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Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe
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von Füllgut in Behältern.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe
von Füllgütern in Behältern.
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Füllstände von dielektrisch konstanten Füllgütern können mit Meßelektroden
festgestellt werden, deren Kapazität sich in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe
ändert. Derartige Meßelektroden werden als kapazitiver FU lstandsmeßwertgeber von
einer Wechselspannung gespeist. Die bei den verschiedenen Füllständen entstehenden
unterschiedlich großen Kapazitäten beeinflussen je nach dem Aufbau der Meßschaltung
die Amplitude oder Frequenz der Wechselspannung oder des Wechselstroms. Mit kapazitiven
Füllstandsmeßwertgebern kann die Füllstandshöhe kontinuierlich gemessen werden.
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Für die intermittierende Messung von Füllstandshöhen werden Geräte
verwendet, die ein auf eine Trommel aufwickelbares Meßseil enthalten, an dessen
freiem Ende ein Tastgewicht befestigt ist. Das Meßseil wird von der Trommel abgespult,
bis das Tastgewicht die Oberfläche des Füllgutes berührt. Aus der abgespulten Länge
des Meßseils wird
die Füllstandshöhe bestimmt. Die abgespulte Länge
läßt sich durch einen bei Drehung der Trommel periodisch betätigbaren Impulsgeber
feststellen, wobei jedem Impuls eine vorgegebene Einheitslänge zugeordnet ist. Beim
Auftreffen des Tastgewichts auf das FU gut ändern sich die auf die Trommel einwirkenden
Drehmomente. Diese Änderung wird zur Betätigung eines mechanischen Elements ausgenutzt,
das über einen Schalter eine Umkehr der Drehrichtung des Antriebsmotors der Trommel
hervorruft. Das Meßseil wird nach der Messung somit selbsttätig wieder auf die Trommel
aufgewickelt. Diese Meßmethode eignet sich für Füllgüter, die eine größere Dichte
aufweisen. Bei Füllgütern mit geringer Dichte ist die Drehmomentänderung beim Auftreffen
des Tastgewichts auf die Oberfläche klein, so daß die Änderung nur mit großem Aufwand
festgestellt werden kann. Weiterhin können starke Luftbewegungen das Meßteil mit
dem Tastgewicht aus der vertikalen Lage nach den Seiten versr-hi eben. Dadurch ergeben
sich Meßfehler.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung
der Füllstandshöhe von Füllgut zu entwickeln, die auf einfache Weise eine berührungslose
Erfassung der Fül lstandshöhe ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über dem Fül
gut einerseits ein mit seiner Aufnahmeöffnung dem Füllgut zugewandter Strahlenempfänger
fest und andererseits zumindest ein um eine waagrechte Achse schwenkbarer und ein
Strahlenbündel gegen das Füllgut richtender Strahlensender im Abstand voneinander
angeordnet sind und daß bei einer bestimmten Neigung des Strah lensenders, in der
ein größerer Teil der von der Oberfläche des Füllgutes reflektierter Strahlung des
Strahlenbündels in den Strahlenempfänger gelangt, aus dem eigungswinkel des Strahlensenders
gegen eine Bezugslage und dem Abstand zwischen dem Strah lenempfänger und dem Strahlensender
der Abstand zwischen der Schwenkachse des Strahlensenders
und der
vom Strahlenbündel getroffenen Stelle der Oberfläche des Füllgutes herleitbar ist.
Die Dichte des Füllgutes beeinflußt bei dieser Vorrichtung die Messung nicht. Daher
eignet sich die Vorrichtung für Füllgüter mit geringer oder großer Dichte.
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Auch die Form und der Querschnitt des Behälters wirken sich nicht
auf die Messung der Füllstandshöhe aus. Im Gegensatz dazu ist die Geometrie des
Behälters bei der kapdzitiven FU lstandsmessung von großer Bedeutung. Die Dielektrizitätskonstante
des Füllgutes im Behälter muß nicht, wie bei der kapazitiven Messung, einheitlich
sein. Die Messung hängt nicht von Temperaturänderungen ab, die bei Meßseilen durch
Beeinflussung der Länge Meßungenauigkeiten hervorrufen. Die Messung ist bei der
vorstehend erläuterten Vorrichtung darüber hinaus unempfindlich gegen Luftbewegungen
im Behälter, die z. B. beim Einfüllen oder Ablassen des Füllgutes entstehen und
Meßseile in unerwünschter Weise ab lenken. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung
ist darin zu sehen, daß die Strah lensender einerseits fest eingestel lt zur Grenzstandserfassung
oder andererseits beweglich zur kontinuierlichen Fü Istandshöhenmessung eingesetzt
werden können.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die optische
Achse des Strahlenempfängers senkrecht verläuft, daß der Strah lensender einen Winkelmeßwertgeber
aufweist und daß aus dem Tangens des Neigungswinkels gegen die waagrechte Bezugslage
sowie dem Abstand zwischen Strahlenempfänger und Strahlensender der Abstand zwischen
der Schwenkachse und der vom Strahlenbündel getroffenen Stelle der Oberfläche des
Fül lguts herleitbar ist. Bei dieser Anordnung kann der Abstand zwischen dem Strahlenempfänger
und der Oberfläche des Füliguts auf besonders einfache Weise bestimmt werden.
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Eine günstige Ausführungsform besteht darin, daß beiderseits des Strahlenempfängers
in gleichem Abstand zwei m gleiche Neigungswinkel schwenkbare Strahlensender angeordnet
sind und daß der Strahlenempfänger auf die bei Überdeckung zumindest eines Teils
der
Lichtbündel der beider Strahlensender von der Oberfläche des
Füllgutes reflektierte Strahlung abgestimmt ist. Durch die Überdeckung der beiden
Strahlenbündel wird die Intensität der von der Oberfläche des Füllguts reflektierten
Strahlung erhöht.
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Diese Anordnung eignet sich aurh für Füllgut, dessen Oberfläche die
Strahlung schwächer reflektiert.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein zweiter Strahlensender
neben dem Strahienempfänger angeordnet, wobei die optischen Achsen von Strahlensender
und Strahlenempfänger übereinstimmen oder nahe nebeneinanderliegend parallel zueinander
verlaufen. Die Anordnung hat den vorteil, daß einerseits durch zwei Strahlenquel
len eine Stelle ef der Füllgutoberfläche mit starker Reflexion erzielt wird und
anlvererseits nur ein Strah lensender schwenkbar ausgebildet sein muß.
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Bei einer arderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
beide Strahlensender LifhT ht mit unterschiedlichen Primärfarben aussenden und das
er Strahlenempfänger auf diejenige Sekundärfarbe abgestimmt ist, die bei zumindest
teilweiser überdeckung der von den Strahlenoündein auf der Oberfläche des Füllguts
erzeugten Lichtflecke auftritt. kiese Anordnung ermöglicht die Ausnutzung zweier
Kriterien zur Feststellng der für die Bestimmung des Abstandes zur Füllgutoberfläche
richtigen Stellung der Strahlensender. Das erste Kriterium ist die Intensität der
Strahlung, die durch die sich zumindest teilweise überderkenden Lichtbündel erzeugt
wird. Als zweites Kriterium dient die Mischfarbe, die nur bei Überdeckung der beiden
verschiedenfarbigen Lichtbündel auf der Füllgutoberfläche entsteht.
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Bei einer weiterer zweckmäßigen Ausführungsform sind der bzw. die
Strahiensender und der Strahlenempfänger jeweils für das Aussenden und den Empfang
Kodierter Strahlung ausgebildet. Mit dieser Maßnahme kann der Einfluß «on Gleich--
und Wechsellicht, das von
anderen Lichtquellen stammt, auf die Messung
ausgeschaltet werden.
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Vorzugsweise sind der bzw. die Strah lensender und der Strahlenempfänger
jeweils für das Aussenden und den Empfang von Lichtimpulsen ausgebildet, deren Impulsfrequenz
im Ki lohertzbereich liegt. Da das Licht nur impulsweise ausgestrahlt wird, ist
es möglich, die Impulsquelle kurzzeitig mit hoher Energie zu betreiben, ohne daß
im Mittel eine unzulässig große Belastung der Impulsquelle entsteht. Die Intensität
der von der Füligutoberfläche reflektierten Strahlung kann somit auf einfache Weise
zur besseren Erkennung der für die Messung des Abstands richtigen Stellung der Sender
gesteigert werden.
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Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform sind die von den Strahlensendern
erzeugten Strahlenbündel im Querschnitt bandartig ausgebildet. Die Strahlenbündel
überschneiden sich in diesem Fall auf der Füligutoberfläche. Es entsteht an der
Stelle der Überschneidung eine reflektierte Strahlung mit größerer Intensität.
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Die Überschneidung tritt auch dann auf, wenn zwei Strahlensender nicht
um exakt parallele Achsen schwenkbar sind und die optischen Achsen der Strah Jensender
nicht genau in der gleichen senkrechten Ebene verlaufen. Diese Anordnung hat somit
den Vorteil, daß sie Justierungenauigkeiten ausgleicht.
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Vorzugsweise werden die Strahlenbündel mit bandartigem Querschnitt
von vor Strah lenqel len angeordneten Zyl i nderl i nsen erzeugt.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe
von Füllgut im Schema mit dem Behälter im Querschnitt Fig. 2 eine andere Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe von Füligut im Schema mit dem Behälter
im Querschnitt, Fig. 3 einen Strah lensender und einen Strahlenempfänger im Querschnitt,
Fig. 4 ;?uerSchnitte der von den Strah lensendern erzeugten Strahlenbündel.
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An einem Behälter 10 zur Aufnahme von Füllgut 12 sind über dem maximal
vorgesehenen Füllstand des Füllgutes 12 im Abstand a voneinander zwei Strahlensender
14, 16 angeordnet. Die beiden Strahlensender sind um zueinander parallele Achsen
18, 20 schwenkbar angeordnet, die in gleicher Höhe über der Oberfläche 22 des Fül
1-guts 12 waagrecht verlaufen.
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In der Mitte zwischen beiden Strahlensendern 14, 16 befindet sich
ein Strahienempfänger 24, dessen Aufnahmeöffnung für die Strahlung dem Füllgut 12
zugewandt ist. Die Aufnahmeöffnung des Strahlenempfängers zeigt senkrecht nach unten.
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Die beiden Strahlensender 14, 16 erzeugen jeweils in das Innere des
Behälters 10 gerichtete Strahlenbündel, die in Fig. 1 durch gestrichelte Linien
26,28 dargestellt sind. Die Linien 26, 28 entsprechen zugieich den optischen Achsen
der Strahlensender 14, 16,
das heißt den durch die Mitte der Optiken
für die Erzeugung der Strahlenbündel verlaufenden Linien. Die Strahlen der Strahlenbündel
26, 28 treffen auf die Oberfläche 22 auf und werden reflektiert. In einer bestimmten
Winkelstellung der Strahlensender 14, 16 beleuchten die Strahlenbündel 26, 28 die
senkrecht unter der Aufnahmeöffnung des Strahlenempfängers 24 liegende Stelle 30
der Oberfläche 22.
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Der Strahlenempfänger 24 weist eine im folgenden noch näher erläuterte
Optik auf, um eine Einstellung auf eine bestimmte Richtung des Strahlenfl usses
zii erreichen. Aufgrund dieser Optik gelangt vorwiegend Strahlung, die in der mit
32 in Fig. 1 bezeichneten Richtung von der Stelle 30 reflektiert wird, zum Strahlenempfänger
24. Die empfangene Strahlung hat somit bei der in Fig. 1 gezeigten Winkelstei Jung
der Strahlensender 14, 16 ein Intensitätsmaximum, das zur Unterscheidung der für
die Feststellung der Füllstandshöhe richtigen Winkelstellung ausgenutzt wird. In
dieser Winkelstellung wird der Winkel ß, den die optischen Achsen 26, 28 der Strahlensender
14, 16 mit einer Bezugslage 34 einschließen, gemessen. Die Bezugslage 34 ist drch
eine Waagrechte festgelegt, die durch die parallelen Achsen 18, 20 verläuft. Aus
dem konstanten Abstand a zwischen den beiden Strah lensendern 14, 16, der Lage des
Strahlenempfängers 24 in der Mitte der Strahlensender und dem Winkel ß ist die Höhe
x zwischen der Bezugslage 34 und der Stelle 30 auf der Oberfläche 22 des Füllgutes
12 nach folgender Beziehung herleitbar: x = a/2 . tan ß.
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Aus der Höhe x kann auf einfache Weise die Füllstandshöhe bestimmt
werden, indem die Höhe x von der Behälterhöhe h subtrahiert wird.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform einer FülIstandshöhenmeßvorrichtung
ist nur ein um eine waagrechte Achse 20 schwenkbarer Strah lensender 36 vorhanden,
der oben an einem Behälter 38 angeordnet ist, in dem sich Füllgut 12 befindet.
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Der Strahlensender 36 erzeugt ein Strahlenbündel, das in Fig. 2 mit
40 bezeichnet ist. Sas Strahlenbündel 40 trifft auf die Oberfläche 22 des Für guts
12 auf und wird reflektiert. Bei der in Fig. 2 gezeigten neigung des Strahlensenders
36 liegt die vom Strahlenbündel 40 getroffene Stelle 42 senkrecht unterhalb eines
Strahlenempfängers 44, dessen optische Achse, die in Fig. 2 mit 46 bezeichnet ist,
ebenfalls senkrecht ausgerichtet ist. Der Strahlenempfänger 44 ist für den Empfang
von senkrecht oder in etwa senkrecht verlaufenden Strahlen eingerichtet. Auf diese
Weise läßt sich der Einfluß des von der Oberfläche 22 reflektierten Lichts bei anderer
als der in Fig. 2 gezeigten Neigung des Strahlensenders 36 ausschalten. Der Abstand
zwischen dem Strahlensender 36 und dem auf gleicher Höhe angeordneten Strahlenempfänger
44 ist in Fig. 2 mit b bezeichnet.
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Der Strahlenempfänger 44 weist einen seitlichen Vorsprung 48 auf,
in dem sich ein zweiter Strahlensender befindet, der nicht näher bezeichnet und
in Flug. 2 nur schematisch dargestellt ist. Ein teildurchlässiger Spiegel 5O sorgt
im Empfänger 44 für eine Strahlenteilung. Der teildurchiässig Spiegel 50 lenkt die
vom Strahlensender ausgehende Strahlung senkrecht nach unten in Richtung der Stel
Je 42 auf der Oberfläche 22 um. Diese Strahlung verläuft daher in Richtung der optischen
Achse 46 und wird von der Stelle 42 reflektiert. Treffen die von den Strah lensendern
erzeugten Lichtbündel, wie in Fig. » gezeigt, an der Stel Je 42 zusammen, dann steigt
die Bestrahlngsstärke stark an. Die zur Aufnahmeöffnung des Strahlenempfängers gelangende
Strahlung hat deshalb ein Maximum der Intensitat, das zur Unterscheidung derjenigen
Neigung des Strahlensenders 36 verwendet wird, die für die Bestimmung des Abstands
y einer durch die Achse 20 verlaufenden waagrechten
Bezugslage
52 von der Stelle 42 der Oberfläche dient. Die in den Strahlenempfänger 44 eintretende,
von der Oberfläche 22 reflektierte Strahlung durchläuft den teildurchlässigen Spiegel
50 und trifft auf ein strahlenempfindliches, nicht näher bezeichnetes Organ auf.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung fallen die optische Achse 46 des Strahlenempfängers
44 und des im Vorsprung 48 angeordneten Strahlensenders zusammen. Es ist jedoch
auch möglich, neben dem Strahlenempfänger 44 einen zweiten Strahlensender anzubringen,
der ein senkrecht gegen die Oberfläche 22 gerichtetes Strahlenbündel erzeugt. In
diesem Fall verlaufen die optischen Achsen des zweiten Strahlensenders und des Strah
lenempfängers 44 in kurzem Abstand voneinander in parallelen Richtungen. Wegen des
geringen Abstands wird die bei der Überdeckung der Lichtbündel der beiden Strah
lensender entstehende starke reflektierte Strahlung vom Strahlenempfänger 44 ebenfalls
erfasst. Falls erforderlich, kann auch die Optik des Strahlenempfängers 44 für einen
größeren Öffnungswinkel eingerichtet sein.
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Die Höhe y wird bei der in Fig. 2 gezeigten Neigung des Strahlen senders
36 gegen die waagrechte Bezugslage 52 durch Messung des Neigungswinkels ß und durrh
die Multiplikation des Tangens dieses Neigungswinkels ß mit dem fest eingestellten
Abstand b ermittelt.
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Die Höhe y ergibt sich somit aus der folgenden Gleichung: y - b .
tan ß.
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Durch Subtraktion der Höho y von der nicht näher bezeichneten Behälterhöhe
wird die Füllstandshöhe bestimmt.
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Die Verwendung eines oder zweier Strahlensender richtet sich nach
dem Reflexionsvermögen des in den Behältern 10 oder 38 gelagerten Füllgutes 12.
Bei gut reflektier-ender Oberfläche reicht zumeist ein Strahlensender aus. Die in
Fig. 2 dargestellte Vorrichtung
benötigt in der Breite des Behälters
38 wenig Raum. Daher eignet sich diese Vorrichtung besonders gut für Behälter mit
kleinem Querschnitt.
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Die Strahlensender 14, 16, 36 enthalten eine in einem Gehäuse 54 angeordnete
Strahlenquelle 56, deren ausgesandte Strahlung mittels einer Optik 58, z. B. einer
Linse, in ein Strahlenbündel umgewandelt wird, dessen Strahlen im wesentlichen parallel
zueinander verlaufen. Das Gehäuse 54 trägt beiderseits Zapfen 60, 62, die jeweils
längs der Schwenkachsen 18, 20 verlaufen. Die Zapfen 60, 62 sind in nicht näher
bezeichneten Lagern drehbar gelagert. Am Zapfen 60 greift die Weite eines Antriebsmotors
64 über eine nicht dargestellte Kupplung an. Durch Einschalten des Motors 64 wird
der jeweilige Strahlensender geschwenkt. Der Motor 64 kann als Getriebemotor ausgebildet
sein. Mit dem Zapfen 62 ist ein Meßwertgeber 66 für die Winkeistellng des jeweiligen
Strahlensenders 14, 16, 36 verbunden. Der Meßwertgeber 66 kann für die Abgabe eines
der Winkelstellung proportionalen Analogsignals ausgebildet sein. Beispielsweise
enthäit der Meßwertgeber 66 ein Drehpotentiometer, an dessen Abgriff das der Winkelstellung
proportionale Signal verfügbar ist.
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Es ist möglich, die ohmschen Widerstandswerte längs des Drehpotentiometers
derart unterschiedlich vorzusehen, daß am Abgriff ein der Tangensfunktion proportionales
Signal auftritt. Das Ausgangssignal des Drehpotentiometers kann auch einem Funktionsgeber
zugeführt werden, der für die Erzeugung einer Tangensfunktion ausgelegt ist.
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Das Ausgangssignai des Meßwertgebers 66 wird einer Schaltungsanordnung
68 zugeführt, in der das Signal mit dem konstanten Abstand a oder b multipliziert
wird, Hierbei ist vorausgesetzt, daß das Signal bereits dem Tangens des Neigungswinkels
ß proportional ist. Andernfalls muß diese Proportionalität noch
durch
die Schaltungsanordnung 68 erzeugt werden. Die Schaltungsanordnung 68 bildet aus
dem Abstand x oder y und der Höhe des Behälters 10 oder 38 durch Subtraktion den
Wert für die Füllstandshöhe und beaufschlagt den Ausgang 70 mit diesem Wert.
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Ein weiterer Eingang der Schaltungsanordnung 68 ist an eine Diskriminatorschaltung
72 angeschlossen, die von einem lichtempfindlichen Organ 74 gespeist wird, das sich
in einem Gehäuse .76 des jeweiligen Strahlenempfängers 24 bzw. 44 befindet. Das
Organ 74 wandelt die auftreffenden Strahlen in elektrische Ströme um. Das Gehäuse
76 enthält eine Aufnahmeöffnung 78, in der sich eine Optik 80 befindet, die das
einfallende Licht auf dem lichtempfindlichen Organ 74 konzentriert. Eine verlängerte
Fassung 82 für die Optik 80 sorgt dafür daß nur Strahlung einer bestimmten Flußrichtung
zum Organ 74 gelangt. Auf diese Weise kann der Einfluß der Umgebungsbeleuchtung
vermindert werden.
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Die Diskriminatorschaltung 72 spricht dann an, wenn das Ausgangssignal
des Organs 74 gegebenenfalls nach einer Verstärkung eine einstellbare Grenze überschreitet.
Diese Grenze ist dem bei über deckung der Strahlenbündel der Strahlensender 14,
16, 36 an den Stellen 30 und 42 auftretenden maximalen Strahleneinfall in die Optik
80 angepaßt. Fails nur ein Strahlensender vorhanden ist, wird die Stelle auf die
von einem Strahlenbündel beim Auftreffen auf die Stellen 30, 42 reflektierte Strahlung
eingestellt. Die Diskriminatorschaltung 72 meldet somit durch ein Ausgangssignal,
wenn die Strahlensender 14, 16, 36 die für die Bestimmung des jeweiligen Abstands
x bzw. y richtige Neigung erreicht haben.
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Das Ausgangssignal der Diskriminatorschaltung 72 gibt den Ausgang
70 für den von der Schaltung 68 berechneten Wert der Fül lstandshöhe frei.
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Es ist möglich, das Ausgangssignal der Diskriminatorschaltung 72 auch
zum Anschalten des rotors 64 zu verwenden Hierdurch kann eine selbsttätige Führung
der jeweiligen Strahlensender 14, 16, 36 zu der für die Messung der Füllstandshöhe
richtigen Stellung erreicht werden, in der die Bewegung der Strahlensender 14, 16,
36 angehalten wird. Mittels einer nicht dargestellten, von Hand betätigbaren Steuerung
passen sich die Strahlensender 14, 16, 36 durch Umkehr der Drehrifhtung des Motors
64 wieder in die Ausgangslage zurückbewegen, die 2. B. durch die Anordnung von Endschaltern
festgelegt werden kann.
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Es wurde oben die Verwendung eines analog arbeitenden Meßwertgebers
66 für die Feststellung des Neigungswinkels ß erläutert.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, einen digital arbeitenden
Meßwertgeber einzusetzen. An den Zapfen 62 kann beispielsweise ein digital absolut
kodierter Winkelkodierer angeschlossen werden, der für jeden Neigungswink.el eine
binäre oder binär dezimal kodierte Zahl liefert, die anschließend digital in den
Tangens umgewandelt und mit dem konstanten stand 2 a oder b multipliziert wird.
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Wenn die Strahlensender 14, 16, 36 mit den in Fig. 3 gezeigten Elementen
64, Ob sowie der Schaltung 68 verbunden sind, dann können sie vorzugsweise zur kontinuierlichen
Messung der Füllstandshöhe eingesetzt werden. Sind die Strahlensender 14, 16, 36
auf eine bestimmte Winkel lage fest eingestellt, gibt die Diskriminatorschaltung
72 ein Ausgargssignal ab, sobald die Oberfläche 22 den Schnittpunkt der Strahlenbündel
26, 28 bzw. den Schnittpunkt des Strahienbundels 40 mit der optischen Achse 46 erreicht
hat. In diesem Fall dient die aus den Strahlensendern 14, 16 und dem Strahlenempfänger
24 bzw. die aus dem Strahlensender 36 und dem Strahlenempfänger 44 bestehende Vorrichtung
zur Grenzstandserfassung.
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Sollen die Vorrichtungen ausschließlich für die Grenzstandserfassung
eingesetzt werden, dann kann eine Einstellung der Strahlensender 4, 16, 36 von Hand
unter Verzicht auf Motor 64 vorgenommen werden. Bei der einmaligen Einstellung auf
eine fest vorgegebene
Füllstandshöhe lassen sich auch die Meßwertgeber
66 einsparen bzw. nach der Einstellung der Strahlensender 14, 16, 36 wieder von
den Zapfen 62 entfernen und für die Einstellung anderer Vorrichtungen verwenden.
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Werden zwei Strahlensender verwendet, dann ist es zweckmäßig, von
jedem Strahlensender ein Lichtbündel unterschiedlicher Farbe erzeugen zu lassen.
Beispielsweise erzeugt der Strahlensender 14 ein Lichtbündel 26 mit gelber und der
Strahlensender 16 ein Lichtbündel 28 mit blauer Farbe. An der Stelle 30 der Oberfläche
22 überdecken sich die beiden Lichtbündel 26 und 28 zumindest teilweise, wobei aus
den Primärfarben gelb und blau die Sekundärfarbe grün entsteht. Der Strahienempfänger
24 ist so eingerichtet, daß er auf Licht von grüner Farbe anspricht. Damit stehen
zwei Kriterien für die Feststellung der zur Bestimmung des Abstands x richtigen
Winkellage der Strahlensender 14, i6 zur Verfügung. Das erste Kriterium ist die
Intensität der vom Strahlenempfänger 24 aufgenommenen Strahlung, die bei sich überschneidenden
Lichtbündeln 26, 28 an der Oberfläche 22 ein Maximum ist. Als zweites Kriterium
wird die Mischfarbe ausgenutzt, die dann entsteht, wenn die Lichtbündel 26, 28 die
gleiche Stelle an der Oberfläche 22 beleuchten.
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Die verschiedenen Farben der Lichtbündel 26, 28 können durch Filter
erzeugt werden, die im Strahlengang der Lichtquellen 56 angeordnet sind. Für die
Feststellung der Mischfarbe läßt sich ebenfalls ein vor dem Organ 74 angeordnetes
Filter einsetzen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein lichtempfindliches
Organ 74 auszuwählen, dessen spektrale Empfindlichkeit im Bereich der Wellenlänge
der Mischfarbe ihren größten Wert hat. Weiterhin können als Strahlenquellen 56 in
den beiden Strahlensendern 14, 16 Lumineszenzdioden angeordnet sein, die jeweils
Licht mit verschiedener Farbe aussenden.
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Die Strahlensender 14, 16, 36 und der mit dem Strahlenempfänger 44
in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnete Strah lensender erzeugen zweckmäßigerweise
Lichtbündel, die einen bandartigen Querschnitt 84
aufweisen. Wenn
die Achsen 18, 20 genau parallel zueinander verlaufen und die optischen Achsen der
Lichtbündel 26, 28 in der gleichen senkrechten Ebene liegen, überdecken sich die
Querschnitte 84 an der Schnittstelle der beiden Lichtbündel 26, 28. Sind diese Voraussetzungen
Jedoch nicht exakt verfüllt, dann haben die Querschnitte 84 in ihrer Längsrichtung
eine gewisse Neigung gegeneinander. Die Lichtbündel 26, 28 überdecken sich dann
an der Oberfläche 22 nicht völlig, sondern schneiden sich auch in waagrechter Richtung
unter einem gewissen Winkel. An der Schnittstelle entsteht ein Lichtfleck mit reflektierter
Strahlung von größerer Intensität gegenüber der Umgebung. Die Strahlung dieses Lichtflecks
wird vom Strahlenempfänger 24 erfaßt. Durch die Verwendung von Strahlenbündeln mit
bandartigem Querschnitt lassen sich daher Ungenauigkeiten bei der Justage der Strahlensender
14, 16 ausgleichen. Die obigen Erläuterungen sind auch auf die in Fig. 2 gezeigte
Vorrichtung übertragbar, wenn der Strahlensender 36 und der im Gehäuse des Strahlenempfängers
44 angeordnete Strahlensender Strahlenbündel mit bandartigem Querschnitt 84 aussenden.
Es reicht allerdings bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 aus, wenn nur der Strahlensender
36 ein Lichtbündel mit bandartigem Querschnitt 84 aussendet. Da nur die Achse 20
des Strahlensenders 36 justiert werden muß, läßt sich die in der Fig. 2 dargestellte
Vorrichtung schneller und einfacher ein stellen . Für die Erzeugung von Lichtbündeln
mit dem bandartigen Querschnitt 84 können für die Optik 58 Zylinderlinsen und entsprechend
geformte Blenden verwendet werden.
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Um den Einfluß von Gleichlicht und Wechsel licht aus einer Lichtquelle
in der Umgebung auf die Strahlenempfänger 24, 44 auszuschalten, senden die Strahlensender
die Strahlen in kodierter Form aus. Unter kodierter Strahlung wird hierbei auch
eine modulierte Strahlung verstanden. Die Strahlensender 14, 16, 36 und der mit
dem Empfänger 44 in einem Gehäuse gemeinsam angeordnete Strahlensender erzeugen
beispielsweise Lichtimpulse, deren Impulsfrequenz im Kilohertzbereich
liegt.
Bei kurzen Lichtimpulsen und längeren Impulspausen können die Lichtquellen 56, bei
denen es sich z.B. um Lumineszenzdioden handelt, sehr hoch belastet und zum Aussenden
von Lichtimpulsen mit großer Strahlungsstärke angeregt werden, ohne daß eine Uberlastung
der Lichtquellen 56 eintritt. Diese Lichtimpulse von hoher Strahlungsstärke ermöglichen
den Einsatz der in den fig. 1 bis 4 gezeigten Füllstandsmeßvorrichtungen bei Füllgütern
12, die keine stark reflektierenden Oberflächen 22 bzw stark diffus reflektierende
Oberflächen 22 ausbilden.
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Die Strahlenempfänger 24, 44 sind durch elektrische Filter für den
Empfang von Impulsen der ausgewählten Frequenz eingerichtet. Es ist auch möglich,
die für die Erzeugung der Lichtimpulse dienenden elektrischen Signale über eine
Leitung den Strahlenempfängern 24,44 zusätzlich vorzugeben. Diese Signale steuern
eine Torschaltung im Empfänger derart, daß nur diejenigen Lichtimpulse weiterverarbeitet
werden, deren Frequenz der Senderfrequenz entspricht.
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Die vorstehend erläuterten Füllstandsmeßvorrichtungen arbeiten unabhängig
von Luftbewegungen in den Behältern 10 und 38. Die Dichte des jeweiligen Für guts
12 hat keinen Einfluß auf die Messung.
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Auch ein veränderlicher Querschnitt bei den Behältern 10 und 38 wirkt
sich nicht auf die Messung aus. Es besteht weiterhin Unabhängigkeit von Temperaturschwankungen,
Ein senkrechter Verlauf der optischen Achse der Strahlenempfänger 24, 44 reduziert
den Aufwand für die Bestimmung des Abstands x oder y.
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Die optische Achse der Strahlenempfänger 24, 44 kann jedoch auch gegen
die Senkrechte geneigt sein. In diesem Fall muß der Neigung winkel der optischen
Achse gegen die Waagrechte bekannt sein und bei der Berechnung des Abstands x bzw.
y berücksichtigt werden.
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Bei einer Fül Istandsmeßvorrichtung, die nur einen Strahlensender
enthält, kann der Strahlensender ebenfalls schwenkbar angeordnet sein.
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Bei der Berechnung des Abstands x bzw. y ist in diesem Fall auch der
Neigungswinkel des Strahlenempfängers zu berücksichtigen.
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L e e r s e i t e