DE2720006C3

DE2720006C3 - Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche

Info

Publication number: DE2720006C3
Application number: DE2720006A
Authority: DE
Inventors: Frank Montreal Kitzinger; Frank Ville St. Laurent Rosenblum
Original assignee: Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1976-05-06
Filing date: 1977-05-04
Publication date: 1980-03-13
Also published as: GB1540341A; DE2720006B2; FI62594B; FI771439A7; CA1053778A; JPS52135767A; FI62594C; US4059016A; DE2720006A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer lei- _Wi tenden Flüssigkeit der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Solche Einrichtungen werden insbesondere eingesetzt, um den Schaumpegel in einer Flotationszelle zu überwachen, wie sie für die Trennung von Mineraler- >,-, zen eingesetzt wird. In diesen Zellen werden die Flüssigkeiten, welche die abzutrennenden Feststoffe enthalten, mit Luft beschickt und in Anwesenheit eines Schäummittels gerührt. Dadurch entsteht auf der Flüssigkeit eine Schaumschicht, in der das gesuchte Erz konzentriert ist. Die Schaumschicht wird in üblicher Weise von dem Rand der Zellen in einen getrennten Behälter abgestrichen, so daß der Schaum in diesem Behälter zusammensinken und die Feststoffe abgeschieden werden können.

Um den Wirkungsgrad dieses Aufbereitungsverfahrens auf dem Optimum zu halten, sollte sich der Schaumpegel auf einer konstanten Höhe befinden. Zu diesem Zweck muß der mittlere Schaumpegel festgestellt werden, um durch Zusatz des Schäummittels die Niveaugrenzfläche auf dem gewünschten Wert zu halten.

Es sind bereits verschiedene mechanische und elektrische Einrichtungen entwickelt worden, um den Schaumpegel in solchen Flotationszellen zu messen und zu steuern. Als Beispiel werden die Luftblasenröhren sowie die kapazitiven Nährungssonden genannt, wie sie in der US-PS 3471010 beschrieben sind. Da jedoch der Schaum aufgrund seiner physikalischen porösen Struktur nur einen sehr geringen physikalischen Widerstand bietet und die turbulente Oberfläche des Schaums kurzzeitige Änderungen des Niveaus verursacht, die vernachlässigt werden müssen, um die tatsächliche Wirkung des Zusatzes von Schäummitteln messen zu können, konnten sich diese Einrichtungen in der Praxis nicht durchsetzen.

Weiterhin ist aus der DE-PS 1222511 eine Vorrichtung zur Niveauregelung in Farbkästen und dergleichen von Druckmaschinen bekannt, bei der temperaturabhängige Widerstände verwendet werden. Bei der Berührung der Farbe mit einem Abtastkopf ändert sich der Widerstandwert infolge der dabei auftretenden Temperaturänderung. Diese Widerstandsänderung wird in üblicher Weise in einen Steuerimpuls umgewandelt, der einen entsprechenden Schaltvorgang auslöst. Die elektrische Verarbeitung des erhaltenen Signals wird in dieser Druckschrift nicht näher erläutert. Außerdem ist diese Vorrichtung nicht für die Ennittlung des Pegelstandes einer Schaumschicht geeignet, die sich auf einer Flüssigkeitsoberfläche befindet und ständig starken Schwankungen unterworfen ist.

Schließlich ist aus der DE-AS 1 197241 eine Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer leitenden Flüssigkeit der angegebenen Gattung bekannt, bei der jeweils zwei Elektroden mit vertikalem Abstand übereinander angeordnet werden müssen; dadurch gibt es immer ein Elektrodenpaar, zwischen dem sich die Niveaugrenzfläche der Flüssigkeit befindet. Aufgrund eines Vergleiches der Widerstände zwischen den benachbarten Elektrodenpaaren und diesem Elektrodenpaar wird mit Hilfe von Relais eine Schaltungsanordnung verstimmt, und die Feldwicklung eines Motors so lange erregt, bis eine Stellung erreicht wird, die anzeigt, daß sich das gesuchte Niveau zwischen den beiden Elektroden befindet.

Eine solche Einrichtung läßt sich nicht bei einer Flüssigkeit einsetzen, auf deren Oberfläche sich eine Schaumschicht befindet, da der Schaum einen sehr großen Luftanteil enthält und deshalb einen schwankenden physikalischen Widerstand hat. Der bei der bekannten Einrichtung erforderliche Widerstandsvergleich läßt sich beim Vorhandensein einer Formschicht nicht mit der notwendigen Exaktheit durchführen. Außerdem ist die auf der Flüssigkeit stehende

Schaumschicht ständig in Bewegung, so daß eine entsprechende Änderung der Nivea>:grenzfläche auftritt. Diese Schwankungen des Schaumpegels müssen jedoch bei der Messung unterdrückt werden, damit in der Praxis die Auswirkung des Zusatzes von Schäummitteln exakt festgestellt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer leitenden Flüssigkeit der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der sich der Pegel einer Schaumschicht auf einer Flüssigkeitsoberfläche mit hoher Genauigkeit ermitteln läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsge.näß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgender Funktionsweise: Die durch alle Elektroden erzeugten Ströme werden aufsuiiimiert, wodurch sich eine Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden, die im Kontakt mit dem Schaum stehen, und damit für die Tiefe des Schaums ergibt. Nur auf diese Weise ist es möglich, den Pegelstand einer Schaumschicht auf einer Flüssigkeit zu ermitteln, was, wie erwähnt, mit der bekannten Einrichtung nicht durchgeführt werden kann. Bei einer Flüssigkeit, der ständig Schäummittel zugesetzt werden müssen, treten kontinuierliche und unregelmäßige Änderungen des Pegels der Schaumschicht auf, so daß die Elektroden ständig in und außer Berührung mit der Schaumschicht kommen. Um diese unregelmäßigen Schwankungen des Pegelstandes der Schaumschicht, die keine Änderung der Lage der Niveaugrenzfläche anzeigen, zu unterdrücken, werden die Stromänderungen, die auf die turbulente Oberfläche des Schaums zurückzuführen sind, zeitlich gemittelt, wodurch sich eine sehr exakte Anzeige des für die Überwachung des Prozesses erforderlichen, mittleren Pegelstandes ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zur Steuerung des Schaumpegels auf einer Flüssigkeitsoberfläche,' und

Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild einer Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche nach der vorliegenden Erfindung, die bei der Überwachung des Jjchaumpegels eingesetzt wird.

In Fig. 1 ist ein schematisches System dargestellt, mit dem der Schaumpegel in einer Zelle 10 gesteuert werden kann. Dieses System weist mehrere Elektroden 12 auf, die nacheinander mit der Oberseite des Schaums 14 in Kontakt kommen können, wenn der Schaumpegel ansteigt; mit den Elektroden 12 ist eine Einrichtung 16 zur Überwachung des Schaumpegels verbunden; an den Ausgang der Einrichtung 16 ist eine Schaumreg<;leinrichtung 18 angeschlossen, die eine Vorrichtung 20 für die Ausgabe des Schäummittels regelt; die Vorrichtung 20 stellt die Menge des ι Schäummittels ein, die der Flotationszelle 10 über die Leitung 21 zugesetzt -VTd.

Die Einrichtung 16 zur Überwachung des Schaumpegels ist in Fig. 2 dargestellt. Eine Konstantstromquelle 20 ist durch einen elektronischen Schalter 22 , mit jeder Elektrode 12 verbunden. Die Ausgänge aller Konstantstromquellen 20 sind an einen Summier-Strom/Spannungs-Wandler 24 angeschlossen, dessen Ausgang mit einem geeigneten Anzeigegerät 26 und mit der Schaumregeleinrichtung 18 (s. Fig. 1) verbunden ist.

Der elektronische Schalter 22 besteht aus einem Operationsverstärker OfI, der durch eine Quelle für + 15 Volt und eine Quelle für — 15 Volt gespeist wird. Der positive oder nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist geerdet, während seiner negativer oder invertierender Eingang mit einer Elektrode 12 verbunden ist. Ein aus Widerständen Rl und R2 bestehender Spannungsteiler ist so an die + 15 Volt bzw. — 15 Volt liefernden Quellen angeschaltet, daß an die Gegenelektrode der Elektrode 12 (üblicherweise die längste Elektrode) eine Spannung

; von ungefähr 10 Volt angelegt wird. Entgegengesetzt geschaltete Dioden Dl und Dl liegen zwischen dem positiven und dem negativen Anschluß des Operationsverstärkers OfI, um als üblicher Schutz für den Operationsverstärker zu dienen.

ι Der Operationsverstärker OfI ist durch ein Vorspannetzwerk 28 negativ vorgespannt; dieses Vorspannetzwerk 28 besteht aus einer Diode D3, die in Reihe mit einem Widerstand R3 zwischen der Quelle für - 15 Volt und Erde bzw. Masse liegt. Das Vor-

) spannetzwerk gibt dem negativen Eingang des Operationsverstärkers durch den Widerstand R4 ein etwas negatives Vorspannungspotential (etwa -0,7 Volt), wenn sich die Elektrode nicht im Kontakt mit dem Schaum befindet. Diese Potential wird durch den

ι Operationsverstärker in dem Verhältnis des Widerstandswertes eines Widerstandes R5, der in der Rückkopplungsschleife des Verstärkers liegt, zu dem Widerstandswert des Widerstandes A4 verstärkt, so daß sich ein Ausgangssignal von ungefähr + 1,4 Volt ergibt, wenn die Elektrode nicht im Kontakt mit dem Schaum ist.

Wenn jedoch der Schaum die Elektrode berührt, wird eine etwas positives Potential (ungefähr 0,7 Volt) an den negativen Anschluß des Operationsverstärkers angelegt; dieses Potential wird in dem Verhältnis des Widerstandswertes des Widerstandes RS zu der Summe der Widerstandswerte der Elektrode und des Schaums selbst verstärkt. Dieses Verhältnis ist relativ hoch, da der Widerstandswert der Elektrode und des Schaums gering ist. Dadurch wird der Operationsverstärker OfI vollständig gesättigt, um ein Ausgangssignal von etwas weniger als — 15 Volt zu liefern. Ein an den Widerstand R5 geschalteter Kondensator Cl dient in üblicher Weise als Hochfrequenzfilter. Durch die Verwendung des elektronischen Schalters 22, der die Konstantstromquelle und die Elektrode verbindet, wird die Einrichtung zur Überwachung der Lage der Niveaugrenzfläche im wesentlichen unempfindlich gegenüber der Leitfähigkeit des Schaums, wenn der Operationsverstärker ein Ausgangssignal liefert, das in einer sehr kurzen Zeitspanne von Null auf volle Sättigung geht, und zwar ohne jede Beeinflussung durch die Größe des angelegten Eingangssignals.

Die Konstantstromquelle 20 besteht im wesentlichen aus einem Feldeffekttransistor FET, einer Diode D4, einem Festwiderstand R6 und einem variablen Widerstand Rl. Die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors FET wird durch den Spannungsabfall an dem Festwiderstand R6 und dem variablen Widerstand Rl vorgespannt, so daß sich ein Konstantstrom-Ausgangssignal ergibt, sobald der Stromfluß durch die Diode D4 beginnt, wenn das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OfI einen negativen

Wert annimmt.

Der Summier-Strom/Spannungs-Wandler, der die Summierung und zeitliche Mittelung durchführt, besteht aus einem Operationsverstärker OPl, der mit den Quellen für die + 15 Volt und - 15 Volt verbunden ist. Der positive Eingang des Operationsverstärkers OP2 ist geerdet, während sein negativer Eingang mit allen Konstantstromquellen verbunden ist, um alle Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden, die sich in Kontakt mit dem Schaum befinden, zu summieren. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers wird durch einen Widerstand R8 gesteuert und so ausgewählt, daß sich der volle Ausschlag des Meßgerätes 26 ergibt, wenn sich alle Elektroden im Kontakt mit dem Schaum befinden. Der Ausgang des Operationsverstärkers OPl ist auch durch den Ausgangswiderstand R9 mit der oben erwähnten Schaumregeleinrichtung 18 verbunden.

Ein die Bildung des zeitlichen Mittelwertes durchführender Kondensator Cl ist an den Widerstand RS angeschlossen. Die turbulente Oberfläche des Schaums verursacht kurzzeitige Änderungen in dem Eingangssignal des Operationsverstärkers OPl. Diese Änderungen haben die Form einer Folge von Stufen. Diese kurzzeitigen Änderungen müssen ausgefiltert werden, damit die tatsächliche Wirkung des Zusatzes des Schäummittels gemessen werden kann. Deshalb wird der an den Widerstand /?18 angeschlossene Kondensator Cl kontinuierlich aufgeladen und entladen und bewirkt damit, daß der Operationsverstärker ein Ausgangssignal liefert, das diese kurzzeitigen Änderungen zeitlich ausmittelt. Eine solche . Strommittelung ist sehr gut für die Bedingungen geeignet, die in einer typischen Rotationszelle auftreten. Bei Untersuchungen ist festgestellt worden, daß die turbulente Oberfläche des Schaums eine feinere bzw. genauere Auflösung des mittleren Pegels ermöglicht,

in weil sowohl der zeitliche Mittelwert als auch der Mittelwert des Pegels gebildet werden. Eine Steuergenauigkeit von ± 6,35 mm kann erreicht werden, wenn sich die Längen der Elektroden jeweils um 19,05 mm unterscheiden.

r> In Abhängigkeit von den ausgewählten Unterschieden zwischen den Längen der Elektroden kann das Ausgangssignal des Summier-Strom/Spannungs-Wandlers (24) zu einer linearen oder nicht-linearen Funktion des mittleren Schaumpegels gemacht wer-

JH den. Darüber hinaus können die Elektroden in jeder beliebigen Reihenfolge geschaltet werden, wenn eine lineare Beziehung zwischen dem Schaumpegel und der Signalausgangsspannung gewählt wird.

Zweckmäßigerweise wird der Regelbereich des

j-, Steuersystems für den Schaumpegel auf die Zeitkonstante der verschiedenen Flotationskreisläufe eingestellt. Dabei läßt sich der Soll-Wert des Regelsystems von Hand oder durch einen Prozeßrechner verstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung der Lage einer Niveaugrenzfläche einer in einem Behälter ent- "> haltenen, leitenden Flüssigkeit mit mehreren, elektrisch leitenden Elektroden, die in vertikaler Richtung unterschiedlich tief in den Behälter hineinragen und mit der Flüssigkeit in Kontakt bringbar sind, sobald der Pegelstand der Flüssigkeit an- i<> steigt, mit einer Energiequelle für die Elektroden und mit einer Anzeigeeinrichtung tür den Pegelstand, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Für jede Elektrode (12) ist eine getrennte r> Konstantstromquelle (20) zur Erzeugung eines konstanten Stroms vorgesehen, sobald die zugehörige Elektrode (12) Kontaktberührung mit dem auf der Oberfläche der Flüssigkeit befindlichen Schaum aufweist; > <i

b) an die Ausgänge aller Konstantstromquellen (20) ist ein Sumier-Strom/Spannungs-Wandler (24) zur Aufsummierung aller Ströme als Anzeige für die Gesamtzahl der Elektroden (12) angeschlossen; 2i

c) eine Anordnung zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes (OP₂, C₂) der Stromänderungen als Anzeige für den mittleren Pegelstand des Schaums ist an ein Meßgerät (26) angeschlossen, ill

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Summier-Strom/Spannungs-Wandler einen Operationsverstärker (OP₂) mit einem mit dem Ausgang alier Konstantstromquel- π len (20) verbundenen Eingang enthält;

b) die Anordnung zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes der Stromänderungen einen Kondensator (C₂) mit vorher bestimmtem Wert aufweist, der in der Rückkopplungs- m schleife des Operationsverstärkers (OP₂) liegt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen elektronischen Schalter (22), der jede Konstantstromquelle r, (20) mit den zugehörigen Elektroden (12) verbindet, der einen Operationsverstärker (OP₁) enthält, der ein vorher bestimmtes negatives Signal, wenn sich seine zugehörige Elektrode (12) im Kontakt mit dem Schaum befindet und ein vorher -> <i bestimmtes positives Potential erzeugt, wenn seine zugehörige Elektrode (12) den Schaum nicht berührt.