DE1150214B

DE1150214B - Device for echo sounding in containers

Info

Publication number: DE1150214B
Application number: DEF19169A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Siegfr Fahrentholz
Original assignee: PHIL NAT SIEGFRIED FAHRENTHOLZ
Current assignee: PHIL NAT SIEGFRIED FAHRENTHOLZ
Priority date: 1955-12-24
Filing date: 1955-12-24
Publication date: 1963-06-12
Also published as: DE1074281B

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

kl. 42 e 37kl. 42 e 37

INTERNAT.KL. G Ol fINTERNAT.KL. G Ol f

F19169IXb/42eF19169IXb / 42e

ANMELDETAG: 24. DEZEMBER 1955REGISTRATION DATE: DECEMBER 24, 1955

BEKANNTMACHUNG DEK ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 12. JUNI 1963NOTICE DEK REGISTRATION ANDOUTPUTE EDITORIAL: JUNE 12, 1963

Im Hauptpatent ist unter anderem eine Einrichtung zur Registrierung der Höhe und des Profils der Füllung eines Hochofens beschrieben, bei der unter der zur Beschickung des Hochofens dienenden Glocke eine Reihe von Schwingern angeordnet sind, welche nacheinander zur Wirkung kommen, so daß die einzelnen Teile der Oberfläche der Ofenfullung der Reihe nach angelotet werden. Bei dem gewählten Beispiel dienen als Sende- und Empfangsorgane magnetostriktive Schwinger, weil diese eine robuste und hitzebeständige Ausführung gestatten, wenn als Isoliermaterial für die Wicklung z. B. keramische Perlen, Glimmer oder Asbest verwendet werden. Der Möglichkeit der hitzebeständigen Ausführung steht jedoch der geringe Wirkungsgrad magnetostriktiver Schwinger in Luft gegenüber.The main patent includes a device for registering the height and profile of the The filling of a blast furnace is described in the case of the bell that is used to charge the blast furnace a number of oscillators are arranged, which come into effect one after the other, so that the individual Parts of the surface of the furnace filling are soldered in sequence. With the chosen one Example serve as transmitting and receiving organs magnetostrictive oscillators, because these are robust and allow heat-resistant design, if as an insulating material for the winding z. B. ceramic Pearls, mica or asbestos can be used. The possibility of the heat-resistant execution is available however, compared to the low efficiency of magnetostrictive transducers in air.

Nach der Erfindung werden zur Echolotung in Behältern, in deren Inneren große Hitze herrscht, elektroakustische Wandler — in folgendem kurz ebenfalls Schwinger genannt — verwendet, die in Luft einen hohen Wirkungsgrad haben, ohne indessen der Zerstörung durch die Hitze ausgesetzt zu sein. Erfindungsgemäß werden als Schwinger elektromagnetische, elektrodynamische oder elektrostatische Systeme verwendet die außerhalb des Behälters angeordnet und durch eine Schallführung mit dem Behälterinneren verbunden sind. Die Schallfuhrung, die vorzugsweise im Inneren des Behälters ein Stück fortgesetzt wird, dient dabei gleichzeitig zur Erzeugung einer Richtwirkung. Der Schwinger erhält durch die Schallführung einen gewissen Abstand von der erhitzten Kopffläche des Behälters. Wenn nötig, können zusätzliche Kühlungsmaßnahmen getroffen werden, beispielsweise in Form eines vom Wasser durchströmten Kühltopfes, der die in der Schallführung aufsteigende Wärme von dem Schwinger fernhält.According to the invention, electroacoustic ones are used for echo sounding in containers inside which there is great heat Transducers - also called transducers for short in the following - used in air have a high efficiency without, however, being exposed to the destruction by the heat. According to the invention Electromagnetic, electrodynamic or electrostatic systems are used as oscillators used the outside of the container and through a sound guide with the container interior are connected. The sound guide, which preferably continues a little inside the container is used at the same time to generate a directional effect. The transducer receives through the Sound guidance a certain distance from the heated top surface of the container. If necessary, can additional cooling measures are taken, for example in the form of a water flowing through it Cooling pot that keeps the heat rising in the sound guide away from the transducer.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig. 1 dargestellt. In dem Behälter 1, an dem sich eine erhitzte Schüttmasse 2 befindet, sind auf der Kopffläche trichterförmige Schallführungen 3 angebracht, welche an ihrem verjüngten Ende den Schwinger 4 tragen, der z. B. eine Membran besitzt, die von einem elektromagnetischen oder elektrodynamischen System oder elektrostatisch angetrieben wird, was im einzelnen, da nicht zur Erfindung gehörend, nicht näher beschrieben zu werden braucht. Es sei lediglich erwähnt, daß sich als besonders vorteilhaft ein elektromagnetisches Druckkammersystem erwiesen hat. Es kann zweckmäßig sein, die Schallführungen aus zwei getrennten Teilen 3 α und 3 b herzustellen, die von außen und innen an der Behälterwandung angebracht werden können, indem sie z. B.An embodiment of the invention is shown in FIG. In the container 1, on which there is a heated bulk mass 2, funnel-shaped sound guides 3 are attached to the head surface, which carry the vibrator 4 at their tapered end, the z. B. has a membrane which is driven by an electromagnetic or electrodynamic system or electrostatically, which does not need to be described in detail, since it does not belong to the invention. It should only be mentioned that an electromagnetic pressure chamber system has proven to be particularly advantageous. It may be useful to produce the sound guides from two separate parts 3 α and 3 b , which can be attached to the container wall from the outside and inside by z. B.

Einrichtung zur Echolotung in BehälternDevice for echo sounding in containers

Zusatz zum Patent 1 074 281Addendum to patent 1,074,281

Anmelder:Applicant:

Dr. phil. nat. Siegfried Fahrentholz,
Kiel, Grasweg 2-6Dr. phil. nat. Siegfried Fahrentholz,
Kiel, Grasweg 2-6

Dr. phil. nat. Siegfried Fahrentholz, Kiel,
ist als Erfinder genannt wordenDr. phil. nat. Siegfried Fahrentholz, Kiel,
has been named as the inventor

mit Flanschen versehen sind, die auf der Behälterwandung festgeschraubt sind.are provided with flanges that are screwed onto the container wall.

Durch Kühltöpfe 5 können die Schwinger noch weiter vor der Strahlungs- und Leitungswärme geschützt werden. Die Schallführungen haben die Form eines Trichters, der vorzugsweise nicht als geradliniger Kegelmantel sondern als Exponentialtrichter ausgebildet ist, wie er bei Blasinstrumenten üblich ist.The transducers can be further protected from radiation and conduction heat by cooling pots 5 will. The sound guides have the shape of a funnel, which is preferably not as rectilinear The cone shell is designed as an exponential funnel, as is common with wind instruments.

Im dargestellten Beispiel liegen die Öffnungen derIn the example shown, the openings are

Schallführungen in einer Ebene und haben außerdem die gleiche Länge. Unter Umständen kann es aber zweckmäßig sein, daß Schallführungen von unterschiedlicher Länge verwendet werden oder daß die Schallöffnungen nicht in einer Ebene liegen, da die Form der Kopffläche des Behälters dies nicht zuläßt. So kann es z. B. zweckmäßig sein, die Schwinger räumlich zusammenzufassen, um sie z. B. gemeinsam zu kühlen. Ein Beispiel für diesen Fall zeigt die Fig. 2. Hier sind die Schwinger 20 in einem Topf 21 vereinigt, von dem Schallführungen 22 von unterschiedlicher Länge ausgehen. In einem andern Fall, für den Fig. 3 ein Beispiel zeigt, in der 30 die Schwinger und 31 die Schallführangen darstellen, welche in einem kegelförmigen Behälterdeckel 32 angeordnet sind, haben zwar die Schallführangen die gleiche Länge, jedoch sind die Schallwege, gemessen von dem Schwinger bis zu einer durch die unterste Trichteröffnung zu denkenden waagerechten Bezugsebene, ungleich. Um diese Schallwege gleichzumachen, kann man in die Schallführungen Umwege einbauen, die eine unterschiedliche Länge haben. Ein Beispiel für eine solche Möglichkeit zeigt Fig. 4. Die Trichteröffnung ist nach innen eingezogen, und durch einen eingesetzten Leitkegel 40 wird der Schall gezwungen, zunächst zwischen der äußeren Fläche dieses KegelsSound guides in one plane and also have the same length. Under certain circumstances, however, it can be appropriate that sound guides of different lengths are used or that the Sound openings do not lie in one plane, as the shape of the top surface of the container does not allow this. So it can be B. be useful to summarize the transducers spatially in order to use them z. B. together to cool. An example for this case is shown in FIG. 2. Here, the oscillators 20 are in a pot 21 united, proceed from the sound guides 22 of different lengths. In another case for Fig. 3 shows an example in which 30 represent the transducers and 31 represent the sound guides, which in a conical container lid 32 are arranged, although the sound guides have the same Length, however, are the sound paths, measured from the transducer to one through the lowest funnel opening horizontal reference plane to be thought of, unequal. To equalize these sound paths, can you build detours in the sound guides that have a different length. An example for such a possibility is shown in Fig. 4. The funnel opening is drawn inwards, and through a used traffic cone 40, the sound is initially forced between the outer surface of this cone

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und der Trichterwandung konzentrisch nach unten und dann wieder schräg nach oben zu laufen,, bevor er aus der inneren Öffnung austreten kann. Es ist aber auch mögh'ch, die unterschiedlichen Schallwege durch elektrische Mittel zu".kompensieren, beispielsweise durch Einfügen von elektrischen Verzögerungsgliedern in die Leitungen zu den Erregerwicklungen der Schwinger oder durch unterschiedlich verzögerte Auslösung des" Sendeimpulses.and the funnel wall to run concentrically downwards and then again diagonally upwards, before he can escape from the inner opening. But it is also possible, the different sound paths to "compensate" by electrical means, for example by inserting electrical delay elements in the lines to the excitation windings the oscillator or by triggering the "transmit pulse" with different delays.

Ein Ausführungsbeispiel.für den letzteren Fall ist in Fig. 5 dargestellt, die gleichzeitig die prinzipielle Anordnung für die Registrierung des Profils der Schüttung erkennen läßt. Ein endloses Band 50, das z. B. mit einer Geschwindigkeit von 3 m/sec umläuft, trägt die Schreibfeder 51, welche einerseits auf einer ortsfesten leitenden Schleifbahn 52 und andererseits auf dem Kohle-Aluminium-Papier 53 gleitet. Das Band ist ferner mit einem Eisen- oder Magnetstück 54 versehen, das in der feststehenden Spule 55 beim Vorübergleiten einen Impuls erzeugt. Dieser Impuls wird auf eine Verzögerungskette 56 gegeben, die schematisch als langgestrecktes Rechteck dargestellt ist. Der in der Wicklung 55 induzierte Impuls löst den Sender 57 aus, der seinerseits einen Wechselstromimpuls beispielsweise von der Frequenz 6 kHz as an einen der Schwinger 58 bis 62 abgibt. Der zur Wirkung kommende Schwinger wird durch den Schaltarm 63 ausgewählt, der im dargestellten Fall mit dem Schwinger 58 verbunden ist. Ein Schaltarm 64 sorgt dafür, daß der dem Schwinger 58 benachbarte Schwinger 59 als Empfänger dient, der den von der Schüttung reflektierten Impuls über den Empfänger 65 der Gleitbahn 52 und damit der Schreibfeder zuführt, welche auf dem Kohle-Aluminium-Papier die graue Deckschicht wegbrennt und die darunterliegende Graphitschicht zum Vorschein kommen läßt. Die Schwinger 58 bis 62 werden über den Schaltarm 66 mit unterschiedlicher Verzögerung erregt, und zwar ist die Verzögerung bei dem am tiefsten angebrachten Sender am größten. Die Verzögerung ist jeweils so gewählt, daß, wäre die Füllung an der Oberfläche eben, beispielsweise ein Flüssigkeitsspiegel, als Aufzeichnung auf dem Papier trotz unterschiedlicher Höhe der Schwinger über dem Flüssigkeitsspiegel eine gerade waagerechte Linie zustande kommt. Die Schaltarme 66, 63 und 64 sitzen auf einer gemeinsamen Achse, die durch einen Motor langsam gedreht werden kann, so daß zu einem Umlauf und demnach auch zur Aufzeichnung eines Profils 1 bis 5 Minuten gebraucht werden. Ein besonderes Kontaktsegment 67, an dem beispielsweise eine geringe, dauernd wirkende Wechselspannung liegt, sorgt dafür, daß die Schreibfeder zwischen zwei Registrierungen einen senkrechten Strich schreibt, welcher die einzelnen Meßperioden deutlich sichtbar voneinander trennt. Die unterschiedliche Verzögerung des Sendeimpulses kann auch dadurch erzielt werden, daß mehrere von dem umlaufenden Eisenstück nacheinander erregte ortsfeste Spulen längs des Weges des Registrierbandes angeordnet werden. Der Schaltarm 66 wählt dann die für die jeweils notwendige Verzögerung geeignete Spule aus.An exemplary embodiment for the latter case is shown in FIG Can recognize arrangement for the registration of the profile of the bed. An endless band 50 that z. B. rotates at a speed of 3 m / sec, carries the pen 51, which on the one hand on a stationary conductive sliding track 52 and on the other hand on the carbon-aluminum paper 53 slides. That Tape is also provided with an iron or magnetic piece 54, which is in the fixed spool 55 at Gliding past creates an impulse. This pulse is given to a delay chain 56, the is shown schematically as an elongated rectangle. The pulse induced in winding 55 triggers the transmitter 57, which in turn generates an alternating current pulse, for example at the frequency 6 kHz as to one of the transducers 58 to 62. The vibrator that takes effect is through the Switching arm 63 selected, which is connected to the oscillator 58 in the illustrated case. A shift arm 64 ensures that the transducer 59 adjacent to the transducer 58 serves as a receiver that receives the from the impulse reflected from the bulk via the receiver 65 of the slide 52 and thus the pen which burns away the gray top layer on the carbon-aluminum paper and the one underneath Graphite layer can come to the fore. The transducers 58 to 62 are on the Switching arm 66 energized with a different delay, namely the delay is the deepest attached transmitter at the largest. The delay is chosen so that the filling would be on the surface evenly, for example a liquid level, as a record on the paper despite different Height of the transducer above the liquid level is a straight horizontal line comes. The switching arms 66, 63 and 64 sit on a common axis that is slowed by a motor can be rotated so that for a revolution and therefore also for recording a profile 1 to 5 minutes are needed. A special contact segment 67, on which, for example, a small, constant alternating voltage ensures that the pen between two registrations writes a vertical line which clearly shows the individual measurement periods from one another separates. The different delay of the transmission pulse can also be achieved in that several stationary coils energized one after the other by the rotating iron piece along the path of the Registration tape are arranged. The switching arm 66 then selects the delay required in each case suitable coil.

Die Erfindung ist auf die dargestellte Form nicht beschränkt. Insbesondere ist sie nicht nur geeignet für die Registrierung des Profils der Schüttung mit einer Vielzahl von Sende- und Empfangsorganen, die nacheinander zur Wirkung kommen, sondern sie ist ebenso verwendbar für eine einfache Lotung in Behältern, bei der man sich damit begnügt, mittels nur eines Sende- und eines Empfangsorgans lediglich die Höhe des Behälterinhaltes festzustellen, wobei es sich auch um einen flüssigen Inhalt handeln kann, beispielsweise um geschmolzenes Metall, kochende oder ätzende Flüssigkeiten, welche im Inneren des Behälters angeordnete Schwinger angreifen würden.The invention is not limited to the form shown. In particular, it is not only suitable for the registration of the profile of the bed with a large number of sending and receiving organs, one after the other come into effect, but it can also be used for simple plumbing in containers, in which one is content with only the height by means of only one sending and one receiving organ determine the contents of the container, which can also be a liquid content, for example around molten metal, boiling or corrosive liquids that are inside the container arranged oscillators would attack.

Während bei den bisherigen Ausführungsformen zur Profilaufnahme des Schüttgutes oder anderen Stoffen in geschlossenen Behältern eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Einzelschwingern notwendig ist, besteht selbstverständlich zur Lösung dieser Aufgabe auch die Möglichkeit, nur einen unter der Oberkante des Behälterdeckels verschiebbar angeordneten Sender—Empfänger zu verwenden, wie dies beispielsweise Fig. 6 zeigt. Ein Druckkammersystem 69 befindet sich am Ende einer Schallführung, die im Behälter zum Exponentialtrichter erweitert ist und die in einer Laufschiene 70 in Pfeilrichtung über das Schüttgut hinwegbewegt wird. Die Durchführung durch den Behälterdeckel kann bei Behältern mit hoher Temperatur z. B. mittels eines Wasserbehälters 71 gekühlt werden. Auch ist es möglich, statt der in Fig. 6 gezeigten Schalldurchführung nach der Seite im Behälterdeckel einen Schlitz anzubringen, durch den eine Schallführung senkrecht nach oben ermöglicht wird. Der Schlitz kann bei der Verschiebung des Sender—Empfängers durch eine Deckplatte, die mit am Laufwagen befestigt ist, verschlossen werden. Mit der seitlichen Verschiebung des Sender—Empfängers ist der Papiertransport des Schreibgerätes zur Profilaufnahme gekuppelt, wodurch das Profil der Schüttgutoberkante direkt mittels des Echographen aufgezeichnet werden kann. Es ist selbstverständlich naheliegend, daß statt der Echographen auch Echolote mit optischer Anzeige, also solche mit rotierenden Glimmlampen oder mit Funkenanzeige oder auch Anzeige auf dem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre Verwendung finden können.While in the previous embodiments for the profile recording of the bulk material or others Substances in closed containers, a large number of individual transducers arranged next to one another are necessary is, of course, to solve this problem there is also the option of only one under To use the upper edge of the container cover displaceably arranged transmitter-receiver, such as this is shown in FIG. 6, for example. A pressure chamber system 69 is located at the end of a sound guide, which is expanded in the container to form an exponential funnel and which is in a running rail 70 in the direction of the arrow the bulk material is moved away. The implementation through the container lid can be used with containers high temperature z. B. be cooled by means of a water tank 71. It is also possible, instead of the in Fig. 6 to attach a slot according to the side in the container lid through the a sound guidance vertically upwards is made possible. The slot can be used when moving the Transmitter-Receiver through a cover plate that comes with is attached to the carriage. With the lateral displacement of the transmitter-receiver the paper transport of the writing instrument is coupled to the profile recording, whereby the profile of the bulk goods top edge can be recorded directly by means of the echograph. It goes without saying that that instead of the echograph also echo sounders with optical display, i.e. those with rotating glow lamps or with a spark display or display on the fluorescent screen of a cathode ray tube Can be used.

Claims

Patent claims:

1. Device for echo sounding in containers to determine the level of their filling, in particular according to patent 1 074 281, characterized in that electromagnetic, electrodynamic or electrostatic systems (4) are used and that these systems (4) are arranged outside the container (1) and are connected to the upper part of the container (1) by a sound guide (3).

2. Device according to claim 1, characterized in that the sound guides (3) protrude a little into the interior of the container (1) (3 b).

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the sound guides (3) have the shape of a funnel, preferably the shape of an expotential funnel.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized in that the openings of the sound guides (3) each lie in one plane.

5. Device according to claim 1, characterized in that as a sound generator and receiver (4) Electromagnetic pressure chamber systems are used.

6. Device according to claim 1 to 5, characterized in that the sound generator and receiving systems are cooled.

7. Device according to claim 6, characterized in that below the sound generator or. Receiving system (4) on the sound guide (3) a cooling pot through which the cooling water flows (5) is arranged.

8. Device according to claim 1 to 7, characterized in that the sound generator and receiving systems (20) brought together spatially and the sound guides (22) are bent accordingly. ίο

9. Device according to claim 8, characterized in that the systems (20) together are cooled (21).

10. Device according to claim 8, characterized in that the outer length of the sound guides different and detours are built into the sound guides.

11. The device according to claim 10, characterized in that the detours (40) in the Funnel opening and run concentrically from the outside to the inside.

12. Device according to claim 8, characterized in that that the different length of the sound paths between the sound generator or receiver systems and a reference plane through Insertion of different electrical delay elements in series with the excitation windings the systems are balanced.

13. Device according to claim 8, characterized in that that the different length of the sound paths between the sound generator or receiver systems and the reference plane through different delay of the trigger time of the transmitter (57) is balanced.

14. Device according to claim 13, characterized in that one of the circumferential Trigger (54) for the purpose of determining the transmission time influenced coil (55), a delay element (56) is connected to the transmitter (57), which has selectable taps.

15. Device according to claim 13, characterized in that several stationary coils (55) arranged one behind the other along the path of the revolving trigger (54) and by a Switches (66) are selectable.

16. The device according to claim 1, characterized in that the oscillator is optionally on Transmission or reception can be switched over, and that the switches (63, 64) are positively coupled in this way are that when a transducer (58) is switched to transmit, the adjacent transducer (59) on Reception is switched on.

17. Device according to claim 14 and 16, characterized in that the switches (63, 64) are coupled together and operated by a motor.

18. Device according to claim 1, characterized in that for receiving the profile of Bulk goods in closed containers, especially in blast furnaces, only one mechanical, Electrically or hydraulically moved transmitter - receiver (69) is arranged.

1 sheet of drawings