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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
des Volumens bzw. des Gewichts einer Menge von im wesentlichen unregelmäßig durch
einen Kanal bestimmten Querschnitts geförderten Körpern, insbesondere Faserflocken.
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Es ist ein Verfahren zur Mengenmessung von Schüttgut, z. B. pulvrigen,
körnigen oder fasrigen Stoffen, bekannt, bei dem das Gut auf einem Transportband
in definierter Breite und mit konstanter Geschwindigkeit zwischen einer Strahlenquelle
und einem die gesamte Gutbreite erfassenden Strahlenmeßgerät durchtransportiert
und die durch die gemessene Strahlenintensität charakterisierte momentane Flächenbelegung
elektrisch über die Laufzeit integriert wird.
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Zur Mengenmessung fester Schüttgüter ist es ferner bekannt, eine
Durchílußmengenmessung mittels Meßdüsen oder mittels Meßkondensatoren vorzunehmen.
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Bei Verwendung von Meßkondensatoren werden die durch das zwischen
den Kondensatorplatten durchströmende Gut bewirkten Änderungen der Dielektrizitätskonstante
zur Gewinnung einer Meßgröße ausgenützt.
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Es ist auch bereits bekannt, den Durchsatz fester Schüttgüter durch
einen Kanal bestimmten Querschnitts dadurch zu ermitteln, daß quer zur Bewegungsrichtung
des Schüttgutes elektromagnetische Wellen ausgestrahlt werden, von deren Absorption
dann auf den jeweiligen Durchsatz geschlossen werden kann.
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Alle vorstehend angeführten Meßverfahren weisen jedoch insbesondere
den Nachteil auf, daß nur dann eine ausreichende Genauigkeit aufweisende Meßergebnisse
erzielt werden können, wenn das jeweilige Meßgut in Form eines kontinuierlichen
Teilchenstroms mit einer möglichst großen Anzahl von gleichzeitig durch eine Meßebene
tretenden Teilchen vorliegt. Handelt es sich jedoch darum, das Volumen oder das
Gewicht einer Menge von Teilchen oder Körpern zu messen, die mit relativ großen
zeitlichen Abständen durch eine Meßebene treten, wie dies z. B. bei einer Flockenspeisung
in einer Spinnereimaschine der Fall ist, so ist eine genaue Messung mittels der
bekannten Verfahren nicht mehr möglich.
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Es ist ferner bekannt, zum Nachweis kleiner Körper bzw. zur Bestimmung
des Durchgangs derartiger Körper durch eine Meßebene eine Lichtschranke zu verwenden.
Die dabei an einem lichtempfindlichen Element wie einer Fotozelle auftretenden Impulse
können dann gezählt werden. Die Anwendung dieses Prinzips zum Messen des Volumens
bzw. des Gewichts einer Menge von durch einen Kanal bestimmten Querschnitts geförderten
Körpern führt jedoch zu keinem brauchbaren Ergebnis. Der Grund dafür besteht einerseits
in der Schwierigkeit der Erfassung aller gegebenenfalls gleichzeitig durch eine
Meßebene tretenden Körper und andererseits darin, daß die beim Durchtritt der Körper
durch die Meßebene erhaltenen Zählsignale nichts über die Größe bzw. das Gewicht
der einzelnen Körper aussagen. Es muß daher eine Schätzung des mittleren Volumens
bzw. des Gewichts der Teilchen oder Körper vorgenommen werden, um durch anschließende
Multiplikation der Teilchenzahl mit diesem Schätzwert eine Angabe über das Volumen
bzw. das Gewicht der Teilchenmenge zu erhalten.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Messen
des Volumens bzw. des Gewichts
einer Menge von im wesentlichen unregelmäßig durch
einen Kanal bestimmten Querschnitts geförderten Körpern, das im Hinblick auf die
Konzentration der geförderten Körper an sehr unterschiedliche Anwendungsfälle anpaßbar
ist und insbesondere auch dann Meßergebnisse mit genügender Genauigkeit liefert,
wenn der zeitliche Abstand der durch den Kanal geförderten Körper relativ groß ist.
Das Verfahren soll ferner mittels einer einfach aufgebauten und betriebssicher arbeitenden
Vorrichtung durchführbar sein.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß beim Durchtritt
der einzelnen Körper durch ein quer zur Bewegungsrichtung der Körper gelegtes Lichtstrahlbündel
zu den Abmessungen der jeweiligen Körper hinsichtlich der Impulsdauer proportionale
diskrete Impulse konstanter Amplitude gebildet werden, daß dann wenigstens eine
Zeitintegration jedes dieser diskreten Einzelimpulse erfolgt und daß schließlich
eine die Ausgangsgröße liefernde weitere Integration zur Mittelwertbildung vorgenommen
wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren geht somit von der bisher üblichen
Erfassung aller durch einen Kanal bestimmten Querschnitts geförderten Körper ab
und macht von der statistischen Erfassung der durch einen bestimmten Ausschnitt
der Querschnittsfläche des Kanals tretenden Körper Gebrauch, wobei die Erkenntnis
ausgenützt wird, daß bei statistischer Verteilung der unregelmäßig geformten Körper
im Transportkanal das in einer bestimmten Zeit transportierte Volumen, von dem dann
auf das Gewicht des Materials geschlossen werden kann, proportional der Summe der
Quadrate der Unterbrechungszeiten eines quer zur Bewegungsrichtung der Körper gelegten
Lichtstrahlbündels ist.
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Handelt es sich bei den Körpern beispielsweise um Baumwollfaserflocken,
deren spezifisches Gewicht in Abhängigkeit von der Güte der öffnung der Größe der
Flocke entsprechend direkt proportional zunimmt, so wird zur Berücksichtigung der
vorhandenen Dichteschwankungen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zwischen der ersten Integration der diskreten Impulse und der Mittelwertbildung
eine weitere Integration durchgeführt.
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Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung zeichnet sich aus durch die Vereinigung folgender an sich bekannter
Merkmale: a) Das quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Lichtstrahlbündel ist auf
ein lichtempfindliches Element gerichtet, dem eine Triggerstufe nachgeschaltet ist;
b) auf die Triggerstufe folgt wenigstens ein Integrator, dem ein Glied zur Mittelwertbildung
nachgeschaltet ist.
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Vorzugsweise ist zwischen das lichtempfindliche Element und die Triggerstufe
ein Verstärker geschaltet.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g.
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung und F i g. 2 als Funktion der Zeit aufgetragene Spannungsdiagramme
zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 1.
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Die in einem Kanal 1 beispielsweise unter Einwirkung eines Schwerefeldes
transportierten Körper 2 beliebiger Form und Größe treten durch ein von einer Lichtquelle
3 kommendes und quer zur Bewegungsrichtung der Körper verlaufendes Lichtstrahlbündel
4, das durch eine kleine, transparente Öffnung 5 in den Kanal 1 eintritt und diesen
durch eine gegenüberliegende transparente Öffnung 6 wieder verläßt. Eine außerhalb
des Kanals 1 angeordnete Fotozelle 7 liefert entsprechend der durch die einzelnen
Körper bewirkten Unterbrechung oder Absorption des Lichtstrahlbündels zu den Abmessungen
der jeweiligen Körper hinsichtlich der Dauer proportionale diskrete Spannungsimpulse,
die in Fig. 2 a graphisch dargestellt sind.
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Diese Spannungsimpulse werden in einem der Fotozelle 7 nachgeschalteten
Verstärker 8 verzerrungsfrei verstärkt, so daß sich ein Spannungsverlauf entsprechend
F i g. 2 b ergibt.
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Mittels einer auf den Verstärker 8 folgenden Triggerstufe 9 werden
diskrete Impulse konstanter Amplitude (F i g. 2 c) gebildet, deren Dauer genau derjenigen
der von der Fotozelle7 bzw. dem Verstärker 8 gelieferten Impulse entspricht. Diese
rechteckigen Spannungsimpulse gleicher Amplitude, aber ungleicher Dauer werden einem
Integrator 10 zugeführt, in dem eine Zeitintegration der diskreten Einzelimpulse
erfolgt. Dabei werden linear ansteigende Impulse (Fig. 2d) erhalten, die mit der
Abszisse Flächen einschließen, die den Quadraten der Dauer der einzelnen Impulse
proportional sind.
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Ein dem Integrator 10 nachgeschaltetes Glied 11 zur Mittelwertbildung
liefert schließlich ein elektrisches Signal gemäß Fig. 2 f, das das Zeitintegral
über eine den jeweiligen Verhältnissen anzupassende Zeit T liefert, dessen Größe
direkt proportional den Volumina bzw. Gewichten der in der Zeit T transportierten
Körper ist.
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Die am Ausgang des Gliedes 11 zur Mittelwertbildung auftretende elektrische
Größe wird dann einem Aufzeichnungsinstrument 12, einem Anzeigeinstrument 13 und
einem Regler 14 zugeführt, der einen Antriebsmotor 15 steuert, dessen Drehzahl die
Abgabemenge einer nicht dargestellten Materialzuführeinrichtung bestimmt.
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Soll das Verfahren gemäß der Erfindung zum Messen des Gewichts einer
Menge von pneumatisch transportierten Baumwollflocken verwendet werden, so ist zu
berücksichtigen, daß das Volumen der Flocken nicht ohne weiteres einen Schluß auf
das Gewicht der Flocken zuläßt. Untersuchungen haben gezeigt, daß der Öffnungsgrad
der Faserflocken einen wesentlichen Einfluß auf das Gewicht ausübt, da der innere
Teil einer großen Flocke noch eine bedeutend höhere Dichte aufweist als derjenige
einer kleinen Flocke. Es konnte quantitativ festgestellt werden, daß das spezifische
Gewicht einer Flocke ungefähr ihrer Größe direkt proportional ist. Die Genauigkeit,
mit der dies zutrifft, hängt selbstverständlich von der Baumwollqualität ab. Für
Baumwollmengenmessun-
gen in einer Spinnerei wirken sich jedoch die sich aus diesen
Ungenauigkeiten ergebenden Abweichungen nicht nachteilig aus.
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Zur Berücksichtigung dieser Dichteschwankungen bei Baumwollflocken
wird gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung zwischen der ersten Integration
der diskreten Impulse und der Mittelwertbildung eine weitere Integration durchgeführt.
Zu diesem Zweck ist in der Vorrichtung nach F i g. 1 ein strichpunktiert dargestellter
zweiter Integrator vorgesehen, der die für die Gewichtsbestimmung der Faserflocken
erforderliche Abhängigkeit von den dritten Potenzen der Dauer der diskreten Einzelimpulse
liefert. Die Ausgangsimpulse dieses zweiten Integrators sind in F i g. 2 e dargestellt.
Die weitere Verwertung dieser Impulse erfolgt in der bereits beschriebenen Weise.
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Es ist selbstverständlich, daß die Systemkonstanten zur Erzielung
einer einwandfreien Arbeitsweise jeweils in Abhängigkeit von den vorliegenden Bedingungen
und Gegebenheiten gewählt werden müssen.