NL2010798C2 - Stromingsmeetapparaat voor het meten van een stroming van een medium. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Stromingsmeetapparaat voor het meten van een stroming van een medium

Beschrijving

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een stromingsmeetapparaat voor het meten van een stroming van een medium, het stromingsmeetapparaat omvattende een stromingsbuis voor het transporteren van het medium waarvan de stroming gemeten moet worden, waarbij de stromingsbuis een inlaat en een stroomafwaarts daarvan geplaatste uitlaat omvat, waarbij het stromingsmeetapparaat voorzien is van een eerste flowsensor voor het op een eerste positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium.

Een dergelijk stromingsmeetapparaat is bekend, bijvoorbeeld uit EP 2 078 936 B1. Het bekende stromingsmeetapparaat is voorzien van een systeemchip, en omvat een substraat met een opening met daarin een silicium-nitride stroombuis voor het transporteren van medium waarvan de stroming gemeten moet worden. De in EP 2 078 936 B1 beschreven stromingsbuis maakt deel uit van een Coriolis flowsensor, en is geschikt voor het meten van zeer lage massastromen, tot ver beneden 1 gram per uur. In een andere uitvoeringsvorm maakt de stromingsbuis deel uit van een zogeheten thermische flowsensor.

Het bekende stromingsmeetapparaat is begrensd in het meetbereik, dat wil zeggen specifiek voor een bepaald meetbereik geschikt. Alhoewel het bekende stromingsmeetapparaat uitstekend voldoet, bestaat er behoefte aan een stromingsmeetapparaat met een ander, bij voorkeur groter meetbereik, en wel bij voorkeur zonder daarbij de relatief kleine afmetingen van de sensor nadelig te beïnvloeden.

Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding om een verbeterd stromingsmeetapparaat met een aangepast meetbereik te verschaffen.

Met dit doel voor ogen verschaft de onderhavige uitvinding een stromingsmeetapparaat van de in de aanhef genoemde soort, welke gekenmerkt is doordat het stromingsmeetapparaat voorzien is van een of meer parallel aan de flowsensor geplaatste verdere stromingsbuizen die in vloeistof-communicerende verbinding staat of staan met de inlaat en de uitlaat van de stromingsbuis.

Door toepassing van ten minste een verdere stromingsbuis, of bypasskanaal, wordt de stroming doorheen de stromingssensor kleiner, en wel zodanig dat met eenzelfde sensor, bij voorkeur met dezelfde kleine afmetingen, de stroming ook meetbaar is bij hogere debieten van de stroming. Door geschikte dimensionering van de verdere stromingsbuis is de bypassratio -de verhouding tussen de hoeveelheid stroming van het medium dat door de stromingsbuis stroomt, en de hoeveelheid stroming van het medium dat door de een of meer verdere stromingsbuizen stroomt- en dus het bereik van het stromingsmeetapparaat vooraf te ontwerpen, zonder dat daarbij de dimensies van de flowsensor zelf aangepast hoeven te worden. Met een relatief kleine flowsensor kan daarmee het meetbereik vergroot worden. Daarmee is het doel van de onderhavige uitvinding bereikt.

In een uitvoering, zijn de stromingsbuizen rond uitgevoerd. In een verdere voordelige uitvoeringsvorm is de diameter van de stromingsbuis gelijk aan de diameter van de een of meer verdere stromingsbuizen. Op doeltreffende wijze wordt hiermee bereikt dat de bypass ratio, die afleidbaar is uit de vergelijking van Bernoulli en de wet van Poiseuille voor buisstroming, enkel afhankelijk is van verhoudingen tussen de kanaallengtes en het aantal kanalen.

De bypassratio is in een uitvoering gelegen tussen 1:5 en 1:100, bij voorkeur tussen 1:20 en 1:80, bij nog meer voorkeur tussen 1:40 en 1:60. Er stroomt dan relatief meer fluïdum door de verdere stromingsbuizen, dan door de stromingsbuis met de stromingssensor.

In een uitvoeringsvorm, omvat het stromingsmeetapparaat stuur-en/of regelmiddelen voor het regelen van de bypassratio van de stroming. Door toepassing van de stuur- en/of regelmiddelen voor het aanpassen van de bypassratio kan de stroming doorheen de stromingssensor actief vergroot of verkleind worden, en wel zodanig dat de stroming doorheen de stromingssensor past bij het meetbereik van die stromingssensor. Het overig deel van de stroming stroomt dan doorheen een of meer bypass-kanalen die parallel aan de stromingssensor geschakeld zijn. De stuur- en/of regelmiddelen zijn in een uitvoering ingericht om de bypassratio nauwkeurig in te stellen, waardoor ook meteen duidelijk is welk deel van de stroming nu daadwerkelijk gemeten wordt, en welk deel door de bypass-kanalen stroomt. Daartoe kan een aanvullende flowsensor in de bypass-kanalen voorzien zijn. Het stromingsmeetapparaat is ingericht om op basis van de bypass-ratio de gemeten waarde van de stromingssensor aan te passen om zo tot een werkelijke waarde van de stroming te komen. Door middel van de stuur- en/of regelmiddelen met de bypass-kanalen is dus een nauwkeuriger, instelbaar en groter meetbereik mogelijk, waarmee een verder doel van de onderhavige uitvinding bereikt is.

Op eenvoudige en doeltreffende wijze kunnen de stuur- en/of regelmiddelen een of meer kleporganen omvatten, zoals bijvoorbeeld microventielen. Deze een of meer kleporganen kunnen voorzien zijn in de een of meer verdere stromingsbuizen (oftewel bypasskanalen).

Het heeft in het bijzonder de voorkeur, wanneer de flowsensor van het Coriolis-type is. Het is echter denkbaar dat andere stromingssensoren worden toegepast.

Het is verder denkbaar dat het stromingsmeetapparaat een verdere flowsensor omvat. Deze kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor kalibratie-doeleinden, of controle-doeleinden, zoals hierboven reeds omschreven aan de hand van de stuur- en/of regelmiddelen.

In een uitvoering, is de verdere flowsensor ingericht voor het op een tweede positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium. In een andere uitvoering, is de verdere flowsensor ingericht voor het op een positie van de verdere stromingsbuis meten van de stroming van het medium. Een combinatie, met twee verdere flowsensoren, is uiteraard ook denkbaar.

Een plaatsing stroomopwaarts of stroomopwaarts van de eerste stromingssensor en de bypasskanalen is ook denkbaar. In die uitvoering omvat het stromingsmeetapparaat een tweede verdere stromingsbuis, die in serie geplaatst is met de stromingsbuis en de verdere stromingsbuis, en waarbij de tweede verdere stromingsbuis voorzien is van de verdere flowsensor.

Zoals reeds vermeld, kan het stromingsmeetapparaat kalibratiemiddelen omvatten voor het kalibreren van de flowsensor op basis van ten minste een door de verdere flowsensor afgegeven signaal.

Daarbij is het verder denkbaar dat de flowsensor is ingericht voor het meten van de stroming binnen een eerste meetbereik, en dat de verdere flowsensor is ingericht voor het meten van de stroming binnen een tweede meetbereik. Op deze wijze wordt het bereik van de sensor verder vergroot.

Volgens een aspect, verschaft de uitvinding een werkwijze voor het bepalen van de stroming van een medium, onder gebruikmaking van een stromingsmeetapparaat volgens de uitvinding, waarbij de werkwijze gekenmerkt is door de stap van het met de regelmiddelen regelen van de bypassratio van de stroming. De voordelen van deze werkwijze zijn hierboven reeds aan bod gekomen.

De uitvinding zal navolgend nader worden toegelicht aan de hand van de omschrijving van een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding, onder verwijzing naar de navolgende figuur, welke een schematisch overzicht toont van een stromingsmeetapparaat volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

De Figuur toont een stromingsmeetapparaat 1 voor het meten van een stroming van een medium. Het stromingsmeetapparaat 1 omvat een stromingsbuis 11, 21, 12 voor het transporteren van het medium waarvan de stroming gemeten moet worden. De stromingsbuis 11, 21, 12 bepaalt een inlaat A en een stroomafwaarts daarvan geplaatste uitlaat B. Het stromingsmeetapparaat 1 is voorzien van een eerste flowsensor 2, in de getoonde uitvoeringsvorm een flowsensor 2 van het Coriolis-type, welke op zich voor de vakman bekend is. De Coriolis stromingssensor omvat een U vormige buis. Stroming door de buis zal leiden tot een trilling van de buis, welke meetbaar is door middel van in totaal drie uitleessensoren 31, 32, 33. Met de flowsensor kan aldus op een eerste positie van de stromingsbuis de stroming van het medium gemeten worden.

Volgens een bekende uitvoeringsvorm van de Coriolis stromingssensor, maakt deze onderdeel uit van een systeemchip, en omvat deze een substraat met een opening met daarin een silicium-nitride stroombuis voor het transporteren van medium waarvan de stroming gemeten moet worden. Deze bekende stromingssensor is geschikt voor het meten van zeer lage massastromen, en heeft een full-scale range van 0,3 mg/s (1 gram per uur).

Om de full-scale range van deze bekende stromingssensor te vergroten, is volgens de uitvinding het stromingsmeetapparaat voorzien van een of meer parallel aan de flowsensor 2 geplaatste verdere stromingsbuizen (in het algemeen aangeduid met 22) die in vloeistof-communicerende verbinding staan met de inlaat A en de uitlaat B van de stromingsbuis 11, 12. De verdere stromingsbuizen 22 verbinden dus de stromingsbuisdelen 11,12 van de inlaat A en de uitlaat B, zodat deze verdere stromingsbuizen 22 parallel aan het buisdeel 21 met de flowsensor 2 geplaatst zijn. Fluïdum dat de inlaat A binnenkomt, kan dus ofwel via het buisdeel 21 met de flowsensor 2 stromen, ofwel via de een of meer verdere stromingsbuizen 22. Hierdoor zal een voor de flowsensor 2 aangepast debiet door de flowsensor 2 stromen, en een overig deel door de verdere stromingsbuizen 22, die ook wel bypass buizen genoemd worden. Het totale debiet door de stromingssensor 1 kan door toepassing van de bypass buizen 22 dus verhoogd worden, zonder dat de eigenschappen en/of afmetingen van de flowsensor 2 veranderd hoeven te worden.

In de getoonde uitvoeringsvorm zijn er in totaal 3 verdere stromingsbuizen 22 voorzien. Het is echter denkbaar dat er meer of minder verdere stromingsbuizen 22 gebruikt worden, afhankelijk van het gewenste meetbereik van de stromingssensor 1.

In een bijzondere uitvoeringsvorm, omvat het stromingsmeetapparaat 1 regelmiddelen voor het regelen van de bypassratio van de stroming. Te denken valt bijvoorbeeld aan regelmiddelen in de vorm van een of meer kleporganen, die telkens een of meer van de verdere stromingsbuizen 22 kunnen sluiten of openen. In een uitvoering, zijn de kleporganen voorzien in de verdere stromingsbuizen 22.

Daarmee wordt een werkwijze voor het bepalen van de stroming van een medium mogelijk, waarbij met de regelmiddelen de bypassratio van de stroming wordt ingesteld, waarna vervolgens de stroming gemeten wordt.

Met de onderhavige uitvinding is een bypassratio denkbaar die gelegen is tussen 1:5 en 1:100, bij voorkeur tussen 1:20 en 1:80, bij nog meer voorkeur tussen 1:40 en 1:60.

Voor het verdere laat de figuur nog zien dat het stromingsmeetapparaat 1 in een uitvoeringsvorm een verdere flowsensor 4 omvat. Deze verdere flowsensor 4 kan ingericht zijn voor het op een tweede positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium. De hier getoonde flowsensor 4 is in serie geplaatst met de stromingsbuis 21 met de flowsensor 2, en met de verdere stromingsbuis 22. Het stromingsbuisdeel 11 is derhalve op te vatten als een verdere tweede stromingsbuis 11.

In een niet getoonde uitvoeringsvorm, is een verdere flowsensor voorzien die is ingericht voor het op een positie van de verdere stromingsbuis 22 meten van de stroming van het medium.

Ten slotte worden nog enkele voorbeelden van de uitvinding toegelicht.

Voorbeeld 1

In het eerste voorbeeld is een gewenste full-scale mass flow van 6 mg per seconde gewenst (20 gram per uur). Het bekende stromingsmeetapparaat (zonder bypass) heeft een full scale range van 0.3 mg per seconde (1 gram per uur). Derhalve dient de full-scale range van het bekende stromingsmeetapparaat verhoogd te worden met een factor 20.

Voorbeeld 2

In een tweede voorbeeld zijn er in totaal vier stromingsbuizen, waarvan voor elk een full-scale mass flow van 6 mg per seconde gewenst is, waardoor er dus een gewenste full-scale mass flow van 24 mg per seconde gewenst is (80 gram per uur).

De benodigde bypass ratio voor de hierboven geschetste twee voorbeelden, en daarmee de dimensies van de een of meer verdere stromingsbuizen (bypass-kanalen) is afleidbaar uit de vergelijking van Bernoulli voor de aftakkingen, en uit de wet van Poiseuille voor buisstroming van zowel de stromingsbuis als de een of meer verdere stromingsbuizen. Bij toepassing van ronde stromingsbuizen, en bij toepassing van stromingsbuizen met gelijke diameter, dan is de bypass-ratio enkel afhankelijk van verhoudingen tussen de kanaallengtes (van stromingsbuis en een of meer verdere stromingsbuizen) en het aantal stromingsbuizen.

Het moge duidelijk zijn voor de vakman dat de uitvinding hierboven omschreven is aan de hand van enkele mogelijke uitvoeringsvormen, welke de voorkeur genieten. De uitvinding is echter niet beperkt tot deze uitvoeringsvormen. Binnen het kader van de uitvinding zijn vele modificaties denkbaar. De gevraagde bescherming wordt bepaald door de aangehechte conclusies.

Claims (14)

1. Stromingsmeetapparaat voor het meten van een stroming van een medium, het stromingsmeetapparaat omvattende een stromingsbuis voor het transporteren van het medium waarvan de stroming gemeten moet worden, waarbij de stromingsbuis een inlaat en een stroomafwaarts daarvan geplaatste uitlaat omvat, waarbij het stromingsmeetapparaat voorzien is van een eerste flowsensor voor het op een eerste positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium, met het kenmerk, dat het stromingsmeetapparaat voorzien is van een of meer parallel aan de flowsensor geplaatste verdere stromingsbuizen die in vloeistof-communicerende verbinding staat of staan met de inlaat en de uitlaat van de stromingsbuis.

2. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 1, waarbij het stromingsmeetapparaat stuur- en/of regelmiddelen omvat voor het sturen en/of regelen van de bypassratio van de stroming, welke bypassratio gedefinieerd is als de verhouding tussen de hoeveelheid stroming van het medium dat door de stromingsbuis stroomt, en de hoeveelheid stroming van het medium dat door de een of meer verdere stromingsbuizen stroomt.

3. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 1 of 2, waarbij het stromingsmeetapparaat een bypassratio heeft die gelegen is tussen 1:5 en 1:100, bij voorkeur tussen 1:20 en 1:80, bij nog meer voorkeur tussen 1:40 en 1:60.

4. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 2 of 3, waarbij de regelmiddelen een of meer kleporganen omvatten.

5. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 4, waarbij de een of meer kleporganen voorzien zijn in de een of meer verdere stromingsbuizen.

6. Stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de diameter van de stromingsbuis gelijk is aan de diameter van de een of meer verdere stromingsbuizen.

7. Stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de flowsensor van het Coriolis-type is.

8. Stromingsmeetapparaat volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het stromingsmeetapparaat een verdere flowsensor omvat.

9. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 8, waarbij de verdere flowsensor is ingericht voor het op een tweede positie van de stromingsbuis meten van de stroming van het medium.

10. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 8, waarbij de verdere flowsensor is ingericht voor het op een positie van de verdere stromingsbuis meten van de stroming van het medium.

11. Stromingsmeetapparaat volgens conclusie 8, waarbij het stromingsmeetapparaat een tweede verdere stromingsbuis omvat, die in serie geplaatst is met de stromingsbuis en de verdere stromingsbuis, en waarbij de tweede verdere stromingsbuis voorzien is van de verdere flowsensor.

12. Stromingsmeetapparaat volgens een van de voorgaande conclusies 8 tot en met 11, waarbij het stromingsmeetapparaat kalibratiemiddelen omvat voor het kalibreren van de flowsensor op basis van ten minste een door de verdere flowsensor afgegeven signaal.

13. Stromingsmeetapparaat volgens een of meer van de voorgaande conclusies 8 tot en met 12, waarbij de flowsensor is ingericht voor het meten van de stroming binnen een eerste meetbereik, en waarbij de verdere flowsensor is ingericht voor het meten van de stroming binnen een tweede meetbereik.

14. Werkwijze voor het bepalen van de stroming van een medium met een stromingsmeetapparaat volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de werkwijze gekenmerkt is door de stap van het met de stuur- en/of regelmiddelen sturen en/of regelen van de bypassratio van de stroming, waarbij de bypassratio gedefinieerd is als de verhouding tussen de hoeveelheid stroming van het medium dat door de stromingsbuis stroomt, en de hoeveelheid stroming van het medium dat door de een of meer verdere stromingsbuizen stroomt.