Verfahren und Apparat zur Messung des pro Zeiteinheit auf einer Fordereinrichtung eine bestimmte Ebene passierenden Volumens eines pulverformigen Materials.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zur Messung des pro Zeiteinheit auf einer Fördereinrichtung eine bestimmte Ebene passierenden Volumens eines pulverformigen Materials.
Im Bereich der Regeltechnik existieren zahllose Anwendungen der Mengenmessung kontinuierlich fliessender pulverförmiger Ma terialien. So kann es vorkommen, dass das eine Material in vorausbestimmten Mengen einem andern VTaterial, dessen Menge dadurch geändert werden soll, kontinuierlich beigefügt werden muss. Oder es ist erwiinseht, einige Bestimmungsgrossen eines Herstellungsver- fahrens zu regeln, beispielsweise die Trock nungsgeschwindigkeit eines Trockenapparates, oder die Geschwindigkeit einer Maschine zum Abfiillen des pulverformigen Materials in Be hälter, und zwar in Abhängigkeit vom Durchlauf an Material.
In allen diesen FÏllen ist die Kenntnis der eine bestimmte Ebene passierenden Materialmenge notwendig.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein Liehtbündel so auf den Stoffstrom verfen lässt, dass durch den Schnitt einer GrenzflÏche des Lichtbündels mit dem Stoffstrom auf dem Förderband ein Bild des Qwer- sehnittes des Stoffstromes sichtbar gemacht wird und dass man die von dem Bild kommende Lichtmenge einer Photozelle zuführt.
Es ist selbstverständlich, dass dann, wenn die Kenntnis des die Begrenzung pro Zeiteinheit passierenden Materialvolumens in absolutem Mass nicht gefordert ist, keine Not wendigkeit besteht, die Fortbewegungsge sehwindigkeit zu messen, vorausgesetzt, dass dieselbe konstant ist.
Die erfindungsgemässe Apparatur ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle vorhanden ist und Mittel zur Bildung eines Liehtbündels mit einer scharfen GrenzflÏche, welche Mittel so eingerichtet sind, dass durch den Schnitt dieser Grenzfläche des Lichtbandes mit dem Stoffstrom auf dem F¯rderband ein Bild des Querschnittes des Stoffstromes sichtbar gemacht und durch eine Photozelle aufgenommen wird, und da¯ Mittel vorhanden sind, die auf den Ausgang der Photozelle ansprechen.
Die Bezeichnung Licht umfasst sowohl den sichtbaren wie auch den unsichtbaren Teil des Spektrums.
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend beispielsweise beschrieben an Hand der Fig. 1 bis 6, von denen darstellt :
Fig. 1 das Prinzip der Messung,
Fig. 2 eine Ansicht vom Punkt M aus ge- sehen,
Fig. 3 einen Aufriss im Schnitt von einer beispielsweisen Ausführungsform,
Fig. 4 eine Ansicht eines Teils der Transporteinrichtung gemϯ Fig. 2 innerhalb der Apparatur gemäss Fig. 3,
Fig. 5 das elektrische Schaltbild der Appa ratur,
Fig. 6 eine Variante der Schaltung von Fig. 5.
In der Prinzipdarstellung von Fig. 1 ist ein Liehtstrahlenbündel mit quadratischem Quer- selmitt WXYZ auf eine Aufschüttung pulverformigen Materials gerichtet, die beispiels- weise eine prismatische Gestalt entsprechend den Eckpunkten ABC bzw. A1B1C1 aufweist.
Die fläehenhafte Begrenzung X des Liehtstrahlenbündels verläuft rechtwinklig zur Bewegungsrichtung der auf einer Fördereinrich- tung befindliehen Materialaufsehüttung und trifft auf das Prisma unter Bildung des Dreiecks A2B2C2 auf.
Aus der Richtung Jf gesehen, ergibt sich ein Bild gemäss Fig. 2, in der das Dreieck A2B2C. der Fig. 1 verkürzt als A2'B2'C2' erscheint.
Die beispielsweise Ausf hrung gemϯ Fig. 3 zeigt das pulverformige Matrial l auf einer in Pfeilriehtung la sich bewegenden Transporteinrichtung 2. Der Apparat selbst besitzt ein Gehä. use 3, das jeden Lichteinfall von ausserhalb abhalt. Das Gehäuse bedeekt die Transporteinrichtung allseits und weist an seinen Enden Öffnungen-4 auf. die für den Durchtritt der maximalen Materialauf- sch ttung bemessen sind. Die innern Flächen des Gehäuses 3 sind mit mattschwarzer Oberfläche versehen, um Lichtreflexionen im Innern zn reduzieren.
Als Lichtquelle ist eine Glühlampe 5 in einem auf dem Gehäuse 3 befestigten Metall- kasten 6 vorgesehen, der durch eine Öffnung 7 mit dem Innenraum des Gehäuses 3 in Verbindung steht. Die Offnung 7 ist bedeekt mit einer Platte 8 aus transparentem Kunststoff, die einen luftdichten Abschluss gewährleistet.
Um den Eintritt von Staub zu verhindern, kann der Kasten 6 von einer Druckluftanlage aus unter Truck gesetzt, oder auch vollkommen abgedichtet werden. Im letzteren Falle m ssen seine Abmessungen gross genug sein, um ausreichende Kühlung durch die Oberfläche sicherzustellen. Die Glühlampe 5 weist einen Glühfaden auf, der geradlinig verläuft.
Die Glühlampe 5 ist so angeordnet, da¯ der geradlinige Teil des Glühfadens einen rechten Winkel zur Bewegungsrichtung 1a der Transport einriehtung bildet. Die Starke der Glühlampe ist so gewählt, dass die auf der Transporteinrichtung unmittelbar unterhalb der Glühlampe erzielte Beleuchtungsstärke von der Gr¯¯enordnung 0, 1 Lumen pro cm2 ist.
Um ein Liehtstrahlenbündel mit mindestens einer scharf bestimmten Begrenzung zu erhalten, ist ein vierseitiger Metallsehacht 9 auf der Innenseite des Gehäuses 3 unterhall der Offnung 7 befestigt. Eine Seite des Schachtes 9 ist rechtwinklig umgebogen und bildet einen Rand 10 mit geradliniger Kante lÏngs der gesamten Breite des Schachtes 9.
Die Kante dieses Bandes 9 liegt senkrecht unter dem Glühfaden der Lampe 5 und bewirkt, da dieser eine gerade Linie parallel zum Rand 10 bildet, ein Lichtstrahlenbündel mit einer genau definierten Begrenzung. Die Begrenzung des Lichtstrahlenbündels trifft in clie Linie F-F' die Transporteinrichtung, falls dieselbe leer ist. Die Íffnung 7 und der Schacht 9 sind genügend breit, um eine Beleuchtung der Transporteinrichtung über deren gesamte Breite zu gewährleisten. Die Kante 11 des Schachtes 9 ist so angeordnet, dass die beleuchtete Fläehe der Transporteinrichtung eine Längsausdehnung aufweist, die ungefähr gleich gross wie die Breite der Transporteinrichtung ist.
Die zur Messung dienende elektrische Photozelle 12 und die Vergleichs-Photozelle 13 befinden sieh in einem Kasten 14, der auf dem Gehäuse 3 befestigt und mit dessen Innenraum durch die offnung 15 verbunden ist. Die optischen Systeme und Befestigungen der beiden Photozellen sind gleich. Jede Photozelle befindet sieh in einer Halterung 16, die in der Zellenebene einstellbar und auf der Trennwand 17 befestigt ist. Die Halterung 16 weist eine Blende zur Begrenzung des Lichtes auf den gewünschten Bereich auf.
Um eine visuelle Kontrolle der Blende zu ermöglichen, kann die Photozelle vorüber- gehend durch eine durchscheinende Mattseheibe ersetzt werden. Es ist ein optisches System 18 vorhanden, das von einer zweiten Trennwand 19 getragen wird. Die Öffnung in dieser Trennwand 19 ist abgedeekt durch eine Scheibe 20 aus transparentem Kunst- stoff.
Die Form der Schnittlinie des Lichtstrahlenbündels mit der Transporteinrichtung ist in Fig. 4 dargestellt. Das stark gezeichnete Rechteek 21 stellt das ausgeblendete Bild dar, das auf die Messphotozelle 12 fällt. Die Blende ist so justiert, daB ihre untere Kante mit der Schnittlinie F-F' zwischen dem Lichtstrahlenbündel und der leeren Trans porteinrichtung übereinstimmt. Die Rohe der Blendenöffnung ist der Form der maximale-n Aufschüttung auf der Transporteinrichtung angepasst.
Das gestrichelt gezeichnete Rechteck 22 stellt die ausgeblendete Figur dar, die auf die Vergleichsphotozelle 13 fÏllt. Die Figur für die Vergleiehsphotozelle 13 stammt aus dem Mittelbereich der Transporteinrichtung, so class das Bildfenster der Vergleichsphoto- zelle 13 stets voll ausgeleuchtet ist, aueh wenn nur geringe Materialmengen vorhanden sind.
Die elektrische Schaltung zeigt Fig. 5. Die der elektrischen Photozellen 12 und 13 sind ber einen Umschalter 23 zu einem magnetischen GegentaktverstÏrker 24 gef hrt.
Der Schalter 23 ist so angeordnet, dass nor malerweise die Messphotozelle 12 eingeschal- tet ist. Ein Kondensator 25 liegt, parallel zum Ausgang der Photozelle, um die sehnellen Signalschwankungen zu glätten, die von unregelmässiger Verteilung des Materials auf der Transporteinrichtung herrühren. Die beiden Zweige des Gegentaktverstärkers 24 ent- haltes je einen Vollweggleichriehter 26 bzw.
26'. Die negativen Anschlüsse der beiden Gleiehrichter sind elektrisch miteinander verbunden während die positiven Anschlüsse über die beiden Widerstände 27 bzw. 27' zu sammen geschaltet sind. Ein Milliampere- meter 28 mit einem variablen Parallelwider- stand 29 liegt zwischen den negativen Anschlüssen der Gleichrichter 26 und 26'und dem gemeinsamen Punkt der zwei WiderstÏnde 27 und 27'.
Zur Eichung der Apparatur wird zuerst der Parallelwiderstand 29 angenähert auf den Mittelwert seines Bereiches eingestellt. Dann wird eine im voraus bekannte Materialmenge aufgebracht, indem ein Behälter bekannter Abmessungen auf die Transporteinrichtung an die in Fig. 3 bzw. 4 mit FF'bezeiehnete Stelle gebracht und mit dem Material gefüllt wird, wobei die sich ergebende H¯he der Ma terialsehicht über der Transporteinrichtung gemessen wird. Das Produkt aus Behälter- breite und Sehiehthöhe repräsentiert dann die Materialmenge.
Das Milliamperemeter oder der Verstärkungsgrad des Gegentaktverstär- kers werden dann so einjustiert, dass der Zeiger des Instrumentes einen brauchbaren Aussehlag auf der Skala zeigt. Falls die Ab hängigkeit nicht linear ist, kann die Eichung für versehiedene aufgebrachte Mengen wie derholt und die Skala des Milliamperemeters von Hand geeicht werden.
Dann wird der Umschalter 23 betätigt und die elektrische Photozelle 13 an den Verstärker 24 angeschaltet, um den Zeigeraussehlag auf der Skala zu markieren und damit eine Vergleichsmarke zu erhalten. Um jederzeit die Apparatur anzupassen und nö- tigenfalls einzuregulieren auf Anderungen der Beleuchtung oder des Reflexionsvermo- gens des Materials, muss nur der Schalter 23 betätigt und die Vergleichsphotozelle an den Verstärker gelegt werden. Der Parallelwiderstand 29 wird dann, falls erforderlich, so verstellt, dabder Zeiger auf der Vergleichsmarke steht.
Falls eine dauernde Kompensation erwünscht ist, wird eine Schaltung verwendet, bei der die Vergleichsphotozelle den Verstär kungsgrad des Verstärkers für die Messphotozelle beeinflusst.
Das Milliamperemeter zeigt tatsächlich die QuerschnittsflÏche der Materialschicht innerhalb der Begrenzung des Liehtstrahlenbün- dels an. Dieser Wert muss mit der Bewegungs- geschwindigkeit des Materials multipliziert werden, um die pro Zeiteinheit geförderte Menge zu erhalten. Wenn die Bewegungs- geschwindigkeit konstant ist, kann das Milli- amperemeter direkt in Werten des Volumes pro Zeiteinheit geeieht werden.
Falls die Ge schwindigkeit veränderlieh ist, kann das Produkt aus dem Materialquersehnitt und der Transportgeschwindigkeit beispielsweise dadurch erhalten werden, dass ein Generator mit einer der Antriebswalzen der Transporteinriehtung gekuppelt wird und die Aus- gänge des Generators und der Photozelle elek- trisch multipliziert werden.
Falls die Transportgeschwindigkeit konstant ist, kann ein Motor mit linearer Span- nungs-Drehzahl-Abhängigkeit, gekuppelt mit einem mechanischen Zählwerk, mit dem Milliamperemeter in Reihe geschaltet werden und zur Summenbildung dienen.
Eine Variante der Schaltung gemäss Fig. 5, die eine Regelung einer zweiten variablen Grouse ermöglieht, zeigt Fig. 6. Diese Anordnung erlaubt die Beigabe eines zweiten pulverförmigen Materials in bestimmtem Verhältnis zu dem von der Transporteinrichtung geförderten Material, dessen Volumen nach dem vorbesehriebenen Verfahren gemessen wird.
Die in Fig. 6 angegebenen Teile ergänzen diejenigen der Fig. 5. Ein Potentiometer 30 ist parallel zum Milliamperemeter 28 gesehaltet und ist einseitig mit einem zweiten Potentiometer 31 verbunden. Das zweite Potentiometer 31 wird über einen veränderbaren Widerstand 32 von einem Vollweggleichrichter 33 gespeist, der an der Sekundärwicklung 34 des Transformators 35 angeschlossen ist. Die Primärwicklung 36 des Transformators 35 liegt an einer geeigneten Weehselstromquelle.
Die Schleifkontakte 37 bzw. 38 der Potentiometer 30 bzw. 31 sind mit dem Eingang des Verstärkers 39 verbunden, der ausgangsseitig einen Motor 40 speist. Der Motor 40 ist mit dem Schleifkontakt 37 mechanisch gekuppelt.
In dieser Anordnung wird jede Spannungsdifferenz zwischen den beiden Schleifkontakten 37 und 38 verstärkt durch den Verstärker 39, dessen Ausgang den AIotor 40 betätigt, der seinerseits den Schleifer 37 so lange verstellt, bis die Spannungsdifferenz ausgeregelt ist. Der Motor 40 ist ferner mit dem Selileif- kontakt 41 des Potentiometers eines der üblichen, mit Thyratronrohren arbeitenden Gleiehstrommotorsteuerungsgeräte 42 mecha- nisch gekuppelt. Das Steuergerät 42 reotiliert die Drehzahl eines Motors 43, der seinerseits einen Drehschieber 44 antreibt, dessen Durch- lassmenge proportional der Drehzahl seiner Antriebsachse ist.
Bei der Inbetriebnahme werden die beiden Schleifkontakte 37 und 38 auf jene Endkontakte der Potentiometer 30 bzw. 31 gestellt, die nicht miteinander verbunden sind, und der Widerstand 32 so eingeregelt, dass der Motor 40 stillsteht. Dann wird der Schleifkontakt 38 auf das gewünschte VerhÏltnis zwischen der von der Einrichtung nach Fig. 5 gemessenen und der nach Fig. 6 zu fördernden Menge eingestellt. Die zwischen den Schleifkontakten 37 und 38 vorhandene Spannungsdifferenz bewirkt das Anlaufen des Motors 40, der den Schleifkontakt 37 bis zum Abgleich verstellt, wobei gleiehzeitig der Schleifkontakt 41 entsprechend verschoben wird.
Falls eine Änderung der von der Trans porteinrichtung geforderten Materialmenge eintritt, wird eine Spannung zwisehen den Schleifkontakten 37 und 38 erzeugt. Diese Spannungsdifferenz bewirkt, entsprechend verstärkt, das Anlaufen des Rotors 40, der den Schleifkontakt 37 bis zum Abgleich verstellt, wobei der Schleifkontakt 41 mitverstellt wird. Die Regelung des Schleifkontaktes 41 bewirkt eine Geschwindigkeitsänderung des Motors 43 und damit der Menge des vom Drehsehieber 44 hindurchgelassenen Mate- rials. Auf diese Weise wird das Verhältnis der Mengen beider Materialien konstantge- halten.