrisch circuit om apparatuur in te schakelen en / of uit te schakelen op basis van een gedetecteerde verandering in vloeistofstroming. Daarnaast wordt onderhavige vinding gekenmerkt door middelen om trillingen, die door een inrichting met een stromend fluïdum tijdens bedrijf worden geproduceerd, om te zetten in een 10 elektrisch signaal, middelen om het elektrisch signaal te analyseren en te karakteriseren, middelen om veranderingen in het voor een goed functionerende inrichting waardoorheen een fluidum stroomt karakteristieke signaal regelmatig te vergelijken met het momentane signaal dat een vergelijkbare te onderzoeken en / of te bewaken inrichting waardoorheen een fluidum stroomt produceert en middelen 15 om een alarm te genereren wanneer het voor een goed functionerende inrichting karakteristieke signaal meer dan een van te voren ingestelde waarde afwijkt van het momentaan gemeten signaal dat door de te onderzoeken en / of te bewaken inrichting wordt geproduceerd.

20 Inleiding

In de procesindustrie worden chemicaliën aan procesvloeistoffen gedoseerd om chemische reakties te bewerkstelligen om bijvoorbeeld water te zuiveren. In dergelijke gevallen is het zeer ongewenst als de dosering van chemicaliën doorgaat indien de stroming van de procesvloeistof, bijvoorbeeld door een storing, stopt. In 25 de procesindustrie worden ook vloeistoffen behandeld met UV straling en / of andere electromagnetische straling en / of ultrasone trillingen en / of ozon en / of wisselspanning en / of gelijkspanning waaronder electrolyse met als doel deze vloeistoffen te desinfecteren. Ook in deze gevallen is het zeer gewenst dat de waterbehandeling wordt stopgezet indien de stroming van de vloeistof stopt. Een 30 veel toegepaste methodiek om vloeistofstroming te detecteren is de toepassing van sensoren die in contact staan met het water dat door de leiding stroomt. Inherent aan deze oplossing kan verstopping van de sensor optreden, corrosie van de sensor en slijtage van de sensor. Onderhavige vinding betreft een werkwijze of inrichting waarmee de stroming van vloeistof wordt gedetecteerd aan de buitenkant 1037605 2 van een leiding waardoor de vloeistof stroomt. Omdat geen contact is tussen het stromende medium en de sensor, is deze sensor zeer betrouwbaar en niet aan slijtage onderhevig. Daarnaast kan de technologie volgens onderhavige vinding worden toegepast om de werking van inrichtingen uit de procesindustrie te 5 monitoren door de trillingen die deze inrichtingen produceren te registreren en te analyseren. Als niet limiterende voorbeelden van dergelijke inrichtingen worden genoemd: leidingnetwerken waardoorheen vloeistof stroomt, reaktoren, i destillatietorens, membraaninstallaties voor nanofiltratie, microfiltratie of omgekeerde osmose, molens, mengers, filterinstallaties, sproeidrogers, desinfectie-10 apparatuur waaronder electrolyzers, ozongenerators, UV desinfectie installaties en ultrasone desinfectie installaties.

Een belangrijk kenmerk van bovengenoemde inrichtingen is dat ze bewegende delen bevatten en derhalve trillingen produceren. Onder trillingen wordt in deze aanvrage verstaan: geluidstrillingen waaronder ultrasone trillingen maar ook 15 mechanische trillingen van een object en / of elektrische en / of magnetische en / of elektromagnetische trillingen in de vorm van een stroom en / of golf.

Onder een inrichting met bewegende delen wordt in deze aanvrage ook verstaan een eerste inrichting die in direct of indirect contact is met tenminste een tweede inrichting die bewegende delen bevat waardoor de eerste inrichting ook aan 20 trillingen is blootgesteld. Een niet limiterend voorbeeld van een dergelijke eerste inrichting is een vliegtuigvleugel.

Een belangrijk kenmerk van inrichtingen met bewegende delen is dat deze aan slijtage onderhevig zijn en dat preventief onderhoud van belang is om gevolgschade van defecte inrichtingen met bewegende delen te voorkomen.

25 Het blijkt in de praktijk dat elke inrichting met bewegende delen tijdens bedrijf een karakteristiek patroon van trillingen produceert dat binnen een eenvoudig te bepalen bandbreedte blijft zolang de inrichting met bewegende delen naar behoren functioneert. Zodra de inrichting met bewegende delen door slijtage of vanwege een andere oorzaak niet meer naar behoren functioneert gaat deze een ander 30 patroon van trillingen produceren.

Onderhavige vinding betreft derhalve ook een werkwijze en inrichting om tegen lage kosten de trillingen die een inrichting met bewegende delen produceert te analyseren en op deze wijze tijdens bedrijf vast te stellen of preventief onderhoud van deze inrichting noodzakelijk is. Een belangrijk kenmerk van onderhavige 3 vinding is dat de technologie breed inzetbaar is voor een scala van producten met bewegende delen. Met bewegende delen wordt in deze aanvrage ook bedoeld: de stroming van een fluidum door een leiding of leidingnetwerk of procesinstallatie. Onder fluidum valt volgens de definitie van deze aanvrage een vloeistof en / of een 5 vloeistofmengel en / of een gas en / of een gasmengsel en / of een damp en / of een dampmengsel en / of een suspensie van vaste stof in gas en / of vloeistof en / of vloeistofdruppels gesuspendeerd in een gas(mengsel) en / of vloeistof(mengsel).

Beschrijving van onderhavige vinding 10 De technologie volgens onderhavige vinding is gebaseerd op de waarneming dat in stromende vloeistoffen zoals water dat door een waterleiding stroomt altijd minuscule luchtbellen en / of deeltjes aanwezig zijn die door botsing met de wand ultrasone trillingen opwekken. Deze ultrasone trillingen worden gedetecteerd met een ultrasone microfoon en versterkt waarna het aldus verkregen signaal een relais 15 aan of uitschakelt. Op deze wijze is het mogelijk om aan de buitenkant van een leiding vast te stellen of een vloeistof stroomt. Opgemerkt wordt dat uit het frequentiespectrum en de amplitude van de gedetecteerde ultrasone trillingen in veel systemen niet alleen kan worden vastgesteld of de vloeistof in een dergelijk systeem stroomt maar ook wat het debiet van die vloeistof is. Verder wordt 20 opgemerkt dat onderhavige vinding ook werkt voor de stroming van gassen door leidingen.

Volgens een eerste aspect wordt onderhavige vinding gekenmerkt door tenminste een sensor om trillingen te detecteren. Sensoren die geschikt zijn om te worden toegepast in combinatie met onderhavige vinding zijn: acoustische sensors 25 waaronder ultrasone sensors, bewegingssensors, sensors ter detectie van wervelstromen, ontvangers ter detectie van elektromagnetische straling waaronder kristalontvangers of hoogohmige ingangen van versterkers die als ontvanger van elektromagnetische straling worden gebruikt, lichtsensors, Hall sensors, spiraalgewonden spoelen, spoelen op een ferrietkern, afgestemde kringen.

30 Volgens een tweede aspect bestaat onderhavige vinding uit middelen om het signaal dat door tenminste een sensor wordt gemeten te vergelijken met een referentiewaarde. In een van de meest eenvoudige niet limiterende uitvoeringsvormen bestaat de referentiewaarde uit een gelijkspanning die wordt vergeleken met de spanning die wordt geproduceerd door het signaal dat de sensor 4 levert om te zetten in een gelijkspanning. Indien de referentiewaarde meer dan een ingestelde waarde verschilt van de signaalspanning wordt een alarmering in werking gesteld. Opgemerkt wordt dat bij voorkeur meerdere referentiewaarden met een sensor en / of meerdere referentiewaarden met meerdere sensors worden 5 toegepast ter karakterisering van de werking van een inrichting met bewegende delen.

Volgens een derde aspect bestaat onderhavige vinding uit middelen om tenminste een doch bij voorkeur verschillende referentiewaarden waarbinnen het apparaat met bewegende delen behoort te functioneren op te slaan. Niet limiterende 10 voorbeelden van dergelijke middelen zijn microcontrollers zoals de PIC16F84A, dataloggers, PCs.

Volgens een vierde aspect bestaat onderhavige vinding uit middelen om de signalen die tenminste een sensor produceert te interpreteren en te vergelijken met referentiewaarden. Dergelijke middelen bestaan bij voorkeur uit software die is 15 opgeslagen in een microcontroller die voor de specifieke toepassing i.e., een specifieke inrichting met bewegende delen die onder specifieke omstandigheden opereert, is geprogrammeerd. Bijkomend voordeel van een microcontroller is dat deze niet alleen is uitgerust met ingangen en dus signalen van sensors kan ontvangen, bijvoorbeeld door middel van een analoog naar digitaal converter (ADC) 20 maar ook dat deze microcontroller uitgangen heeft en dus een alarmering kan aansturen indien de software in de microcontroller vaststelt dat een inrichting met bewegende delen preventief onderhoud nodig heeft.

Volgens een vijfde aspect bestaat onderhavige vinding uit een alarmering die aangeeft of de inrichting met bewegende delen preventief onderhoud nodig heeft.

25 Nu de kern van onderhavige vinding is uiteengezet volgt een aantal voorkeuruitvoeringsvormen.

Volgens een zesde aspect bestaat onderhavige vinding uit middelen om vloeistofstroming in een buis en / of de stroming van gas en / of de stroming van deeltjes in een buis te detecteren waarbij de sensor bij voorkeur aan de buitenkant 30 of in de nabijheid van de buis wordt geplaatst i.e., op zodanige wijze dat er geen direct contact is tussen het fluidum en de sensor.

In een eerste uitvoeringsvorm bestaat de sensor volgens de technologie van onderhavige vinding uit een ultrasone sensor. Deze ultrasone sensor is op de inrichting met bewegende delen bevestigd dan wel op zodanige afstand van de 5 inrichting met bewegende delen geplaatst dat deze trillingen die door de inrichting worden geproduceerd kan ontvangen. Het signaal dat door de ultrasone sensor wordt geproduceerd wordt versterkt in een eenvoudige audioversterker die bij voorkeur werkt tot frequenties van 1 MHz. De ultrasone sensor werkt bij voorkeur 5 op een frequentie van 40 kHz. Het blijkt dat commercieel verkrijgbare ultrasone sensors die op 40 kHz werken redelijk breedbandig zijn. Dit wil zeggen dat ze ook signalen detecteren die significant lager en hoger zijn dan 40 kHz, bijvoorbeeld 20 kHz en 60 KHz en het gebied tussen 20 kHz en 40 kHz en 40 kHz en 60 kHz. Het gedrag van de ultrasone sensors is echter niet lineair. Bij de resonantiefrequentie 10 van bijvoorbeeld 40 kHz is de gevoeligheid van de sensor aanzienlijk groter dan bij hogere of lagere frequenties. Het blijkt echter heel goed mogelijk om softwarematig een correctie te maken voor het verloop van de gevoeligheid als functie van de frequentie. Aangezien de ultrasone sensor ook nog eens met een grote gevoeligheid reageert op harmonischen van 40 kHz kan tot verrassing van de 15 uitvinders een goedkope commercieel verkrijgbare ultrasone sensor van 40 kHz geschikt worden gemaakt voor detectie van ultrasone signalen in het gebied van 20 kHz tot 250 kHz. Door toepassing van dergelijke ultrasone sensors in combinatie met een versterker en een PIC processor zoals de PIC16F84A wordt een goedkoop systeem verkregen voor analyse van ultrasone trillingen in een breed 20 frequentiegebied. Het is voor de vakman duidelijk dat deze aanpak ook geschikt is voor toepassing in combinatie met ultrasone sensors die een resonantiefrequentie hebben met een andere waarde dan 40 kHz.

In een tweede uitvoeringsvorm bestaat de sensor uit de eerste uitvoeringsvorm uit tenminste een ontvanger voor elektromagnetische straling. De uitvinders van 25 onderhavige vinding hebben vastgesteld dat een versterker met meerdere trappen en aan de ingang een stuk draad of een aantal banen op de printplaat die werkzaam verbonden zijn met de ingang van de versterker of een kristalontvanger prima sensors zijn. Een dergelijke ontvanger reageert op velden of wervelstromen die worden gegenereerd door bijvoorbeeld elektromotoren.

30 In een derde uitvoeringsvorm wordt een aantal sensors tegelijkertijd aangewend om het gedrag van een inrichting met bewegende delen te karakteriseren en in de tijd te volgen.

In een vierde uitvoeringsvorm worden door middel van Fourrier analysetechnieken en onder gebruikmaking van tenminste een microcontroller en software de 6 karakteristieke frequenties in kaart gebracht waarbij onderhavige vinding functioneert en wordt vergeleken met de actuele door de inrichting geproduceerde signalen.

In een vierde uitvoeringsvorm wordt de technologie volgens onderhavige vinding 5 gebruikt om in een wateromgeving een inherent veilige elektriciteitsvoorziening te realiseren. Dit gebeurt door de netspanning of de spanning die door een accu wordt geleverd te converteren naar een wisselspanning met een frequentie in het gebied van 20 kHz to 500 kHz. Bij voorkeur bedraagt de frequentie van de wisselspanning 100 kHz. Het is in de literatuur bekend dat een dergelijke spanning veel minder 10 gevaarlijk is dan een 50 Hz of 60 Hz wisselspanning aangezien het menselijk zenuwstelsel nauwelijks reageert op wisselstromen met een frequentie van 100 kHz. Met de technologie volgens onderhavige vinding is het technisch mogelijk om continu te meten of de voeding die de spanning van 100 kHz levert nog steeds naar behoren functioneert zonder dat de sensor die dit detecteert galvanisch 15 aangesloten is op deze voeding. Tevens kan met de technologie volgens onderhavige vinding worden vastgesteld of apparaten die op de 100 kHz voeding zijn aangesloten ook daadwerkelijk een wisselspanning met de juiste frequentie krijgen. In geval van storing wordt de voeding automatisch uitgeschakeld. Het is de vakman duidelijk dat een dergelijk hoogfrequent systeem interessant is voor 20 toepassing in badkamers en zwembaden.

In een vijfde uitvoeringsvorm wordt het gedrag van membranen gekarakteriseerd met de technologie volgens onderhavige vinding door sensors in en om het membraan aan te brengen. Op deze wijze kan membraanvervuiling in kaart worden 0 gebracht.

25 In een zesde uitvoeringsvorm wordt een ultrasone microfoon aangebracht op een leiding waardoorheen vloeistof stroomt. Op de plek de microfoon is aangebracht is een vernauwing in de leiding aangebracht of een obstakel in de leiding aangebracht waarlangs de vloeistof stroomt. Op deze wijze wordt een sterker ultrasoon signaal verkregen dan in het geval dat de vernauwing of het obstakel afwezig zijn.

30 In een zevende uitvoeringsvorm wordt het concept volgens onderhavige vinding toegepast in het waterleidingnet in een badkamer waarbij apparatuur in de badkamer, waaronder een desinfectie-inrichting in een douchekop maar niet daartoe beperkt, wordt ingeschakeld zodra de kraan van de douche wordt opgengedraaid en het water gaat stromen.

7

In een achtste uitvoeringsvorm wordt het concept volgens onderhavige vinding toegepast om stroming te detecteren in vloeistoffen met een sterk corrosief karakter, giftige vloeistoffen, explosieve vloeistoffen, vloeistoffen met een hoog gehalte aan zwevende stof, opgeloste zouten, en oververzadigde oplossingen die 5 snel tot corrosie leiden.

Verder wordt opgemerkt dat de stroming van een vloeistof ook kan worden gedetecteerd door tussen 2 stukken metalen buis een kunststofbuis te plaatsen.

Om deze kunststofbuis wordt vervolgens een spoel gewikkeld en op deze spoel wordt een wisselspanning aangesloten. Het gevolg hiervan is dat er ook een 10 potentiaalverschil meetbaar is tussen de 2 stukken metalen buis. Indien de vloestof stroomt is dit potentiaalverschil anders dan wanneer de vloeistof stilstaat. Met dit concept kan ook de stroming van vloeistof worden gedetecteerd. Dit concept met een spoel kan desgewenst ook worden toegepast in combinatie met het concept van de ultrasone trillingen en maakt nadrukkelijk deel uit van onderhavige vinding.

15

In een negende uitvoeringsvorm wordt het concept volgens onderhavige vinding toegepast in combinatie met een elektrolyse-inrichting in het algemeen en een chloorelektrolyse in het bijzonder. Onder chloorelektrolyse wordt in deze aanvrage de elektrolyse van water met daarin opgelost chloridezouten in het algemeen en 20 natriumchloride in het bijzonder. Bij de chloorelektrolyse onstaat onder meer chloor-en waterstofgas. Een dergelijke elektrolyse wordt onder meer toegepast bij de desinfectie van water. De gasbellen die bij het elektrolyseproces ontstaan stromen door de vloeistof, botsen daarbij met de wand van een reaktor of leiding en met elkaar en produceren hierdoor ultrasoon geluid. Het is de vakman duidelijk dat de 25 amplitude en / of frequentie en / of het frequentiespectrum van het geproduceerde geluid afhangt van de geometrie van de elektrolyse-inrichting maar ook van de snelheid waarmee vloeistof door deze inrichting stroomt. Dit betekent dat een sensor volgens de technologie van onderhavige vinding zeer goed in staat is om vast te stellen of de elektrolyse nog onder de gewenste omstandigheden 30 plaatsvindt. De aard van de trillingen die door de electrolyse-unit of door het vloeistof / gas mengsel in een buis die aangesloten is op en / of werkzaam is verbonden met de elektrolyse-unit wordt geproduceerd geeft eenduidig aan of nog voldoende vloeistof door de elektrolyse-unit stroomt. Hierdoor is het mogelijk om de elektrolyse-unit door middel van de sensortechnologie volgens onderhavige vinding 8 automatisch uit te schakelen indien bijvoorbeeld een storing optreedt in de vloeistofpomp naar de elektrolyse-unit. Een dergelijke beveiliging is uitermate belangrijk omdat zich een grote hoeveelheid chloor en / of chloorknalgas kan ophopen in de elektrolyse-unit indien de vloeistof in deze unit niet wordt ververst.

5 Verder blijken de hoeveelheid gasbellen die per tijdseenheid ontstaan alsmede de diameter van de gasbellen die ontstaan af te hangen van de slijtage van de elektroden in de elektrolyse-unit. Bijgevolg hangt de aard van het ultrasone geluid dat een elektrolyse-unit produceert i.e., de amplitude en het frequentiespectrum, af van de momentane kwaliteit van de elektroden. Het is de vakman duidelijk dat 10 hierdoor een unieke sensor verkregen is die contactloos kan meten wanneer de elektroden van een elektrolyse-unit vervangen dienen te worden. Tot slot wordt opgemerkt dat een sensor volgens de technologie van onderhavige vinding uitermate geschikt is om de energie-efficiency van een elektrolyse-unit automatisch te optimaliseren. Hiertoe wordt uit de trillingen die het gas dat tijdens elektrolyse 15 wordt gevormd softwarematig de gasproductiesnelheid berekend. Uit het verbruik van elektrische energie en de gasproductiesnelheid kan softwarematig de efficiency van de elektrolyse worden berekend en vervolgens bijvoorbeeld de spanning tussen de elektroden periodiek en iteratief worden aangepast zodat op elk moment, gegeven de overige procescondities, de energie-efficiency van de elektrolyse 20 optimaal is.

25 ( 30 1037605

Claims (22)

1. Inrichting voor het detecteren van veranderingen in de stroming van een fluïdum en het schakelen van elektrische apparatuur op basis van het gedetecteerde signaal, gekenmerkt door 5. middelen om trillingen te detecteren met tenminste een sensor • middelen om het gedetecteerde signaal te versterken • middelen om de trillingen te analyseren gekenmerkt door software en hardware • middelen om op basis van de signaalanalyse apparatuur aan of uit te 10 schakelen

2. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij het fluidum een vloeistof of een mengsel van vloeistoffen is.

3. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij het fluidum tenminste een gas of een mengsel van gassen is.

4. Inrichting volgens conclusie 1 waarbij het fluidum een emulsie of een suspensie is.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 4 waarbij tenminste een sensor een acoustische sensor is.

6. Inrichting volgens conclusie 5 waarbij tenminste een sensor een ultrasone 20 sensor is.

7. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 6 waarbij tenminste een sensor, een sensor voor het detecteren van elektromagnetische straling is.

8. Inrichting volgens conclusie 7 waarbij tenminste een sensor, een sensor voor 25 het detecteren van radiogolven in het gebied van 50 Hz en 100 GHz bestaat.

9. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 8 waarbij de sensors uit tenminste een acoustische sensor en een sensor voor het detecteren van radiogolven in het gebied van 50 Hz en 100 GHz bestaan.

10. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 9 waarbij de 30 slijtage van een machine of procesinstallatie wordt gemeten door de trillingen die karakteristiek zijn voor een goed functionerende machine of procesinstallatie softwarematig en automatisch te vergelijken met de trillingen die een te onderzoeken en / ofte bewaken machine produceert.

11. Inrichting volgens conclusie 10 vermeerderd met een alarmering die 1037605 aangeeft wanneer het voor een goed functionerende machine of procesinstallatie karakteristieke signaal meer dan een van te voren ingestelde waarde afwijkt van het signaal dat door de machine wordt geproduceerd.

12. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 11 waarbij deze inrichting werkzaam verbonden is met een elektrolyse-unit en waarbij deze elektrolyse-unit automatisch wordt uitgeschakeld indien geen vloeistof naar de elektrolyse-unit stroomt.

13. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 12 waarbij deze 10 inrichting de werking van een machine of procesinstallatie continu en softwarematig analyseert en optimaliseert.

14. Inrichting volgens conclusie 13 waarbij de procesinstallatie tenminste een electrolyse-unit betreft.

15. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 14 waarbij de 15 dosering van chemicaliën wordt geregeld op basis van de gedetecteerde vloeistofstroming.

16. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 15 waarbij de behandeling van vloeistof met UV straling wordt geregeld op basis van de gedetecteerde vloeistofstroming.

17. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 15 waarbij de behandeling van vloeistof met radiogolven wordt geregeld op basis van de gedetecteerde vloeistofstroming.

18. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 15 waarbij de behandeling van vloeistof met ultrasone trillingen wordt geregeld op basis 25 van de gedetecteerde vloeistofstroming.

19. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 15 waarbij de behandeling van vloeistof met ozon wordt geregeld op basis van de gedetecteerde vloeistofstroming.

20. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1 t/m 15 waarbij de 30 behandeling van vloeistof met een wisselend elektrisch veld wordt geregeld op basis van de gedetecteerde vloeistofstroming.

21. Werkwijze voor het voor het detecteren van veranderingen in de stroming van een fluidum en het schakelen van elektrische apparatuur op basis van het gedetecteerde signaal, gekenmerkt door middelen zoals omschreven in een van de voorgaande conclusies 1 t/m 20.

22. Werkwijze voor productie van middelen zoals omschreven in een van de voorgaande conclusies 1 t/m 20. 5 10 15 20 25 30 35 1037605