DE1208090B - Verfahren und Anordnung zur kontinuierlichen Messung des Fuellstandes von Bunkern und Silos - Google Patents

Description

• Verfahren und Anordnung zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes von Bunkern und Silos Die Messung des Füllstandes von Bunkern und Silos erfolgte bisher auf verschiedene Weise. Bei Getreide- und Mehlsilos z. B. wird von oben - durch eine Luke - eine durch ein Drahtgeflecht geschützte elektrische Lampe an einem Kabel - an dem Entfemungsmarken angebracht sind - so weit herabgelassen, bis die Oberfläche des Füllmaterials erreicht ist. Beim Wiedereinholen dieser Lampe wird die Länge des Kabels gemessen und damit der Füllstand bestimmt. Eine weitere Meßmethode besteht darin, daß in bestimmter Höhe - z. B. der maximalen Füllhöhe - ein von einem Motor angetriebener Propeller umläuft, der im Füllgut mahlt, sobald dieses ihn erreicht hat. Die dadurch entstehende Mehrbelastung des Motors und die daraus resultierende Motorstromzunahme wird zur Auslösung eines Warnsignals ausgenutzt.
• Derartige Einrichtungen gestatten erstens keine kontinuierliche Messung der Füllstandshöhe, und zweitens erfordern sie zum Teil viel Zeit und Personal, so daß sie angesichts des Trends nach Rationalisierung und Automatisierung der tZberwachungseinrichtungen als veraltet gelten und nicht mehr gern angewandt werden.
• Bei Bunkern - insbesondere bei Erzbunkern und Brechertaschen im Erzbergwerk, um nur ein Beispiel von vielen zu erwähnen - wird die Höhe des Füllstandes ebenfalls mit einem Lot ermittelt. Zu diesem Zweck wird ein an einem starken Drahtseil befestigter, schwerer, meist zylindrischer Körper über einen kleinen Einführstutzen in den Bunker hinabgelassen.
• Das aufgetrommelte Seil spannt sich, solange die Oberfläche des Füllstandes noch nicht erreicht ist. An der Entspannung des Seiles, die durch mehrmaliges Hin- und Herbewegen geprüft wird, stellt man fest, daß das Lot die Oberfläche des Füllmaterials erreicht hat; die Länge des herabgelassenen Seiles wird an der Seiltrommel abgelesen. Auch diese Methode hat im Erzbergbau mehrere Nachteile. Einmal reißt das Seil recht häufig, weil die Messungen auch dann durchgeführt werden müssen, wenn die schweren Erzbrocken in die Bunker fallen, zum anderen ist die Messung zeitraubend, zumal das Ergebnis mündlich an die Meßzentrale weitergegeben werden muß, die dann ihrerseits auf Grund der Messungen die Füllung oder Entleerung der Bunker stoppt bzw. veranlaßt Um derartige Nachteile auszuschalten, wurden ein Verfahren und eine Anordnung entwickelt, die sich des Radarprinzips bedienen, bei dem die Laufzeit der Senderenergie von einer Senderantenne zur Oberfläche des Füllgutes und zurück zu einer Empfangsantenne in einem Indikator gemessen wird, daß der Senderimpuls in einem Indikator einen monostabilen Multivibrator anstößt, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Rechteckimpuls liefert, dessen Rückflanke derart einstellbar ist, daß die gesamte Breite des Rechteckimpulses der maximalen Laufzeit des Sender- und Reflexionsimpulses im leeren Bunker bzw. Silo entspricht, daß der Reflexionsimpuls einen weiteren monostabilen Multivibrator anstößt, der einen Rechteckimpuls erzeugt, dessen Breite mindestens der des Rechteckimpulses entspricht, und daß beide Rechteckimpulse in einer Koinzidenzschaltung verglichen werden, wobei diese einen Impuls liefert, dessen Breite in einer Impuls- und Integrierschaltung gemessen und auf einem Zeigerinstrument angezeigt wird.
• An Hand der Bilder 1 und 2 sollen das Verfahren und die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert werden. In Zeile a des B i 1 d e s 1 bedeuten 1 und 1' die Senderimpulse, die periodisch zu den Zeiten t,, t0, usw. von der Antenne 8 (B ii d 2) abgestrahlt werden. Zu diesem Zeitpunkt stößt die Vorderflanke des Senderimpulses in einer Impuls-und Integrierschaltung 12 einen monostabilen Multivibrator an, der einen Rechteckimpuls erzeugt (Zeile c des Bildes 1), dessen Breite durch l2inderung des zeitlichen Einsatzes tl der Rückflanke einstellbar ist. Die Breite des Rechteckimpulses 3 soll der Laufzeit des Senderimpulses von der Antenne 8 zum Boden des Bunkers und zurück zur Empfangsantenne 9 entsprechen. Bei einem 75 m tiefen Bunker beträgt die Laufzeit des Impulses hin und zurück bei einer Laufgeschwindigkeit, die der Lichtgeschwindigkeit entspricht, 0,5 Fs. Der Echoimpuls 2 in Zeile b des Bildes 1, der zur Zeit tx die Empfangsantenne 9 trifft, stößt einen weiteren monostabilen Multivibrator an, der einen Rechteckimpuls in Zeile d erzeugt, dessen Breite mindestens so groß gewählt wird wie die Breite des Rechteckimpulses 3. Beide Rechteckimpulse kommen in einer Koinzidenzschaltung zur Deckung. Am Ausgang dieser Koinzidenzschaltung wird dann ein Rechteckimpuls (Zeile e) erhalten, der von der Zeit tx bis t1 reicht und somit ein Maß für die Laufzeit des Senderimpulses von der Antenne 8 zur Oberfläche des Füllgutes 7 und zurück zur Antenne 9 darstellt. Der Rechteckimpuls wird in einer Integrierschaltung 12 zeitlinear integriert, z. B. durch Aufladen eines Kondensators, und die Aufladung wird nach Verstärkung an einem Zeigerinstrument 13 angezeigt. Bei vollem Bunker ist die Laufzeit nahezu Null. Die Zeittx ist identisch mit to. Der Rechteckimpuls 5 hat in diesem Fall seine größte Breite, und das Zeigerinstrument 13 zeigt Vollausschlag. Wenn der Bunker entleert wird, wird die Laufzeit größer, und damit wird die Breite des Rechteckimpulses 5 schmaler und wird schließlich gleich Null, wenn er ganz entleert ist. Das Zeigerinstrument folgt diesem Verlauf kontinuierlich und linear. Die Eichung des Instrumentes in Prozent des Fassungsvermögens des Bunkers bzw. in Metern der Füllstandshöhe gestaltet sich außerordentlich einfach.
• Zu diesem Zweck wird auf die Koinzidenzschaltung einmal der Rechteckimpuls 3 gegeben und zum anderen eine feste Bezugsspannung an Stelle des Impulses 4. Man erhält dann am Ausgang der Integrierschaltung einen Rechteckimpuls, der dem Impuls 3 entspricht. Die Verstärkung in der Integrierschaltung 12 wird auf Vollausschlag des Instrumentes 13 geregelt. Wegen der zeitlinearen Integration der Rechteckspannung 5 zeigt das Instrument das Fassungsvermögen des Bunkers in Prozent streng linear an. Der Endaussehlag stellt ebenso die in Metern bekannte maximale Tiefe des Bunkers dar, so daß er gleichzeitig die maximale Füllstandshöhe in Metern angibt.
• Es ist keine Umrechnung von der Laufzeit tx in Entfernung Sx mit Hilfe der bekannten Entfernungsformel 2 tz = s, c mehr nötig. Das Verfahren zeichnet sich durch einfache Schaltung, Robustheit und elegante Ei ehmöglichkeit aus.
• Zur Durchführung des Verfahrens muß der Anordnung der Antennen 8 und 9 besondere Beachtung geschenkt werden, insbesondere bei Bunkern und Silos mit vorstehenden Kanten 14, damit Strahlen 15 der Senderantenne 8 nur die Oberfläche des Füllgutes 7 treffen und damit ein Teil der reflektierten Strahlen 16 mit Sicherheit zur Empfangsantenne gelangen können. Ist nämlich die Bündelung der Senderantenne 8 nicht schmal genug oder ist die Antenne 8 so angebracht, daß Nebenzipfel ihrer Richtcharakteristik diese vorstehende Kante 14 anstrahlt, so kann ein Teil der von ihr reflektierten Energie zur Empfangsantenne 9 gelangen. Und weil die Entfernung der Senderantenne 8 zur Kante 14 und zurück zur Empfangsantenne 9 eventuell kleiner ist als die wahre Entfernung zur Oberfläche des Füllgutes, wird in der Schaltung 12 das Rechteck breiter und täuscht einen höheren Füllstand vor. Die Abschirmung der Kanten 14 vor der Strahlung der Senderantenne 8 ist deshalb wichtig. Sie gelingt nach der Erfindung in jedem Fall, wenn die die Bündelung der Senderantenne 8 stark und ihre Nebenzipfel schwach sind.
• Der Öffnungswinkel der Empfangsantenne 9 muß deshalb sehr weit sein, damit bei jeder Füllstandshöhe noch genügend reflektierte Energie aufgenommen werden kann. Wäre der Öffnungswinkel ebenso klein wie bei der Senderantenne 8, dann müßte die Empfangsantenne 9 je nach der Höhe des Füllstandes neu ausgerichtet werden, um genügend reflektierte Energie aufnehmen zu können.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes von Bunkern und Silos nach dem Radarprinzip, bei dem die Laufzeit der Senderenergie von einer Senderantenne zur Oberfläche des Füllgutes und zurück zu einer Empfangsantenne in einem Indikator gemessen wird, daß der Senderimpuls in einem Indikator einen monostabilen Multivibrator anstößt, d a d u r eh gekennzeichnet, daß er einen Rechteckimpuls liefert, dessen Rückflanke derart einstellbar ist, daß die gesamte Breite des Rechteckimpulses der maximalen Laufzeit des Sender- und Reflexionsimpulses im leeren Bunker bzw. Silo entspricht, daß der Reflexionsimpuls einen weiteren monostabilen Multivibrator anstößt, der einen Rechteckimpuls erzeugt, dessen Breite mindestens der des ersten Rechteckimpulses entspricht, und daß beide Rechteckimpulse in einer Koinzidenzschaltung verglichen werden. wobei diese einen Impuls liefert, dessen Breite in einer Impuls- und Integrierschaltung gemessen und auf einem Zeigerinstrument angezeigt wird.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderantenne einen kleinen und die Empfangsantenne einen weiten Öffnungswinkel besitzt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil der Richtcharakteristik der Senderantenne mindestens einen Teil der Oberfläche des Füllmaterials anstrahlt und die Randteile abgeschirmt sind und die Empfangsantenne so auf die Oberfläche des Füllgutes gerichtet ist, daß von ihr in jedem Fall ein Teil der an der Oberfläche diffus reflektierten Senderenergie aufnehmbar ist.