DE2524294C3

DE2524294C3 - Mit einem Strömungsmittel arbeitende Meßvorrichtung

Info

Publication number: DE2524294C3
Application number: DE19752524294
Authority: DE
Inventors: Kenichi Niiza Hayashi; Shigeru Kawagoe Morita
Original assignee: NIPPON FLUTE CO Ltd NERIMA TOKIO (JAPAN)
Current assignee: NIPPON FLUTE CO Ltd NERIMA TOKIO (JAPAN)
Priority date: 1974-11-22
Filing date: 1975-06-02
Publication date: 1980-08-28
Also published as: DE2524294A1; GB1461248A; DE2524294B2; DE2559521A1

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einem Strömungsmittel arbeitende Meßvorrichtung mit wenigstens einem Meßfühler mit einem Körper, dessen einem Meßobjekt zugewandte Unterseite mit einer Vertiefung versehen ist, und mit wenigstens zwei in die Vertiefung einmündenden Meßdüsen, von denen die erste ein unter einem vorbestimmten Druck stehendes Strömungsmittel gegen das Meßobjekt ausströmen,· läßt und die zweite den in der Ausnehmung herrschenden Strömungsmitteldruck abgreift.

Derartige Meßvorrichtungen werden beispielsweise bei pneumatischen Düsenmeßverfahren, Zähleinrichtungen und dergleichen verwendet.

Als Stand der Technik wird ausgegangen von dem sogenannten Solex-Gerät und seiner Weiterentwicklung nach Nieberding (Archiv für technisches Messen, V 1124-10, Lieferung 320; September 1962, S. 193... 196, insbesondere die F ig. 6 a/b auf S. 195), bei dem zwei Meßdüsen vorhanden sind. Das Gerät wurde für die kontinuierliche Messung durchlaufender Folien entwickelt. Für diesen Fall der Anwendung liegen sich zwei Meßdüsenanordnungen gegenüber: Die eine Anordnung wirkt von oben nach unten und die zweite von unten nach oben.

Bei der gewählten Anordnung ist nicht auszuschließen, daß durch das Meßobjekt die Düsenöffnung blockiert sein kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Meßgut sehr flexibel (Papier!) ist. Es wird dann kein Drucksignal erzeugt, d. h. die Meßgenauigkeit der Vorrichtung wesentlich beeinträchtigt. Es kann daher davon ausgegangen werden, daß die bekannte Vorrichtung vorzugsweise nur mit zwei gegenüberliegenden Düsenanordnungen funktioniert. Außerdem ist bei der bekannten Meßvorrichtung ein relativ hoher Druck erforderlich, um die Ansprechcharakteristik eines Detektors aufrechtzuerhalten. Wenn das Meßobjekt jedoch ein so geringes spezifisches Gewicht und eine geringe Dicke wie Papier oder Kunststoffolien besitzt, kann es hierbei entweder weggeblasen oder aus seiner Lage gebracht werden.

Schließlich verbaut das Prinzip der sich gegenüberliegenden Düsenanordnungen die Möglichkeit, nur mit einer einzigen oberhalb des Meßobjektes liegenden Düsenanordnung zu arbeiten, wie dies für viele Anwendungsfälle, beispielsweise das Zählen einzelner Blätter in einem Papierstapel, erwünscht ist.

Es stel.'t sich demnach die Aufgabe, eine Düsenmeßvorrichtung anzugeben, die eine gegenüber dem Stand der Technik gleich hohe oder höhere Meßgenauigkeit besitzt, ohne daß der anzuwendende Druck beim Anblasen erhöht wird. Das Meßobjekt soll nur mit Geschwindigkeiten angeblasen werden können, die ein Verschieben desselben ausschließen. Es soll außerdem zuverlässig verhindert werden, daß die Düsenöffnungen durch Meßobjekte blockiert werden, so daß hierdurch das Meßergebnis verfälscht wird. Ferner soll es grundsätzlich möglich sein, die hohe Meßgenauigkeit auch schon bei einer auf einer Seite des Meßobjektes angeordneten Düsenvorrichtung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gelöst bei einer eingangs genannten Meßvorrichtung, bei der die Vertiefung als Nut gestaltet ist, die zu einer Seite des Meßfühler-Körpers offen ist. Insbesondere wird eine Ausführungsform gewählt, bei der die Nut sich parallel zu der Bewegungsrichtung des Meßobjektes erstreckt. Die Nut steht auch dann mit der Außen- bzw. Atmosphärenluft in Verbindung, wenn die Unterseite mit dem Meßobjekt in Berührung gelangt. Wenn die Stirnfläche das Meßobjekt berührt, wird die Meßdüsenanordnung nicht blockiert. Die Druckminderung kann weiterhin gemessen werden.

Insbesondere wird eine Ausführungsform gewählt, bei der von den zwei Meßdüsen die erste eine Ringdüse ist, die kreisförmig um die zweite, zur ersten konzentrisch liegende Meßdüse angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der Druckunterschied in mehreren Richtungen gemessen werden kann.

Hierdurch wird die Genauigkeit ebenfalls noch erhöht.

Um das Objekt in einer definierten Entfernung zum Kopf des Meßfühlers zu halten, wird vorgeschlagen, den Meßfühler mit Saugöffnungen zum Ansaugen des diesem gegenüberliegenden Meßobjektes auszustatten, wobei die Säugöffnungen die Meßdüsenöffnungen zwischen sich einschließen.

Schließlich ist noch eine Ausführungsform möglich, die der des Standes der Technik näherkommt. Hierbei wird vorgeschlagen, daß sich zwei Meßfühler in einer Meßanordnung gegenüberstehen, zwischen denen und relativ zu denen das Meßobjekt bewegbar ist, und daß die gelieferten Drucksignale nach Wandlung in

elektrische Signale einem Rechner zuführbar sind, an den eine Digitalanzeige angeschlossen ist.

Zur Erläuterung der Erfindung sind Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Meßvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Meßfühlers und eines Druckwandlers zur Verwendung bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht des Meßfühlers gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie VI-VIinFig. 4, Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines abgewandelten Meßfühlers,

Fig. 7 eine Aufsicht auf den Meßfühler von Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in F ig. 7, Fig. 9 einen in vergrößertem Maßstah gehaltenen Wie aus den Fig. 3 bis 5 ersichtlich, sind die Meßdüsen 8 und 9 in einer Platte 16 ausgebildet, die in eine mit der im Körper ausgebildeten Nut 7 in Verbindung stehende Ausnehmung 14 eingesetzt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die erste Meßdüse 8 aus zwei Öffnungen, die längs der Nut 7 auf Abstand voneinander stehen und in diese Nut münden, wobei sie unter einem vorbestimmten Winkel gegenüber einer lotrechten Linie in entgegenge-

setzte Richtungen geneigt sind. Die zweite Meßdüse 9 besteht aus einer einzigen Öffnung, die praktisch in der Mitte zwischen den beiden die erste Meßdüse 8 bildenden Öffnungen in die Nut 7 mündet, so daß die beiden Meßdüsen gemäß Fig. 5 längs der Nut 7 auf einer Linie liegen.

im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind die Düsen 8 und 9 in der Platte 16 ausgebildet. Sie können auch unmittelbar in die Blöcke 13 und 13' eingearbeitet sein. Die Düsen 8 und 9 können auch quer zur

Teilschnitt durch den unteren Abschnitt des Meßfüh- 20 Nut 7 angeordnet sein. Außerdem besteht keine Be-Iers gemäß der ersten Ausführungsform, schränkung bezüglich der Tiefe H der Nut 7 und der

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie XIII-XIII in Fig. 9,

Fig. 11 eine Fig. 10 ähnelnde Ansicht, jedoch mit

einer anderen Position des Meßobjektes,

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Meßvorrichtung,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung der Meßfühler zur Verwendung bei der Meßvorrichtung gemäß Fig. 12,

Fig. 14 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt durch den unteren Abschnitt des Meßfühlers bei der abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 15 einen Schnitt längs der Linie XX-XX in Fig. 14.

Fig. 1 veranschaulicht den Aufbau einer ersten Ausführungsform der Meßvorrichtung, die als Zähliih f l

Innendurchmesser /?, und R₂ der beiden Düsen 8 und 9. Vielmehr können diese Parameter unter Berücksichtigung der über die Nut 7 ausströmenden Fluidmenge, des Austritts- oder Speisedrucks P₀ an der ersten Düse 8, des an der zweiten Düse 9 verfügbaren Ausgangssignals und dergleichen gewählt sein. Typischerweise sind die Innendurchmesser R₁ und R₂ kleiner als 1,5 mm. Bei der dargestellten Ausführungs-

form betragen diese Innendurchmesser R₁ und R^ jeweils 0,5 mm, während der Speisedruck P₀ nn der ersten Düse 8 0,3 bar und die Tiefe H der Nut 7 0,5 mm betragen.

In der einen Seite der Platte 16 sind eine umgekehrt

U-förmige, zu den beiden die erste Düse 8 bildenden öffnungen führende Leitung 18 sowie eine weitere, zur zweiten Düse 9 führende Leitung 19 ausgebildet, wobei diese Leitungen jeweils die Form einer offenen Vertiefung besitzen und mit einer Dichtung 15 abge-

einrichtung für Blattmaterial ausgeführt ist. Ein Transporteleme.it 1 (Förderband) fördert Blätter so,

daß sie sich von vorn nach hinten gegenseitig überlap- 40 deckt sind. Die Leitungen 18 und 19 verlaufen durch pen. Dicht über den Oberseiten der Blätter 2 ist ein nicht dargestellte Bohrungen in der Dichtung 15, wo-Meßfühler 3 angeordnet, der ein unter einem niedri- bei sie mit Leitungen 20 bzw. 21 im Modul 13 in Vergen Druck stehendes Fiuid, normalerweise Luft, ge- bindung stehen. Die Leitung 18 ist schließlich über gen die Blätter 2 bläst und die Druckschwankungen eine mit einem Ventil 22 versehene Leitung 23 an aufgrund von Änderungen des Abstandes zwischen 45 den Kompressor 6 angeschlossen, während die Leiden Blättern 2 und dem Meßfühler 3 in ein Druck- tung 19 gemäß Fig. 3 über eine Leitung 24 mit dem signal umwandelt, das zu einem Druckwandler 4 über- ~
mittelt wird. Wenn das Drucksignal einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird es durch den
Druckwandler 4 in ein Drucksignal in Form eines un- 50
ter einem vorbestimmten hohen Druck stehenden

Fluids umgewandelt, auf das ein Detektor 5 anspricht. Zur Druckerzeugung ist ein Kompressor 6 vorgesehen.

Gemäß den Fig. 2 bis 5 sind Moduln 13,13' vorgesehen, die den Körper des Meßfühlers 3 bilden. Diese Moduln sind durch Schrauben und Muttern 12 miteinander verbunden und an der den Blättern 2 zugewandten Unterseite abgeflacht. In der Mitte der Un-

55 Druckwandler 4 verbunden ist.

Die in den Moduln 13 und 13' ausgebildeten Saugöffnungen 11 sind über Leitungen 25 an eine nicht dargestellte, einen Saug- oder Gegendruck erzeugende Einrichtung angeschlossen, die mit einer Pumpe verbunden ist.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform. Bei dem Meßfühler 3' münden die Meßdüsen 8' und 9' in eine Nut 7' in der Unterseite eines Moduls 13". Die erste Düse 8' hat die Form einer Ringdüse und fällt unter einem bestimmten Neigungswinkel in die Nut 7' ein, während die zweite Düse 9' gegenüber der ersten Düse 8' zentral als kreisförmige

terseite ist eine sich in Bewegungsrichtung der 60 Bohrung einmündet. Da die Bauteile denen der vor

Blätter 2 erstreckende Nut 7 v.vgesehen, deren eines Ende geschlossen und deren anderes Ende zur Seite des Körpers hin offen ist. In die Nut 7 münden Meßdüsen 8, 9 zur Messung der Blätter 2. Außerdem sind her beschriebenen Ausführungsform entsprechen, sind sie mit den gleichen Bezugsziffern, aber mit Apostroph bezeichnet und nicht näher beschrieben. Bei dieser Ausführungsform können — in Fig. 6 bis

in einem bestimmten Abstand von den Meßdüsen 65 8 nicht dargestellte - Saugöffnungen, ähnlich wie bei

Öffnungen 11 zum Ansaugen der Blätter 2 im rechten der Ausführungsform gemäß Fig. 2 bis 5 vorgesehen

und im linken Modul ausgebildet. Diese Öffnungen sein,

enden an der Unterseite des Körpers. Der Detektor 5 ist mit einem elektrischen Meßfüh-

Ier versehen; er führt einen Zählvorgang in Abhängigkeit von einem vom Druckwandler 4 übertragenen Drucksignal durch. Für den vorgesehenen Zweck eignet sich jeder beliebige Detektor, sofern er diese Funktionen durchzuführen vermag.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der vorstehend erläuterten Ausführungsform beschrieben.

Gemäß den Fig. 1 und 2 werden Blätter 2, z. B. aus Papier, Kunststoff- oder Metallfolie, vom Transportelement 1 in der Weise gefördert, daß sie einander in Bewegungsrichtung von vorn nach hinten überlappen, wobei die in Bewegungsrichtung ausgerichteten Blätter 2 so gefördert werden, daß die Vorderkante 2' eines Blattes 2 die Hinterkante 2" eines vorlaufenden anderen Blattes 2 überlappt.

Der Meßfühler 3 ist so über den Blättern 2 angeordnet, daß ein gewisser Zwischenraum verbleibt und die Nut 7 in Förderrichtung der Blätter 2 ausgerichtet ist. Auf diese Weise liegen die beiden Meßdüsen 8 und 9 auf einer in Förderrichtung der Blätter 2 verlaufenden Linie.

Durch diese Ausrichtung der Nut 7 wird verhindert, daß das aus der Nut 7 austretende Strömungsmittel die Blätter 2 wegbläst oder auseinanderreißt. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 braucht die Ausrichtung der Nut 7 auch'dann nicht geändert zu werden, wenn die Blätter 2 entgegengesetzt zum eingezeichneten Pfeil gefördert werden.

Die Düsenöffnung der ersten Meßdüse 8 zur Messung der Blätter wird über die Leitungen 20 und 18 mit unter Druck P₀ (0,3 bar) stehender Luft beschickt, die vom Kompressor 6 über die Leitung 23 zugeführt und durch das Ventil 22 geregelt ist. Die Luft strömt innerhalb der Nut 7 gegen die Blätter 2 aus. Die Blätter 2, die durch einen vorbestimmten Saugdruck (50-220 mm Hg) über die Saugöffnungen 11 angesaugt werden und unter dem Meßfühler 3 hindurchlaufen, werden gegen letzteren angesaugt und dabei verlagert, bis sie sich dem Meßfühler 3 nähern oder ihn leicht berühren. Die innerhalb der Nut 7 ausströmende Luft beaufschlagt die Blätter 2 und baut dabei einen Druck P₀ entsprechend dem Abstand zwischen den Auslässen der ersten Düsenöffnungen 8 und der Oberfläche des betreffenden Blatts 2 innerhalb der Nut 7 auf. Gleichzeitig wird die Luft in die Nut 7 hinein umgelenkt, wobei sie zum Teil in Förderrichtung der Blätter 2 ausströmt und zum Teil über den Spalt zwischen dem Meßfühler 3 und dem jeweiligen Blatt 2 zur Außenluft abströmt. Da hierbei die beiden Meßdüsen 8 und 9 in die in der Unterseite des Meßfühlers 3 vorgesehene Nut 7 münden, ist zwischen dem betreffenden Blatt 2 und den Meßdüsen 8, 9 ein der Tiefe H der Nut 7 entsprechender Zwischenraum vorhanden, so daß die Meßdüsen 8 und 9 über die Nut 7 ihre Verbindung mit der Außenseite aufrechterhalten, auch wenn die Blätter 2 mit der Unterseite des Meßfühlers 3 in Berührung gelangen. Infolgedessen wird weder jemals eine der beiden Meßdüsen 8 und 9 vollständig geschlossen, noch das von der zweiten Düse 9 augenommene Drucksignal P_c beibehalten, so daß die noch zu beschreibende Ansprechcharakteristik des Druckwandlers 4 unter keinen Umständen beeinträchtigt wird.

Der Abstand zwischen den Meßdüsen 8 und 9 sowie dem Blattmaterial 2 ist stets gleich der Tiefe H der Nut 7 zuzüglich eines Abstands α zwischen der Unterseite des Meßfühlers 2 und der Oberseite des jeweiligen Blatts 2. Die Beziehung zwischen dem Ge-

samtabstand H + α sowie dem Druck P_c zwischen Meßdüsen 8, 9 und Blattmaterial 2 ist dabei die gleiche wie das Verhältnis zwischen dem Abstand H und dem Druck P_c. Solange die Meßdüse 8 und 9 gemaß Fig. 10 der Hinterkante 2" eines vorlaufenden Blatts 2 zugewandt sind, ist der Druck P_c vergleichsweise niedrig, weil der Zwischenraum oder Abstand α groß ist. Gemäß Fig. 11 steigt der Druck P_c an, wenn die Meßdüsen in Ausrichtung auf die Vorderkante 2' eines nachlaufenden Blatts 2 gelangen und der Abstand α sehr klein ist.

Bei dem vorstehend beispielhaft beschriebenen Meßfühler 3 wurden die in Tabelle 1 aufgeführten Werte des Drucks P_c durch tatsächliche Messungen desselben bei einer Größe des Zwischenraums α von 0,1 mm, 0,2 mm bzw. 0,3 mm und einem Speisedruck P₀ von 0,3 bar erzielt.

Tabelle 1

α (mm)

P (Kg/cm²) P_c (bar)

(1)	0,1
(2)	0,2
(3)	0,3

0,3
0,3
0,3

0,24
0,22
0,22

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 6 bis 8 strömt die Luft kreisförmig aus der ersten Meßdüse 8' in die Nut T ung längs der Nut 7' in Förderrichtung der Blätter 2, wobei der sich in der Nut 7' aufbauende Druck P_c durch die zweite Meßdüse 9' abgegriffen wird. Da die anderen Funktionen weitgehend dieselben sind wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 bis 5, kann auf ihre Beschreibung verzichtet werden.

Der auf diese Weise über die zweite Meßdüse 9 abgegriffene Druck P_c wird über die Leitung 24 zum Druckwandler 4 übertragen.

In den Fig. 12 bis 15 ist eine weitere Ausführungsform als Dickemesser für Blattmaterial dargestellt. Gemäß Fig. 12 wird ein Meßobjekt 52 von einem Transportelement mitgeführt. Meßfühler 53, 53' sind lotrecht in einem Abstand H voneinander angeordnet, so daß sie das Meßobjekt 52 zwischen sich einschließen. Die Meßfühler 53, 53' werden über eine Leitung 73 von einem Kompressor 56 mit Luft gespeist, wobei sie letztere aus ihren Meßdüsen in der Weise ausströmen lassen, daß Druckschwankungen des Strömungsmittels in Abhängigkeit von Änderungen des Abstands zwischen den Meßfühlern und dem Meßobjekt 52 auftreten, wobei diese Druckschwankungen als Drucksignale abgenommen werden.

Die auf diese Weise abgenommenen Drucksignale werden über Leitungen 74 und 74' zu Druckwandlern 54 bzw. 54' übermittelt, an denen die Drucksignale jeweils in ein Drucksignal eines Hochdruck-Strömungsmittels umgewandelt werden. Diese letztgenannten Signale werden dann zu elektrischen Drucksignalwandlern 55 und 55' übertragen, in denen sie in eine entsprechende elektrische Größe (z. B. Spannung oder Strom) umgewandelt werden, die wiederum zu einem Rechner 57 übertragen wird.

Der Rechner 57 ist auf eine Sollgröße eingestellt, entsprechend einem Bezugs-Meßobjekt mit einer bekannten Dicke zwischen den beiden Meßfühlern 53, 53'. Bei Speisung mit den elektrischen Größen von den Wandlern 55 und 55' addiert der auf diese Weise programmierte Rechner 57 diese elektrischen Größen in einer Summe, wobei er die in ihm vorhandene Sollgröße subtrahiert; der Zeiger des Anzeigegerätes 58

zeigt die Abweichung der Dicke eines gemessenen Meßobjektes von derjenigen des Bezugsobjektes auf einer Skala an.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform ist der Aufbau der Meßfühler 53 und 53' sowie der Druckwandler 54 und 54' mit Ausnahme weniger Teile genau der gleiche wie bei den zuerst beschriebenen Ausführungsformen. Jedoch sind die Meßfühler 53, 53' nicht mit Saugöffnungen, wie die Saugöffnungen 11

des Meßfühlers 3 bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform, versehen, da bei einem vergleichsweise dicken Meßobjekt 52 keine solchen Saugöffnungen nötig sind. Auf die nähere Beschreibung der Druck/ Stromwandler 55, 55', des Rechners 57 und des Anzeigegeräts 58 wird verzichtet, weil hierfür jede beliebige, handelsübliche Einrichtung verwendet werden kann, welche die genannten Funktionen zu erfüllen vermag.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

O30 235/272

Claims

Patentanspruch e:

1. Mit einem Strömungsmittel arbeitende Meßvorrichtung mit wenigstens einem Meßfühler mit einem Körper, dessen einem Meßobjekt zugewandte Unterseite mit einer Vertiefung versehen ist, und mit wenigstens zwei in die Vertiefung einmündenden Meßdüsen, von denen die erste ein unter einem vorbestimmten Druck stehendes Strömungsmittel gegen das Meßobjekt ausströmen läßt und die zweite den in der Ausnehmung herrschenden Strömungsmitteldruck abgreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung als Nut (7) gestaltet ist, die zu einer Seite des Meßfühler-Körpers offen ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut sich parallel zu der Bewegungsrichtung des Meßobjektes erstreckt.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwei Meßdüsen (8', 9') die erste (8') eine Ringdüse ist, die kreisförmig um die zweite, zur ersten konzentrisch liegende Meßdüse (9') herum angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler Saugöffnungen (11) zum Ansaugen des diesem gegenüberliegenden Meßobjektes aufweist, wobei die Saugöffnungen die Meßdüsenöffnungen (8, 9) zwischen sich einschließen.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwei Meßfühler (53, 53'), zwischen denen und relativ zu denen das Meßobjekt (52) bewegbar ist, in einer Meßanordnung gegenüberstehen und daß die gelieferten Drucksignale nach Wandlung in elektrische Signale einem Rechner zuführbar sind, an den eine Digitalanzeige angeschlossen ist.