DE4029385C1

DE4029385C1 - Measuring molten metal level - by calculating difference between reference pressure of container and measured pressure using computer

Info

Publication number: DE4029385C1
Application number: DE19904029385
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Ing. 5920 Bad Berleburg De Klinker
Original assignee: W Strikfeldt & Koch 5276 Wiehl De GmbH
Current assignee: Strikowestofen GmbH
Priority date: 1990-09-12
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1992-01-02
Anticipated expiration: 2010-09-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit, insbesondere von geschmolzenem Metall, nach dem Hauptanspruch und dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch.

Aus der DE-OS 31 42 241 ist eine Meßeinrichtung an einem Ofen für eine Metallschmelze bekannt, bei dem eine Elektrode in den Ofen hineinragt, die bei Berührung mit der Schmelze einen Kurz schlußimpuls als Meßsignal abgibt. Die Elektrode wird von einem Motor in der Höhe verstellt, wobei der Motor mit einem der Drehwinkelgeber gekuppelt ist. In bestimmten Zeitintervallen wird von einer Steuereinrichtung der Motor derart angesteuert, daß er die Elektrode abfängt, so lange, bis sie die Schmelzenoberfläche berührt und einen Kurzschlußimpuls auslöst. Der bei dem Kurzschlußimpuls vom Drehwinkelgeber erfaßte Drehwinkel ist ein Maß für den jeweiligen Füllstand.

Diese bekannte Meßeinrichtung hat den Nachteil, daß sie durch das Hoch- und Niederfahren der Elektrode relativ großen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist und daß durch das dauernde Eintauchen der Elektrode ins Schmelzbad sich diese abnutzt und Fehler auftreten können und die Lebensdauer der Meßeinrichtung nicht groß ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit zu schaffen, die eine schnelle und genaue Messung des Füllstandes mit wenig mechanisch bewegten Teilen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Dadurch, daß in dem Behälter ein in die Flüssigkeit eintauchendes, mit dem Außenraum verbundenes Steigrohr vorgesehen ist, an oder in dem ein Signalgeber für den Flüssigkeitsstand im Steigrohr angeordnet ist und daß der Behälter in zeitlichen Abständen mit Druck beaufschlagt wird, der jeweils gemessen wird, wenn der Signalgeber ein Signal auslöst, wird eine Meßgröße, nämlich der Druck, vorgegeben, der ein Maß für den jeweiligen Füllstand ist. Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ist nicht der Behälteratmosphäre, die bei flüssigem Aluminium sehr aggressiv ist, ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer erhöht wird. Es wird eine genaue und schnelle Messung des Füllstandes ermöglicht, wobei der Behälter Druckleckverluste haben kann, ohne daß die Genauigkeit beeinflußt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen des Füllstandes.

Die Vorrichtung gemäß der Figur weist einen druckfesten Behälter 1 auf, der die Metallschmelze 2 enthält. In dem Behälter 1 ist ein Steigrohr 3 angeordnet, das in das flüssige Metall bzw. die Metallschmelze 2 eintaucht. Das Steigrohr steht mit dem Außenraum in Verbindung. In oder an dem Steigrohr ist ein Signalgeber 5 angebracht, der ein Signal abgibt, wenn das flüssige Metall in dem Steigrohr 3 den Signalgeber 5 erreicht. Innerhalb des Behälters ist ein Druckfühler 4 angeordnet, der mit einem Druck-Strom-Wandler 6 verbunden ist. Der Signalgeber und der Druck-Strom- Wandler 6 sind an eine Steuer- und Rechnereinheit 7 angeschlossen, die über einen Strom- Druck-Wandler 11 ein Druckventil 8 und ein Entlüftungsventil 9 ansteuert. Das Druckventil 8 ist mit einer Druckquelle 10 verbunden.

Zur Messung des Füllstandes wird von einem Bezugsfüllstand, beispielsweise dem maximalen Füllstand h_max, und von einem vorgegebenen Druck im Behälter 1, beispielsweise Druck des Außenraumes, ausgegangen. Der Behälter 1 wird durch die Steuer- und Rechnereinheit 7 über den Strom-Druck-Wandler und das Druckventil 8 mit Druck aus der Druckquelle 10 beaufschlagt, wodurch das flüssige Metall, z. B. Aluminium, im Steigrohr 3 ansteigt, bis ein Kontakt, z. B. ein elektrischer Kontakt, am Signalgeber 5 ausgelöst wird. Über den Druckfühler 4 und den Druck-Strom- Wandler 6 wird der beim Auslösen des Kontaktes am Signalgeber 5 herrschende Druck gemessen. Anschließend wird der Behälterinnenraum über das Entlüftungsventil 9 entlüftet. Wenn der Füllstand der Metallschmelze 2 abgenommen hat, wird der Innenraum wieder mit Druck be aufschlagt und der bei Auslösen des Signal gebers 5 herrschende Druck wird gemessen. Die Druckdifferenz, die durch den Druck bei Aus lösen des Signalgebers 5 bei maximalem Füll stand und dem gerade gemessenen Druck vorge geben wird, ist ein Maß für die Differenz des Füllstandes und somit für den gerade vorhan denen Füllstand, wobei die Steuer- und Rechner einheit 7 aus dem Druck den Füllstand berechnet. Im folgenden wird ein Beispiel für die Füll standsmessung angegeben.

Gegeben sei ein Behälter mit der Grundfläche 0,5 m × 0,5 m = 0,25 m². Die maximale zulässige Flüssigkeitshöhe beträgt 0,5 m. Die minimale zulässige Höhe 0,1 m. Über dem Grund des Behälters ist in einer Höhe von 700 mm der Signalgeber 5 im oder am Steigrohr 3 angebracht. Der Behälter ist mit flüssigem Aluminium mit einer Dichte von 2500 kg/cbm gefüllt. 10 mmWs (1 mbar) entsprechen 4 mm flüssigem Aluminium.
Bei maximalem Behälterinhalt ist ein Volumen von 0,5 × 0,5 × 0,5 = 0,125 cbm bzw. 0,125 × 2500 = 312,5 kg gegeben.

a. Voller Behälter: h_max = 0,5 m
Bei einem vollen Behälter ist der Höhenunter schied zwischen dem Signalgeber 5 und der Flüssigkeitsoberfläche 700 mm - 500 mm = 200 mm. Dies entspricht einem Druck von 50 mbar.
b. Leerer Behälter: h_min = 0,1 m
Der Höhenunterschied beträgt jetzt 600 mm. Dies entspricht einem Druck von 150 mbar.

Differenz: 150 mbar - 50 mbar = 100 mbar

Der Drucksensor 4 und der Druck-Strom-Wandler 6 werden so gewählt, daß sie in diesem Bereich ein Signal von 0-10 V an den Rechner weitergeben. Der Rechner weist diesen 10 V 1000 E zu. Eine Einheit entspricht somit 0,01 V oder 0,4 mm Flüssigkeitssäule.

Die Genauigkeit wird gegeben durch:

0,004 m × 0,25 m² = 0,001 cbm.

Dies entspricht 2,5 kg.

2,5 kg/312,5 kg * 100% = 0,8%.

Mit einer Genauigkeit von 0,8% ist dieses Meßverfahren sehr exakt.

Die Druckmessungen können kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Als Signalgeber können jede Art von Sensoren, z. B. induktive, kapazitive oder optische Sensoren, oder auch Berührungssensoren verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit, insbesondere von geschmolzenem Metall, die in einem Behälter aufgenommen ist, mit den Merkmalen, daß in dem Behälter ein in die Flüssigkeit eintauchendes, mit dem Außenraum verbundenes Steigrohr vorgesehen wird, an oder in dem ein Signalgeber angeordnet ist, der ein Signal auslöst, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Steigrohr ihn erreicht, daß der Behälter bei einem Bezugsfüllstand mit Druck beaufschlagt wird, derart, daß ein Signal am Signalgeber ausgelöst wird, wobei der Druck als Bezugsdruck für den Bezugsfüllstand gemessen wird, daß in zeit lichen Abständen der Behälter mit Drücken beaufschlagt wird, die jeweils bei Auslösen des Signalgebers gemessen werden, wobei die Druckdifferenz zwischen Bezugsdruck und jeweils gemessenem Druck ein Maß für den jeweiligen Füllstand ist.

2. Vorrichtung zum Messen des Füllstandes einer Flüssigkeit, insbesondere von geschmolzenem Metall, die in einem Behälter aufgenommen ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit den Merkmalen, daß in dem Behälter (1) ein in die Flüssig keit eintauchendes, mit dem Außenraum ver bundenes Steigrohr (3) vorgesehen ist, an oder in dem ein mit einer Steuer- und Rechnereinheit (7) verbundener Signalgeber (5) angeordnet ist, der ein Signal auslöst, wenn der Flüssigkeitsspiegel im Steigrohr (3) ihn erreicht, daß der Behälter (1) über ein von der Steuer- und Rechnereinheit (7) gesteuertes Ventil (8) mit Druck beauf schlagbar ist, daß eine Druckmeßein heit (4, 6) zur Messung des Drucks in dem Behälter (1) bei Auslösen eines Signals durch den Signalgeber (5) vorgesehen ist, daß die Steuer- und Rechnereinheit (7) den in dem Behälter bei Auslösen des Signals herrschenden Druck bei einem Bezugsfüllstand als Bezugsdruck speichert, die Druckdifferenz zu dem jeweiligen gemessenen Druck bestimmt und aus der Druckdifferenz den Füllstand berechnet.