DE2307029A1

DE2307029A1 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE2307029A1
Application number: DE2307029A
Authority: DE
Inventors: Bryan Oliver Shepherd
Original assignee: Portasilo Research Ltd
Current assignee: Portasilo Research Ltd
Priority date: 1972-02-17
Filing date: 1973-02-13
Publication date: 1973-12-20
Also published as: FR2172211A1; BE795363A; DE2307029B2; US3948088A; GB1366809A; IT988123B; SE395957B; NL7302116A; FR2172211B1; CA987696A

Description

Dipl.-lng. Heinz Lesser, Patentanwalt D —8 München 81, Cosimostroße 81 · Telefon: (C811) 95 38 20

Portasilo Research Ltd.

Groveley Road 2307029

Christchurch

Hampshire / England L 9982 /L/ho.

Messvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Änderungen einer Dimension eines räumlichen Gebildes, hervorgerufen durch Veränderungen der Druck- oder Spannungskräfte, die auf das Gebilde einwirken, und vorzugsweise auf eine Vorrichtung zur Gewichtsbestimmung des Inhaltes eines Schüttgut-Behälters.

Es sind schon verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um das Gewicht des Inhaltes eines solchen Behälters, z.B. eines Silos, zu bestimmen. Eines dieser Verfahren erfordert ein Aufschneiden jedes Silofusses in einer Querebene zu der Längsachse des Fusses, wobei eine elektrische Belastungszelle zwischen die beiden Teile jedes Fusses eingesetzt wird. Damit die oberen Teile der Füsse nicht von den unteren Teilen der Füsse wegrutschen können, sind Klammern vorgesehen, die der relativen seitlichen Bewegung der oberen und unteren Teile der Füsse entgegenwirken und die zulassen, dass das volle Gewicht des Silos auf die Belcdbungszellen übertragen wird.Wenn sich das Gewicht des Siloinhaltes ändert, ändert sich auch der elektrische Widerstand der Belastungszellen, das Gewicht des Siloinhaltes kann also gemessen werden. Es ist ersichtlich, dass die Belastungszellen nicht fest an den Füssen festgelegt sind, wenn der Silo voll ist.

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Ein anderes Verfahren zur Gewi ortsbestimmung des Inhaltes eines Silos fusst auf der Reflektion von Ultraschallwellen an der Oberfläche des Inhaltes. Während dieses Verfahren ! für Flüssigkeiten und einige feste Materialien verwendet I werden kann, genügt es den zu stellenden Anforderungen nicht, wenn das Gewicht von Materialien zu bestimmen ist, die einer Volumenreduzierung durch Zusammendrücken unterliegen.

Das Problem bei dieser Gewichtsbestimmung zusammendrückbarer Materialien ist dadurch teilweise ausgeschaltet worden, dass eine Gammastrahlenquelle am Boden des Silos und ein j

ι Gammastrahlen-Detektor am oberen Ende des Silos angeordnet j

wurde. Die Strahlungsintensität, die den Detektor erreicht, ' ist eine Inter-alia-Funktion der Dichte des Materials, so j dass das Gewicht des Materials aus dieser Funktion ermittelt v/erden kann. Jedoch müssen strenge Sicherheitsmassnahmen ergriffen werden, wenn eine solche Quelle verwendet wird und bei manchen Verfahren ist die Verwendung von Gamm^trahlen auch durch Gesetz verboten, z.B. bei der Lebensmittelverarbeitung.

Dem Grundgedanken nach beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Messen der Änderungen einer Dimension eines räumlichen Gebildes, hervorgerufen durch Druck-oder Spannungskräfte, die auf das Gebilde einwirken.

Demgemäss sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der Änderungen einer Dimension eines strukturellen Teiles vor, hervorgerufen durch Druck- oder Spannungskräfte, die auf das Gebilde einwirken, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein verlängertes Teil enthält, welches an einem Ende des Gebildes befestigt oder angrenzend daran gehalten ist und sich in der Richtung erstreckt, in welcher die Änderung gemessen werden soll, ferner ist ein Positions-Detektor bekannter Art an dem räumlichen Gebilde festgehalten und angrenzend an das freie Ende des verlängerten Teiles gehalten ,

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wobei der Linearkoeffizient der Wärmeausdehnung des verlängerten Teiles und des räumlichen Gebildes in der erwähnten Richtung gleich ist und die Anordnung derart getroffen ist, dass, wenn sie benutzt wird, wenn also eine Kraft auf das räumliche Gebilde einwirkt, und sich in der erwähnten Richtung ändert, überträgt der Positions-Detektor ein Signal, welches eine Funktion der Abstandsänderung zwischen dem freien Ende des verlängerten Teiles und dem Positions-Detektor ist.

Der Positions-Detektor ist vorzugsweise ein linearer Differenz-Übertrager, obwohl andere geeignete Positions-Detektoren wie z.B. mechanische oder Konduktanz-Detektoren, verwendet werden können.

Die Vorrichtung beschränkt sich nicht auf das Messen eines Druckes auf Silo-Füsse entsprechend dom veränderlichen • Silo-Gewichtsinhalt, sie kann auch z.B. zum Messen der Druckänderungen in Brückenträgern in Abhängigkeit von Verkehr verwendet werden, sowie auch für Druckänderungen bei Gebäuden aufgrund z.B. von Strukturschäden.

Gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Messen der Dimensionsänderungen eines räumlichen Gebildes vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es Schritte umfasst, wonach der verlängerte Teil an dem räumlichen Gebilde so festgelegt 'wird, dass seine Längsachse sich in der Richtung erstreckt, in welcher die Änderung gemessen werden soll, und dass ein Positionssensor an dem räumlichen Gebilde angrenzend an das freie Ende des verlängerten Teiles festgelegt wird, wobei der lineare Koeffizient der Wärmeausdehnung des verlängerten Teiles und des räumlichen Gebildes in der erwähnten Richtung gleich ist, so dass, wenn von diesem Positionssensor ein Signal erhalten wird, sich die Abstandsfunktion zwischen dem freien Ende des verlängerten Teiles und dem Positionsindikator ändert, hervorgerufen durch Kräfteänderungen, die auf das räumliche Gebilde

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in der erwähnten Richtung einwirken.

Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung vor, die das Gewicht des Inhaltes eines Schüttgut-Behälters bestimmt, und dadurch gekennzeichnet ist, dass diese Vorrichtung einen Apparat umfasst, sowie ein bekanntes visuelles Anzeigeelement, welches mit dem Positionsdetektor verbunden ist, so dass Inhalts-Gewichts-Abweichungen in dem Behälter aufgrund der Spannungs- oder Druckkräfte in dem räumlichen Gebilde des Behälters auf das Anzeigeelement sichtbar werden durch den Positions-Indikator, wobei das Änzeigeinstrument so geeicht ist, dass das Inhaltsgewicht als eine Funktion der Kompressions-oder Spannungskräfte in dem räumlichen Gebilde sichtbar wird.

Vorrichtungen nach der Erfindung sind alle gleich gut zum Messen des Gewichtes von Feststoffen· und Flüssigkeiten in einem Behälter geeignet. Gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, nämlich bei einem Silo, verwendet eine solche Vorrichtung eine lange Stange, die den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie der Silofuss, wobei ein Ende desselben am Fuss des Silos festgelegt ist. Die Stange erstreckt sich im allgemeinen parallel zu der Längsachse des Fusses.

Ein Positionsdetektor ist an dem Silofuss befestigt, angrenzend an das freie Ende der Stange. Wenn sich das Gewicht des Siloinhaltes verändert, ändert sich auch der Druck in den Füssen. Dadurch wird die Länge der Silofüsse geringfügig verändert. Die Länge der Längenänderungen übertragenden Stange wird jedoch nicht beeinflusst durch die Druckänderung des Fusses und daher ist der relative Abstand zwischen dem freien Ende der Stange und dem Positionsindikator veränderlich aufgrund der Druckänderungs-Funktion und somit auch das Gewicht des Siloinhaltes. Diese Stange und der Silofuss bestehen aus dem gleichen Material, oder wenigstens aus Materialien, die beinahe den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten in dem

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Temperaturbereich aufweisen, in welchem Messungen vorgenommen werden, so dass, wenn sich die Temperatur der Umgebungsluft ändert, sich auch die Temperatur der Stange und des Silofusses ändern, sie dehnen sich um den gleichen Betrag, oder ziehen sich entsprechend zusammen. Eine Isolierhülle ist vorzugsweise um die Stange und den Silofuss vorgesehen, um Zugluft od. dgl. zu verhindern, und Regen, Schnee od. dgl. abzuhalten, so dass sich die Temperatur der Stange nicht von der Temperatur des Silofusses unterscheidet. Weiterhin wird die Stange, oder wenigstens ein Teil derselben, in vorzugsweise leitendem Wärmekontakt mit dem Fuss gehalten.

Die Vorrichtung kann leicht montiert werden, z.B. an einem Puss eines Silos, der schon montiert ist und verwendet wird.

Das. visuelle Anzeige-Instrument wird dann geeicht, indem bekannte Gewichte in den Silo eingefüllt werden, wobei dieses dann entsprechend auf dem Anzeige-Instrument markiert wird.

Viele solcher Silos haben Fassungsvermögen über 300 Tonnen. Diese Silos sind im allgemeinen höher als breit.

So wird während des Beladens, wenn die Oberfläche des Inhaltes! im Silo noch uneben ist, jegliche Differenz zwischen der Kompression jedes Fusses entsprechend der Kompression in jedem Fuss gering sein. Wenn jedoch ein solcher Behälter breiter als seine Höhe ist, oder wenn eine grössere Genauigkeit erforderlich ist, kann eine solche Vorrichtung auch an mehr als an einem Bein vorgesehen sein. Die Druckänderungen in jedem Bein werden dann zusammengezählt, und der Durchschnitt wird zur Inhalts-Gew±htsbestimmung herangezogen. Bei einem Silo mit vier gleich beabstandeten Füssen, kann eine Genauigkeit erzielt werden, wenn eine Vorrichtung jeweils einem Paar von gegenüberliegenden Füssen zugeordnet ist.

Silos oder Schüttgut-Behälter sind im allgemeinen bei

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normalen Arbeitsbedingungen immer nur zwischen 1/4 und3/4 voll. Dies deswegen, damit der Silo niemals vollständig leer oder entsprechend überfüllt ist..

Damit das Anzeigeinstrument der Vorrichtung noch leichter geeicht werden kann, wird vorzugsweise ein Positionsindikator verwendet, der über einen verhältnismässig grossen Bereich ein .Signal übertragen kann, welches im wesentlichen eine Linearfunktion der Abstandsänderungen zwischen dem Positionssensor und dem freien Ende der Stange ist. Ein Linear-Differenz-Ubertrager wird vorzugsweise und vorteilhafterweise für diesen Zweck verwendet. Linear-Spannungs-Differenz-Übertrager der Fa. Penny & Giles Ltd., Mudeford, Christchurch, England, No. PIS 1304, haben sich als zufriedenstellend erwiesen. Dieser übertrager weist den Vorteil auf, dass, wenn man die Dimensionen der Füsse kennt, die den Behälter stützen, das Anzeigeinstrument geeicht werden kann, bevor die Vorrichtung im Gelände des Kunden aufgestellt wird. Da die Druckabweichungen im Silofuss proportional dem Gewicht des Siloinhaltes sind, und da das dem übertrager übermittelte Signal linear ist, ist es nur während der Montage erforderlich, eine Bezugslage für das Instrument festzulegen, wenn z.B. der Silo leer ist, voll oder halb-voll ist.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Teiles der Vorrichtung gemäss der Erfindung, wob^i ein Anzeigeinstrument mit einem Bein des Silos verbunden ist,

Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht von unten, teilweise im Schnitt, eines Teiles nach den Fig. 1 und 2.

Gezeigt wird eine Vorrichtung, die der Bestimmung des Gewicht£

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des Inhaltes eines Schüttgut-Behälters dient. Die Vorrichtung enthält eine verlängerte unbelastete Stange 2, deren unteres Ende 18 an einem der Füsse 1 eines nicht gezeigten Silos festgelegt 1st. Die unbelastete Stange ist vorzugsweise zwischen 45cm und 85cm lang und erstreckt sich im allgemeinen parallel zur Längsachse des Fusses 1. Die unbelastete Stange 2 besteht aus dem gleichen Material wie der Fuss 1 und hat j

auch den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie der Fuss I.

Am freien oberen Ende der Stange 2 ist eine Stange 22 abgesetzt angeschweisst, die sich nach oben durch eine wasserfeste Dichtung 8 hindurch in ein Gehäuse 3 hineinerstreckt. Das Gehäuse 3 ist am Fuss I durch .Schlauchklemmen 14 festgelegt und es ist mit einem Deckel 4 und einer Dichtung 5 versehen, so dass kein Staub in das Gehäuse 3 eindringen kann.

Gemäss Fig. 2 ist ein Anschluss 6 und ein Anschluss 12 am hinteren Teil des Gehäuses 3 festgelegt. Ein Positionssensor in Form eines Hnear-Differenz-übertragers 11 bekannter Art ist angrenzend an das freie Ende der Stange 22 auf einer ί verschiebbaren Konsole 7 festgelegt. Das freie Ende der Stange 22 befindet sich in Berührung mit dem Kern 25 des Übertragers j

11. Die Lage des Übertragers 11 kann dadurch geändert werden, ! dass eine Rändelschraube 17 gegenüber dem Gehäuse 3 verdreht wird. Ein Kabel 15 ist durch eine Anschlussverschraubung 13 hindurch in das Gehäuse 3 eingeführt und legt die Spannung einer 12-Volt-Batterie an den Endblock 12. Ein Entlüftungsrohr 9 erstreckt sich vom Gehäuse 3 nach unten.

Wenn eine Last in den Silo eingebracht wird, erhöht sich der Druck auf die Füsse des Silos. Dadurch wird die Länge der Füsse reduziert aufgrund der Belastungsgrössenfunktion. Die Länge der unbelasteten Stange 2 bleibt jedoch von der Last unbeeinflusst, und daher bewegen sich dann das freie Ende der Stange 22 und der Linear-Differenz-übertrager 11

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aufeinander zu.

Der Kern des Übertragers 11 wird nach oben bewegt und die Induktanz des Transformators verändert sich derart, dass sich auch das Ausgangssignal des Übertragers als Linearfunktion der Druckänderung des Fusses I des Silos ändert. Das Ausgangssignal wird über ein Relais einem Anzeige-Instrument 23 weitergeleitet.

Wenn die Grosse der Silobeine bekannt ist, ist es möglich, ein Anzeige-Instrument 23 zu eichen, bevor es im Gelände ; des Benutzers installiert wird. Alles, was während der Montage dann noch erforderlich ist, besteht darin, eine Bezugslage j für das Instrument zu bestimmen, z.B. wenn der Silo leer ist,¹

voll oder einen bekannten Gewichtsinhalt hat. Es reicht jedoch für vMe Zwecke aus, zu wissen, ob "der Silo zwischen 1/4 oder 3/4 voll ist und daher kann ein geschätztes Gewicht für den Anfangsinhalt als Bezug für das Anzeige-Instrument genommen werden.

ι Diese Bezugslage kann geändert werden durch entsprechendes ; Verdrehen der Rändelschraube Π, so dass der Übertrager 11

j zur Stange 22 hin oder von dieser weg bewegt wird» |

! j

Die unbelastete Stange 22 und der angrenzende Teil des ■

Fusses 1 sind vorzugsweise von einer Isolierhülle 10 umgeben,; j um die Stange 2 und den Fuss 1 bei im wesentlichen gleicher ' j Temperatur su halten» Es ist ferner ersichtlich, dass die unbelastete Stange 2 als Winkelprofil ausgebildet ist, dessen abgerundeter Flansch 16 in wärmeleitendem Kontakt mit dem Fuss I steht.

Die vorliegende Erfindung sollte so verstanden werden, j dass sie die Verwendung eines nicht-linearen Positionssensors nicht ausschllesst, obwohl schon aufgezeigt worden ist, dass die Eichung des Anzeige-Instrumentes mit einem solchen j Sensor schwierig ist und auch überwacht werden muss, wann die Vorrichtung montiert wird»

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Dipl.-lng. Heinz lesser, Pofer.tcnwolt D-8 München 81, Ccsi:nn;trr.!?c S1 · Teklor.: (0311) 95 3f ?.O

Da die Zusammendrückbarkeit des Fusses des Silos pro Längeneinheit im allgemeinen gering ist, verwendet man vorzugsweise eine so lange unbelastete Stange, wie dies gerade
praktikabel ist.

Auf diese Weise kann z.B. ein 2,4 m langer Silofuss mit
ringförmigem Querschnitt, z.B. um 0,38 mm reduziert v/erden, wenn eine Last von 30 Tonnen in den Silo eingefüllt wird, wohingegen ein Silofuss von einer Länge von 1,2 m bei der gleichen Last nur um 0,19 mm zusammengedrückt wird.

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Claims

Dip!.-!ng. Heir-.z leiser, Patentanwalt D —8 München 81, Cosimastiaße 81 · Telefon: (0811) 95 35 20 - IO - PATENTANSPRÜCHE

1.j Vorrichtung zum Bestimmen der Dimensionsänderungen eines räumlichen Gebildes, hervorgerufen durch Zugoder Druckkräfte, die auf das Gebilde einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen stangenförmigen Teil (2), welcher an oder nahe dem einen Ende (18) des räumlichen Gebildes

(1) festgelegt ist und sich in der Richtung erstreckt, in der die Änderung zu messen ist, sowie einen Positionsdetektor (11) bekannter Art enthält, der an dem Gebilde (1) in der Nähe des freien Endes des stangen-

förmigen Teiles (2) festgelegt ist, dass der lineare j Wärmeausdehnungs-Koeffizient des stangenförmigen Teiles ■

(2) und des räumlichen Gebildes (1) in der erwähnten j Richtung gleich ist und die Anordnung so ausgebildet ist, j dass, wenn die Kraft auf das räumliche Gebilde einwirkt ! und sich in der erwähnten Richtung ändert, der Positions- I detektor ein Signal überträgt, welches eine Funktion ί der Abstandsänderung zwischen dem freien Ende des stangen-: förmigen Teiles (2) und dem Positionsdetektor (1) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsdetektor (11) ein Linear-Differenzübertrager ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der stangenförmige Teil (2) in gutem Wärmekontakt mit dem räumlichen Gebilde (1) steht, um sicherzustellen, dass die Temperatur des stangenförmigen Teiles (2)

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und die des räumlichen Gebildes (1) im wesentlichen gleich ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der stangenförmige Teil (2) und das räumliche Gebilde

(1) in dem Bereich, in dem sich das stangenförmige Teil

(2) erstreckt, von einer Hülle (10) aus Isoliermaterial (lo) umfasst sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Teil (2) zwischen 45cm und 210 cm lang ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansnrüche, dadurch gekennzeichnet, dass das räumliche Gebilde (1) ein Fuss eines Schüttqut-BehMlters ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch S,

dadurch gekennzeichnet, dass der Fuss (1) einen Kreisquerschnitt aufweist und dass das stangenförmige Teil (2) ein Winkelprofii mit einem Flansch (16) ist, der mit dem Fuss in Kontaktberührung steht.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verstellmittel (17), um die Lage des Positions-Detektors (11) gegenüber dem freien Ende des stangenförmigen Teiles ändern zu können.

9. Vorrichtung zum Bestimmen des Gewichtsinhaltes eines Silos,dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Apparat nach den vorher-

i gehenden Ansprüchen und ein visuelles Anzeige-Instrument.

(23) bekannter Art enthält, welches mit dem Positions- j Detektor (11) verbunden ist, so dass die Inhaltsgewichts-· änderungen in dem Schüttgut-Behälter aufgrund von !

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Zug- oder Druckkräften im Fuss (1); des Behälters zum visuellen Anzeige-Instrument (23) durch den Positions-Detektor (11) übertragen werden , wobei das visuelle Anzeige-Instrument (23) so geeicht ist, dass es das Gewicht des Inhaltes als eine Funktion der Druckoder Zugkräfte-Änderungen in dem Fuss (I) angibt.

10.Verfahren zum Messen von Dimensionsänderungen in einem räumlichen Gebilde, gekennzeichnet durch die Schritte: ein stangenförmiger Teil wird an dem räumlichen Gebilde so festgelegt, dass seine Längsachse sich in der Richtung erstreckt, in der die Änderungen gemessen werden sollen, dass ein Positionssensor an dem räumlichen Gebilde in der Nähe des freien Endes des stangenförmigen Teiles festgelegt wird, wobei der lineare Wärmeausdehnungs-Koeffizient des stangenförmigen Teiles und der des räumlichen Gebildes in der erwähnten Richtung gleich ist, und dass vom Positionssensor ein Signal abgegeben wird, welches sich aus der Funktion der Abstandsänderung zwischen dem freien Ende des stangenförmigen Teiles und dem Positions-Indikator, hervorgerufen durch Zug- oder Druckkräfte, die auf das räumliche Gebilde wirken, ergibt.

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