DD150939A1

DD150939A1 - Einrichtung zur kontinuierlichen messung des fuellstandes von materialien

Info

Publication number: DD150939A1
Application number: DD22137280A
Authority: DD
Inventors: Bodo Mitzkait
Original assignee: Bodo Mitzkait
Priority date: 1980-05-27
Filing date: 1980-05-27
Publication date: 1981-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Fuellstandes von insbesonders staub-,korn- und stueckfoermigen Materialien in Silos, Bunkern und auf Halden. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Zuverlaessigkeit der Fuellstandmessung, der Verringerung des mechanischen Verschleiszes durch bewegte Teile und der Gewaehrleistung der Genauigkeit unabhaengig von aeuszeren Bedingungen. Die Fuellstandsmessung basiert auf dem Prinzip reflektierter elektromagnetischer Wellen. Mittels eines Impulses wird eine HF-Leitung eine Lecherwelle erzeugt, die in einem Transformator in eine Oberflaechenwelle umgewandelt wird. Diese Oberflaechenwelle breitet sich entlang einer als Drahtwellenleiter nach Harms-Goubau ausgefuehrten frei beweglichen Sonde aus. An der Grenzflaeche zwischen Luft und Material wird ein Teil des Impulses reflektiert. Die Laufzeit des reflektierten Anteiles wird eine bekannte elektronische Einrichtung gemessen und angezeigt.

Description

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Einrichtung zur kontinuierlichen Messung "des Füllstandes von Materialien

AnwendungsgeVi'et der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes von insbesondere staub-, korn- und stüokförmigen Materialien in Silos, Bunkern und auf Halden mit Hilfe reflektierter elektromagnetischer Wellen.⁷

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist eine Vielzahl von Füllstandsmeßeinrichtungen bekannt·' Der großen Anzahl der Meßeinrichtungen liegen aber nur wenige Meßprinzipien zugrunde. So wird mit mechanischen Abtasteinriohtungen gearbeitet, wobei der mechanische Aufwand und Verschleiß verhältnismäßig hoch sind und die Gefahr der Versohüttung besteht.'

Kapazitive Methoden sind in ihrer Genauigkeit von der Konstanz der äußeren Bedingungen abhängig.' Änderungen der Feuchte, der Dielektrizitätskonstanten, der Schüttdichte, der Sondenversohmutzungen wirken sich direkt aus." Die Funktionstüohtigkeit akustischer Methoden ist abhängig von Struktur und Geometrie des Mediums und die Genauigkeit hängt von der Konstanz der Temperatur ab.·

Bisher bekannte elektromagnetische Meßmethoden erfordern relativ komplizierte Einbauten, welche insbesondere in Großsilos oft problematisch werden. Weiterhin erfordern sie als Medium Flüssigkeiten oder gut fließfähige Materialien (DT-AS 1 573 033, DT-OS 2 231 726).'

Elektromagnetische Meßmethoden mit freier Ausstrahlung sind im Aufbau kompliziert und die Funktionstüchtigkeit ist in-

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folge Nebenreflektionen und Streuungen im Meßraum eingeschränkt oder nur durch, hohen elektronischen Aufwand zu erreichen»

Ziel der Erfindung

Mit vorliegender Erfindung wird das Ziel verfolgt, Mangel bisher bekannter Einrichtungen zu vermeiden. So soll die Zuverlässigkeit erhöht und das Anwendungsgebiet erweitert werden,' Der mechanische Verschleiß durch bewegte Teile wird weitgehend vermieden und die Genauigkeit wird unabhängig von äußeren Bedingungen gev/ährleistet;';

Darlegung des Wesens der Erfindung

Um vorgenannte Mangel zu beseitigen, schlage ich folgende Lösung vor:

- Zur Messung des Füllstandes wird die Laufzeit einer elektromagnetischen Welle benutzt?

- Mit Hilfe eines Impulses wird in einer Hochfrequenzleitung eine Lecherwelle erzeugt', diese wird in einer Transformationseinrichtung in eine Oberflächenwelle umgewandelt„^? Diese Oberflächenwelle wird entlang einer frei beweglichen Sonde geführt." Diese Sonde ist als Drahtwellenleiter nach Harms-Goubau ausgeführt»·

- Die Laufzeit des an der Grenzschicht Luft - Material reflektierten Anteiles des Impulses wird durch eine elektronische Einrichtung gemessen und angezeigt*

- Durch Führung der elektromagnetischen felle mittels eines Drahtwellenleiters wird ein eindimensionales Radarsystem geschaffen, so daß die geometrischen Verhältnisse im Silo nicht mehr störend wirken und Uebenrefelektionen nicht auftretend

- Da der Energietransport überwiegend in der Umgebung des Drahtwellenleiters stattfindet, werden an die Struktur des

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auszumessenden Materials keine "besonderen Anforderungen gestellt, so daß auch gröbste Fraktionen ausgemessen werden können2

— Bei Materialien, welche sich in den physikalischen Eigenschäften nur wenig von Luft unterscheiden, erfolgt eine Messung nach dem Averaging-Prinzip." Die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Meßeinrichtung wird mit Hilfe einer fortwährenden Summierung und danachfolgender Mittelwertbildung und einer dadurch erfolgenden Rauschunterdrückung vergrößerte

AusführungsbeisOiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werdend .. . .. ..

Im Meßimpulsgenerator 1 wird mit Hilfe eines Avalanche— transistors ein kurzer periodischer Impuls erzeugt. Die Impulsbreite ist definiert und wird durch eine Laufzeitleitung festgelegt. Dieser Meßimpuls gelangt über eine HF-Xeitung 2 vom Koaxial-Typ auf ein Transformationsglied 3, ausgebildet als Anpassungstrichter nach KADETT«:' Dieses Transformationsglied 3 transformiert den Wellenwiderstand der Sonde 4 und wandelt die Lecherwelle der koaxialen Speiseleitung in die Oberflächenwelle der Sende 4 um. Konstruktiv ist die Sonde 4 ein hochfestes Stahlseil, umgeben mit einem Mantel aus einem verlustarmen Dielektrikum." Dadurch können sich Oberflächenwellen gut ausbreiten, außerdem ist die erforderliche mechanische Festigkeit gegeben« Der entlang der Sonde geführte Impuls gelangt auf die Grenzfläche 5 von Luft und Material.' Dort wird ein Teil dieses Impulses längs der Sonde 4 zurückreflektiert;' Eine innige Berührung des Materials mit der Sonde 4 ist dabei nicht erforderlich, da der Energietransport der Oberflächenwellen im wesentlichen in der äußeren Umgebung der Leiteroberfläche stattfindet. Somit ist auch grobstückiges Material der Messung zugänglich, was bei ähnlichen bekannten Verfahren nicht möglich ist;¹

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Um die Laufzeit des reflektierten Impulses meßteohnisoh zu erfassen, wird die Sampling-Technik benutzt· Hierbei werden im Sampling-Schalter 6 mit Hilfe einer Torschaltung die HF-Leitung 2 periodisch abgetastet und Augenblickswerte entnommen. Diese werden über den Meßverstärker 7 einem Schwellwertschalter 8 zugeführt«,' Um die notwendigerweise erf order-* lichen kurzen Abtastzeiten zu erreichen, v/erden in der Torschaltung des Sampling-Schalters 6 Schottky-Dioden benutzt«? Die benötigten sehr kurzen Abtastimpulse (Picosekundenbereich) werden im Tastimpulsgenerator 9 erzeugt. Dazu werden von einm Avalanohegenerator erzeugte Impulse mit Hilfe von Snap-off-Dioden versteuert und anschließend differenziert«? Um die zeitlichen Verhältnisse auf der Sonde 4 darstellen zu können, muß der Abtastimpuls gegenüber dem Meßimpuls definiert und kontinuierlich verschoben werden können«¹ Mittels dieser Verschiebung wird die Laufzeit des reflektierten Impulses ausgemessen· Dazu wird der Abtastimpuls periodisch gegenüber dem Meßimpuls um eine sich vergrößernde Zeitdifferenz verzögert, bis im Schwellwertschalter 8 der reflektierte Impuls nachgewiesen wird*.?

Diese definierte Verzögerung wird dadurch erreicht, daß in einem Xomperator 10 die Sägezahnspannung des langsamen Generators 12 verglichen wird»' Immer wenn die Amplituden beider Signale gleiche Größe haben, wird der Abtastgenerator 9 ausgelöst« Der Generator 11 und der Meßimpulsgenerator 1 werden zeitsynchron durch den Steuer— generator 13 ausgelöst," Die Wiederholfrequenz beträgt im Ausführungsbeispiel 100 kHz." Der Generator 12 ist freilaufend

' mit einer Frequenz von 100 Hz2

Um das Meßergebnis zahlenmäßig auszugeben^" werden Impulse eines Generators 14 über ein Tor 15 einer Zählsohaltung 16 zugeführt und in der Digitalanzeige 17 angezeigt» Das Tor 15 wird dabei vom Schwellwertschalter 18 geöffnet und beim Nachweis der Heflektion vom Schwellwertschalter 8 geschlossen* Die Frequenz des Generators 14 wird dabei so gewählt, daß eine wertrichtige Anzeige erfolgt*

Claims

22 13 72 Erfindungsanspruch

1. Einrichtung zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes von Materialien, insbesondere staubförmiger, körniger und stückiger Art in Silos, Bunkern und auf Halden mit Hilfe reflektierter elektromagnetischer Wellen, gekennzeichnet dadurch, daß ein Impuls in eine HF-Leitung 2 eingespeist wird, eine angeregte Leoherwelle mittels eines Transformationsgliedes 3 in die Oberflächenwelle eines Drahtwellenleiters transformiert wird, diese Oberflächenwelle sich entlang einer Sonde 4 ausbreitet, ein Teil dieser Welle an der Grenzfläche 5 zwischen Luft und Material reflektiert wird und die Laufzeit des reflektierten Anteiles mittels einer an sich bekannten Einrichtung 19 gemessen wird·¹¹

2* Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Messung der Laufzeit des reflektierten Anteils mit Hilfe der Sampling-Methode eine Zeittransformation vorgenommen wird.

3· Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Ausmessung von Medien, welche sich in der Dielektrizitätskonstanten nur wenig von der von Luft unterscheiden, das Averaging-Prinzip angewendet wird;³!

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