NL2008577C2 - Inrichting voor het bepalen van een massadebiet van een fluã¯dum in een kanaal. - Google Patents

Description

Inrichting voor het bepalen van een massadebiet van een fluïdum in een kanaal

De onderhavige uitvinding betreft een inrichting 5 voor het bepalen van een massadebiet van een fluïdum in een kanaal.

Een verder aspect van de uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van een massadebiet van een fluïdum in een kanaal.

10 Het is op zichzelf bekend om een massadebiet van een fluïdum in een kanaal te bepalen. Een vrije stroom-melkmeter die momenteel commercieel verkrijgbaar is, bepaalt de hoeveelheid melk die aanwezig is in een deel van de melkmeter gedurende een bepaalde tijdsperiode. Door het 15 integreren van alle waarden van bepaalde meethoeveelheden wordt de totale melkopbrengst berekend op een punt in de tijd.

Een nadeel van een dergelijke vrije stroommelkme-ter is dat de bepaalde melkopbrengst in de praktijk vaak 20 afwijkt van de werkelijke melkopbrengst.

Met de onderhavige uitvinding is beoogd een dergelijk nadeel van de bekende techniek te verhelpen of althans te verminderen. Hiertoe verschaft de uitvinding een inrichting voor het bepalen van een massadebiet van een 25 fluïdum in een kanaal, bijvoorbeeld een melkstroom door een buis, de inrichting omvattende: - een meetorgaan voor het bepalen van een elektrische geleidbaarheid van het fluïdum; - een additioneel meetorgaan voor het bepalen van 30 de elektrische geleidbaarheid van het fluïdum op een additionele positie; en 2 - verwerkingseenheid voor het bepalen van het mas-sadebiet van het fluïdum in het kanaal op basis van de bepalingen, waarbij de elektrische geleidbaarheid bepaalbaar 5 is in een richting in hoofdzaak dwars ten opzichte van een stroomrichting van het fluïdum.

Een voordeel van de inrichting volgens de uitvinding is de bepaalde melkopbrengst overeenkomt met de daadwerkelijke melkopbrengst, of althans een acceptabele af-10 wijking heeft.

De weerstand van een fluïdum is omgekeerd evenredig met de elektrische geleidbaarheid van dit fluïdum. Dit betekent dat wanneer de weerstand ter plaatse van een meetorgaan kan worden bepaald in hoofdzaak, dwars ten op-15 zichte van de stroomrichting van het fluïdum, het mogelijk is de elektrische geleiding van het fluïdum te bepalen ter hoogte van het meetorgaan. Met de bekende elektrische geleidbaarheid is het mogelijk om de karakteristieke dichtheid van het fluïdum ter hoogte van het meetorgaan te be-20 palen middels formules die bekend zijn bij de vakman in het vakgebied.

In het geval dat de inrichting wordt toegepast om een melkstroom te meten tijdens het melken van een koe, dan is het voorstelbaar dat de melkstroom continue veran-25 dert. Op het ene moment zit er meer lucht en schuim in de fluïdumstroom dan het moment dat daarop volgt. Daardoor is de karakteristieke dichtheid onderhevig aan veranderingen in afhankelijkheid van de fluïdumstroom. Door het feit dat de karakteristieke dichtheid onderhevig is aan veranderin-30 gen en op twee afzonderlijke posities wordt bepaald, is het mogelijk om de stroomsnelheid van het fluïdum te bepalen, waarbij deze snelheid binnen een vooraf bepaalde 3 tijdsperiode een aantal maal wordt bepaald, bij voorbeeld met een frequentie van 2 kHz.

Verder is de karakteristieke dichtheid een maat voor de daadwerkelijke hoeveelheid melk ter hoogte van het 5 meetorgaan. Door het meten van de daadwerkelijke hoeveelheid melk op een bepaald punt in de tijd en tevens het bepalen van de stroomsnelheid op datzelfde punt in de tijd, is het mogelijk om het massadebiet van de melk door de buis nauwkeurig te bepalen.

10 De uitvinding kent diverse voorkeursuitvoerings vormen die blijken uit de navolgende beschrijving van enkele dergelijke uitvoeringsvormen. De voordelige inventieve eigenschappen van de uitvinding in al haar aspecten, met inbegrip van de in de afhankelijke conclusies gedefi-15 nieerde maatregelen, zijn geenszins beperkt tot de hierboven en/of hieronder genoemde overwegingen.

Een eerste voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan een cirkelvor-20 mige vorm heeft/hebben. Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat het meetorgaan op deze wijze aan een oppervlak van een leiding kan worden aangebracht, zonder dat veranderingen nodig zijn aan de leiding die in de praktijk vaak al aanwezig is. In het geval dat een nieuwe buis wordt 25 aangebracht, dan is het mogelijk om een conventionele buis te gebruiken, waardoor bijvoorbeeld onnodige kosten bespaard kunnen worden.

Een verdere geprefereerde uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat 30 het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan aan een binnenoppervlak van het kanaal plaatsbaar is, zodat het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan in gebruik in contact is met het fluïdum. Een voordeel van deze uitvoe- 4 ringsvorm is, dat doordat het meetorgaan direct in contact is met het fluïdum de meetresultaten beter zijn. Eventuele veranderingen in het fluïdum zijn direct waarneembaar aan het meetorgaan, zodat kleinere veranderingen ook waarneem-5 baar zijn.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting voor het bepalen van een massadebiet van een fluïdum in een kanaal heeft als kenmerk, dat elke van het meetorgaan en het additionele meetorgaan een elektrodepaar omvat.

10 Daarbij is het van voordeel, dat elk elektrodepaar een eerste elektrode en een tweede elektrode omvat, tussen welke een isolatiemateriaal is voorzien. Op het elektrodepaar wordt een golfsignaal aangebracht, waarvan de stroomwaarde wordt gemeten. Wanneer de stroomwaarde bekend is, 15 dan is het via een op zichzelf bekende formule mogelijk om de elektrische ge van het fluïdum te bepalen. Middels het toepassen van een elektrodepaar is het mogelijk om op relatief eenvoudige wijze de elektrische geleidbaarheid van het fluïdum te bepalen ter hoogte van het meetorgaan en/of 20 het additionele meetorgaan.

Het isolatiemateriaal is aanwezig om te voorkomen dat de stroom gaat lopen via een ander pad dan via een stroompad door het fluïdum.

Een verdere geprefereerde uitvoeringsvorm van de 25 inrichting volgens de uitvinding omvat een referentiemeet-orgaan, bij voorkeur ingericht als een uitstulping voorzien van een elektrodepaar, welke is ingericht voor het bepalen van ten minste één referentiewaarde, zoals de soortelijke weerstand, van de elektrische geleidbaarheid 30 van het fluïdum.

De elektrische geleidbaarheid van een fluïdum, in het bijzonder melk, is onderhevig aan veranderingen als gevolg van bijvoorbeeld zouten die in de melk zitten. De 5 hoeveelheid zouten in de melk is bijvoorbeeld afhankelijk van het voedsel dat bijvoorbeeld een koe heeft gegeten, of de omgeving waarin de koe zich bevindt.

Onder toepassing van het referentiemeetorgaan kan 5 een elektrische geleidbaarheid van lucht en van stilstaande melk worden bepaald, waardoor een relatie tussen beide bekend wordt. De elektrische geleidbaarheid die wordt gemeten bij het meetorgaan en het additionele meetorgaan wordt uitgezet tegen de gemeten elektrische geleidbaarheid 10 van lucht en van stilstaande melk. Een voordeel hiervan is dat bepaald kan worden hoeveel melk zich ten tijde van de meting zich ter hoogte van het meetorgaan bevindt, in het bijzonder wanneer circulaire meetorganen, zoals cirkel-elektroden worden toegepast. Door het referentiemeetorgaan 15 in een uitstulping van het kanaal te voorzien wordt bewerkstelligd dat de elektrische geleidbaarheid van de melk zonder lucht wordt bepaald.

Daarbij is het van voordeel, dat het additionele meetorgaan op een vooraf bepaalde afstand is gelegen van 20 het meetelement, en dat het additionele meetorgaan in aangebrachte toestand stroomafwaarts ten opzichte van het meetelement is gelegen. Op deze wijze is het mogelijk om op basis van veranderingen in de soortelijke weer-stand/elektrische geleiding in combinatie met de afstand 25 tussen het meetorgaan en het additionele meetorgaan de stroomsnelheid van het fluïdum te bepalen. Wanneer de snelheid in combinatie met de karakteristieke dichtheid wordt genomen, dan is het mogelijk om het massadebiet van het fluïdum door het kanaal te bepalen.

30 Een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting vol gens de uitvinding heeft als kenmerk, dat het referentie-meetorgaan stroomopwaarts of stroomafwaarts ten opzichte van het meetorgaan is voorzien. Een voordeel van deze uit 6 voeringsvorm is, dat het meten van de soortelijke weerstand de hoogte van het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan niet wordt beïnvloed door het referentiemeetor-gaan.

5 Een verdere geprefereerde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens uitvinding heeft als kenmerk, dat een type van stroming van het fluïdum door het kanaal veranderbaar is. Aangezien de stroomsnelheid van het fluïdum door de buis wordt bepaald aan de hand van veranderingen 10 in de soortelijke weerstand en/of elektrische geleidbaarheid van het fluïdum, welke veranderingen mede worden bewerkstelligd door een verandering in de hoeveelheid melk ter hoogte van het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan, was het bepalen van de stroomsnelheid van het flu-15 idum vereenvoudigd wanneer de type van stroming verhandelbaar is. Door het veranderen van type van stroming worden de meetresultaten van het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan beïnvloed, zodat de stroomsnelheid van het flu-idum door het kanaal goed te bepalen is.

20 Daarbij is het van voordeel, dat een Karman- vortexstraat realiseerbaar is in de fluïdumstroom, bij voorkeur door het plaatsen van een object in de fluïdumstroom. De uitvinder heeft ontdekt dat een dergelijke vortexstraat een positieve uitwerking heeft op de meetre-25 sultaten van het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan. Met andere woorden goede resultaten werden verkregen onder toepassing van deze vortexstraat.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat in 30 gebruik een golfsignaal aanbrengbaar is op elk elektrode-paar. Het is op zichzelf bekend dat wanneer een elektrode Lord aangebracht in een fluïdum, in het bijzonder een vloeistof, dat gasvorming kan optreden aan de oppervlakten 7 van het elektrodepaar. Voor het toepassen van een golfsignaal op het elektrodepaar wordt de polariteit van elke elektrode in afhankelijkheid van het golfsignaal gewisseld. Een voordeel hiervan is, dat gasvorming aan de op-5 pervlakten van het elektrodepaar wordt voorkomen.

Een verder aspect van de uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van een massadebiet van een fluïdum in een kanaal, bijvoorbeeld een melkstroom door een buis, de werkwijze omvattende stappen voor: 10 - het toepassen van een golfsignaal op een meetor- gaan en een additioneel meetorgaan; - het bepalen van een elektrische geleidbaarheid van het fluïdum ter hoogte van het meetorgaan en het additionele meetorgaan; en 15 - het bepalen van het massadebiet van het fluïdum op basis van de bepalingen, gekenmerkt door, - het herhalen van de stap van het bepalen van de elektrische geleidbaarheid binnen een vooraf bepaalde 20 tijdsperiode.

Een voordeel van deze werkwijze is, dat door het feit dat de stroomsnelheid van het fluïdum binnen het kanaal telkens opnieuw wordt bepaald het massadebiet van het fluïdum telkens opnieuw wordt bepaald. Hierdoor wordt de 25 totale massadebiet van het fluïdum door het kanaal nauwkeurig bepaald.

Een geprefereerde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de vooraf bepaalde periode overeenkomt met een monsterfrequentie in 30 een bereik van 1 kHz - 20 kHz, bij voorkeur 1.5 kHz - 10 khz, bij voorkeur 1.8-5 kHz, bij voorkeur ongeveer 2 kHz. De uitvinder heeft ontdekt dat bij deze frequenties willekeurigheid van de bepaling van het massadebiet van 8 het fluïdum door het kanaal binnen de gewenste nauwkeurig— heid valt. Hoe hoger de frequentie, hoe meer overlap zal ontstaan tussen de verschillende metingen. Een resultaat hiervan is, dat er veranderingen van de elektrische ge-5 leidbaarheid/soortelijke weerstand van het fluïdum wel keurig worden gevolgd. Daardoor kan het massadebiet meer nauwkeurig worden bepaald.

Daarbij is het van voordeel, dat het golfsignaal een vorm heeft die is geselecteerd uit de groep omvatten-10 de: sinus, zaagtand en blok. De vorm van het golfsignaal is van invloed op de resultaten van de metingen in afhankelijkheid van het type meting. Een resultaat hiervan is, dat in een groot bereik van omstandigheden goede meetresultaten behaald kunnen worden.

15 Een verdere geprefereerde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat stappen voor het correleren van de bepaling van het meetorgaan en de bepaling van het additionele meetorgaan. Op deze wijze is het mogelijk om de stroomsnelheid van het fluïdum in het ka-20 naai te bepalen. Verder zal een eventuele vertraging van het fluïdum tussen het meetorgaan en het additionele meetorgaan worden opgemerkt tijdens de correlatie van beide bepalingen. Hetzelfde is van toepassing op een afname in een amplitude van het meetsignaal.

25 Hieronder volgt een beschrijving van enkele in de bijbehorende tekeningen weergegeven uitvoeringsvormen, die slechts bij wijze van voorbeeld zijn verschaft, en waarin gelijke of gelijksoortige onderdelen, componenten en elementen zijn aangeduid met dezelfde referentienummers, en 30 waarin:

Fig. 1 dwarsdoorsnedes van verschillende soorten stromingen toont; 9

Fig. 2 een uitvoeringsvorm toont van een inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 3 een grafiek met meetsignalen toont;

Fig. 4 een schematisch overzicht toont van een 5 uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; en

Fig. 5 verschillende soorten golfsignalen toont.

Fig. 1 toont dwarsdoorsnedes van verschillende soorten stromingen. Elke van de verschillende soorten 10 stromingen levert een ander meetresultaat, welke wordt bepaald middels het meetorgaan en het additionele meetor-gaan. De verschillende soorten stromingen hebben verschillende verdelingen met betrekking tot lucht L en melk M in de buis, evenals verschillende verhoudingen tussen melk en 15 lucht L. De verschillen leiden tot verschillende soorten meetsignalen, waarbij de meetsignalen een maat zijn voor de hoeveelheid melk M die zich ter hoogte van het meetorgaan bevindt. Fig. la toont een laminaire (stratified) stroming, Fig. lb toont een bubbelstroming en Fig. lc 20 toont een schuimstroom. De stroom beweegt zich voort door een buis 1.

Fig. 2 toont een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding. In deze uitvoeringsvorm is de inrichting aangebracht aan een binnenoppervlak van een 25 buis 1. De inrichting omvat een eerste elektrodepaar 2 en een tweede elektrodepaar 3, welke op een bepaalde afstand D ten opzichte van elkaar zijn aangebracht. Elk elektrodepaar 2, 3 omvat een eerste elektrode 8, een isolatiemateriaal 9 en een tweede elektrode 10. De elektrodeparen 2, 3 30 zijn verbonden met een besturingseenheid 4, welke signalen naar de elektrodeparen 2, 3 stuurt, en welke de elektrische geleidbaarheid van het fluïdum ter hoogte van de elektrodenpare 2, 3 bepaalt. Verder is een kamer 7 voor- 10 zien, waarin twee elektroden 5, 6 zijn aangebracht. Het fluïdum, zoals melk, dat zich in de kamer 7 bevindt staat stil en omvat geen schuim of luchtbubbels. Vandaar dat in de kamer de soortelijke weerstand van de melk wordt be-5 paald. De soortelijke weerstand die wordt bepaald in de kamer 7, wordt uitgezet tegen de metingen van de elektrische geleidbaarheid van de melk ter hoogte van de elektro-deparen 2, 3. Op deze wijze kan bepaald worden hoeveel melk zich op een bepaald punt in de tijd ter hoogte van de 10 elektrodeparen 2, 3 bevindt.

Fig. 3 toont een grafiek met meetsignalen. Signaal 1 is gemeten ter hoogte van het eerste elektrodepaar 2, en signaal 2 is gemeten ter hoogte van het tweede elektrodepaar 3. De afstand tussen deze elektrodeparen 2, 3 is be-15 kend. De correlatie tussen beide signalen wordt bepaald door de verwerkingseenheid 4, zodat de tijd kan worden bepaald die de melk nodig heeft om te bewegen van het eerste elektrodepaar 2 naar het tweede elektrodepaar 3, aangeduid in de figuur met V. Aangezien de afstand tussen beide 20 elektrodeparen 2, 3 bekend is, en de tijd die de melk nodig heeft om van het eerste elektrodepaar 2 naar het tweede elektrodepaar 3 te bewegen, is het mogelijk om de snelheid van de melk te bepalen.

Verder is in de figuur te zien dat een afname in 25 de amplitude van Signaal 2 ten opzichte van signaal 1 middels de correlatie wordt waargenomen en geen nadelige invloed heeft op de bepaling van de snelheid van de melkstroom binnen de buis 1.

Fig. 4 toont een schematisch overzicht van een 30 uitvoeringsvorm van een elektrodepaar 2, 3 volgens de uitvinding. Te zien is een verwerkingseenheid 1, waarbij de inrichting is aangesloten op een buis 1. Elektrodeparen El en E2 zijn verbonden met de buis 1, en dus in verbinding 11 met het fluïdum. De verwerkingseenheid 4 genereert een (digitaal) golfsignaal, welke wordt omgezet naar de DAC.

De uitvoer passeert door weerstand R en Al meet de stroom door R. De spanningen over de elektrodeparen El en E2 5 wordt gemeten door A2. Zowel de gemeten stroom en spanning van Al en A2 respectievelijke worden omgezet naar digitaal door de ADC. De verwerkingseenheid 4 zendt pulsen naar de ADC die coïncideren met de pieken van het gegenereerde golfsignaal. Hierdoor kan de ADC direct monsteren op de 10 maximum amplitude van het golfsignaal. De gemeten stroom en spanningsmonsters worden omgezet naar digitaal en de verwerkingseenheid 4 berekent de elektrische geleidbaarheid van het monster.

Fig. 5 toont verschillende soorten golfsignalen.

15 Het voordeel van golfsignalen is dat gasvorming aan de elektrodeparen 2, 3 kan worden voorkomen. Het golfsignaal kan worden aangepast aan het te meten fluïdum en aan de meetomstandigheden, aangezien elke omstandigheid een andere golfsignaal vereist. Getoond is een zaagtandsignaal en 20 een golfvormig signaal.

In het voorgaande is de onderhavige uitvinding beschreven aan de hand van enkele voorkeursuitvoeringsvormen. Verschillende aspecten van verschillende uitvoeringen worden beschreven geacht in combinatie met elkaar waarbij 25 alle combinaties die bij lezing door een vakman van het vakgebied op basis van dit document door een vakman binnen het begrip van de uitvinding vallen beschouwd worden te zijn meegelezen. Deze voorkeursuitvoeringsvormen zijn niet beperkend voor de beschermingsomvang van dit document. De 30 gevraagde rechten worden bepaald in de aangehechte conclusies .

'k 'k 'k 'k

Claims (15)

1. Inrichting voor het bepalen van een massadebiet van een fluïdum in een kanaal, bijvoorbeeld een melkstroom 5 door een buis, de inrichting omvattende: - een meetorgaan voor het bepalen van een elektrische geleidbaarheid van het fluïdum; - een additioneel meetorgaan voor het bepalen van de elektrische geleidbaarheid van het fluïdum op een addi- 10 tionele positie; en - verwerkingseenheid voor het bepalen van het massadebiet van het fluïdum in het kanaal op basis van de bepalingen, waarbij de soortelijke weerstand bepaalbaar is in 15 een richting in hoofdzaak dwars ten opzichte van een stroomrichting van het fluïdum.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan een cirkelvor- 20 mige vorm heeft/hebben.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij het meetorgaan en/of het additionele meetorgaan aan een binnenoppervlak van het kanaal plaatsbaar is, zodat het 25 meetorgaan en/of het additionele meetorgaan in gebruik in contact is met het fluïdum. 1 Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij elke van het meetorgaan en het additione- 30 le meetorgaan een elektrodepaar omvat.

5. Inrichting volgens conclusie 4, waarbij elk elektrodepaar een eerste elektrode en een tweede elektrode omvat, tussen welke een isolatiemateriaal is voorzien.

6. Inrichting volgens één van de voorgaande con clusies, verder omvattende een referentiemeetorgaan, bij voorkeur ingericht als een uitstulping voorzien van een elektrodepaar, welke is ingericht voor het bepalen van ten minste één referentiewaarde, zoals de soortelijke weer- 10 stand, van de elektrische geleidbaarheid van het fluïdum.

7. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het additionele meetorgaan op een vooraf bepaalde afstand is gelegen van het meetelement. 15

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij het additionele meetorgaan in aangebrachte toestand stroomafwaarts ten opzichte van het meetelement is gelegen.

9. Inrichting volgens één van de voorgaande con clusies, waarbij het referentiemeetorgaan stroomopwaarts of stroomafwaarts ten opzichte van het meetorgaan is voorzien.

10. Inrichting volgens één van de voorgaande con clusies, waarbij een type van stroming van het fluïdum door het kanaal veranderbaar is.

11. Inrichting volgens één van de voorgaande con- 30 clusies, waarbij een Karman-vortexstraat realiseerbaar is in de fluïdumstroom, bij voorkeur door het plaatsen van een object in de fluïdumstroom.

12. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij in gebruik een golfsignaal aanbrengbaar is op elk elektrodepaar.

13. Werkwijze voor het bepalen van een massadebiet van een fluïdum in een kanaal, bijvoorbeeld een melkstroom door een buis, de werkwijze omvattende stappen voor: - het toepassen van een golfsignaal op een meetor-gaan en een additioneel meetorgaan; 10. het bepalen van een elektrische geleidbaarheid van het fluïdum ter hoogte van het meetorgaan en het additionele meetorgaan; en - het bepalen van het massadebiet van het fluïdum op basis van de bepalingen, 15 gekenmerkt door, - het herhalen van de stap van het bepalen van de elektrische geleidbaarheid binnen een vooraf bepaalde tij dsperiode.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij de vooraf bepaalde periode overeenkomt met een monsterfre-quentie in een bereik van 1 kHz - 20 kHz, bij voorkeur 1.5 kHz - 10 khz, bij voorkeur 1.8 - 5 kHz, bij voorkeur ongeveer 2 kHz. 25

15. Werkwijze volgens conclusie 13 of conclusie 14, waarbij het golfsignaal een vorm heeft die is geselecteerd uit de groep omvattende: sinus, zaagtand en blok.

16. Werkwijze volgens één van de conclusies 13-15, verder omvattende stappen voor het correleren van de bepaling van het meetorgaan en de bepaling van het additionele meetorgaan.*****