Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Volumens bzw. des Gewichtes von in der Regel nicht gleichzeitig einen Kanalquerschnitt durchtretenden Körpern, insbesondere solchen ungleicher Grösse oder Ansammlungen von solchen, z. B. Faserflocken
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Volumens bzw. des Gewichtes von in der Regel nicht gleichzeitig einen Kanalquerschnitt durchtretenden Körpern, insbesondere von Faserflocken.
Die zur Mengenmessung fester Schüttgüter bisher angewandten Methoden beruhen entweder auf dem Prinzip der Durchflussmengenmessung mittels Messdüsen oder mittels Messkondensatoren, deren dielektrizitätskonstanten Änderungen des zwischen den Kondensatorplatten durchströmenden Gutes gemessen werden. Zur Feststellung des Durchsatzes können auch quer zum Förderquerschnitt ausgestrahlte, elektromagnetische Wellen dienen, von deren Absorption auf die durchfliessenden Mengen geschlossen werden kann. Allen diesen Messmethoden haftet der Nachteil ungenügender Messgenauigkeit an, wenn die zeitlichen Abstände der Durchtritte der einzelnen Körper gross werden, das heisst, sobald kleine und kleinste Konzentrationen, wie sie z. B. bei einer Flockenspeisung einer Spinnereimaschine auftreten, genau gemessen werden sollen.
Die im Betrieb von solchen Maschinen pneumatisch geförderten Mengen weisen Konzentrationen auf, die sich um einen Volumenteil Flocken auf 100 Volumenteile Fördermedium bewegen.
Anmelderin hat erkannt, dass bei statistischerVerteilung der unregelmässig geformten Körper im Transportkanal das in der Zeit T transportierte Volumen, von dem aus dann auf das Gewicht des Materials zu schliessen ist, proportional der Summe der Quadrate der Unterbrechungszeiten eines quer zum Mate rialfluss gelegten Lichtstrahles ist. Dies gilt jedoch nur für kompakte feste Körper. Sind die Körper jedoch z. B. Baumwollfaserflocken, deren spezifisches Gewicht von der Güte der Öffnung insofern abhängt, als es der Grösse der Flocke entsprechend direkt proportional zunimmt, so ergibt sich, dass das Gewicht der passierenden Faserflocken ungefähr proportional der Summe der dritten Potenzen der Unterbrechungszeiten des Lichtstrahles ist.
Auf Grund dieser Erkenntnisse kennzeichnet sich das erfindungsgemässe Messverfahren durch folgende Verfahrensschritte: a) Erzeugung von diskreten elektrischen Impulsen gleicher Amplitude, von der Dauer der Lichtstrahlunterbrüche, hervorgerufen durch einzelne passierende Körper. b) Umformung der diskreten elektrischen Impulse in linear mit der Zeit ansteigende elektrische Impulse. c) Bildung der Zeitintegrale der linear mit der Zeit ansteigenden elektrischen Impulse, welche Zeitintegrale proportional den Quadraten der Unterbrechungszeiten der den Lichtstrahl passierenden Körper sind. d) Laufende Mittelwertbildung mit einer von den vorliegenden Verhältnissen z. B. von der Trägheit eines zu steuernden Systems zu wählenden Zeitkonstante.
Bei Anwendung des Verfahrens auf Baumwollfaserflocken wird zweckmässigerweise zwischen den Verfahrensschritten c und d ein weiterer Verfahrensschritt eingeführt, bei dem die linear mit der Zeit ansteigenden Impulse in ebenso viele neue Impulse umgeformt werden, deren Zeitintegrale proportional der dritten Potenz der Unterbrechungszeiten sind.
Die durch den Verfahrensschritt d gewonnene elektrische Grösse kann dann entweder auf ein Anzeige- oder Registrierinstrument gegeben und/oder kann einem Regler zugeführt werden, der die gelieferte Körpermenge regelt.
Die vorstehend beschriebene -Arbeitsweise ergibt für feste Körper ein Mass für die Summe der passierenden Volumen in einer bestimmten Zeit, die mit dem betreffenden spezifischen Gewicht multipliziert das durchlaufende Gewicht für diese gleiche Zeit ergeben.
Die Erfindung sei nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 die Messeinrichtung in schematisch gehaltener Darstellung,
Fig. 2 die Spannungsdiagramme als Funktion der Zeit aufgetragen.
Die in einem Kanal 1, z. B. unter Einwirkung eines Schwerefeldes, transportierten Körper 2 beliebiger Form und Grösse durchqueren einen von einer Lichtquelle 3 herrührenden Lichtstrahl 4, der durch eine kleine, transparente Öffnung 5 in den Kanal 1 eintritt und diesen nach Durchquerung wieder durch eine gegenüberliegende transparente Öffnung 6 verlässt. Die in Strahlrichtung ausserhalb des Kanals angeordnete Photozelle 7 erzeugt in bekannter Art der Auslöschung oder Absorption des Lichtstrahles durch passierende Körper entsprechende zeitabhängige, kleine Spannungsdifferenzen, die in Fig. 2a graphisch aufgetragen sind. Diese Spannungsdifferenzen erfahren in einem folgenden, an sich bekannten Verstärker 8 eine verzerrungsfreie, angemessene Verstärkung, so dass sich ein Spannungsverlauf entsprechend Fig. 2b ergibt.
Eine anschliessende Triggerstufe 9 verwandelt die Spannungskurve 2b in Spannungsimpulse konstanter Amplitude (Fig. 2c), deren Dauer genau derjenigen der zeitabhängigen Spannungsdifferenz gemäss Fig. 2b entspricht. Diese nun rechteckigen Spannungsimpulse gleicher Amplitude, aber ungleicher Dauer, werden einem Integrator 10 zugeführt, der über die Dauer des einzelnen hereingegebenen Impulses linear ansteigende, elektrische Grössen liefert (Fig. 2cm), die mit der Abszisse Flächen einschliessen, die den Quadraten der Dauer der einzelnen Impulse proportional sind. Der nachgeschaltete Mittelwertintegrator 11 liefert dann ein elektrisches Signal gemäss Fig. 2f, das das Zeitintegral über eine den yor- liegenden Verhältnissen anzupassende Zeit T liefert, dessen Grösse direkt proportional den Volumina bzw.
Gewichten der in der Zeit T transportierten Körper ist. Die am Ausgang des Mittelwertintegrators 11 vorhandene elektrische Grösse wird dann einem Aufzeichnungsinstrument 12, einem Anzeigeinstrument 13 und einem Regler 14 zugeführt, der auf einen Antriebmotor 15 arbeitet, dessen Drehzahl die Lieferung der Materialspeiseeinrichtung (nicht gezeigt) bestimmt.
Soll das beschriebene Messverfahren zum Messen von pneumatisch transportierten Baumwollflocken herangezogen werden, so ist zu berücksichtigen, dass das Volumen der Flocken nicht ohne weiteres einen Schluss auf das Gewicht derselben zulässt. Untersuchungen haben gezeigt, dass der Öffnungsgrad der Faserflocken einen wesentlichen Einfluss ausübt, indem der innere Teil einer grossen Flocke noch eine bedeutend höhere Dichte aufweist als derjenige einer kleinen Flocke. Es konnte quantitativ festgestellt werden, dass das spezifische Gewicht der Flocke ungefähr ihrer Grösse direkt proportional ist. Die Genauigkeit, mit der dies zutrifft, hängt selbstverständlich von der Baumwollqualität ab. Für Baumwollmengenmessungen in der Spinnerei dürften sich jedoch die sich aus diesen Ungenauigkeiten ergebenden Abweichungen nicht nachteilig auswirken.
Auf dieser Erkenntnis beruhend, ist als Variante noch ein zweiter Integrator (in Fig. 1 strichpunktiert eingezeichnet) eingeschaltet, der die für die Gewichtsbestimmung der Faserflocken notwendige dritte Potenz der Unterbrechungszeit aus der elektrischen Grösse am Ausgang des ersten Integrators liefert (vergleiche Fig. 2e). Die weitere Verwertung dieses Impulses erfolgt in derselben Weise wie in Variante 1.
Method and device for measuring the volume or the weight of bodies which generally do not pass through a channel cross-section at the same time, in particular those of unequal size or collections of such, e.g. B. fiber flakes
The present invention relates to a method and a device for measuring the volume or the weight of bodies, in particular of fiber flocks, which as a rule do not pass through a channel cross section at the same time.
The methods used to date to measure the quantity of solid bulk goods are based either on the principle of flow rate measurement using measuring nozzles or using measuring capacitors, the dielectric constant of which changes in the material flowing through between the capacitor plates are measured. To determine the throughput, electromagnetic waves radiated transversely to the conveying cross-section can also be used, the absorption of which can be used to infer the quantities flowing through. All of these measurement methods have the disadvantage of insufficient measurement accuracy if the time intervals between the passages of the individual bodies are large, that is, as soon as small and very small concentrations, such as those caused by e.g. B. occur in a flake feed of a spinning machine, should be measured accurately.
The quantities pneumatically conveyed during the operation of such machines have concentrations that range from one part by volume of flakes to 100 parts by volume of the conveyed medium.
The applicant has recognized that with a statistical distribution of the irregularly shaped bodies in the transport channel, the volume transported in time T, from which the weight of the material can then be deduced, is proportional to the sum of the squares of the interruption times of a light beam placed across the flow of material. However, this only applies to compact solid bodies. However, if the bodies are e.g. B. cotton fiber flakes, the specific weight of which depends on the quality of the opening insofar as it increases in direct proportion to the size of the flake, the result is that the weight of the passing fiber flakes is approximately proportional to the sum of the third powers of the interruption times of the light beam.
On the basis of these findings, the measuring method according to the invention is characterized by the following method steps: a) Generation of discrete electrical pulses of the same amplitude, of the duration of the light beam interruptions, caused by individual passing bodies. b) Conversion of the discrete electrical impulses into electrical impulses that increase linearly with time. c) Formation of the time integrals of the electrical impulses increasing linearly with time, which time integrals are proportional to the squares of the interruption times of the bodies passing the light beam. d) Running averaging with one of the present ratios z. B. from the inertia of a system to be controlled to be selected time constant.
When using the process on cotton fiber flocks, a further process step is expediently introduced between process steps c and d, in which the pulses that increase linearly with time are converted into as many new pulses, the time integrals of which are proportional to the third power of the interruption times.
The electrical quantity obtained by method step d can then either be sent to a display or recording instrument and / or can be fed to a controller which regulates the body quantity delivered.
The working method described above gives a measure for solid bodies for the sum of the volumes passing in a certain time, which multiplied by the specific weight in question results in the weight passing through for this same time.
The invention is described in more detail below in an exemplary embodiment with reference to the drawings. It shows:
1 shows the measuring device in a schematic representation,
2 shows the voltage diagrams plotted as a function of time.
The in a channel 1, z. B. under the action of a gravitational field, transported bodies 2 of any shape and size traverse a light beam 4 originating from a light source 3, which enters the channel 1 through a small, transparent opening 5 and, after crossing it, leaves it again through an opposite transparent opening 6. The photocell 7 arranged outside the channel in the direction of the beam generates, in a known manner, the extinction or absorption of the light beam by passing bodies, corresponding time-dependent, small voltage differences which are graphically plotted in FIG. 2a. In a subsequent amplifier 8 known per se, these voltage differences experience a distortion-free, appropriate amplification, so that a voltage curve according to FIG. 2b results.
A subsequent trigger stage 9 converts the voltage curve 2b into voltage pulses of constant amplitude (FIG. 2c), the duration of which corresponds exactly to that of the time-dependent voltage difference according to FIG. 2b. These now rectangular voltage pulses of the same amplitude, but unequal duration, are fed to an integrator 10, which supplies linearly increasing electrical quantities over the duration of the individual input pulse (Fig. 2cm), which include areas with the abscissa that correspond to the squares of the duration of the individual pulses are proportional. The downstream mean value integrator 11 then supplies an electrical signal according to FIG. 2f, which supplies the time integral over a time T to be adapted to the prevailing conditions, the size of which is directly proportional to the volumes or
Weights of the bodies transported in the time T. The electrical quantity present at the output of the mean value integrator 11 is then fed to a recording instrument 12, a display instrument 13 and a controller 14 which operates on a drive motor 15, the speed of which determines the supply of the material feed device (not shown).
If the described measuring method is to be used to measure pneumatically transported cotton flocks, it must be taken into account that the volume of the flocks does not allow a straightforward conclusion about the weight of the same. Investigations have shown that the degree of opening of the fiber flocks has a significant influence, as the inner part of a large flock has a significantly higher density than that of a small flock. It could be determined quantitatively that the specific weight of the flake is roughly directly proportional to its size. The accuracy with which this applies depends of course on the quality of the cotton. For cotton quantity measurements in the spinning mill, however, the deviations resulting from these inaccuracies should not have a disadvantageous effect.
Based on this knowledge, a second integrator (shown in dash-dotted lines in Fig. 1) is switched on, which supplies the third power of the interruption time from the electrical variable at the output of the first integrator, which is necessary for determining the weight of the fiber flocks (see Fig. 2e) . The further utilization of this impulse takes place in the same way as in variant 1.