DD252818A1

DD252818A1 - METHOD OF MEASURING THE MELT BATH LEVEL IN GLASS MELT OVENS

Info

Publication number: DD252818A1
Application number: DD29471386A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Elbrecht; Gottfried Kluge; Curt-Juergen Schorcht; Wolfgang Unglaub; Rainer Zeiss
Original assignee: Glasindustrie Waermetech Inst
Priority date: 1986-09-26
Filing date: 1986-09-26
Publication date: 1987-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzoefen, bei dem nacheinander zwei mit gleicher und nahezu konstanter Frequenz modulierte Lichtbuendel schraeg auf die Schmelzbadoberflaeche auftreffen und nach Reflexion in elektrische Impulse umgewandelt werden, deren Auswertung und Umsetzung in einen Niveaumesswert elektronisch erfolgt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtbuendel unabhaengig und ein zweites abhaengig vom Schmelzbadniveau das lichtelektrische Element beleuchtet und darauf eine Unterbrechung des Lichtweges folgt. Es wird eine Triggerschwelle zur Ausloesung der Messzyklen und der durch ein intern ablaufendes Zeitregime beinflussten Digitalisierung aus dem Mittelwert des ersten Impulses und des Stoersignals des jeweils vorangegangenen Messzyklus gebildet und der Messzyklus durch die erste ansteigende Impulsflanke ausgeloest. Fig. 1The invention relates to a method for measuring the Schmelzbadniveaus in Glasschmelzoefen, in succession two modulated with the same and almost constant frequency Lichtbuendel schraeg impinge on the Schmelzbadoberflaeche and are converted after reflection into electrical impulses, the evaluation and implementation takes place electronically in a level reading. The method is characterized in that a Lichtbuendel independently and a second depending on the Schmelzbadniveau the light-emitting element illuminated and there followed an interruption of the light path. A trigger threshold for triggering the measurement cycles and the digitalization influenced by an internally running time regime is formed from the mean value of the first pulse and the interference signal of the respective preceding measurement cycle, and the measurement cycle is triggered by the first rising pulse edge. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzöfen, bei dem nacheinander zwei mit gleicher und nahezu konstanter Frequenz modulierte Lichtbündel schräg auf die Schmelzbadoberfläche auftreffen und nach Reflexion von dieser von einem lichtelektrischen Element empfangen und in ein elektrisches Signal sequentieller Impulse umgewandelt werden, die zusammen mit einm Störpegel der Impulspausen digitalisiert und daraus Mittelwerte gebildet werden, durch Differenzbildung niveauproportionale, vom Störpegel unabhängige Meßwerte entstehen, die normiert und mit Faktoren des Meßbereiches und des Einfallswinkels der Lichtbündel auf die Schmelzbadoberfläche multipliziert werden und bei dem die Bildung des Mittelwertes der Niveaumeßwerte unter Selektierung grenzwertüberschreitender Meßwerte erfolgt.The invention relates to a method for measuring the Schmelzbadniveaus in glass furnaces, in succession, two successively modulated with the same and almost constant frequency light beam obliquely impinge on the molten bath surface and received after reflection from this of a photoelectric element and converted into an electrical signal of sequential pulses, the digitized and averaged together with a noise level of the pulse pauses, produced by subtraction level proportional, noise level independent readings normalized and multiplied by factors of the measurement range and angle of incidence of the light beams on the molten bath surface and wherein the formation of the mean value of the level readings Selection of limit value exceeding measured values takes place.

Characteristic of the known state of the art

Eine Vorrichtung zum Messen des Niveaus des Glasbades in Glasschmelzöfen ist aus „Silikattechnik" 12 (1961) H. 3, S. 117-123 bekannt. Zwei senkrecht übereinanderliegende Lichtbündel beleuchten nach Reflexion von der Glasbadoberfläche wechselweise die Fläche eines lichtelektrischen Elementes und erzeugen der Niveauänderung proportionale Signalamplituden.An apparatus for measuring the level of the glass bath in glass melting furnaces is known from "Silikattechnik" 12 (1961) H. 3, pp. 117-123 Two vertically superimposed light beams alternately illuminate the surface of a photoelectric element after reflection from the glass bath surface and produce the level change proportional signal amplitudes.

Mit einer vom Modulator der Lichtbündel beeinflußten Nachlaufeinrichtung wird das lichtelektrische Element oder eine Lichtablenkeinheit so bewegt, daß beide Lichtbündel gleiche Signalanteile hervorrufen. Ein angekoppelter Wegmeßumformer liefert einen der Niveauänderung des Glasbades proportionalen Meßwert.With a tracking device influenced by the modulator of the light bundle, the photoelectric element or a light deflecting unit is moved so that both light bundles cause the same signal components. A coupled displacement transducer provides a measured value proportional to the level change of the glass bath.

Auch mit der aus DE-AS 1 207 103 bekannten Vorrichtung bestimmt sich die Lageänderung reflektierender Oberflächen auf ähnliche Weise.Also with the device known from DE-AS 1 207 103, the change in position of reflective surfaces determined in a similar manner.

Diese Vorrichtungen bedingen mechanisch bewegte Teile, deren Verschleiß Wartungsarbeiten erfordert und die Verfügbarkeit einschränkt. Des weiteren erweist sich die Umwandlung der mechanischen Verschiebung in ein elektrisches Signal mittels der gebräuchlichen Wandler als störanfällig und fehlerbehaftet.These devices require mechanically moving parts whose wear requires maintenance and restricts availability. Furthermore, the conversion of the mechanical displacement into an electrical signal by means of the conventional transducers proves to be susceptible to interference and faulty.

Darüber hinaus haben diese Lösungen den Nachteil, daß Gleichlicht und Wechsellicht, wie es unter realen Einsatzbedingungen der Geräte durch das Tageslicht, die Raumbeleuchtung, die Schmelzbad-, Ofenraum-, und Flammenstrahlung gegeben ist, Verfälschungen oder zumindest Störungen der Niveaumessung verursachen. Typisch für diese Messung an Glasschmelzöfen sind weiterhin sehr störende Inhomogenitäten der Brechzahl im Lichtweg durch temperaturbedingte Dichteänderungen der Atmosphäre.In addition, these solutions have the disadvantage that constant light and alternating light, as it is given under real conditions of use of the devices by the daylight, the room lighting, the Schmelzbad-, Ofenraum-, and flame radiation, cause falsification or at least disturbances of the level measurement. Typical of this measurement on glass melting furnaces are still very disturbing inhomogeneities of the refractive index in the light path due to temperature-induced changes in density of the atmosphere.

Der Einsatz eines Lasers als Lichtquelle gilt in diesem Fall als vorteilhaft, behebt jedoch lediglich den Nachteil des Fremdlichteinflusses.The use of a laser as the light source is considered advantageous in this case, but only solves the disadvantage of the influence of extraneous light.

So ist aus SU-US 616 852 eine Vorrichtung bekannt, bei derein polarisiertes Lichtbündel nach Reflexion an der Oberfläche des Meßobjektes in eine Lichtablenkeinheit gelangt, die so lange schrittweise angesteuert wird, bis das Licht auf einen Indikator fällt.Thus, from SU-US 616 852 a device is known, in which a polarized light beam, after reflection at the surface of the test object, passes into a light deflecting unit, which is driven step by step until the light falls on an indicator.

Aus dem Steuersignal, bei dem dieser Zustand erreicht ist, wird der Niveaumeßwert gebildet.From the control signal at which this state is reached, the level reading is formed.

Es ist weiterhin eine Anordnung zum Messen des Glasbadniveaus bekannt geworden, bei der enggebündeltes, auf derFurthermore, an arrangement for measuring the glass bath level has become known, in which narrow bundled, on the

Glasbadoberfläche reflektiertes Laserlicht auf eine Zeile engzusammenliegender Fotodioden fällt und durch Abfragen der Fotodioden die Lage des Lichtpunktes ermittelt wird.Glasbadoberfläche reflected laser light falls on a line of closely spaced photodiodes and by querying the photodiodes, the position of the light spot is determined.

Neben dem Nachteil der Anwendung kostenaufwendiger Laser und Empfängerbauelemente, beschränkten die geringe Lebensdauer und die zulässigen Einsatzbedingungen des Lasers die Anwendung derartiger Lösungen. Vorgeschlagen wurde daher ein Verfahren zum Messen des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzofen, bei dem zwei wechselweise mit gleicher und nahezu konstanter Frequenz modulierte, senkrecht übereinanderliegende Lichtbündel schräg auf die Schmelzbadoberfläche auftreffen und nach Reflexion von dieser von einem lichtelektrischen Element empfangen und in ein elektrisches Signal von sequentiellen Impulsen umgewandelt werden. Die Amplitudendifferenz der Irnpulssignale ist der Abweichung des Schmelzbadniveaus von einem Sollwert proportional. Synchronisiert von dem Modulator in der Sendeeinheit werden die Impulse und der Störpegel der Impulspausen digitalisiert.In addition to the disadvantage of using expensive lasers and receiver devices, the short life and acceptable operating conditions of the laser have limited the use of such solutions. Therefore, a method has been proposed for measuring the molten bath level in a glass melting furnace in which two perpendicularly superimposed light beams modulate alternately at the same and almost constant frequency obliquely onto the molten bath surface and receive, after reflection, from a photoelectric element and into an electrical signal of sequential pulses being transformed. The amplitude difference of the pulse signals is proportional to the deviation of the melt level from a target value. Synchronized by the modulator in the transmitting unit, the pulses and the noise level of the pulse pauses are digitized.

Aus den Mittelwerten werden durch Differenzbildung störpegelunabhängige, niveauproportionale Meßwerte gebildet, die normiert werden. Multipliziert mit Faktoren des Meßbereiches und des Einfallwinkels der Lichtbündel auf die Schmelzbadoberfläche erfolgt unter Selektierung grenzwertüberschreitender Meßwerte die Bildung eines gleitenden Mittelwertes.From the mean values noise-independent, level-proportional measured values are formed by subtraction, which are normalized. Multiplied by factors of the measuring range and the angle of incidence of the light bundles on the surface of the molten bath, the formation of a moving average takes place by selecting values exceeding the limit value.

Bei diesem Verfahren tritt der Nachteil auf, daß mechanisch bedingte, unvermeidbare Fehler des Modulators Niveaumeßfehler bewirken, den Meßbereich einengen und eine Entfernungsabhängigkeit des Meßbereiches hervorrufen. Eine ähnliche Wirkung haben die sich ständig temperaturbedingt ändernden Brechzahlen der Atmosphäre im Lichtweg. Dadurch werden die Einsatzmöglichkeiten des Verfahrens begrenzt. Die Synchronisation der Signalauswertung durch den Modulator verlangt außerdem zusätzliche elektrische Verbindungen zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit, die sich in größerer Entfernung voneinander befinden.In this method, there is the disadvantage that mechanically induced unavoidable errors of the modulator cause level measurement error, narrow the measurement range and cause a distance dependence of the measurement range. A similar effect has the constantly changing temperature refractive indices of the atmosphere in the light path. This limits the possible uses of the method. The synchronization of the signal evaluation by the modulator also requires additional electrical connections between the transmitting unit and the receiving unit, which are located at a greater distance from each other.

Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, bei dem Verfahren zum Messen des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzofen die Meßgenauigkeit zu erhöhen, die universelle Einsetzbarkeit zu gewährleisten und die Kosten einer auf dem erfindungsgemäßen Verfahren beruhenden gerätetechnischen Realisierung zu verringern.It is the object of the invention to increase the measuring accuracy in the method for measuring the Schmelzbadniveaus in glass melting furnace, to ensure the universal applicability and to reduce the cost of a device based on the inventive device implementation.

Explanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren zur Messung des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzofen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches unabhängiger von Einflüssen des Modulators und der Umgebungsbedingungen zu machen und auf die Synchronisation durch den Modulator zu verzichten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem Meßzyklus das erste Lichtbündel abhängig vom Schmelzbadniveau und das zweite Lichtbündel abhängig von diesem die Empfangsfläche des lichtelektrischen Elementes beleuchtet und daß darauf eine Unterbrechung des Lichtweges erfolgt.The object of the invention is to make the method for measuring the Schmelzbadniveaus in glass melting furnace according to the preamble of claim independent of influences of the modulator and the environmental conditions and to dispense with the synchronization by the modulator. The object is achieved in that illuminated in a measuring cycle, the first light beam depending on the Schmelzbadniveau and the second light beam depending on this, the receiving surface of the photoelectric element and that there is an interruption of the light path.

Zur Auslösung der Meßzyklen und der durch ein intern ablaufendes Zeitregime beeinflußten Digitalisierung wird eine Triggerschwelle aus dem Mittelwert der Impulsamplitude des ersten Lichtbündels und der Signalamplitude des unterbrochenen Lichtweges des jeweils vorangegangenen Meßzyklus gebildet. ~To trigger the measuring cycles and influenced by an internally running time regime digitizing a trigger threshold from the mean value of the pulse amplitude of the first light beam and the signal amplitude of the interrupted light path of the previous measurement cycle is formed. ~

Die Auslösung der Meßzyklen selbst erfolgt durch die ansteigende Impulsflanke es ersten Lichtbündels.The triggering of the measuring cycles themselves is carried out by the rising pulse edge of the first light beam.

embodiment

Die.Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise erläutert.Die.Erfindung is explained with reference to schematic drawings, for example.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1: das BlockschaltbildFig. 1: the block diagram

Fig. 2: einen Teil des als Umlaufblende ausgebildeten ModulatorsFig. 2: a part of the designed as a rotary shutter modulator

Fig.3: den Signalverlauf.3: the waveform.

In der Sendeeinheit 1 werden durch einen als Umlaufblende ausgebildeten Modulator nacheinander zwei mit gleicher und nahezu konstanter Frequenz modulierte Lichtbündel 2 und 2' erzeugt, die unter einem Winkel 0° < a < 90° gegen die .Schmelzbadoberfläche gerichtet werden. Das reflektierte Lichtfällt in der unter gleichem Winkel α geneigten Empfangseinheit 3 in ein optisches System und wird von diesem auf ein lichtelektrisches Element 5, z. B. ein Fotoelement, abgebildet, dessen Ausgang mit einem Verstärker 4 gekoppelt ist. Eine Blende oder die Empfangsfläche des lichtelektrischen Elementes 5 begrenzen die Lichtbündel 2; 2' nach oben und unten.In the transmitter unit 1, two light beams 2 and 2 ', modulated in the same and almost constant frequency, are successively generated by a modulator designed as a rotary shutter, which are directed at an angle 0 ° < a < 90 ° against the surface of the molten bath. The reflected light falls in the inclined at the same angle α receiving unit 3 in an optical system and is from this on a photoelectric element 5, z. B. a photo element, shown, whose output is coupled to an amplifier 4. A diaphragm or the receiving surface of the photoelectric element 5 delimit the light beams 2; 2 'up and down.

Ein Meßzyklus wird durch die Aufeinanderfolge der beiden Lichtbündel 2; 2' und eine Unterbrechung des Lichtweges bestimmt.A measuring cycle is characterized by the succession of the two light beams 2; 2 'and an interruption of the light path determined.

Das erste Lichtbündel 2 ergibt sich durch den Ausbruch 10 im Modulator und leuchtet die Empfangsfläche des lichtelektrischen Elementes 5 auch dann aus, wenn sich das Schmelzbadniveau in den vom Meßbereich vorgegebenen Grenzen ändert. Das zweite Lichtbündel 2'ergibt sich durch den Ausbruch 10'und wird so auf die Empfangsfläche gelenkt, daß seine durch die Modulatorkante 11 gegebene Begrenzung beim Sollniveau des Schmelzbades in der Mitte der Empfangsfläche liegt, das lichtelektrische Element 5 also zur Hälfte beleuchtet ist. Bei Niveauänderungen verschiebt sich das Lichtbündel 2' und leuchtet die Empfangsfläche mehr oder weniger aus. Die Fahne 12 unterbricht den Lichtweg.The first light beam 2 results from the outbreak 10 in the modulator and illuminates the receiving surface of the photoelectric element 5, even if the Schmelzbadniveau changes in the limits set by the measuring range. The second light beam 2'gerges through the outbreak 10 'and is directed to the receiving surface, that its given by the modulator edge 11 limit at the desired level of the molten bath in the middle of the receiving surface, the photoelectric element 5 is thus half illuminated. When level changes, the light beam shifts 2 'and illuminates the receiving surface more or less. The flag 12 interrupts the light path.

Das in die Verarbeitungseinheit 9 gelangende elektrische Signal weist einen Signalverlauf entsprechend Fig. 3 auf. Die Lichtbündel 2; 2'erzeugen die idealisiert dargestellten Impulse 13 13'; bei unterbrochenem Lichtweg istderfremdlichtbedingte Störpegel 14 vorhanden.The reaching into the processing unit 9 electrical signal has a waveform corresponding to FIG. 3. The light beams 2; 2 'produce the idealized pulses 13 13'; when the light path is interrupted, the extraneous light related noise level 14 is present.

Für das Erkennen des Meßzylinders, die AD-Umsetzung und die Signalauswertung im Meßzyklus wird kein Strob-Impuls aus der Sendeeinheit 1 benötigt. Erfindungsgemäß wird eine Triggerschwelle aus dem jeweils vorangegangenen Meßzyklus gebildet und mit der ansteigenden Impulsflanke des ersten Lichtbündels 2, der Vorderflanke des Impulses 13, der Meßzyklus und das interne Zeitregime ausgelöst bzw. synchronisiert. Die Triggerschwelle wird aus dem Mittelwert der Amplitude des Impulses 13 und des Störpegels 14 bestimmt. Der Störpegel 14 wird einbezogen, um Gleichiicht und andere störende Lichteinflüsse am Meßort zu eliminieren.For the detection of the measuring cylinder, the AD conversion and the signal evaluation in the measuring cycle no strobe pulse from the transmitting unit 1 is required. According to the invention, a trigger threshold is formed from the respective preceding measurement cycle and triggered or synchronized with the rising pulse edge of the first light beam 2, the leading edge of the pulse 13, the measurement cycle and the internal time regime. The trigger threshold is determined from the average of the amplitude of the pulse 13 and the noise level 14. The noise level 14 is included to eliminate stray and other interfering light effects at the measurement site.

Die Signale werden in bekannter Weise im A/D-Umsetzer 6 gewandelt, dann gemittelt und durch DifferenzbildThe signals are converted in a known manner in the A / D converter 6, then averaged and difference image

störpegelunabhängig gemacht.noise level independent made.

Durch einen im Rechenblock 8 realisierten, vereinfachten Rechenalgorithmus erfolgt durch Differenzenbildung der Werte vonBy a simplified calculation algorithm implemented in the calculation block 8, the values of

Impuls 13 und dem doppelten Wert von Impuls 13' die Errechnung von niveauproportionalen Meßwerten jedes Meßzyklus und die Normierung auf den Wert des Impulses 13.Pulse 13 and the double value of pulse 13 ', the calculation of level-proportional measured values of each measurement cycle and the normalization to the value of the pulse thirteenth

In eben bekannter Weise erfolgt die Korrektur dieser Meßwerte durch Multiplikation mit Faktoren zur Einstellung desIn just known manner, the correction of these measured values by multiplication with factors for setting the

Meßbereiches und des Winkels α sowie die Bildung des gleitenden Mittelwertes der Niveaumeßwerte über eine Umdrehung des Modulators oder ganzzahliges Vielfaches davon, unter Selektion grenzwertüberschreitender Meßwerte.Measuring range and the angle α and the formation of the moving average value of the level over a revolution of the modulator or integer multiple thereof, with selection of limit value exceeding measurement values.

Der so gleitend errechnete, mittlere Niveaumeßwert wird durch das Anzeigegerät 7 als positive oder negative Abweichung von einem Sollwert in digitaler und/oder analoger Form dargestellt.The thus calculated, average level reading is represented by the display device 7 as a positive or negative deviation from a target value in digital and / or analog form.

Erfindungsgemäß werden die Fehler, die sich aus dem Radialschlag der Modulatorkante 11 und dem Versatz der Lichtbündel 2; 2' zueinander durch die sich ständig ändernden Brechzahlverhältnisse im Lichtweg ergeben, eliminiert. EineAccording to the invention, the errors resulting from the radial impact of Modulatorkante 11 and the offset of the light beam 2; 2 'to each other by the constantly changing refractive index ratios in the light path, eliminated. A

Entfernungsabhängigkeit des Meßbereiches besteht nicht mehr, so daß universelle Einsetzbarkeit des Verfahrens gewährleistet ist. Durch die aus den Meßzyklen abgeleitete Synchronisation wird auf elektrische Verbindungsleitungen zwischen Sendeeinheit 1 und Verarbeitungseinheit 9 verzichtet.Distance dependence of the measuring range no longer exists, so that universal applicability of the method is guaranteed. Due to the synchronization derived from the measuring cycles, electrical connecting lines between transmitting unit 1 and processing unit 9 are dispensed with.

Das Verfahren zur Niveaumessung kann außer bei Glasschmelzöfen besonders vorteilhaft auch überall dort zur Niveaumessung an reflektierenden Oberflächen angewendet werden, wo Störungen der beschriebenen Art am Meßort auftreten und eine hohe Meßgenauigkeit erforderlich ist.Apart from glass melting furnaces, the method for level measurement can also be used particularly advantageously for level measurement on reflecting surfaces where disturbances of the type described occur at the measuring location and a high measuring accuracy is required.

Claims

Method for measuring the level of the molten bath in glass melting furnaces, in which successively two light beams modulated at equal and nearly constant frequency impinge obliquely on the surface of the enamel and, after reflection from them, are received by a photoelectric element and converted into an electrical signal of sequential impulses, together with the interference level digitized from the pulse intervals and averages are formed therefrom by difference-level, independent of the noise level measured values, which are normalized and multiplied by factors of the measuring range and the angle of incidence of the light beam on the molten pool surface and in which the formation of the moving average of the level readings with selection of cross-border measured values takes place, characterized in that in a measuring cycle, the first light beam independently and the second light beam depending on the molten bath level, the receiving surface of the lichtele Illuminated ktric element and there is an interruption of the light path, that a trigger threshold for triggering the measurement cycles and influenced by an internally running time regime digitization from the average of the pulse amplitude of the first light beam and the signal amplitude of the first light beam and the signal amplitude of the interrupted light path of each preceding Measuring cycle is formed and that the triggering of the measuring cycles takes place by the rising pulse edge of the first light beam.

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