DE19631926A1

DE19631926A1 - Meßeinrichtung zur Verwendung als Bandwaage

Info

Publication number: DE19631926A1
Application number: DE1996131926
Authority: DE
Inventors: Freimut Dipl Ing Kloh
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Verwendung als Bandwaage zum berührungslosen Messen des Massestroms oder der geförderten Menge von Schüttgütern.

Bei dem Transport von Schüttgütern, wie z. B. Kohle, Erz oder Kies, auf Förderbandern besteht die Anforderung, die trans portierte Menge (Masse) möglichst genau zu erfassen. Anwen dung findet die Messung dabei z. B. bei der Protokollierung, der Abrechnung oder auch bei der Steuerung von Förder- bzw. Abbaugeraten.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck Bandwaagen einzusetzen, die das Gewicht mechanisch erfassen und zur Auswertung mit Hilfe von Wägezellen in elektrische Signale umwandeln. Derartige Vorrichtungen sind jedoch teuer und, um die geforderte Präzision zu erreichen, mechanisch aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bandwaage zur Umge hung der obengenannten Nachteile anzugeben. Dabei ist es überdies wünschenswert, die Masse unabhängig von der Neigung des Bandes zu bestimmen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Meßeinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine derartige Meßeinrichtung er laubt es, die geförderte Menge bzw. Masse des Schüttgutes be sonders präzise zu bestimmen. Zudem ist die erfindungsgemäße Meßeinrichtung im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Bandwaagen auf der Basis von Wägezellen kostengün stiger, leichter zu montieren und nachzurüsten.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Füllhöhenmeßeinrichtung als Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes zur Oberfläche des Schüttgutes ausgebildet.

Diese Ausbildung der Füllhöhenmeßeinrichtung hat sich als be sonders geeignet erwiesen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Abstandsmeßeinrichtung ein Profilscanner, insbesondere ein Laserentfernungsprofil-Scanner mit einer Strahlschwenkeinrichtung, wobei der Laser strahl mittels der Schwenkeinrichtung periodisch über das Fördergut geschwenkt wird. Eine derartige Meßeinrichtung lie fert präzise Werte der Oberflächengeometrie des Schüttgutes auf dem Förderband. Vorteilhaft ist dabei, daß es möglich ist, die Füllhöhe sowohl an einzelnen Punkten als auch die gesamte Oberflächengeometrie zu messen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Dichtemeßeinrichtung eine Strahlenquelle und einen Strahlenempfänger auf, die derart auf gegenüberliegenden Sei ten des Förderbandes angeordnet sind, daß die Strahlung, die die Strahlenquelle aussendet, auf den Empfänger trifft und vor Auftreffen auf dem Empfänger das Schüttgut insbesondere senkrecht zur Bewegungsebene des Schüttgutes durchdringt. Als Strahlenquelle haben sich Gammastrahler, insbesondere Cs¹³⁷- bzw. Ko⁶⁰-Strahler bewährt. Die Verwendung von Gammastrahlern ist besonders vorteilhaft, da die Absorption von Gammastrah lung nur von der Strahlenenergie abhängig ist, jedoch unab hängig von der Zusammensetzung des durchdrungenen Mediums.

Weitere Vorteile und erfindungsgemäße Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Un teransprüchen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 die prinzipielle Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Bandwaage,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Bandwaage,

Fig. 3 eine über einem Bandförderer angeordnete Füllhöhen meßeinrichtung,

Fig. 4 ein gemessenes Oberflächenprofil und

Fig. 5 einen Oberflächenprofilscanner und dessen Meßpunkte zur Oberflächenabtastung.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Arbeitsweise der erfindungsgemä ßen, berührungslos arbeitenden Bandwaage zur Messung des Mas sestroms oder der geförderten Masse eines Schüttgutes 21 auf einem Förderband 20. Die erfindungsgemäße Bandwaage weist eine Füllhöhenmeßeinrichtung 22 sowie eine Dichtemeßeinrich tung auf. Die Dichtemeßeinrichtung weist eine Strahlenquelle 24 und einen Strahlenempfänger 25 auf. Die von der Strah lungsquelle ausgesandte und vom Strahlenempfänger 24 empfan gene Strahlung durchdringt Förderband 20 und Schüttgut 21. Zur Auswertung sind die Füllhöhenmeßeinrichtung 22 und die Dichtemeßeinrichtung mit einer Auswerteeinheit 23 verbunden. Eine Auswertung kann jedoch auch in der Dichtemeßeinrichtung oder in der Füllhöhenmeßeinrichtung 22 erfolgen. Die daten technische Verbindung zwischen Dichtemeßeinrichtung, Füllhö henmeßeinrichtung und Auswerteeinheit 23 kann über ein Bus-System oder über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen erfolgen.

Fig. 2 zeigt ein besonders geeignetes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bandwaage. Dabei entsprechen die Bezugszei chen 20 bis 26 den Bezugszeichen aus Fig. 1. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 sind Füllhöhenmeßeinrichtung 22 und Dichtemeßeinrichtung hintereinander angeordnet.

Fig. 3 zeigt die Schrägansicht eines Laser Entfernungsprofil scanners. Das Förderband 10 läuft in einem aus den Stützrollen 11 gebildeten Bett in dem das Schüttgut 15 trans portiert wird. Die Meßstrahlen 12 und 13 bilden die seitliche Begrenzung des genutzten Winkelbereiches für den Schwenkbe reich. Die Querschnittsfläche 16 ergibt sich aus dem Leerpro fil 17 und dem Förderbandprofil 18 (Fig. 4).

Fig. 5 zeigt, wie die Oberfläche kontinuierlich abgetastet wird. Die Profile 18, 18.1, 18.2, . . . stellen (zur Verdeutli chung stark verzerrt) die bereits gemessenen Profile dar, die sich aufgrund der Bandgeschwindigkeit von der Meßstelle wegbewegen. Mit einem Geschwindigkeitsmesser 19 wird die Bandgeschwindigkeit detektiert und einem Rechner zugeführt. Zur Inbetriebnahme ist der Laser-Entfernungsprofilscanner mittels eines Handbediengerätes parametrierbar. Die zu den Meßstrahlen 12 und 13 gehörigen Winkel werden als solche ge kennzeichnet gespeichert. Ebenso wird das Leerprofil gespeichert.

Durch kontinuierliche Abtastung der Schüttgutoberfläche auf Bandfördergeräten mit einem Laser-Entfernungsprofilscanner wird die Querschnittsfläche des Schüttgutes ermittelt, indem der Meßstrahl quer zur Lauffläche abgelenkt wird und durch Puls-Laufzeitmessungen in schneller Folge ein Meßprofil er mittelt. Durch Vergleich dieses Meßprofils mit einem vorher ermittelten Meßprofil des leeren Bandes läßt sich die Quer schnittsfläche berechnen.

Durch Kombination mit der Bandgeschwindigkeit - entweder fest parametriert bei konstanter Bandgeschwindigkeit oder über Ta chometer o. a. erfaßt - läßt sich das Volumen und der Volu menstrom ermitteln.

Ein oder mehrere Meßwerte können genutzt werden, um die Höhe des Schüttgutes über einem bestimmten Punkt des Bandes zu be schreiben.

Eine radioaktive Strahlung, die ein Material durchdringt, wird gemäß folgender Gleichung geschwächt:

I = I₀ · e^-µ ^ρ ^d

Dabei sind
T₀ die eingestrahlte Intensität
µ der Absorptionskoeffizient
ρ die Dichte
d die Dicke des durchstrahlten Materials.

Der Absorptionskoeffizient µ ist sowohl von der Energie der Strahlung als auch von der Zusammensetzung des Materials ab hängig. Die Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung ver schwindet weitgehend bei Einsatz von hohen Strahlenenergien (Gamma-Strahler). Bei Einsatz von bestimmten Strahlungsquel len (z. B. Cs¹³⁷ oder Ko⁶⁰) läßt sich somit eine Messung durchführen, die als Ergebnis

ρ · d = In(I/I₀)/µ

liefert mit µ = const.

Die Dicke d des durchstrahlten Materials im Erfassungsbereich des Strahlendetektors wird separat erfaßt (s. o.). Die Bestim mung der Masse bzw. des Massestromes erfolgt durch Kombina tion beider Verfahren.

m = In(I/I₀)/µ) · V/d
dm/dt=In(I/I₀)/µ) · (dV/dt)/d

Dabei sind
m die Masse
dm/dt der Massestrom
V das Volumen
dV/dt der Volumenstrom.

Die Erfassung von ρ · d des Materials (entsprechend Fig. 2) erfolgt aufbaubedingt zeitversetzt zur Höhenmessung d. Deshalb ist es erforderlich, die Werte in einen Zwischenspeicher abzulegen, um diese abhängig von Bandgeschwindigkeit und Entfernung der Sensoren voneinander zeitrichtig zu verknüpfen. Der Zeitversatz zur Volumenmessung kann damit ebenfalls berücksichtigt werden. Bei Wechsel der Anordnung der Sensoren müßten entsprechend die Meßwerte von Höhe, Volumen und Volumenstrom zwischengespeichert werden, um die richtige Zuordnung zu gewährleisten.

Bei anlaufendem bzw. auslaufendem Band kann ein (gemittelter) Wert der Dichte zur Berechnung der Masse herangezogen werden. Die Laufmeldung des Bandes wird dazu dem Meßsystem von der Steuerung des Bandes zu Verfügung gestellt.

Die erforderliche Mindestbelegung des Bandes, die zur Akti vierung des Meßsystems führen soll, kann von beiden Meßwerten abhängig gemacht werden.

Claims

1. Meßeinrichtung zur Verwendung als Bandwaage zum berüh rungslosen Messen des Massenstroms oder der geförderten Masse von Schüttgütern, insbesondere von Rohstoffen, wie z. B. Kohle, Erz oder Kies, oder von aufbereiteten Rohmaterialien, wie z. B. Pellets, die auf einem Förderband oder einer för derbandähnlichen Einrichtung transportiert werden, wobei die Waage zumindest eine Füllhöhenmeßeinrichtung zur berüh rungslosen Bestimmung der Füllhöhe des auf dem Förderband transportierten Materials sowie zumindest eine Dichtemeßein richtung zur berührungslosen Bestimmung der Dichte des auf dem Förderband transportierten Materials bzw. zur Bestimmung der einer nur von der Dichte des auf dem Förderband transpor tierten Materials abhängigen Größe aufweist und wobei die Waage den Massenstrom des auf dem Förderband transportierten Materials aus der Füllhöhe des auf dem Förderband trans portierten Materials, aus der Dichte des auf dem Förderband transportierten Materials bzw. einer nur von der Dichte des auf dem Förderband transportierten Materials abhängigen Größe, aus der Querschnittsgeometrie des Förderbandes und aus der Geschwindigkeit dem Förderbandes bestimmend ausgebildet ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllhöhenmeßeinrichtung als Abstandsmeßeinrichtung zum Messen des Abstandes der Meßeinrichtung zur Oberfläche des Schüttgutes ausgebildet ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmeßeinrichtung ein Profilscanner ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilscanner ein Laserentfernungsprofilscanner mit einer Strahlschwenkeinrichtung ist, wobei der Laserstrahl mittels der Schwenkeinrichtung periodisch über das Fördergut geschwenkt wird.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtemeßeinrichtung eine Strahlenquelle und einen Strahlenempfänger aufweist, die derart auf gegenüberliegenden Seiten des Förderbandes angeordnet sind, daß die Strahlung, die die Strahlenquelle aussendet, auf den Empfänger trifft und vor Auftreffen auf den Empfänger das Schüttgut, insbesondere senkrecht zur Bewegungsebene des Schüttgutes, durchdringt.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle Strahlung hoher Energie, insbesondere Gammastrahlung, aussendend ausgebildet ist.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle als Cs¹³⁷- oder Ko⁶⁰-Strahler ausge bildet ist.

8. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Förderbandes, insbesondere einen Tacho, aufweist.

9. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Auswerteeinheit zur Bestimmung des Massestromes aus der von der Füllhöhenmeßeinrichtung und der Dichtemeß einrichtung gelieferten Werten aufweist.

10. Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllhöhenmeßeinrichtung die Füllhöhe in dem Punkt des Schüttgutes - ggf. zeitverzögert - bestimmend ausgebildet ist, der von dem Strahl zwischen Strahlenquelle und Strah lempfänger durchdrungen wird.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie

- aus der Füllhöhe des Schüttgutes in dem Punkt, der von der Strahlung zwischen Strahlenquelle und Strahlenempfänger durchdrungen wird und der Absorption der Strahlung die Dichte des Schüttgutes bestimmend ausgebildet ist,
- aus dem mittels der Füllhöhenmeßeinrichtung ermitteltem Oberflächenprofils des Schüttgutes und den geometrischen Abmessungen des Förderbandes das Volumen des Schüttgutes ermittelnd ausgebildet ist und
- aus der Dichte, aus dem Volumen und aus der Geschwindigkeit des Förderbandes den Massestrom bzw. die geförderte Masse ermittelnd ausgebildet ist.

12. Meßeinrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit als Einchiprechner, z. B. als Mikrokontroller oder als Mehrchiprechner, insbesondere als Einplatinenrechner oder als Automatisierungsgerät, ausgebildet ist.

13. Meßeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Automatisierungsgerät als steuerprogrammierbare Steuerung, als VME-Bussystem oder als Industrie-PC ausgebil det ist.