DE2346967C3

DE2346967C3 - Vorrichtung zum Messen der Durchflufimenge eines pulverförmigen oder körnigen Materials

Info

Publication number: DE2346967C3
Application number: DE19732346967
Authority: DE
Inventors: Wulf Ing.(Grad.) 7851 Oetlingen Springhart
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1973-09-18
Filing date: 1973-09-18
Publication date: 1978-11-23
Also published as: DE2346967A1; DE2346967B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Durchflußmenge eines pulverförmiger! oder körnigen Materials mit einer im Fallweg des Materials schräg angeordneten Prallfläche und mit einer Kraftmeßvorrichtung, welche eine Komponente der durch den Aufprallimpuls des Massenstromes auf die Prallfläehe ausgeübten Kraft mißt

Vorrichtungen dieser Art, die beispielsweise aus der DD-PS 80 556 bekannt sind, beruhen auf der Ausnutzung der physikalischen Erscheinung, daß die resultierende Kraft, die von den fallenden Teilchen auf die Prallfläche ausgeübt wird, dem Produkt von Mengendurchfluß mal Geschwindigkeit entspricht Da die Geschwindigkeit wiederum durch die Fallhöhe gegeben ist, erhält man bei konstanter Fallhöhe eine Kraft, die direkt proportional zum Mengendurchfluß ist.

Diese Kraft die senkrecht zu der schräg im Fallweg des Materials angeordneten Prallfläche liegt, kann mit einer geeigneten Kraftmeßvorrichtung gemessen werden. Üblicherweise mißt man entweder die Horizontalkomponente oder die Vertikalkomponente dieser Kraft, beispielsweise mit Hilfe einer Waage. Bei bekannter Fallhöhe und bekanntem Anstellwinkel der Prallfläche kann dann das Ausgangssignal der Kraftmeßvorrichtung direkt zur Anzeige des 'Mengendurchflusses verwendet werden.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art ist die Prallfläche durch eine im Fallweg des Materials angeordnete Prallplatte gebildet, die so groß ist, daß mit Sicherheit alle fallenden Teilchen auf die Prallplatte auftreffen. Dies ist die Ursache für einen systembedingten Meßfehler: Da die Prallplatte schräg im Fallweg des Materials liegt, ist die Fallhöhe der darauf auftreffenden Teilchen verschieden groß, je nachdem, auf welche Stelle der Prallplatte die Teilchen auftreffen. Das Meßergebnis wird also verschieden sein, je nachdem, ob die Teilchen in gleichmäßiger Verteilung auf der ganzen Prallplatte auftreffen, oder ob die Verteilung ungleichförmig ist oder ob die Teilchen in stärkerer Konzentration auf dem einen oder anderen Teil der Prallplatte auf treffen. Diese Möglichkeiten hängen von verschiedenen, nicht leicht zu kontrollierenden Faktoren ab, wie der Beschaffenheit des Materials, der Fördergeschwindigkeit der Fördermenge usw.

Es wurde versucht diesen systembedingten Meßfehler dadurch herabzusetzen, daß Materialführungen vorgesehen werden, die den Materialstrom auf einen bestimmten, eng begrenzten Bereich der Prallplatte leiten. Dadurch ergibt sich der Nachteil, daß der Durchflußquerschnitt stark verkleinert wird, wodurch die Förderkapazität beschränkt und eine Verstopfungsgefahr bei bestimmten Materialien hervorgerufen wird, und daß außerdem die Fallgeschwindigkeit vom Fließverhalten des Materials abhängt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei welcher der durch unterschiedliche Fallhöhen bedingte Meßfehler ohne Einschränkung des Materialstroms weitgehend verringert wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß die Prallfläche durch mehrere schräge Prallplatten gebildet ist die derart fächerförmig auf gleicher Höhe angeordnet sind, daß ihre Projektionen auf die Horizontalebene im wesentlichen eine geschlossene Fläche bedecken.

Bei der nach der Erfindung ausgeführten Vorrichtung können beliebig viele schräge Prallplatten so angeordnet sein, daß sie die gleiche horizontale Projektionsfläche einnehmen wie die einzige Prallplatte bei den bekannten Vorrichtungen, so daß sie jeden beliebig breiten Materialstrom abfangen können. Der maximale Höhenunterschied, in welchem Teilchen auf die Prallplatten auftreffen können, ist aber nunmehr durch die Höhe einer einzelnen Prallplatte bedingt und beträgt somit nur einen Bruchteil des maximalen Höhenunterschiedes, der bei Verwendung einer einzigen Prallplatte besteht Bereits dadurch ergibt sich eine wesentliche Verringerung des möglichen Meßfehlers. Darüber hinaus besteht aber auch eine sehr große Wahrscheinlichkeit dafür, daß bei ungleichmäßiger Verteilung des Teilchenstroms oder starker Konzentrierung des Teilchenstroms auf einen bestimmten Bereich die Teilchen wenigstens über eine Prallplatte verhältnismäßig gleichmäßig verteilt sind, wodurch der mögliche Meßfehler noch weiter herabgesetzt wird.

Die Messung der von dem Massenstrom auf die schrägen Prallplatten ausgeübten Kräfte kann in der gleichen Weise wie bei den bekannten Vorrichtungen erfolgen. Vorzugsweise sind zu diesem Zweck die Prallplatten fest miteinander und mit einer gemeinsamen Kraftmeßvorrichtung verbunden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung bietet ferner die Möglichkeit, die Anordnung der Prallplatten besser an die Eigenschaften des jeweils zu messenden Materials anzupassen. So sind die Prallplatten gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in unterschiedlichen Anstellwinkeln angeordnet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Anstellwinkel der Prallplatten dadurch einstellbar, daß die Prallplatten an einem gemeinsamen Träger schwenkbar gelagert und mit einem Gestänge zur Einstellung des Anstellwinkels verbunden sind.

Schließlich können die Prallplatten mit einem Material beschichtet sein, das an das zu messende Material so angepaßt ist, daß eine Ansatzbildung vermieden wird.

Weitere Vorteile der erfindungsgemälten Lösung bestehen darin, daß keine den Materialstrom verengenden trichterförmigen Querschnittsveränderungen oder Leitbleche, die die Fallgeschwindigkeit unkontrolliert beeinflussen, vorgesehen werden müssen, und daß die Einbauhöhe im wesentlichen auf die genormte Fallhöhe von 500 nys verringert wild, im Gegensatz zuVorrichtungen mit trichterförmigen Materialführungen, die wesentlich mehr Einbauhöhe erfordern.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Meßvorrichtung zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips und

Fig.2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

F i g. 1 zeigt ein körniges oder pulverförmiges Material 1, das beispielsweise auf einem Förderband 2 in der Richtung des Pfeils gefördert wird und dessen Fördermenge gemessen werden soll. Als Beispiel ist angedeutet, daß das Material mit Hilfe eines Zuführungstrichters 3 auf das eine Ende des Förderbandes aufgebracht wird. Vom anderen Ende des Förderbandes 2 fällt das Material 1 frei nach unten, und im Fallweg des Materials ist eine Prallplatte 4 schräg angeordnet, beispielsweise in einem Anstellwinkel von 60°. Das Material 1 fällt mit einer durch die Fallhöhe bedingen Geschwindigkeit auf die schräge Prallplatte auf und gleitet an dieser entlang nach unten. Durch den Aufprall wird auf die Prallplatte 4 eine Kraft F ausgeübt, die senkrecht zu der Prallplatte gerichtet ist und nach dem bekannten Newtonschen Grundgesetz der Dynamik gleich der zeitlichen Änderung des Impulses πι · vist:

F =

,l(wi· υ) m-dv

If

di

■ = m-a.

40

Das Newtonsche Grundgesetz läßt sich auch wie folgt schreiben:

F =

A(mv) dm ν

45

At

dt

In dieser Formel ist Q<=dm/dt der Mengendurchfluß, beispielsweise in kg pro Stunde, und v=fögh ist die allein von der Fallhöhe abhängige Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde. Die aus dem Produkt Q · ν resultierende Kraft Fist also direkt zum Mengendurchfluß proportional, wenn die Fallhöhe h und damit die Geschwindigkeit ν konstant ist

Weitere physikalische Effekte, z. B. elastischer (unelastischer) Stoß, Reflexionsgesetz usw. werden mit der Geschwindigkeit in einem konstanten Faktor C zusammengefaßt, der einfach durch die praktische Eichung ermittelt werden kann, so daß schließlich die folgende Formel erhalten wird:

F= Q_m- C.

Diese Formel bedeutet, daß der Mengendurchfluß Q_m der Aufprallkraft Fdirekt proportional ist. b5

Die Aufprallkraft F kann mit bekannten Kraftmeßeinrichtungen gemessen werden. Üblicherweise mißt man entweder die Vertikalkomponente F% beispielsweise nach dem Prinzip eines Waagebalkens, oder die Horizontalkomponente Fh mit Hilfe einer Drehwaage. Das Ausgangssignal der Kraftmeßvorrichtung kann dann direkt zur Anzeige des Mengendurchflusses verwendet werden.

Aus F i g. 1 ist zu erkennen, daß die vom Förderband 2 fallenden Teilchen des Materials 1 nicht alle in gleicher Höhe auf der Prallplatte 4 auftreffen, sondern über einen größeren Bereich verteilt sind. Wenn angenommen wird, daß die Teilchen zwischen den Punkten A und B auf der Prallplatte 4 auftreffen, so ergibt sich eine kleinste Fallhöhe b_min und eine größte Fallhöhe A„,„, zwischen denen ein Höhenunterschied Ah besteht Solange unterstellt werden kann, daß die Teilchen über diesen Bereich stets gleichmäßig und in gleicher Weise verteilt sind, würde sich eine resultierende Kraft einstellen, die wieder der Durchflußmenge proportional ist; in der Praxis kann aber diese Bedingung nicht erfüllt werden. Je nach der Fördergeschwindigkeit des Förderbandes 2, der Art und Beschaffenheit des Materials 1, der Fördermenge und anderer Faktoren kann es vorkommen, daß die Teilchen innerhalb des Aufprallbereichs ungleichmäßig verteilt sind, so daß je nach Lage des Falles eine größere Menge in der Nähe des Punktes B oder in der Nähe des Punktes A auftrifft oder es kann auch geschehen, daß der Teilchenstrom auf einen kleineren Bereich konzentriert ist der an der einen oder anderen Stelle der Platte liegen kann. In allen diesen Fällen ergeben sich systembedingte Meßfehler.

Diese systembedingten Meßfehler werden mit der Ausbildung gemäß F i g. 2 vermieden. Diese Figur zeigt wieder das körnige oder pulverförmige Material 1, das durch das Förderband 2 gefördert wird, auf das es mit Hilfe eines Zuführungstrichters 3 aufgebracht wird. Anstelle der einzigen Prallplatte 4 von F i g. 1 ist jedoch eine größere Anzahl von Prallplatten 5 vorgesehen, die fächerförmig auf gleicher Höhe derart schräg angeordnet sind, daß ihre Projektionen auf die Horizontalebene eine geschlossene Fläche bedecken, die gleich der Projektion der einzigen Prallplatte 4 von F i g. 1 auf die Horizontalebene ist Dadurch wird erreicht daß mit Sicherheit alle Teilchen des fallenden Materialstroms auf eine der fächerförmig angeordneten Prallplatten 5 auftreffen. Auf jede dieser Prallplatten wird daher eine Teilkraft ausgeübt, die der darauf auftreffenden Durchflußmenge proportional ist, und die Summe dieser Teilkräfte entspricht der gesamten Durchflußmenge. Sie kann beispielsweise dadurch gemessen werden, daß die fächerförmig angeordneten Prallplatten 5 fest mit einem gemeinsamen Träger 6 verbunden sind, an dem die gleiche Kraftmeßvorrichtung wie im Fall von F i g. 1 angreift.

Aus Fig.2 ist ferner zu erkennen, daß der Unterschied Ah zwischen der kleinsten Fallhöhe h_mm und der größten Fallhöhe h_m,_x wesentlich geringer als im Fall von F i g. 1 ist und durch die Höhe einer einzelnen Prallplatte 5 bedingt ist Der durch die unterschiedliche Fallhöhe bedingte Meßfehler· ist daher bereits aufgrund dieser Tatsache wesentlich verringert Eine weitere Verringerung des Meßfehlers ergibt sich jedoch dadurch, daß selbst bei einer sehr ungleichmäßigen Verteilung der Teilchen in dem Materialstrom oder bei einer starken Konzentrierung des Materialstroms auf einen kleinen Bereich, beispielsweise auf eine einzige Prallplatte 5, immer noch eine große Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß die Teilchen wenigstens über eine der Prallplatten 5 einigermaßen gleichmäßig verteilt sind, so daß sich die noch

bestehenden Unterschiede in der Fallhöhe gegenseitig weitgehend ausgleichen.

Die Prallplatten 5 können, wie in F i g. 2 dargestellt ist, im gleichen Anstellwinkel parallel zueinander angeordnet sein. Zur Anpassung an bestimmte Förderverhältnisse ist es aber auch ohne weiteres möglich, die Prallplatten in unterschiedlichen Anstellwinkeln anzuordnen.

Ferner kann der Anstellwinkel der Prallplatten auch einstellbar sein. Zu diesem Zweck können die Prallplatten 5 beispielsweise schwenkbar an dem Trägei 6 gelagert sein, und es kann ein Gestänge vorgeseher sein, mit dem die Prallplatten jalousieartig gemeinsam verschwenkt werden können.

Die Prallplatten können aus Blech bestehen, dessen Oberfläche eine an das zu messende Material angepaßte Beschaffenheit aufweisen kann, beispielsweise eine Beschichtung mit Kunststoff oder dergleichen, die eine Ansatzbildung verhindert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der Durchflußmenge eines pulverförmiger! oder körnigen Materials mit einer im Fallweg des Materials schräg angeordneten Prallfläche und mit einer Kraftmeßvorrichtung, welche eine Komponente der durch den Aufprallimpuls des Massenstromes auf die Prallfläche ausgeübten Kraft mißt, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche (4) durch mehrere schräge Prallplatten (5) gebildet ist, die derart fächerförmig auf gleicher Höhe angeordnet sind, daß ihre Projektionen auf die Horizontalebene im wesentlichen eine geschlossene Fläche bedecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatten (5) fest miteinander und mit einer gemeinsamen Kraftmeßvorrichtung verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatten (S) in unterschiedlichen Anstellwinkeln angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatten (5) an einem gemeinsamen Träger (6) schwenkbar gelagert und mit einem Gestänge zur Einstellung des Anstellwinkels verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatten (5) beschichtet sind, in