DD261426A1

DD261426A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen des schmelzbadniveaus in glasschmelzoefen

Info

Publication number: DD261426A1
Application number: DD30325587A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Elbrecht; Gottfried Kluge; Peter Koetschau; Curt-Juergen Schorcht; Wolfgang Unglaub
Original assignee: Glasindustrie Waermetech Inst
Priority date: 1987-05-28
Filing date: 1987-05-28
Publication date: 1988-10-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzoefen oder aehnlichen Aggregaten, bei dem zwei Lichtbuendel nacheinander schraeg auf die Oberflaeche auftreffen und nach Reflexion in ein elektrisches Signal sequentieller Impulse umgewandelt werden, aus denen eine Recheneinheit Niveaumesswerte bildet. In einem Messzyklus beleuchtet ein Lichtbuendel unabhaengig und ein zweites abhaengig von Niveau das lichtelektrische Element im Empfaenger, worauf eine Lichtunterbrechung folgt. Die Lichtbuendel werden durch zwei separat angesteuerte Lichtquellen und zwei geeignet zusammengefuehrte Lichtleitkabel gebildet. Ein Lichtteiler und ein internes lichelektrisches Element korrigieren ueber die Recheneinheit Lichtstaerkeaenderungen. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzöfen oder ähnlichen Aggregaten, bei dem zwei Lichtbündel nacheinander schräg auf die Schmelzbadoberfläche auftreffen und nach Reflexion von dieser in ein elektrisches Signal sequentieller Impulse umgewandelt werden, wobei in einem Meßzyklus das erste Lichtbündel unabhängig und das zweite Lichtbündel abhängig vom Schmelzbadniveau ein lichtelektrisches Element beleuchtet und darauf eine Unterbrechung des Lichtes folgt, bei dem die Impulse in einer Recheneinheit digitalisiert, gemittelt und durch Differenzbildung störpegelunabhängig gemacht werden, daraus niveauproportionale Meßwerte gebildet, normiert, korrigiert und unter Selektion gemittelt werden und bei dem eine interne Triggerung durch die Impulse erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist aus „Silikattechnik" 12 (1961) H.3, S. 117-123 eine Vorrichtung zum Messen des Niveaus des Schmelzbades in Glasschmelzofen tfekannt, bei der zwei senkrecht übereinanderliegende Lichtbündel nach Reflexion von der Schmelzbadoberfläche wechselweise die Fläche eines lichtelektrischen Elementes beleuchten und niveauproportionale Signalamplituden erzeugen. Mit einer vom Modulator der Lichtbündel beeinflußten Nachlaufeinrichtung und daran gekoppeltem Wegmeßumformer wird das lichtelektrische Element so bewegt, daß beide Lichtbündel gleiche Signalamplituden hervorrufen.

Den Nachteil des mechanisch bewegten Modulators, z.B. einer Umlaufblende, vermeidet die aus DE-AS 1207103 bekannte Vorrichtung in einer ihrer Ausführungsformen. Das Bild einer wechselstromgespeisten Lichtquelle mit zwei, im wesentlichen gleichen lichtaussendenden Objekten, z. B. eine Neonröhre mit zwei Elektroden, wird auf den Lichteintrittsspalt eines lichtelektrischen Elementes abgebildet.

Niveauänderungen der reflektierenden Oberfläche ändern die empfangenen Anteile des Lichtes und erzeugen einen niveauproportionalen Meßwert.

Bei dem aus DD-WP 45492 bekannten Verfahren weisen die beiden ausgesendeten, reflektierten und empfangenen Lichtbündel unterschiedliche Frequenzen auf.

Alle diese Lösungen haben unter anderem 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 oderzumindest Störungen der Niveaumessung verursachen. Typisch für diese Messungen an Glasschmelzöfen sind weiterhin sehr störende Inhomogenitäten der Brechzahl im Lichtweg durch temperaturbedingte Dichteänderungen der Atmosphäre.

Es ist daher aus DD-WP 245425 ein Verfahren zum Messen des Schmelzbadniveaus bekannt, bei dem die vom reflektierten Licht erzeugten sequentiellen Impulse digitalisiert und in einer Recheneinheit verarbeitet und bewertet werden, um derartige Störungen zu eleminieren.

Zur weiteren Verbesserung dieses Verfahrens ist vorgeschlagen worden, in einem Meßzyklus mit dem ersten der beiden Lichtbündel unabhängig und mit dem zweiten Lichtbündel abhängig vom Schmelzbadniveau das lichtelektrische Element zu beleuchten und darauf eine Unterbrechung des Lichtweges folgen zu lassen.

Des weiteren wird eine interne Triggerung bei dem vorgeschlagenen Verfahren vorgenommen.

Die gerätetechnische Realisierung dieses Verfahrens ist jedoch ebenfalls nicht frei von einem mechanisch bewegten Modulator,

z. B. einer präzise gefertigten Umlaufblende geeigneter Form. Die Betriebszuverlässigkeit mechanisch bewegter Systeme ist begrenzt; Ausfälle des Gerätes und somit des Niveaumeßwertes und der Nivauregelung führen zu Störungen in der Betriebsweise der Glasschmelzofen oder ähnlich gearteter Anlagen mit Niveaumessung dieser Art.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die Zuverlässigkeit der Messung des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzofen und damit die Verfügbarkeit des Niveau-Meßsignals zu erhöhen und den mechanischen Fertigungsaufwand der das Verfahren realisierenden Vorrichtung zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bei der Messung des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzofen oder in ähnlich gearteten Anlagen.nach dem Prinzip der Reflexion zweier sequentieller Lichtbündel entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs, auf eine Modulation der Lichtbündel durch mechanisch bewegte Teile zu verzichten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem ein erstes Lichtbündel durch das gleichzeitige Leuchten zweier Lichtquellen erzeugt wird, deren Teillichtbündel senkrecht übereinander liegen. Ein zweites Lichtbündel wird durch das Leuchten einer dieser Lichtquellen und die Unterbrechung des Lichtes durch das Verlöschen der Lichtquellen erzeugt. Vor dessen Reflexion bewirkt ein Teilstrom des Lichtes über eine Recheneinheit eine Korrektur bei sich ändernder Lichtstärke der Lichtquellen.

Die Korrektur wird in der Weise gelöst, daß die durch einen Teilstrom des Lichtes erzeugten elektrischen Signalein an sich bekannter Weise digitalisiert, gemittelt und durch Differenzbildung störpegelunabhängig gemacht werden, sowie durch Bilden der Differenz dieser Werte des Impulses des ersten und des doppelten Wertes des zweiten Lichtbündels und deren Normierung auf diesen Wert des ersten Lichtbündels ein Korrekturwert ermittelt wird, der bei Abweichung vom Wert Null eine Korrektur nachfolgend ermittelter Niveaumeßwerte bewirkt. In einer vorteilhaften Variante bewirkt der Korrekturwert bei Abweichung von Null eine Änderung der Lichtstärke einer der beiden Lichtquellen bis zur Aufhebung der Lichtstärkenunterschiede.

Die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung mit einer zur Schmelzbadoberfläche geneigt angeordneten Lichtsendeeinheit zur Erzeugung und Projektion zweier sequentieller Lichtbündel, einer Lichtempfangseinheit und daran angeschlossener Recheneinheit zur Auswertung der vom reflektierten Licht erzeugten Impulsfolgen weist erfindungsgemäß zwei Lichtleitkabel auf, vor deren einem Ende je ein, von einem Generator angesteuertes lichtemittierendes optoelektronisches Bauelement angeordnet ist. Die anderen Enden der Lichtleitkabel sind so zusammengeführt, daß sie senkrecht zur optischen Achse der Lichtsendeeinheit mit waagerechter Trennstelle, vorzugsweise nahezu eine Kreisfläche bildend, dicht übereinanderliegen.

Es ist ferner ein Lichtteiler für beide Lichtbündel zur Beleuchtung eines internen lichtelektrischen Elementes in der Lichtsendeeinheit vorgesehen, der als ein teildurchlässiger Spiegel zwischen der Lichtaustrittsfläche der Lichtleitkabel und der Projektionsoptik ausgeführt ist oder in einer weiteren Variante aus abgezweigten Teilen der beiden Lichtleitkabel besteht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung

Rg.2: die Lichtaustrittsfläche der Lichtleitkabel

Fig.3: den Signalverlauf

Von der Lichtsendeeinheit 1 gehen nacheinander zwei Lichtbündel 6; 6' aus, die unter einem Winkel 0° < α < 90° gegen die reflektierende Oberfläche 11, z. B. die Schmelzbadoberfläche in einem Gasschmelzofen, gerichtet sind. Das reflektierte Licht fällt in der unter gleichem Winkel α geneigte Lichtempfangseinheit 9 auf ein lichtelektrisches Element, z. B. ein Fotoelement, wobei es durch eine vorgesetzte Blende oder die Empfangsfläche des lichtelektrischen Elementes nach oben und unten begrenzt wird.

Ein Meßzyklus wird durch die Aufeinanderfolge der beiden Lichtbündel 6; 6' und eine Unterbrechung des Lichtes bestimmt.

Das erste Lichtbündel 6 ergibt sich durch gleichzeitiges Leuchten zweier lichtemittierender optoelektronischer Bauelemente 3; 3', die vor dem einen Ende der Lichtleitkabel 8; 8' angeordnet sind. An ihrem anderen Ende sind die Lichtleitkabel 8; 8' so zusammengeführt, daß sie in bezug auf die optische Achse der Lichtsendeeinheit senkrecht übereinanderliegen und eine exakt gerade, nahtlose, waagerechte Trennstelle 12 bilden. Die zusammengeführten Lichtleitkabel 8; 8' bilden dabei vorzugsweise eine Kreisfläche. Die Lichtaustrittsfläche der Lichtleitkabel 8; 8' wird durch die Projektionsoptik 5 auf den Empfänger in der Lichtempfangseinheit 9 abgebildet, dessen Fläche vom ersten Lichtbündel auch dannvollständig ausgeleuchtet wird, wenn sich das Schmelzbadniveau in den vom Meßbereich vorgegebenen Grenzen ändert.

Das zweite Lichtbündel 6' ergibt sich durch das Leuchten des lichtemittierenden optoelektronischen Bauelementes 3' und es wird so auf die Empfängerfläche gelenkt, daß die waagerechte Trennstelle 12 beim Sollniveau des Schmelzbades in der Mitte der Empfangsfläche liegt, das lichtelektrische Element in der Lichtempfangseinheit 9 also zur Hälfte ausgeleuchtet ist. Bei Niveauänderungen verschiebt sich das Lichtbündel 6' und leuchtet die Empfangsfläche mehr oder weniger aus.

Eine Lichtunterbrechung wird durch das Verlöschen beider lichtemittierenden optoelektronischen Bauelemente 3; 3' hervorgerufen; ihre Ansteuerung erfolgt vom Generator 2.

Das in die Recheneinheit 10 gelangende elektrische Signal weist einen Signalverlauf entsprechend Fig.3 auf. Die Lichtbündel 6; 6'erzeugen die idealisiert dargestellten Impulse 13; 13'; bei unterbrochenem Lichtweg ist der fremdlichtbedingte Störpegel 14 vorhanden. Für das Erkennen des Meßzyklusbeginns, die A/D-Umsetzung und die Signalauswertung im Meßzyklus wird eine Triggerschwelle aus dem jeweils vorangegangenen Meßzyklus gebildet und mit der ansteigenden Impulsflanke des ersten Lichtbündels 6, der Vorderflanke des Impulses 13, der Meßzyklus und das interne Zeitregime ausgelöst bzw. synchronisiert. Die Triggerschwelle wird aus dem Mittelwert der Amplituden des Impulses 13 und des Störpegels 14 bestimmt. Der Störpegel 14 wird einbezogen, um Gleichlicht und andere störende Lichteinflüsse am Meßort zu eliminieren.

Die Signale werden in bekannter Weise im A/D-Umsetzer gewandelt, dann gemittelt und durch Differenzbildung störpegelunabhängig gemacht. Durch Differenzbildung derWerte von Impuls 13 und dem doppelten Wert von Impuls 13' erfolgt die Errechnung von niveauproportionalen Meßwerten sowie ihre anschließende Normierung auf den Wert des Impulses 13.

In ebenfalls bekannter Weise erfolgt die Korrektur dieser Meßwerte durch Multiplikation mit Faktoren zur Einstellung des Meßbereichs und des Winkels α sowie die Bildung gleitender Mittelwerte des Niveaumeßwertes unter Selektion grenzwertüberschreitender Meßwerte.

Das erfindungsgemäße Verfahren setzt die Verwendung zweier separater Lichtquellen voraus, die unabhängig voneinander angesteuert werden. Zum Ausgleich unterschiedlicher Lichtstärken bzw. Lichtstärkenänderungen der Lichtquellen ist eine Korrektur erforderlich, um Meßfehler zu vermeiden.

Das kann zum einen durch Korrektur des Niveaumeßwertes erfolgen, zum anderen durch Beeinflussung der Lichtstärken der Lichtquellen, in dem ein Teilstrom des Lichtes vor der Reflexion über die Recheneinheit 10 einwirkt.

Hierzu ist ein Lichtteiler 4 für beide Lichtbündel 6; 6'zur Beleuchtung eines internen lichtelektrischen Elementes? in der Lichtsendeeinheit 1 angeordnet. Ein teildurchlässiger Spiegel, in einem bestimmten Winkel zwischen Lichtaustrittsfläche der Lichtleitkabel 8; 8' und der Projektionsoptik 5 angeordnet, lenkt einen bestimmten Anteil des Lichtes aus, während der Hauptteil auf die reflektierende Oberfläche 11 gelangt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform werden aus beiden Lichtleitkabeln 8; 8' Teile abgezweigt und es wird damit der interne lichtelektrische Empfänger 7 beleuchtet.

Der Signalverlauf der mit dem lichtelektrischen Empfänger 7 gewonnenen und von der Recheneinheit 10 zyklisch abgefragten elektrischen Signale entspricht dem der in Fig.3 dargestellten Impulse. Diese werden auch in gleicherund bekannter Weise digitalisiert, gemittelt, störpegelunabhängig gemacht und es wird durch Differenzbildung der Impulse 13; 13' und Normierung ein Korrekturwert ermittelt. Bei Abweichungen dieses Wertes von Null, infolge von Lichstärkenunterschieden der lichtemittierenden optoelektronischen Bauelemente 3; 3', werden alle während des Bestehens der Abweichung ermittelten Niveaumeßwerte in einem entsprechenden Maße und in entsprechendem Sinne korrigiert und so das fehlerhafte Vortäuschen von Niveauänderungen vermieden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dient der Korrekturwert dazu, die Lichtstärkenunterschiede zwischen den lichtemittierenden optoelektronischen Bauelementen 3; 3' z. B. durch Ändern der Betriebsspannung mit bekannten Regelschaltungen, auszugleichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung gestatten es, bei der Bildung der beiden Lichtbündel auf mechanisch bewegte Modulatoren zu verzichten, wodurch sich die Zuverlässigkeit der Messung, die Verfügbarkeit des Meßsignals und der Fertigungsaufwand günstig beeinflussen lassen.

Das Verfahren kann außer bei Glasschmelzofen 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.

Claims

1. Verfahren zum Messen des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzöfen, bei dem zwei Lichtbündel nacheinander schräg auf die Schmelzbadoberfläche auftreffen und nach Reflexion von dieser in ein elektrisches Signal sequentieller Impulse umgewandelt werden, wobei in einem Meßzyklus das erste Lichtbündel unabhängig und das zweite Lichtbündel abhängig vom Schmelzpunktniveau ein lichtelektrisches Element beleuchtet und darauf eine Unterbrechung des Lichtes folgt, bei dem die Impulse in einer Recheneinheit digitalisiert, gemittelt und durch Differenzbildung störpegeiunabhängig gemacht werden, daraus niveauproportionale Meßwerte gebildet, normiert, korrigiert und unter Selektion gemittelt werden und bei dem eine interne Triggerung durch die Impulse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lichtbündel durch das gleichzeitige Leuchten zweier Lichtquellen erzeugt wird, deren Teillichtbündel durch das Leuchten einer dieser Lichtquellen und die Unterbrechung durch das Verlöschen der Lichtquellen erzeugt wird und daß ein Teilstrom des Lichtes vor der Reflexion über die Recheneinheit eine Korrektur bei sich ändernder Lichtstärke der Lichtquellen bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Teilstrom des Lichtes erzeugten elektrischen Signale in ansich bekannter Weise digitalisiert, gemittelt und durch Differenzbildung störpegelunabhängig gemacht werden, sowie durch Bilden der Differenz dieser Werte des Impulses des ersten und des doppelten Wertes des zweiten Lichtbündels und deren Normierung auf diesen Wert des Impulses des ersten Lichtbündelsein Korrekturwert ermittelt wird, der bei Abweichung vom Wert Null eine Korrektur nachfolgend ermittelter Niveausmeßwerte bewirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert bei Abweichung von Null eine Änderung der Lichtstärke einer der beiden Lichtquellen bis zur Aufhebung der Lichtstärkenunterschiede bewirkt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen des Schmelzbadniveaus in Glasschmelzöfen mit einer zur Schmelzbadoberfläche geneigt angeordneten Lichtsendeeinheit zur Erzeugung und Projektion zweier sequentieller Lichtbündel, von denen in einem Meßzyklus das erste unabhängig und das zweite abhängig vom Schmelzbadniveau nach Reflexion in einer Lichtempfangseinheit in elektrische Signale gewandelt wird, wobei den Lichtbündeln eine Lichtunterbrechung im Meßzyklus folgt und mit einer Recheneinheit, in der die Signale nach Digitalisierung, Mittelung, Differenzbildung, Normierung sowie Korrektur in Niveaumeßwerte umgewandelt werden, gekennzeichnet dadurch, daß zwei Lichtleitkabel (8; 8'), vorderen einem Ende je ein, von einem Generator (2) angesteuertes lichtemittierendes optoelektronisches Bauelement (3; 3') angeordnet ist und deren andere Enden so zusammengeführt sind, daß sie senkrecht zur optischen Achse der Lichtsendeeinheit (1), mit waagerechter Trennstelle (12) dicht übereinanderliegen und durch einen Lichtteiler (4) für beide Lichtbündel (6; 6') zur Beleuchtung eines internen lichtelektrischen Elementes (7) in der Lichtsendeeinheit (1).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtteiler (4) zur Beleuchtung des internen lichtelektrischen Elementes (7) ein teildurchlässiger Spiegel ist, der zwischen Lichtaustrittsfläche der Lichtleiterkabel (8; 8') und der Projektionsoptik (5) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtteiler (4) zur Beleuchtung des internen lichtelektrischen Elementes (7) aus abgezweigten Teilen der beiden Lichtleitkabel (8; 8') gebildet wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen