AT398851B

AT398851B - DEVICE FOR MEASURING CONSISTENCY, IN PARTICULAR FOR BOILERS OF SUGAR FACTORIES

Info

Publication number: AT398851B
Application number: AT0160688A
Authority: AT
Original assignee: Eridania
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1995-02-27
Also published as: IT1208311B; ATA160688A; DE3820687A1; IT8712506A0; FR2617289B1; BE1004987A4; DK297688D0; FR2617289A1; DE3820687C2; DK297688A; ES2009292A6; GB8815111D0; GB2206205A

Description

AT 398 851 BAT 398 851 B

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Viskositäten und Konsistenzen, insbesondere für Siedekessel von Zuckerfabriken.The invention relates to a device for measuring viscosities and consistencies, especially for boilers of sugar factories.

Eine bekannte Einrichtung zum Messen der Viskosität und der Konsistenz von zähen Massen, wie Füllmassen, weist eine in der zu untersuchenden flüssigen Masse mit vorbestimmter Drehzahl rotierende 5 Trommel auf. Die rotierende Trommel wird über eine mit einem Drehmomentmesser ausgestattete Weile angetrieben, wobei der Drehmomentmesser zum Bestimmen des mittels der Welle übertragenen Drehmomentes dient. Wenn das von der Welle übertragene Drehmoment und die Drehzahl der Welle bekannt sind, ist es möglich, die für die Überwindung der von der zähen Flüssigkeit auf die rotierende Trommel ausgeübten Reibung erforderliche Leistung zu bestimmen. Mit Hilfe einiger Kalibrierungen ist es jedem io Techniker möglich, unter Verwendung einer Einrichtung der angegebenen Art die Konsistenz und die Viskosität der zu untersuchenden flüssigen Masse zu bestimmen.A known device for measuring the viscosity and the consistency of viscous masses, such as filling masses, has a drum rotating in the liquid mass to be investigated at a predetermined speed. The rotating drum is driven over a period equipped with a torque meter, the torque meter being used to determine the torque transmitted by the shaft. If the torque transmitted by the shaft and the speed of the shaft are known, it is possible to determine the power required to overcome the friction exerted by the viscous liquid on the rotating drum. With the help of a few calibrations, it is possible for every technician to determine the consistency and viscosity of the liquid mass to be examined using a device of the type specified.

Ein Drehmomentmesser kann beispielsweise durch Anbringen einiger Dehnungsmeßstreifen an der Antriebswelle erhalten werden, aber eine solche Lösung ist eher für verhältnismäßig lange und hoch belastete Wellen geeignet. 15 Wenn die in Frage kommenden Kräfte verhältnismäßig gering sind, ist anstelle einer Messung der spezifischen Verformungen eine Messung des Torsionswinkeis zwischen den beiden Wellenenden vorzuziehen.For example, a torque meter can be obtained by attaching some strain gauges to the drive shaft, but such a solution is more suitable for relatively long and heavily loaded shafts. 15 If the forces in question are relatively small, it is preferable to measure the torsional angle between the two shaft ends instead of measuring the specific deformations.

Eine gleichachsig angeordnete Hilfswelle erlaubt die Bestimmung des Torsionswinkels an einer einzigen Meßstelle, indem eine erste Scheibe in der Nähe der Antriebsstelle auf die Antriebswelle aufgeschrumpft 20 wird und neben der ersten Scheibe eine zweite Scheibe auf das Ende der Hilfswelle aufgeschrumpft wird, wobei die Hilfswelle wegen der Abwesenheit eines zu übertragenden Drehmomentes über ihre gesamte Länge die gleiche Ausrichtung hat wie das Ende der Antriebswelle, mit welchem sie verbunden ist. Dieses letzterwähnte Ende der Antriebswelle ist selbstverständlich jenes Ende, das mit der in die zu untersuchende flüssige Masse eintauchenden Trommel verbunden ist. Der Torsionswinkel zwischen den beiden Enden der 25 Antriebswelle wird durch Messung der Phasendifferenz zwischen den beiden benachbarten Scheiben ermittelt.An auxiliary shaft arranged coaxially allows the torsion angle to be determined at a single measuring point, by shrinking 20 a first disk near the drive point onto the drive shaft and shrinking a second disk next to the first disk onto the end of the auxiliary shaft, the auxiliary shaft due to the Absence of a torque to be transmitted over its entire length has the same orientation as the end of the drive shaft to which it is connected. This last-mentioned end of the drive shaft is of course the end which is connected to the drum which is immersed in the liquid mass to be examined. The torsion angle between the two ends of the drive shaft is determined by measuring the phase difference between the two adjacent disks.

Nach dem Stand der Technik sind die beiden aneinanderliegencten Scheiben entlang ihrer Umfänge mit Verzahnungen versehen, die bei ruhender Antriebswelle der Trommel genau phasengleich miteinander ausgerichtet sind. Bei Betrieb der Einrichtung stellt sich aufgrund des Torsionswinkels zwischen den beiden 30 Wellenenden eine relative Winkelverdrehung zwischen den beiden Sätzen identischer Zähne der beiden Scheiben ein. Die dadurch bedingte Weite der Öffnung zwischen den Zähnen der beiden Scheiben in Umfangsrichtung wird mit einem geeigneten optischen Sensor gemessen und aus diesem Meßwert läßt sich das für den Antrieb der Trommel erforderliche Drehmoment ermitteln. Tatsächlich wird mit dem optischen Sensor die Dauer einer Periode des Lichtdurchganges zwischen den Öffnungen der beiden Paare von 35 Zähnen gemessen und mit der Dauer einer Periode der Dunkelheit als Folge der sich in Umfangsrichtung ergebenden Länge der beiden einander teilweise überlappenden Zähne verglichen.According to the prior art, the two adjacent disks are provided with toothings along their circumferences, which are aligned exactly in phase with one another when the drum drive shaft is at rest. During operation of the device, a relative angular rotation between the two sets of identical teeth of the two disks occurs due to the torsion angle between the two 30 shaft ends. The resulting width of the opening between the teeth of the two disks in the circumferential direction is measured with a suitable optical sensor, and the torque required for driving the drum can be determined from this measured value. In fact, the duration of a period of light passage between the openings of the two pairs of 35 teeth is measured with the optical sensor and compared with the duration of a period of darkness as a result of the circumferential length of the two partially overlapping teeth.

Dieser bekannten Art von Meßeinrichtung haftet ein Nachteil an, der dadurch bedingt ist, daß das Ansprechen des optischen Sensors unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten gehorcht, je nachdem, ob ein Übergang von Dunkelheit zu Beleuchtung oder umgekehrt erfolgt. 40 Als Folge dieses Umstandes ist es für die Erzielung einer guten Meßgenauigkeit notwendig, die Meßeinrichtung ständig zu kalibrieren, was einen zusätzlichen Aufwand für den Betrieb der Einrichtung erfordert.This known type of measuring device has a disadvantage, which is due to the fact that the response of the optical sensor obeys different laws, depending on whether there is a transition from darkness to lighting or vice versa. 40 As a result of this fact, in order to achieve good measuring accuracy, it is necessary to constantly calibrate the measuring device, which requires additional effort for the operation of the device.

Die Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteil zu vermeiden, und besteht im Prinzip in der Verwendung von Zähnen unterschiedlicher Breiten in Umfangsrichtung für die beiden gezahnten Scheiben. 45 Insbesondere wird es bevorzugt, die Ausdehnung der Lücke zwischen zwei Zähnen einer der beiden Scheiben in Umfangsrichtung größer zu machen als die Breite der Zähne, die untereinander alle gleich groß sind.The invention aims to avoid this disadvantage and consists in principle in the use of teeth of different widths in the circumferential direction for the two toothed disks. 45 In particular, it is preferred to make the extent of the gap between two teeth of one of the two disks in the circumferential direction larger than the width of the teeth, which are all equal to one another.

Weiters ist gemäß der Erfindung die Breite der Zähne (die untereinander alle gleich groß sind) der zweiten Scheibe in Umfangsrichtung als Bruchteil der Breite der Zahnlücken zwischen den Zähnen der so ersten Scheibe in Umfangsrichtung gewählt.Furthermore, according to the invention, the width of the teeth (which are all equal to one another) of the second disk in the circumferential direction is selected as a fraction of the width of the tooth gaps between the teeth of the first disk in this way in the circumferential direction.

Schließlich ist die Stellung der schmäleren Zähne der zweiten Scheibe so gewählt, daß sich ein solcher schmälerer Zahn niemals über die zwischen benachbarten Paaren von Zähnen der ersten Scheibe vorhandene Lücke hinauserstreckt.Finally, the position of the narrower teeth of the second disk is chosen such that such a narrower tooth never extends beyond the gap between adjacent pairs of teeth of the first disk.

Auf diese Weise läßt sich die Messung der Phasendifferenz auf die Messung der zwischen zwei 55 Durchgängen von einem dunklen Bereich zu einem beleuchteten Bereich verstreichenden Zeit zurückführen, wobei jedesmals ein und dieselbe Ansprechkurve des optischen Sensors mit merklich größerer Genauigkeit derart ausgenützt wird, daß wiederholte Kalibrierungen nicht mehr erforderlich sind. 2In this way, the measurement of the phase difference can be traced back to the measurement of the time elapsing between two 55 passes from a dark area to an illuminated area, each time using one and the same response curve of the optical sensor with significantly greater accuracy in such a way that repeated calibrations are not are more needed. 2nd

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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 die Profile von Zähnen der ersten und der zweiten Scheibe einer Ausführungsform nach dem Stand der Technik in abgewickelter Darstellung; Fig. 2 das sich bei optischer Messung unter Verwendung der Ausführungsform nach Fig. 1 ergebende Ausgangssignal; Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung, und Fig. 4 in ähnlicher Darstellung wie in den Fig. 1 und 2 die Verhältnisse bei Anwendung der Erfindung. ln den Fig. 1 und 2 bedeuten die Linie 10 das Zahnprofil der ersten Scheibe und die Linie 20 das Zahnprofil der zweiten Scheibe.The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. 1 shows the profiles of teeth of the first and the second disk of an embodiment according to the prior art in a developed representation; FIG. 2 shows the output signal resulting from optical measurement using the embodiment according to FIG. 1; 3 shows a block diagram of a device according to the invention, and 1 and 2, line 10 denotes the tooth profile of the first disk and line 20 denotes the tooth profile of the second disk.

Die Zähne der ersten und der zweiten Scheibe sind gegeneinander versetzt dargestellt, wie dies bei einem von der Antriebswelle zu übertragenden Drehmoment der Fall ist. Dies rührt daher, daß bei den bekannten Einrichtungen, wenn die Antriebswelle kein Drehmoment zu übertragen hat, die Zähne der beiden Scheiben einander genau überdecken. Bei Ausübung eines Drehmomentes auf die Antriebswelle, wie es der Darstellung in den Fig. 1 und 2 entspricht, besteht zwischen den beiden Scheiben ein Phasenwinkel 31, der dem auf die Antriebswelle ausgeübten Drehmoment und somit der zu messenden Konsistenz proportional ist.The teeth of the first and second disks are shown offset from one another, as is the case with a torque to be transmitted by the drive shaft. This is because, in the known devices, when the drive shaft has no torque to transmit, the teeth of the two disks overlap each other exactly. When a torque is exerted on the drive shaft, as corresponds to the illustration in FIGS. 1 and 2, there is a phase angle 31 between the two disks, which is proportional to the torque exerted on the drive shaft and thus to the consistency to be measured.

Der zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen der Umfangslänge der Öffnung und der Umfangslänge der zwischen aufeinanderfolgenden Öffnungen befindlichen Zahnbereiche eingesetzte optische Sensor spricht beim Übergang von einem beleuchteten Bereich zu einem dunklen Bereich nicht sofort an, sondern überträgt diese Information erst nach einem kurzen, aber nicht vernachlässigbaren Zeitintervall 34.The optical sensor used to determine the relationship between the circumferential length of the opening and the circumferential length of the tooth areas located between successive openings does not respond immediately when changing from an illuminated area to a dark area, but rather transmits this information only after a short but not negligible time interval 34.

In ähnlicher Weise erfolgt das Ansprechen des optischen Sensors beim Übergang von einem dunklen Bereich zu einem beleuchteten Bereich auch nicht sofort, sondern erst nach einem Zeitintervall 35.Similarly, the response of the optical sensor when moving from a dark area to an illuminated area does not take place immediately, but only after a time interval 35.

Die der Klarheit halber in der Zeichnung vergrößert dargestellten Zeitintervalle 34 und 35 sind wegen des unterschiedlichen Ansprechverhaltens des optischen Sensors nicht identisch, sondern hängen von der Art des Vorzeichenwechsels der empfangenen Information ab und ändern sich auch mit der Temperatur.The time intervals 34 and 35 shown enlarged in the drawing for the sake of clarity are not identical because of the different response behavior of the optical sensor, but rather depend on the type of sign change of the received information and also change with the temperature.

Es ergibt sich somit, daß die Zeitintervalle 37 und 38, welche genau den Zeiten der Abdunkelung bzw. der Beleuchtung entsprechen, durch die Ansprechzeitintervalle 34 und 35 in ungleicher Weise verfälscht werden.It follows that the time intervals 37 and 38, which correspond exactly to the times of the darkening or the lighting, are falsified in an uneven manner by the response time intervals 34 and 35.

In Fig. 4 zeigt das Diagramm A das Profil der Zähne 110 der ersten Scheibe der erfindungsgemäßen Einrichtung, wobei die Breite der Zähne in Umfangsrichtung im wesentlichen der Breite der Zahnlücken entspricht.4, diagram A shows the profile of the teeth 110 of the first disk of the device according to the invention, the width of the teeth in the circumferential direction essentially corresponding to the width of the tooth gaps.

Dagegen haben die im Diagramm B dargestellten Zähne 120 der zweiten Scheibe eine viel geringere Breite in Umfangsrichtung d.h. sie sind viel schmäler als die Zähne der ersten Scheibe, und bei Stillstand der Einrichtung, wenn kein Drehmoment ausgeübt wird, stehen die schmalen Zähne 120 im Bereich der Zahnlücken zwischen den Zähnen 110 der ersten Scheibe.In contrast, the teeth 120 of the second disk shown in diagram B have a much smaller width in the circumferential direction, i.e. they are much narrower than the teeth of the first disk, and when the device is stationary and no torque is applied, the narrow teeth 120 are in the region of the tooth gaps between the teeth 110 of the first disk.

Die mechanische Dimensionierung der Anordnung ist so gewählt, daß auch bei Ausübung des maximalen Drehmomentes die schmalen Zähne 120 stets innerhalb der Zahnlücke zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen 110 der ersten Scheibe bleiben. Das vom Sensor gelieferte Signal ist im Diagramm C der Fig. 4 dargestellt.The mechanical dimensioning of the arrangement is chosen so that even when the maximum torque is exerted, the narrow teeth 120 always remain within the tooth gap between successive teeth 110 of the first disk. The signal supplied by the sensor is shown in diagram C of FIG. 4.

Zur Bestimmung der Phasendifferenz zwischen den beiden Scheiben wird der zeitliche Abstand zwischen den ansteigenden Flanken irgendeines Paares aufeinanderfolgender Impulse gemessen, wobei sich die Notwendigkeit wiederholter Kalibrierungen der Einrichtung aufgrund des Umstandes erübrigt, daß die ansteigenden Flanken des vom optischen Sensor gelieferten Signals jeweils mit demselben linearen Fehler behaftet sind, der somit das Meßergebnis nicht beeinträchtigt.To determine the phase difference between the two disks, the time interval between the rising edges of any pair of consecutive pulses is measured, eliminating the need for repeated device calibrations due to the fact that the rising edges of the signal provided by the optical sensor each have the same linear error are affected, which does not affect the measurement result.

Das gleiche Prinzip ist auch anwendbar, wenn die Phasendifferenz durch Messung des zeitlichen Abstandes eines Paares abfallender Flanken des vom optischen Sensor gelieferten Signals ermittelt wird.The same principle can also be used if the phase difference is determined by measuring the time interval between a pair of falling edges of the signal supplied by the optical sensor.

Zur Vervollständigung der Darstellung sind in Fig. 3 eine Lichtquelle 131, die einen Lichtstrahl zu den gezahnten Umfangsbereichen der beiden Scheiben aussendet, und ein den Lichtstrahl durch Lücken zwischen den Verzahnungen empfangender Lichtdetektor 132 eingezeichnet. Dem Lichtdetektor nachgeschaltet sind ein Impulsbegrenzer 41, ein monostabiler Multivibrator 142 und ein Phasendetektor 143. 144 ist ein Integrationsverstärker und die Schaltungsblöcke 145, 146,147 und 148 bedeuten a) einen Radizierer, b) einen Konverter, c) einen Optokoppler und d) eine Endstufe.To complete the illustration, a light source 131 which emits a light beam to the toothed peripheral regions of the two disks and a light detector 132 which receives the light beam through gaps between the toothing are shown in FIG. 3. A pulse limiter 41, a monostable multivibrator 142 and a phase detector 143 are connected downstream of the light detector. 144 is an integration amplifier and the circuit blocks 145, 146, 147 and 148 mean a) an eraser, b) a converter, c) an optocoupler and d) an output stage.

Da die Art einer solchen Signalverarbeitung allgemein bekannt ist, erübrigt sich eine eingehendere Erläuterung des Blockschaltbildes von Fig. 3.Since the type of such signal processing is generally known, there is no need for a more detailed explanation of the block diagram of FIG. 3.

In Fig. 4 zeigen das Diagramm A das Zahnprofil der ersten Scheibe, das Diagramm B das Zahnprofil der zweiten Scheibe, das Diagramm C das vom optischen Detektor gelieferte und bereits vom Impulsbegrenzer 41 verarbeitete Signal und schließlich das Diagramm D das vom Phasendetektor 143 verarbeitete Signal. 34, diagram A shows the tooth profile of the first disk, diagram B the tooth profile of the second disk, diagram C the signal supplied by the optical detector and already processed by pulse limiter 41, and finally diagram D shows the signal processed by phase detector 143. 3rd

Claims

AT 398 851 B To explain the invention, an embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing and described above. However, various changes can be made to this exemplary embodiment without departing from the scope of the invention. 5 device for measuring the consistency, especially for boilers of sugar factories, with a pair of adjacent toothed disks movable by means of transmission devices, the first of which, with the first end of the drive shaft, immerses a liquid mass to be examined, the drum and the second is connected to the second end of the drive shaft, the angular rotation between the two disks being proportional to the torque exerted on the drive shaft, each of the two disks being provided with teeth on the circumference and an optical sensor arranged axially in front of the teeth as a function of the phase difference of the two disks enables the ratio of light transmission and light coverage to be determined, characterized in that one of the two disks has a sequence of teeth (110) which are arranged at equal distances from one another and whose width measured in the circumferential direction is smaller than d The circumferential width of the tooth gaps between the teeth (120) of the other disk.

2. Device according to claim 1, characterized in that it with a known 20 control electronics (41,131,132,142-148) for measuring the time interval between the passage through the measuring position defined by the optical sensor (132) of the approaching flank of a tooth (110) the first disk and the passage of the approaching flank of the tooth (120) of the second disk following the tooth (110) of the first disk. 25 To that

3 sheet drawings 30 35 40 45 50 4 55