DE3327594C2 - Verfahren zur Massenstrom-Messung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur laufenden Bestimmung des Massenstroms eines Schüttgutes beschrieben, bei dem ein Massenflußmeßgerät mit einem vom Gut durchflossenen Schleuderrad verwendet wird. Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß die Leistungsaufnahme des Schleuderrad-Motors gemessen und in ein proportionales Spannungssignal umgewandelt, und der der Leistungsaufnahme im Lerrlauf entsprechende Anteil dieses Spannungssignals durch ein aus der laufenden Messung der Netzspannung abgeleitetes und auf die Größe des Leerlaufanteils eingestelltes Spannungssignal kompensiert wird. Das dabei resultierende Meßsignal ist dann direkt proportional dem Massenstrom.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur laufenden Bestimmung des Massenstroms eines Schüttgutes.

Bei der Behandlung von Schüttgütern in verfahrenstechnischen Anlagen, beispielsweise Mahl-, Sicht- oder Trocknungsanlagen, ist es erforderlich, besonders auch im Hinblick auf eineAutomatisierung des Prozesses, die zeitlich durch einen bestimmten Querschnitt durchgesetzte Schüttgutmenge, d. h. ihren Massenstrom, laufend zu messen.

Nach einem bekannten Verfahren (DE-PS 11 16 420) kann dazu der Motorstrom eines Fördergerätes gemessen werden. Dabei wird aus dem zu messenden Motorwechselstrom zunächst eine Meßwechselspannung abgeleitet, und dieser Meßwechselspannung wird dann eine aus der Wechselspannungsquelle des Motors abgeleitete Wechselspannung konstanter Amplitude in der Größe von etwa 10% der Meßwechselspannung überlagert Die daraus resultierende Wechselspannung stellt die eigentliche Meßgröße dar, die schließlich in eine proportionale Meßgleichspannung umgewandelt wird, wobei der Leerlaufanteil dieser Meßgleichspannung zu Null kompensiert wird. Mit diesem Verfahren wird erstens eine Nullpunklunterdrückung bei der Anzeige des Meßwertes erreicht, so daß die gesamte Skala des Anzeigeitistruments zur Anzeige der momentanen Fördermenge zur Verfügung steht, und zweitens erhält man eine Linearisierung der Skalenteilung, wobei die Skala des Anzeigeinstruments umso stärker gedehnt wird, je größer der Anzeigewert wird. Das Verfahren erreicht mit einfachen Mitteln eine Anzeige der Förderleistung mit einer für eine Betriebsüberwachung ausreichenden Genauigkeit. Für eine On-Line-Verarbeitung, bei der es auf eine genaue Erfassung des augenblicklichen Massenstroms ankommt, ist dieses Verfahren jedoch unbrauchbar, da verschiedene Einflußgrößen, insbesondere die Netzspannungsschwankungen, nicht berücksichtigt wurden.

Sehr genaue Ergebnisse liefert dagegen ein in der DE-PS 19 40 425 beschriebenes Massenflußmeßgerät, bei dem der zu messende Gutstrom ein motorgetriebenes Schleuderrad durchsetzt und das Rückdrehmoment des Schleuderrad-Motors gemessen wird. Nachteilig isl jedoch der komplizierte und schwierig zu justierende, mechanische Aufbau, das Erfordernis eines Synchronmotors und die Störanfälligkeit bei Verschmutzung der mechanischen Teile.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur laufenden Bestimmung des Massenstroms eines Schüttgutes zu schaffen, das mit einem mechanisch einfachen und robusten Aufbau der Meßeinrichtung unter Ausschaltung störender Einflußgrößen, vor allem der Netzspannungsschwankungen, sehr genaue Meßwerte liefert.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Dabei wurde davon ausgegangen, daß bei dem bekannten Massenflußmeßgerät das Rückdrehmoment des vom Gut durchflossenen Schleuderradesnach dem Impulssatzeingenaues Maß fürden momentanen Massenstrom darstellt und somit auch die vom Schleuderrad-Motor an das Schleuderrad abgegebene Leistung, da die Schleuderrad-Drehzahl konstant ist. Direkt meßbar ist jedoch nur die vom Schleuderrad-Motor aufgenommene Leistung, die um die Verlustleistung des Motorsgrößer istalsdieabgegebene Leistung.

Die Verlustleistung ist aber keine konstante Größe, sondern ist von der Temperatur der Motorwicklung, der Netzspannung, der Größe des Massenstroms und der Schlupfgröße bei Verwendung eines Asynchronmotors abhängig.

Es wurde nun gefunden, daß man ein dem Massenstrom weitgehend direkt proportionales Meßsignal erhält, wenn man die Leistungsaufnahme des Schleuderrad-Motors mißt und in ein proportionales Spannungssignal umwandelt und den der Leistungsaufnahme im Leerlauf entsprechenden Anteil dieses Spannungssignals durch ein aus der laufenden Messung der Netzspannung abgeleitetes und auf die Größe des Leerlaufanteils eingestelltes Spannungssignal kompensiert Dadurch wird erreicht, daß die Verlustleistung des Motors einschließlich ihrer durch Netzspannungsschwankungen hervorgerufenen Schwankungen kompensiert wird und ein nur dem Massenstrom proportionales Meßsignal übrig bleibt. Obwohl die Leistungsaufnahme des Motors grundsätzlich proportional zum Quadrat der Netzspannung verläuft ist es hier möglich, die Leerlaufleistung des Schleuderrad-Motors in dem in der Praxis auftretenden Schwankungsbereich der Netzspannung in erster Näherung proportional der Netzspannung zu setzen, was durch genaue Messungen nachgewiesen werden konnte. Einfluß von Wicklungstemperatur und Größe des Massenstroms bleiben dabei allerdings unberücksichtigt. Wie weitere Messungen jedoch in überraschender Weise gezeigt haben, kann man den Einfluß der Wicklungstemperatur grundsätzlich vernachlässigen, da die durch hervorgerufenen Meßsignalschwankungen nur einige Promille des angezeigten Wertes betragen, und den Einfluß der Größe des Massenstroms innerhalb des Meßbereichs in erster Näherung als linear ansehen, da der dabei beanspruchte Betriebsbereich des Schleuderrad-Motors sehr schmal ist. Dies macht sich letztlich aber nur in einer Änderung des Proportionalitätsfaktors aus gemessener Leistungsaufnahme und angezeigtem Mebsignal gegenüber dem theoretischen Wert bemerkbar.

Somit ist es nun möglich, das Massenflußmeßgerät mit einem feststehenden Motor zu betreiben, was einen sehr einfachen und robusten mechanischen Aufbau ermöglicht. Selbst ein Asynchronmotor kann nun eingesetzt werden, wenn als aufgenommene Leistung die Wirkleistung gemessen wird. Der hier zusätzlich auftretende Einfluß des Schlupfs kann aufgrund von durchgeführten Messungen ebenfalls innerhalb d-;s Meßbereichs als linear angesehen werden, so daß wiederum nur die Größe des schon weiter oben genannten Proportionalitätsfaktors beeinflußt wird. Der Asynchronmotor hat den weiteren Vorteil, daß er auch in explosionsgeschützter Ausführung eingesetzt werden kann.

Eine zusätzliche Möglichkeit, den Einfluß der Netzspannungsschwankungen zu reduzieren, besteht darin, den Schleuderrad-Motor mit Unterspannung zu betreiben, also beispielsweise einen Drehstrom-Asynchronmotor in Stern-Schaltung.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit denen die Meßgenauigkeit erhöht und eine bessere Anpassung an den jeweils verwendeten Schleuderrad-Motor erreicht werden kann, sind in den Unteransprüchen beschrieben.

An Hand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Leistungsaufnahme des Schleuderrad-Motors 1, der hier ein Drehstrom-Asynchronmotor ist, wird mit dem Meßumformer 2 gemessen und in ein proportionales Spannungssignal u~gewandelt das über den einstellbaren Widerstand ό und den Operationsverstärker 4 zur Meßwertausgabe 5 gelangt Diese kann z. B. ein analog oder digital anzeigendes, in Einheiten des Massensl.-omes geeichtes Voltmeter, ein Schreiber oder ein summierendes Zählwerk sein. Zur Kompensation der Verlustleistung des Schleuderrad-Motors 1 wird mit Hilfe des Meßumformes 6 ein der Netzspannung proportionales Spannungssignal erzeugt und über den einstellbaren Widerstand 7 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 4 gelegt Der Einstellvorgang zur Kompensation des Leerlaufanteils ist dabei folgender: Bei abgeschaltetem Motor 1 werden zunächst die einstellbaren Widerslände 8 und 10 in Mittelstellung gebracht so daß am Eingang des Operationsverstärker 4 Null-Potential gegen Masse herrscht Dann wird Motor 1 eingeschaltet und das Massenflußmeßgerät im Leerlauf betrieben. Der zeitliche Verlauf von Leerlauf-Leistungsaufnahme und Netzspannung werden mit den Meßumformern 2 und 6 gemessen, in proportionale Spannungssignale umgewandelt und der aus dem Operationsverstärker 4 und den Widerständen 3,7, 9,11 und 12 bestehenden Umkehraddierschaltung zugeleitet Der dem zeitlichen Mittelwert entsprechende Gleichspannungsanteil des Spannungssignals von Meßumformer 2 wird mit einer am einstellbaren Widerstand 8 abgegriffenen und über Widerstand 9 an den Eingang des Operationsverstärkers 4 gelegten konstanten Gleichspannung kompensiert Mit dem einstellbaren Widerstand 7 wird nun das Spannungssignal von Meßumformer 6 soweit verändert daß am Eingang des Operationsverstärkers 4 die zeitlichen Schwankungen des hier noch anliegenden Spannungssignals verschwinden und nur eine konstante Gleichspannung übrig bleibt. Diese wird schließlich mit einer am einstellbaren Widerstand 10 abgegriffenen und über Widerstand 11 an den Eingang des Operationsverstärkers 4 gelegten Gleichspannung zu Null kompensiert. Damit ist das Massenflußmeßgerät betriebsbereit Am Ausgang des Operationsverstärkers 4 erscheint jetzt ein allein dem Massenstrom des das Schleuderrad durchfließenden Schüttgutes proportionales Spannungssignal. Widerstand 3 nach dem Meßumformer 2 ist einstellbar ausgeführt, um die Schaltung an den Meßbereich der jeweils verwendeten Meßwertausgabe 5 anpassen zu können. Diese Anpassung muß vor der oben beschriebenen Kompensation des Leerlaufanteils erfolgt sein.
Abweichungen der Verlustleistung des Schleuderrad-Motors von dem theoretisch zu erwartenden Wert infolge des Motors-Schlupfs und/oder der Belastung durch das das Schleuderrad durchfließende Schüttgut — erkennbar daran, daß der von der Meßwertausgabe 5 angezeigte Wert für den das Schleuderrad durchsetzenden Massenstrom von dem des tatsächlich durchgesetzten abweicht — können mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes 12 korrigiert werden. Mit diesem Widerstand läßt sich die Verstärkung der verwendeten Umkehraddierschaltung verändern und damit der Proportionalitätsfaktor aus gemessener Leistungsaufnahme und angezeigtem Meßsignal.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann eine hohe Anzeigegenauigkeit erreicht werden. Bei dem Ausführungsbeispiel lag der maximale Fehler innerhalb von ±1%.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur laufenden Bestimmung des Massenstroms eines Schüttgutes unter Verwendung eines Massenflußmeßgerätes mit einem vom Gut durchflossenen, elektromotorisch angetriebenen Schleuderrad durch Messung einer Betriebsgröße des Motors und Kompensation ihres Leerlaufanteils, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsgröße die Leistungsaufnahme des Motors gemessen und in ein proportionales Spannungssignal umgewandelt, und der der Leistungsaufnahme im Leerlauf entsprechende Anteil dieses Spannungssignals durch ein aus der laufenden Messung der Netzspannung abgeleitetes und auf dieGrößedieses Leerlauf-Anteils eingestelltesSpannungssignalkompensiertwird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzmchnet,-daß die Wirkleistungsaufnahme gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Gleichspannungsantei! des der Leistungsaufnahme im Leerlauf proportionalen Spannungssignals als auch der Gleichspannungsanteil des aus der laufenden Messung der Netzspannung abgeleiteten Spannungssignals jeweils durch eine eigene, konstante Gleichspannung kompensiert wird, und daß der Wechselspannungsanteil des der Leistungsaufnahme im Leerlauf proportionalen Spannungssignals mit dem auf gleiche Amplitude eingestellten invertierten Wechselspannungsanteil des aus der laufenden Messung der Netzspannung abgeleiteten Spannungssignals kompensiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungssignale aus Leistungsaufnahme und Netzspannung sowie die Kompensationsgleichspannungen einer Analogrechnerschaltung zugeführt werden, deren Ausgangssignal proportional dem Massenstrom des das Schleuderrad durchfließenden Schüttgutes ist.

5. Verfahren nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß als Analogrechnerschaltung eine Umkehraddierschaltung verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Verlustleistung des Schleuderrad-Motors von dem theoretisch zu erwartenden Wert infolge des Motor-Schlupfs durch Korrektur des dem Massenstrom proportionalen Ausgangssignals kompensiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation durch Änderung der Verstärkung der Umkehraddierschaltung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Verlustleistung des Schleuderrad-Motors von dem theoretisch zu erwartenden Wert infolge der Belastung durch das das Schleuderrad durchfließende Schüttgut durch Korrektur des dem Massenstrom proportionalen Ausgangssignals kompensiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation durch Änderung der Verstärkung der Umkehraddierschaltung erfolgt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Verstärkung ein für die Spannungssignale aus Leistungsaufnahme und Netzspannung und für die

Kompensationsgleichspannungen gemeinsames Einstellorgan verwendet wird.