DE2218458A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung und messung eines materialflusses - Google Patents

Description

ZELLL=NTlN u. LUYKEN

■.. 8Ü00 München 22
Zweibrückenstr. 6

Fielden Electronics Limited GB 722?

Manchester M22 4- TX, Lancashire 17. April 1972

Groß-Britannien L/Br

Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung und Messung eines Materialflusses

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren uad Vorrichtungen zur Feststellung und Messung eines Flusses tob, Material, das

zur Klasse der elektrischen Isolatoren gehört, beispielsweise festen Partikeln in einem nichtkontinuierliehen Strom, in einem pneumatischen Förderer.

Die Erfindung beiieht sich auch auf die Feststellung und Messung des Durchlusses elektrisch leitender Flüssigkeiten und Mischungen solcher Flüssigkeiten mit Feststoffen, Gasen und anderen Flüssigkeiten. Venn im Text nichts anderes gesagt wird, werden alle diese Substanzen und Mischungen nachstehend als Flude bezeichnet.,

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung beschränkt sich auf turbulente Strömungen, in.denen der mittleren Durchflußgeschwindigkeit vektoriell weitere Geschwindigkeiten, die sich

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aus der Turbulenz ergeben, überlagert sind, so daß jede Charakterisierung des strömenden Materials keine gleichmäßige Verteilung über die Durchflußleitung ergibt, sondern es ergibt sich eine variierende Größe über einer Mittelgröße.

Es sind schon andere Flußd*ektoren verwendet worden, die die Veränderungen, die sich aus der Turbulenz ergaben, feststellten} aber die festgestellten Veränderungscharakteristiken waren in einigen Fällen ungenügend. Beispielsweise liegt, wenn Veränderungen in der elektrischen Kapazität gemessen wurde, der Duuhfluß größerer Pellets aus Material niedriger Polarisierbarkeit (permettivity) oft unterhalb des Meßbereiches dieser Detektoren, so daß kein Durchfluß angezeigt wird, wenn tatsächlich ein geringer Durchfluß erfolgt,

Untersuchungen haben ergeben, daß diese Pellets aus Material geringer Polarisierbarkeit eine beträchtliche elektrostatische Ladung aufnehmen und es ist bekannt, daß solche Aufladungen in Übergabesystemen brennbarer Flüssigkeiten und Gase ι auftreten können und Explosionen hervorgerufen haben»

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Veränderungen in der elektrostatischen Aufladung in einem Materialfluß zur Feststellung dieses Materialflueses zu verwenden.

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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Feststellung und/oder Hessung des Durchflusses einer Finde in einem Fördersystem angegeben, die eine gegenüber dem übrigen Teil der Förderleitung isolierte Kollektorplatte enthält und in bezug auf diese so angeordnet ist, daß ein Potential in der Kollektorplatte,das von der elektrostatischen Aufladung der strömenden Flude herrührt, induziert wird und es sind Sigmlbildner vorgesehen, die ein Signal bilden, welches für die Veränderung der elektrostatischen Aufladung in der strömenden Flude repräsentativ ist.

Das gleichgerichtete Analogsignal dieser Veränderung gegenüber der mittleren Aufladung kann integrier-t werden., um eine laseige der mittleren Aufladung un cL damit des mittleren Burehflusses während der Dauer der Integration zu liefern.

Jede Masseneinheit der Flude mit der gleichen Zusammensetzung, wenn die Flude eine Mischung ist, wird ähnlich aufgeladen, wenn sie unter ähnlichen Bedingungen strömt und lang genug allen Zufallsveränderungen ausgesetzt ist. Wenn diese geladenen Massen™ einheiten an einer vorgegebenen Stelle der Durchflußleitung elektrostatisch mit einem elektrischen Kondensator in Wechselwirkung treten, verteilen sich die Ladungen über die miteinander verbundenen Kondensatoren nach den Gesetzen der Elektrostatik- .

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Wenn zu einer Zeit t_Qx Teilchen auf yKV aufgeladen werden und in Wechselwirkung treten und zur Zeit t,- x+n Teilchen, die auf yKV aufgeladen werden, in Wechselwirkung treten, hat sich in der Zeit von t_Q "bis t. die Kopplungskapazität im Verhältnis von -^ geändert. Da die Spannungen in allen Teilchen die gleichen sind, liefert eine Kapazität, die in Reihe mit der variablen Kapazität geschaltet wird, eine im Verhältnis von erhöhte Spannung, wenn die zweite Kapazität sehr viel

ac + η
χ

größer als die erste ist.

Wenn nun die Differenzgeschwindigkeit, die sich aus der Turbulenz ergibt, eine Zusammenballung von Masseneinheiten ergibt, die.durch diesen Kopplungsbereich des zweiten Kondensators laufen, dann ergibt sich an diesem Kondensator eine sich ändernde Spannung.

Die Zusammenballung der Masseneinheiten ist nicht der einzige Grund für eine Spannungsänderung an diesem zweiten Kondensator. Beispielsweise wird, selbst wenn der mittlere Massenfluß konstant ist, d.h. wenn er konstant gehalten wird, die Spannung absinken, werm irgendein Leckweg vorhanden ist, und da es nahezu unmöglich ist, Lecksu zu vermeiden, ist es erforderlich, das Meßspektrum zu beschränken, um die langsamen Veränderungen, die durch tLeckß., und insbesondere unkontrolliert sich verändernde Lecks hervorgerufen sind, auszuschalten. Ein anderer Grund für die Auswahl der Veränderungen, die oberhalb einer Minimalfrequenz

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liegen, "besteht darin, daß "beim Aufhören des Durchflusses die Spannung fortbestehen würde und einen Durchfluß repräsentieren würde und daß die Ansprechgeschwindigkeit auf Durchflußänderungen unzulässig niedrig sein würde. Bei der vorliegenden Erfindung werden daher die langsamen Veränderungen der gemessenen Spannungen, die durch andere Faktoren ale durch eine Änderung des Durchflusses hervorgerufen werden können, eliminiert und nur die Veränderungen der Spannungen "berücksichtigt, die mit größerer Geschwindigkeit auftreten und auf Paktoren zurückzuführen sind, die dem mittleren Durchfjiluß proportional sind.

Nach der vorliegenden Erfindung wird die erhaltene Wechselspannung in einem beschränkten Frequenzband einer Amplitudenvergleiche schaltung zugeführt, um das Vorhandensein oder Ficht-Vorhandensein eines Materialflusses oberhalb eines vorgegebenen Sollwertes anzuzeigen.

Weiterhin wird die erhaltene Wechselspannung in einem begrenzten Frequenzband mit konstanter Verstärkung verstärkt, gleichgerichtet und über einen Zeitraum integriert, der von der gewünschten Information abhängt und dann als ein Haß des mittleren Durchflusses in dem gewählten Integrationsintervall angezeigt.

Vorteilhaft wird auch eine zweite Wechselspannung mit einem btechränkttn Frequenzband von einem Kopplungsbereioh, der tine bestimmte Entfernung stromabwärts von dor Bildung der

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ersten Wechselspannung gebildet wird, zeitlich mit der ersten Spannung kreuzkorreliert und eine Verzögerungszeit für den maximalen Korrelationskoeffizienten ermittelt und diese Verzögerungszeit wird zur Bestimmung des Flusses zwischen den beiden Kopplungsbereichen verwendet.

Wenn ein konstanter Durchfluß aufrechterhalten wird und die Spannung, auf die die einzelnen Masseneinjjieiten aufgeladen werden, von ihrem Feuchtigkeitsgehalt abhängt, ist die Anzeige nach Verstärkung, Gleichrichtung und Integration repräsentativ fun den Feuchtigkeitsgehalt der Masse.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen ist

Fig. 1 ein· schematische Barstellung einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zur Feststellung des Vorhandenseins eines Flusses elektrisch leitenden Materials oder elektrisch leitender Materialien

Fig. 2 die äquivalent· Schaltungsanordnung der Kopplung mit

der elektrostatischen Aufladung und Filterung nach' der vorliegenden Erfindung

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach der Erfindung sur Anzeige eines Mansenflusses

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Fig. 4- das Schaltbild eines Verstärkers, wie er bei den Vorrichtungen von Pig. 1 bis 3 verwendet wird

Fig. 5 ein Schaltbild einer Vergleichstriggeranordnung, wie sie in Fig. 1 verwendet wist

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung des Volumenflusses in einem Fördersystem nach der vorliegenden Erfindung

Fig. 7 eine grafische Darstellung von typischen Ausgangssignalen der Kollektorplatten und

Fig. 8 eine grafische Darstellung einer typischen Kreuzkorrelationsfunktion.

Bei dem in Pig. 1 dargestelltes ÄucfüsEüiigsbeispiel besitzt der Förderer eine röhrförmige Wand 1, von der ein iEeil entfernt ist, so daß eine halbzylindrische öffnung entsteht. In dieser Öffnung ist eine Kollektorplatte 2, die der inneren Kontur der Wand 1 entspricht, angeordnet, wobei die Abmessungen der Platte 2 so gewählt sind, daß zwischen ihr und der Wand 1 ein Spalt, der normalerweise größer als 2 mm ist, verbleibt, welcher mit einem geeigneten dielektrischen Material 3 ausgefüllt ist, um die Platte 2 gegen die Wand 1 elektrisch zu isolieren, wenn die Wand aus leitendem Material besteht.

Wenn während des Durchflusses aufgeladene Massenteilchen an der Kollektorplatte 2 vorbeilaufen, treten sie mit der Platte 2

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in Wechselwirkung, die zur Bildung eines Kondenaetors virtuell auf Erdpotential liegt. Die Durchflußgeschwindigkeit ist normalerweise so groß, daß Turbulenz auftritt, so daß sich die Zahl der Masseneinheiten, die mit der Platte 2 in Wechselwirkung treten, ändert. Als Ergebnis der Kopplung der elektrostatischen Ladung mit der Kollektorplatte 2 über das Äquivalent eines kleinen veränderlichen Kondensators liegt die Kollektorplatte auf einem Potential, das direkt proportional der Massen ist, die mit ihr in Wechselwirkung sind. Die Größe der auf die Turbulenz zurückzuführenden Spannungsveränderung liegt normalerweise bei 30% des Mittelwertes.

Das an der Kollektorplatte 2 induzierte Signal wird zu einem Wechselspannungsverstärker geleitet, der ein vorgegebenes Durchlaßband besitzt, beispielsweise von 5 bis 1000 Hz. Das verstärkte Signal wird in einem Gleichrichter 6 gleichgerichtet und in einer Glättungsschaltet 7 geglättet, die eine geeignete Zeitkonstante von beispielsweise 1 bis 10 sek besitzt. Das geglättete Ausgangssignal, welches ein Maß für das Mittel der Abweichungen ist, die sich aus der nichtgleichförmigen Verteilung der geladenen Massen arider Kollektorplatte 2 ergeben, wird zu einem Schmiittrigger 8 geleitet. Wenn das geglättete Signal oberhalb eines vorgegebenen Wertes ist, bleibt der Trigger 8 in einem Zustand, in dem er kein Alarmsignal liefert, wenn jedoch das Signal unter einen vorgegebenen Wert abfällt, ändert der Trigger seinen Zustand und Alarm wird ausgelöst, der anzeigt, daß wenig oder

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kein Durchfluß im Förderer ist, was entweder auf eine Verstopfung stromabwärts oder auf fehlende Zuspeisung stromaufwärts zurückzuführen sein kann.

In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild dargestellt, das auch die Einrichtung zur Kopplung der an jeder Masseneinheit, erzeugten elektrostatischen Aufladung mit der Kopplungsplatte in dem Förderer zeigt. Der Gleichspannungsgenerator V1 repräsentiert die Spannung, auf die alle Massen aufgeladen werden. Die Spannung V1 ist über eine variable Kapazität 01, welche repräsentativ für die momentane Kapazität, die zwischen den auf die Spannung V1 aufgeladenen Massen und der Kollektorplatte 2 ist, mit der Kollektorplatte 2 gekoppelt, die als eine feste Kapazität C2 mit einem Nebenschlußleckwiderstand R2, der unbestimmt, aber unvermeidlich ist, dargestellt ist. Venn sich die Spannung an der KapeeLtät G2 nicht wesentlich ändert, dann fließt bei einer Änderung der Kapazität 02 ein Strom zu dieser oder aus dieser, um der Gleichung zu genügen Q - CV. Wenn dieser 01 Strom zunächst als Eingang eines Verstärkers A betrachtet wird, tritt eine Änderung der Ausgangespannung V3 auf· Ein proportionaler Teil der Spannung V3 liegt am Kondensator 03 an und die andere Seite des Kondensators 03 ist mit dem Eingangsanschluß des Verstärkers A verbunden. Daher tritt am Kondensator 03 ein Ladeoder Entladestrom auf, bei einer genauen Phasenwahl der Spannung V3 im Verhältnis zur Änderung des Stromes in 01 können die Reihenströme der Kapazität 01 und Kapazität 03 dign Strom bilden

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für unendliche Verstärkung des Verstärkers A oder nahezu den gleichen für eine praktisch/hohe kopplungslose Verstärkung des Verstärkers A. Da der gleiche Strom proportional ,4 01 und auch zu A V3 ist, muß die Ausgangsspannung Δ V3 proportional zu Λ 01 sein, d.h. zu dem Momentanwert,der Massenkopplung mit der Kollektorplatte 2. Die Geschwindigkeit der Änderung von A ^1, über die diese Porportionalität aufrechterhalten wird, wird von Widerständen R4- und R5 überwacht. Bei niedrigen Frequenzen verläuft der Strom von Kondensator 03 zum Widerstand R4-, was «ai.ie untere Grenzfrequenz von "" ergibt und bei hohen ireiiuenzen wird die Stromänderung durch den Widerstand R5 reduziert, was eine höhere Grenzfrequenz

■- ergibt. Der Widerstand H1 stellt die direkte Leitung über den Kopplungsspalt dar und der Strom durch R1 muß im Verhältnis zu dem Strom durch die Kapazität 01 bei der niedrigsten Arbeitsfrequenz klein sein und dies führt zu der Forderung, daß das strömende Gut elektrisch nicht leitend sein sollte. Die Verstärkung des Systems kann durch Wahl der Kapazität 03 und durch das Potentiometer R3 eingestellt werden, wobei die Spannungsrückkopplung zum Kondensator 03 gleich χ ■ θ V3 ist, mit θ der Proportionaleinstellung des Schiebers von R 3 von der Normalspannung aus. Aus dieser Beschreibung ergibt sich, daß, wenn man im Verstärker A eine hohe üückkopplungsfreie Verstärkung wählt, die Spannung an 02 und R3 die Kapazität repräsentiert und der Leckstrom, . r von der Kollektorplatte 2 kann

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sehr klein gehalten werden und damit sind diese Werte nicht kritisch, was die Herstellung und Anwendung der Vorrichtung erleichtert.

Um die Höhe des Flusses zu ermitteln, welche den Zustand des Schmitt-Triggers 8 von Fig. 1 ändert, Isazni das Verhältnis von x/V3 durch Einstellung des Potentiometers S3 geändert werden. Es muß jedoch eine genügende Rückkopplung aufrechterhalten werden, um die Spannung an der Kollektorplatte 2 auf eienm gegenüber der Spannung V3 unbedeutenden liveau zu halten. Dies kann durch Beschräkung auf 0 bis 10 Stufen erreicht werden, wenn gleichzeitig der Wert der Kapazität C3 nicht unter einen vorgegebenen ausreichenden Minimalwert verringert wird.

Die Beschränkung der Meßempfindlichkeit ist durch das Rauschen von anderen Quellen einschließlich dem inneren Häuschen des Verstärkers begrenzt. Äußeres Rauschen kann durch Anordnung des Verstärkers A direkt am Ausgang der Kollektorplatte 2 und durch eine elektrische Abschirmung um diese Kombination herum erreicht werden.

Die Vorrichtung kann, wie in Fig. 3» dazu verwendet werden, eine Massenflußmessung zu liefern. Es wurde erwähnt, wie das Ausgangssignal des Verstärkers 5 proportional zu dem Festkörpergut, das an der Kollektorplatte 2 vorbeiläuft, ist. Diese

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verstärkte Wechselspannung wird gleichgerichtet und einer Glättungsschaltung 7 zugeleitet, welche eine einstellbare Zeitkonstante besitzt. Der Ausgang dieser Glättungsschaltung kann zu elektrischen Anzeigegeräten 10 geleitet werden, welche bei geeigneter Eichung die Menge des den Bereich der Kollektorplatte 2 durchlaufenden Gutes im Mittel über einen Zeitraum anzeigen, der durch die Zeitkonstante der Glättung gegeben ist. Wenn die mittlere Flußgeschwindigkeit konstant gehalten wird, kann die Anzeige direkt in Massenstromein*Lheiten geeicht werden. Die untere Durchlaßfrequenz des Verstärkers 5 sollte niedrig genug sein, um der niedrigsten Frequenz der Konzentationsveränderung der Feststoffe folgen zu können, die beispielsweise von einer pulsierenden Zuspeisung herrühren können, sollte aber gleichzeitig nicht so niedrig sein, daß Veränderungen die auf sich langsam ändernde Umwelteinflüsse, wie Feuchtigkeit zurückzuführen sind, erfaßt werden. Für Meßzwecke kann die Minimalfrequenz so niedrig sein, daß sie bei 1 Hz liegt. Die veränderliche Zeitkonstante der Glättung erlaubt es, daß die Vorrichtung mit einer Ansprechgeschwindigkeit verwendet wird, die über einen für die Zwecke dieser Messung ausreichenden Zeitraum einen Mittelwert liefert.

Das Ausgangssignal zu den Durchflußanzeigegeräten 10, die Fernanzeigegeräte und/oder Aufzeichnungsgeräte sein können, ist ein Gleichstrom der im Bereich von 0 bis 10 mA liegen kann und auch

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- 13 dazu verwendet werden kann, ein Durchflußregelsystem zu speisen.

Die erzeugte elektrische Aufladung steht mit dem Massenfluß der Festkörper in dem Förderer und dem Feuchtigkeitsgehalt der Festkörper in Beziehung. Wenn man davon ausgeht, daß der Feuchtigkeitsgehalt bekannt und konstant ist, ist die Änderung der Anzeige auf eine Änderung des Massenflusses zurückzuführen.

Andererseits ist, wenn der Festkörper^ütrom in einem Fördersystem konstant ist, die erzeugte elektrische Aufladung abhängig vom Feuchtigkeitsgehalt der Festkörper und eine Veränderung der Anzeige ist dann auf Veränderungen des (Feuchtigkeitsgehaltes zurückzuführen.

Das Ausgangssignal vom Verstärker 5 ist charakteristisch für den momentanen Flußverlauf an der Kollektorplatte 2. Wenn eine zweite ähnliche Kollektorplatte und ein zweiter ähnlicher Verstärker stromabwärts angeordnet werden, jedoch nicht so weit, daß sich der Strömungsverlauf völlig verändert hat, dann können die Ausgangssignale der beiden Verstärker bezüglich ihrer Amplitude gegen die Zeit einer Kreuzkorrelation unterworfen werden, wobei eine veränderliche Zeitverzögerung dem Stromaufsignal zugefügt wird. Die Zeitverzögerung, die den maxiwielen Korrelationskoeffizienten ergibt, entspricht dann der mittleren Zeitdauer, die der Strom zwischen den beiden Stellen benötigt.

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Die Entfernung zwischen diesen beiden Stellen geteilt durch die "benötigt die Zeit gibt dann die mittlere Strömungsgeschwindigkeit. Wenn diese mit der Querschnittsfläche des Stromes multipliziert wird, die zwischen den beiden Stellen gleich sein sollte, um den Strömungsverlauf soweit wie möglich zu erhalten, ergibt i> cli dep Volumenfluß.

Fig. 4 ist ein Schaltbild des in Fig. 1 verwendeten Verstärkers 5· Das Signal von der Kollektorplatte 2 gelangt zum Anschluß 11 und von dort zur Steuerelektrode eines !resistors 12, der in Fclgerschaltung angeordnet ist. Das Ausgangssignal dieser Schaltung wird zum Eingang einer integrierten Verstärkereinheit 13 geleitet und deren verstärktes Ausgangssignal erscheint über Widerstände 14 am Ausgangsanschluß 15- Der Widerstand 16 liefert eine Rückkopplung, die nicht frequenzabhängig ist, um aber das Durchlaßband des Verstärkers zu begrenzen, wird von den Widerständen 14, die als Stufenpotentimeter ausgebildet werden, über einen Wählschalter 20 und einen Kondensator 17 in Nebenschluß mit einem Widerstand 18 ■-;·;■ ;ι·> ,a. ■;. um über den Widerstand 19 in der Basisschaltung des Transistors 12 eine frequenzabhängige Rückkopplung hervorzurufen. Der Wählschalter 20 ermöglicht es, den Anteil der frequenzabhängigen Rückkopplung einzustellen und damit die Verstärkung des gesamten Verstärkers.

* ein· zusätzlich· Rückkopplung eingeführt,

309809/1007 ^Bad

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S¹Ig. 5 ist ein Schaltbild des Gleichrichters 6, der Glättungsschaltung 7 und des Schmitt-Triggers 8 von Fig» 1» Das verstärkte Signal von der Kollektorplatte 2 wird zum Anschluß 21 geleitet, von wo aus es durch die Dioden 22 und 23 in Verbindung mit Kondensatoren 24 und 25» die als Diodsnpuape angeordnet sind, gleichgerichtet und integriert wird«, Die· Zeitkonstante der Integration oder Glättung wird durch dis Kapazität des Kondensators 25 und die Widerstandswert der- Widerstände 26 und 27 vorgegeben- , von denen der Widerstand 26 sin Potentiometer mit einem verstellbaren Schleifkontakt 28 ist, der an den Eingaag einer Schmitt-Triggerschaltung und einer mit den Transistoren CDR 1, TR 2 und TR 3 aufgebauten Leistungsverstärkungsschaltuag verbunden ist. Die Einstellung des Gleitkontaktes 28 bestimmt das Signalniveau am Kollektor, bei dem die Schmitt-Triggerschaltung dazu übergeht, daß Relais SLA in der Kollektorschaltung des Transistors TR 3 zu erregen. 1-Jenn ein Durchfluß vorhanden ist, der oberhalb des eingestellten Hiveaas liegt, ist das Relais RLA erregt und die Kontakte rl. gehen von der Stellung "kein Durchfluß" in "Durchfluß" über und die Lampe 29 leuchtet auf. Wenn der Durchfluß unter den eingestellten Grenzwert absinkt, fällt das Relais ab und die Lampe 29 erlischt« Zusätzliche Kontakte r12 und r13 können dazu dienen, eine Fernwarneinrichtung über " Durchfluß" oder "kein Durchfluß" zu betätigen und/oder Veränderungen in dem Fördersystem oder dem Gesamtsystem einschließlich des Fördersysteme vorzunehmen.

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Um eine Stabilität des Niveaus der Triggerspannung des Schmitt-Triggers zu erreichen, wird die zwischen üLrde und Anschluß 30 vorhandene Gleichspannung durch einen Widerstand 31 und eine Zehnerdiode 32 stabilisiert.

Der Volumenfluß einer Flude in einem Fördersystem kann durch die Kreuzkorrekationstechnic gemessen werden.

Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung zur Messung des "VGLumenflusses mit einem Elektrodenpaar, das von der Wand der Leitung 40 und der Elektrode 41 am Punkt A gebildet wird und einem Elektrodenpaar, das von der Wand der Leitung 40 und der Elektrode 42 am Punkt B der Förderleitung 40 gebildet wird. Die Veränderungen der elektrostatischen Aufladung an beiden Elektroden werden durch Verstärker 43 gemessen (welche wie der in Fig. 4 dargestellt Verstärker aufgebaut sein können).'Die Verstärkerausgangssignale werden zu einem Korrelator 44 geleitet.

Die Veränderungen in der elektrostatischen Aufladung, die auf einer Turbulenz in der Flude beruhen, wandern mit im weeeentlichen der gleichen Geschwindigkeit wie die Flude und werden zuerst am Punkt A und dann am Punkt B festgestellt und die hierfür benötige Zeitspanne wird durch Kreuzkorrelation bestimmt.

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Dabei ist aber

Geschwindigkeit' ..Abstand zwischen A und B

"Durchlaufzeit der Störung von A nach B

Völumenfluß -Volumen der Rohrleitung zwischen A und B Durchlaufzeit der Störung von A nach B

Der Verlauf der Ausgangssignale der Elektroden ist in Fig. 7 dargestellt und da der Verlauf zufallsbedingt ist, kann die Verzögerungszeit "c" zwischen den Wellenzügen nicht direkt gemessen werden, sondern es muß ein Kreuzkorrelator verwendet werden, um diese Verzögerung zu messen. Eine typische Korrelationsfunktion ist in Fig. 8 dargestellt. Die der Durchlaufzeit entsprechende Verzögerung wird gefunden, indem das Ausgangssignal n(t) der stromabgelegenen Elektrode mit einer zeitlich verzögerten Version des Ausgangssignals der stromauf gelegenen Elektrode m(t-P) multipliziert wird, wobei eine einstellbare Zeitverzögerung ρ für das Ausgangs signal der stromauf gelegenen Elektrode vorgesehen ist. Das Produkt m(t- β )n(t) wird dann über eine Zeitdauer !E integriert, um einen Mittelwert zu ergeben, welcher die Ereuzkorrelationsfunktion genannt wird. Venn die zeitliche Verzögerung T die der Durchflußzeit entspricht und die zeitliche Verzögerung (3 die der Kreuzkorrelation zugrundeliegt, einander ungleich sind, dann ist der Mittelwert des Produktes gering· Wenn jedoch die zeitliche VerzSgerung die der Durchflußzeit entspricht und die zeitliche Verzögerung der Kreuzkorrelation einander gleich sind, haben die Signale n(t-ß) und

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n(t) die bestmögliche Ähnlichkeit und das mittlere Produkt ihrer Werte ist groß. Daher definiert die Zeitverzögerung die dem Maximalwert der Kreuzkorrelationsfunktion entspricht, wie Fig. 8 zeigt, die Durchlaufzeit, die die Flude von der Stellung A zur Stellung B benötigt. Ein für Durchflußmessungen geeigneter Kreuzkorrelator leitet den Wert,der dieser Zeitverzögerung entspricht, zu einer einfachen Analog- oder Digitalschaltung, welche unter Verwendung der oben gegebenen Gleichungen den Durchfluß der Flude berechnet.

Ein'besonderer Vorteil von Flußmessern mit Kreuzkorrelation besteht darin, daß ihre Eichung primär nur vom Volumen der Rohrleitung abhängt. Eine Eichung der Ausgangssignale der Elektroden ist nicht erforderlich, da nur die zeitliche Verzögerung zwischen diesen für die Flußmessung benötigt wird und diese Verzögerung kann absolut durch den Kreuzkorrelator bestimmt werden. Weitere Vorteile bestehen darin, daß ein Flußmesser mit Kreuzkorrelation linear arbeitet, so daß der Mittelwert eines pulsierenden Stromes gemessen wird. Es gibt nur wenig oder gar keine Hindernisse für den Gut strom und die Wandler selbst Bind einfach anzuordnen und benötigen keine reoeitemäßige Wartung.

Es können spezielle Kreuzkoaoelatoren verwendet werden, um die Korrelationsfunktion z\x berechnen. Die zur Zeit erhältlichen Kreuikorrelatoren sind, da sie für allgemeine Zwecke und nicht

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nur für die Flußmessung vorgesehen sind, relativ teuer. Es kann ein Einkanalkomputer verwendet werden, vorzugsweise wird jedoch ein billiger Spezialkorrelator verwendet.

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Claims (18)

1. iT.'-rii ⁿ2 GB 7227

   ¹ "'' ^£ 17. April 1972

   L/Br

   Patentansprüche

   Λ Vorrichtung zur Feststellung und/oder Messung des Durchflusses einer Flude in einem Fördersystem, gekennzeichnet durch eine an dem übrigen Teil der Förderleitung (1) isolierte Kollektorplatte (2), die relativ zu dieser so angeordnet ist, daß an der Kollektorplatte (2) ein Potential induziert wird, das der elektrostatischen Aufladung in der strömenden Flude entspricht und durch Signalformeinrichtungen (5»6,7)» die ein der Veränderung der elektrostatischen Aufladung in der strömenden Flude entsprechendes Signal liefern.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal einer Alarmschaltung zugespeist ist, die ein Alarmsignal auslöst, wenn die Änderung der elektrostatischen Ladung unter einen vorgegebenen Wert absinkt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal einer Heßeinrichtung zugespeist ist, die die Größe der Änderung der elektrostatischen Ladung und damit die Flußgröße anzeigt.

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4. 4. "Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3» gekennzeichnet durch

   einen Verstärker mit begrenztem Frequenzband zur Verstärkung des Signals.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzband des Verstärkers bei 1 bis 1000" Hz liegt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzband des Verstärkers bei 5 bis 1000 Hz liegt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorplatte (2) an einen Verstärker (5) mit einem begrenzten Frequenzband angeschlossen ist, dessen Ausgang mit einem Gleich- ■ richter (6) zur Gleichrichtung des Verstärkeraüsgangssignals verbunden ist, dessen Ausgang wiederum mit einer Integrationsschaltung (7) zur Integrierung des gleichgerichteten Ausgangs-

   * signals während einer vorgegebenen Zeitdauer und daß der Ausgang der Integrations schaltung mit einer Durchflußanzeigeuvorrichtungf//⁰/ verbunden ist. * verbunden ist
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorplatte (2) mit einem Verstärker (5) mit begrenztem Frequenzband verbunden ist, dessen Ausgang wiederum an einen Gleichrichter (6) zur Gleichrichtung des Verstärkersignals angeschlossen ist, der aeneraeita mit einer Integrationeechaltung zur Integration des gleichgerichteten Ausgangseignmla verbunden

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   ist und daß der Ausgang der Integrationsschaltung (7) mit einer Schmitt-Triggerschaltung (8) verbunden ist, welche eine Alarmvorrichtung steuert, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Durchflusses bestimmter "Größe^s anzeigt.
9. 9. Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit des Durchflusses zwischen einem stromauf- und einem stromabgelegenen Bereich ., gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei Vorrichtungen nach Anspruch 1, wobei die Kollektorplatten in den betreffenden Bereichen angeordnet sind und da» Signal von der stromauf gelegenen Kollektorplatte einem Verzögerungsglied mit veränderbarer \'evzögerung zugeleitet wird und das Ausgangssignal dieser Verzögerungseinheit mit dem Signal der stromab gelegenen Kollektorplatte in Kreuzkorrelation gebracht wird, wobei die Größe der zeitlichen Verzögerung,bei der sich eine maximale Kreuzkorrelation ergibt, zur Berechnung der Geschwindigkeit des Durchflusses zwischen den beiden Bereichen benutzt wird.
10. 10. Verfahren zur Feststellung und Messung des Flusses einer Flude in einem Fördersystem, dadurch gekennzeichnet, daß im Fördersystem eine Kollektorplatte derart angeordnet ist, daß an der Platte ein Potential induziert wird, das der elektrostatischen Aufladung in der strömenden Flude entspricht und daß daraus ein Signal gebildet wird, welches der Veränderung der elektrostatischen Ladung in der strömenden Flude entspricht.

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11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Signal mit einem Bezugssignal verglichen und eine Anzeige gemacht wird, ob dieses Signal oberhalb oder unterhalb des
    Bezugsignalniveaus liegt.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Signal zu einer Meßvorrichtung zur Anzeige der Größe
    der Veränderung und damit der Flußgröße geleitet wird.
13. 13· Verfahren nach Anspruch 10,11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal in einem Verstärker mit begrenztem Frequenzband verstärkt wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbandbereich 1 bis 1000 Hz beträgt.
15. 15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbandbereich 5 bis 1000 Hz beträgt.
16. 16. Verfahren n_ach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
    das Signal in einem begrenzten Frequenzband verstärkt und
    das Ausgangssignal des Verstärkers gleichgerichtet und über eine vorgegebene Zeitdauer integriert wird.

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17. 17· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal in einem begrenzten Frequenzband verstärkt und das Ausgangssignal des Verstärkers gleichgerichtet,über eine vorgegebene Zeitdauer integriert und einer Schmitt-Triggerschaltung zugeleitet wird, welche eine Alarmeinrichtung steuert, die- das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Durchflusses vorgegebener Größe anzeigt.
18. 18. Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Gutstromes zwischen einem stromauf und stromab gelegenen Bereich, wobei in Jedem Bereich eine Kollektorplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der stromauf gelegenene Kollektorplatte nach einer zeitlichen Verzögerung mit dem Signal der stromab gelegenen Platte in Kreuzkorrelation gebracht wird und daß die für maximale Kreuzkorrelation benötigte Verzögerung zur Berechnung der Geschwindigkeit des Flusses zwischen den beiden Bereichen verwendet wird.

    19* err iekonstant gehaltenen Strom einer Flude in einem FördjWsystem, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des FftriCer syst ems eine Kollektorplatte so angeordnet wird^-äaß in ihr ein Potential induziert wird, das dep? b^Äkfrostatisehen Ladung in der strömenden Fludejwrtfspricht und daß daraus ein den Veränderungen inkier elektrostatischen Ladung entsprechendes Signal

    309809/1007 Oeandert gemäß Eingabe

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