DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DEL CAUDAL DE UN FLUIDO UTILIZANDO TRAZADORES TÉRMICOS.

Dispositivo de medición del caudal de un fluido, que comprende - un conducto (10);

- un dispositivo de calentamiento (14) configurado para calentar fluido en un punto de calentamiento en el conducto (10); - sensores (12c, d) configurados para establecer una velocidad de propagación en un fluido que fluye en el interior del conducto (10) en una serie de puntos de detección situados más abajo de dicho punto de calentamiento; - un circuito (20) de proceso de datos, configurado para determinar la velocidad de caudal del fluido a partir de un retraso con el que se detecta una potencia de calentamiento dependiente del tiempo mediante el dispositivo de calentamiento, en las velocidades de propagación establecidas mediante los sensores, caracterizado porque los sensores (12c, d) son sensores de la velocidad del sonido, configurados para establecer la velocidad del sonido en el fluido que fluye en el conducto (10), en dicha serie de puntos de detección; estando configurado el circuito (20) de proceso de datos para seleccionar dinámicamente una frecuencia o una gama de frecuencias de la dependencia del tiempo detectada del calentamiento, que se utiliza para establecer la velocidad del flujo, siendo la selección dependiente de la velocidad medida del flujo y/o de las características del fluido medidas en el momento de realizar las mediciones de la velocidad del sonido

La invención se refiere a un dispositivo de medición del caudal de un fluido y a un método para la medición de dicho caudal de fluido.

Se conoce la forma de medir el caudal de un fluido utilizando el llamado tiempo térmico de recorrido. En una medición por el tiempo térmico de recorrido, el fluido se calienta localmente. Posteriormente se mide la temperatura en puntos diferentes para detectar la rapidez con que un elemento del fluido, calentado localmente, es transportado por medio del caudal de fluido. En el sistema de medición conocido, el fluido circula por un conducto y se utilizan sensores de temperatura acoplados a la pared del conducto, o en el interior del conducto, para medir la temperatura del fluido que está en contacto con los sensores. Este método de medición tiene el inconveniente de que el resultado de la medición depende, en parte, de la relación entre las características del conducto y las características del fluido, distintas de la velocidad del flujo. Cuando disminuye el tamaño del conducto y la velocidad del flujo, estos otros condicionantes afectan de forma creciente a la precisión de la medición.

Otra técnica conocida de medición del caudal de un fluido es la medición del tiempo de recorrido de ultrasonidos. En esta técnica se realizan mediciones de los intervalos de tiempo necesarios para que los ultrasonidos recorran una cierta distancia en sentido contrario al flujo y siguiendo el flujo, respectivamente. La velocidad del flujo puede ser calculada a partir de la diferencia entre los intervalos de tiempo medidos y la distancia recorrida por el sonido. Debido a las limitaciones en la medición del tiempo, esta técnica solamente es exacta para unas velocidades de flujo suficientemente elevadas.

El documento US 2005/005710 da a conocer un dispositivo de medición del caudal de un fluido en el que se utiliza luz para calentar localmente el fluido que fluye y medir la llegada del fluido caliente a partir de la velocidad de la luz más abajo de donde se ha calentado el fluido.

El documento US 841.780 da a conocer un dispositivo de medición del flujo, de correlación cruzada, que detecta el paso de perturbaciones aleatorias mediante el cálculo del máximo de una correlación cruzada de señales de salida a partir de un primer y un segundo transductores de ultrasonidos a lo largo del flujo.

El documento DE 19858388 da a conocer un dispositivo de medición del caudal de un fluido en el que el fluido que fluye es calentado localmente y se utilizan mediciones de la temperatura para detectar la llegada del fluido caliente más abajo de donde se ha calentado el fluido.

Entre otros, es un objetivo de la presente invención dar a conocer un dispositivo de medición del caudal de un fluido y un método para la medición de la velocidad del caudal de un fluido, que tiene una reducida o nula dependencia de las características del fluido distintas de la velocidad del flujo y es adecuado, por lo menos, para velocidades de flujo reducidas.

Según un aspecto, se realiza una medición de la velocidad del sonido y esta medición se utiliza para detectar cambios en la temperatura local del fluido en la medición del tiempo térmico del recorrido. La utilización de la velocidad del sonido hace posible no solamente la medición del flujo, sino que la lleva a cabo de una forma que hace que la medición del flujo sea independiente de los efectos de la pared que dependen de las características del fluido. De este modo, se consigue un dispositivo de medición del flujo que es substancialmente independiente de dichas características del fluido. Además, hace posible realizar la medición de la temperatura mucho más deprisa que con mediciones basadas en la medición de la temperatura de contacto, sin necesidad de entrar en contacto con el fluido caliente.

La dependencia del tiempo de la velocidad del sonido que se utiliza para medir la velocidad del flujo se determina de forma dinámica a una frecuencia, o está limitada a una gama de frecuencias que está adaptada a la velocidad del flujo y/o a las características del fluido. “Determinación dinámica” significa que la determinación se realiza dependiendo de las condiciones establecidas en el momento de la medición de la velocidad del flujo, la cual puede comprender una determinación dependiente de la velocidad real del flujo en el momento de la medición. La determinación de la frecuencia o de la gama de frecuencias, puede ser realizada, por ejemplo, mediante la adaptación de la frecuencia de la dependencia del tiempo de la potencia de calentamiento a dicha frecuencia, o limitando la gama de frecuencias. La frecuencia escogida o la gama de frecuencias se establece de tal modo que la imprecisión de la medición debida a la difusión del calor sea menor que un valor predeterminado. En una realización adicional, la frecuencia se determina de forma que dependa cuadráticamente de la velocidad del flujo según una relación predeterminada (por ejemplo, programada). En otra realización, la frecuencia se escoge dependiendo de las mediciones.

En una realización, el fluido se calienta localmente en el conducto en un punto alejado de la pared del conducto por el que fluye el fluido. Esto hace posible eliminar el efecto de las paredes en el calentamiento. En dicho punto puede utilizarse, por ejemplo, un láser enfocado o al menos convergente, o una fuente de calentamiento mediante microondas, o un cable de calentamiento, etc.

Estos y otros aspectos, y unos aspectos ventajosos de la invención serán evidentes a partir de la descripción de realizaciones a modo de ejemplo, utilizando las figuras siguientes

Figura 1 muestra una disposición de medición de la velocidad del flujo Figura 2 muestra la temperatura en función de la posición Figuras 3 y 4 muestran la velocidad del sonido en función del tiempo Figura 5 muestra un circuito de medición Figura 6 muestra un diagrama de flujo de la medición de la velocidad del flujo.

La figura 1 muestra una disposición de medición de la velocidad del flujo que comprende un conducto -10-, una serie de sensores -12a-a -12d-, fijados a la pared del conducto -10-, y un conjunto láser -14-. El conjunto láser -14-está enfocado a una zona de enfoque en el interior del conducto -10-, adyacente a uno de los sensores -12a-a -12d-en una segunda posición en la serie. La zona de enfoque está situada alejada de la pared del conducto -10-, es decir, parte del espacio en el interior de la pared rodea la zona de enfoque y no forma parte de la misma.

En funcionamiento, el fluido fluye por el conducto -10-en una dirección indicada mediante una flecha -16-, por delante de los sensores sucesivos -12a-a -12d-y a través de la zona de enfoque donde está enfocado el conjunto láser -14-. En una realización, el diámetro del conducto está escogido de modo que dentro de una gama de posibles velocidades del flujo se produce un flujo de perfil laminar. En esta realización, el conjunto láser -14-está enfocado preferentemente en un punto en el que se produce el flujo máximo en el perfil o, al menos, en un punto en que la velocidad del flujo no se desvía del máximo del perfil en más de una fracción predeterminada, por ejemplo, del diez por ciento.

El conjunto láser -14-se activa para generar una radiación láser con una intensidad que depende del tiempo, tal como un impulso de intensidad o una intensidad variable de forma sinusoidal. La longitud de onda de la radiación se escoge de tal manera que, al menos, parte de la radiación del impulso láser sea absorbida por el fluido, con el resultado de que el fluido se calienta localmente. A medida que el fluido se desplaza a lo largo del conducto -10-, diferentes partes del fluido que pasan por la zona enfocada son calentadas en un grado variable. Las partes calientes de fluido se desplazan por el conducto -10-pasando frente a los sensores -12c-a -12d-como resultado del flujo.

La figura 2 muestra la temperatura teórica del fluido en función de la posición, a lo largo de una línea virtual por el conducto -10-siguiendo la dirección del flujo cuando el fluido se calienta utilizando una intensidad de radiación láser con una dependencia sinusoidal del tiempo. Se produce una configuración de forma sinusoidal debido a que las diferentes partes del fluido en movimiento son calentadas sucesivamente en un grado variable debido a la dependencia sinusoidal del tiempo. La amplitud de la configuración sinusoidal disminuye con la distancia desde la zona de enfoque, debido a los efectos de la difusión del calor.

Los sensores -12a-a -12d-son sensores... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, que comprende

- un conducto (10); -un dispositivo de calentamiento (14) configurado para calentar fluido en un punto de calentamiento en el conducto (10); -sensores (12c, d) configurados para establecer una velocidad de propagación en un fluido que fluye en el interior del conducto (10) en una serie de puntos de detección situados más abajo de dicho punto de calentamiento; -un circuito (20) de proceso de datos, configurado para determinar la velocidad de caudal del fluido a partir de un retraso con el que se detecta una potencia de calentamiento dependiente del tiempo mediante el dispositivo de calentamiento, en las velocidades de propagación establecidas mediante los sensores, caracterizado porque los sensores (12c, d) son sensores de la velocidad del sonido, configurados para establecer la velocidad del sonido en el fluido que fluye en el conducto (10), en dicha serie de puntos de detección;

estando configurado el circuito (20) de proceso de datos para seleccionar dinámicamente una frecuencia o una gama de frecuencias de la dependencia del tiempo detectada del calentamiento, que se utiliza para establecer la velocidad del flujo, siendo la selección dependiente de la velocidad medida del flujo y/o de las características del fluido medidas en el momento de realizar las mediciones de la velocidad del sonido.

2. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, según la reivindicación 1, en el que el circuito (20) de proceso de datos está configurado para obtener una serie de intentos de mediciones de la velocidad del flujo utilizando una serie de frecuencias o gamas de frecuencia, de variación de la potencia de calentamiento, y para seleccionar la frecuencia

o la gama de frecuencias para ser utilizada en la determinación de la velocidad del flujo dependiente de si el intento de medición para la frecuencia o gama de frecuencias escogida no difiere del intento de medición en más de una diferencia predeterminada del intento de medición para una de las más próximas de la frecuencia o de la gama de frecuencias de calentamiento.

3. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, según la reivindicación 1, en el que el circuito (20) de proceso de datos está configurado para adaptar la frecuencia o la gama de frecuencias del calentamiento medido dependiente del tiempo, utilizado para determinar la velocidad del flujo mediante la adaptación de una frecuencia o de una gama de frecuencias de la potencia de calentamiento dependiente del tiempo, con la que se calienta el fluido dependiendo de la velocidad del flujo medida y/o de las características del fluido medidas en el momento de realizar las mediciones de la velocidad del sonido.

4. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, según la reivindicación 3, en el que el circuito (20) de proceso de datos está configurado para repetir el establecimiento de la velocidad del flujo utilizando sucesivamente frecuencias adaptadas o una gama de frecuencias de la potencia de calentamiento dependiente del tiempo, mediante la adaptación de la frecuencia o de la gama de frecuencias del calentamiento medido dependiente del tiempo, utilizado para determinar la velocidad del flujo mediante la adaptación de una frecuencia o de una gama de frecuencias de la potencia de calentamiento dependiente del tiempo, con la que el fluido es calentado, dependiente de la velocidad del flujo medida y/o de las características del fluido medidas en el momento de realizar las mediciones de la velocidad del sonido.

5. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, según la reivindicación 4, en el que el circuito (20) de proceso de datos está configurado para:

- repetir la determinación de la velocidad del flujo utilizando de forma frecuencias sucesivamente adaptadas o gamas de frecuencias de la potencia de calentamiento dependiente del tiempo, -determinar si la frecuencia o la gama de frecuencias adaptada cumple una condición predeterminada dependiente de la velocidad del flujo determinada a partir de las mediciones de la velocidad del sonido obtenidas con la frecuencia o con la gama de frecuencias adaptada; -continuar dicha repetición hasta que se cumpla dicha condición predeterminada.

6. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, según la reivindicación 4, en el que el circuito (20) de proceso de datos está configurado para:

- calcular una frecuencia o una gama de frecuencias adicional, utilizando una relación predeterminada entre la velocidad del flujo y la frecuencia aplicada a la velocidad del caudal establecida utilizando una frecuencia o una gama de frecuencias inicial de la potencia de calentamiento dependiente del tiempo, y para -repetir el establecimiento de la velocidad del flujo, utilizando la frecuencia o gama de frecuencias adicional.

7. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de calentamiento (14) comprende una fuente de radiación configurada para calentar el fluido en el interior del conducto

(10) mediante la absorción de radiación.

8. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de calentamiento (14) está configurado para generar una intensidad máxima de irradiación en una zona del conducto

(10) que está separada de una pared del conducto (10).

9. Dispositivo de medición del caudal de un fluido, según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de calentamiento (14) comprende un láser.

10. Método para realizar una medición del caudal del fluido, comprendiendo el método

- aplicar un caudal de fluido a un conducto (10); -calentar el fluido en un punto de calentamiento en el conducto (10) con una potencia de calentamiento dependiente del tiempo; -establecer una velocidad de propagación en el caudal de fluido en el interior del conducto (10), en una serie de puntos de detección situados más abajo de dicho punto de calentamiento; -establecer la velocidad del caudal del fluido a partir de un retraso con el que se detecta la dependencia del tiempo de la potencia de calentamiento del dispositivo de calentamiento en las velocidades de propagación establecidas en dichos puntos de detección,

caracterizado porque la velocidad de propagación es la velocidad del sonido y mediante una etapa de

- seleccionar una frecuencia o una gama de frecuencias de la dependencia medida en el tiempo de la potencia de calentamiento que depende dinámicamente de la velocidad del flujo y/o de las características del fluido en el momento de realizar las mediciones de la velocidad del sonido.

11. Programa informático elaborado para realizar una medición del caudal de un fluido, comprendiendo el programa informático elaborado instrucciones que, cuando son ejecutadas mediante un ordenador programable (20), hacen que el ordenador

- caliente el fluido en un punto de calentamiento en el interior del conducto (10) con una potencia de calentamiento dependiente del tiempo; -obtenga datos de medición indicativos de una velocidad de propagación en el fluido que fluye en el interior del conducto (10) en una serie de puntos de detección situados más abajo de dicho punto de calentamiento; -calcule la velocidad del caudal de fluido a partir del retraso con que se detecta una potencia de calentamiento dependiente del tiempo mediante el dispositivo de calentamiento, a partir de las indicaciones de la velocidad de propagación en los puntos de detección,

caracterizado porque la velocidad de propagación es la velocidad del sonido, y porque el programa informático elaborado, está configurado para hacer que el ordenador (20) adapte una frecuencia o una gama de frecuencias dependientes del tiempo medido de la potencia de calentamiento, que depende de forma dinámica de la velocidad del flujo y/o de las características del fluido en el momento de realizar las mediciones de la velocidad del sonido.