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

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

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DE4029385C1 DE19904029385 DE4029385A DE4029385C1 DE 4029385 C1 DE4029385 C1 DE 4029385C1 DE 19904029385 DE19904029385 DE 19904029385 DE 4029385 A DE4029385 A DE 4029385A DE 4029385 C1 DE4029385 C1 DE 4029385C1
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Ralf Dipl.-Ing. 5920 Bad Berleburg De Klinker
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    • G—PHYSICS
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    • G05D9/00—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel
    • G05D9/12—Level control, e.g. controlling quantity of material stored in vessel characterised by the use of electric means

Abstract

The method is for measuring the level of liq. in a container (1), with a stand pipe (3) immersed in the liq. and in contact with the ambient air. A sensor in or on the pipe generates a signal when the liq. level reaches it. The container is subjected to a reference pressure whilst containing a reference lvel so that the sensor generates a signal. The container is subjected to pressure at time intervals and the pressures are measured when the sensor is triggered. The differences between the pressure and the reference pressure corresponds to the associated level of liq., and are pref. evaluated by a CPU (7). ADVANTAGE - Enables rapid accurate measurement with few mechanically moving parts.

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.The invention relates to a method and a Device for measuring the level of a Liquid, especially melted Metal, according to the main claim and the subsidiary device claim.

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.DE-OS 31 42 241 is a measuring device known for a furnace for a molten metal, where an electrode protrudes into the furnace a short when touching the melt final pulse as a measurement signal. The electrode is adjusted in height by a motor, the motor with one of the rotary encoder is coupled. At certain time intervals the engine is controlled by a control device controlled in such a way that it intercepts the electrode, until it touches the melt surface and triggers a short circuit pulse. The one with the Short-circuit pulse detected by the rotary encoder Angle of rotation is a measure of the respective level.

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.This known measuring device has the disadvantage that by raising and lowering the Electrode relatively large mechanical loads is exposed and that by the permanent Immerse the electrode in the weld pool itself this wears out and errors can occur and the service life of the measuring device is not long is.

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.Based on this state of the art the invention has for its object a method  and a device for measuring the Level of a liquid, which is a quick and accurate measurement of the Level with little mechanically moved Allow sharing.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst.This object is achieved according to the invention the features of claims 1 and 2 solved.

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.The fact that in the container in Liquid immersed with the outside space connected riser pipe is provided on or in which a signal transmitter for the liquid level is arranged in the riser pipe and that the Containers at intervals with pressure is applied, which is measured in each case, when the signal transmitter triggers a signal a measured variable, namely the pressure, is given, which is a measure of the respective level. The measuring device according to the invention is not the atmosphere of the container in liquid Aluminum is very aggressive, exposed, which increases the lifespan. It will an accurate and quick measurement of the level enables the container to lose pressure can have without affecting the accuracy becomes.

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. An embodiment of the invention is in of the drawing and is shown in the following description explained in more detail. The single figure shows schematically an embodiment of the Device according to the invention for measuring the Level.  

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.The device according to the figure has a pressure-resistant container 1 which contains the molten metal 2 . In the container 1 , a riser pipe 3 is arranged, which is immersed in the liquid metal or the molten metal 2 . The riser pipe is connected to the outside. A signal transmitter 5 is mounted in or on the riser pipe, which emits a signal when the liquid metal in the riser pipe 3 reaches the signal transmitter 5 . A pressure sensor 4 is arranged within the container and is connected to a pressure-current converter 6 . The signal generator and the pressure-current converter 6 are connected to a control and computer unit 7 , which controls a pressure valve 8 and a vent valve 9 via a current-pressure converter 11 . The pressure valve 8 is connected to a pressure source 10 .

Zur Messung des Füllstandes wird von einem Bezugsfüllstand, beispielsweise dem maximalen Füllstand hmax, 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.To measure the fill level, a reference fill level, for example the maximum fill level h max , and a predetermined pressure in the container 1 , for example pressure of the outside, are assumed. The container 1 is pressurized by the control and computer unit 7 via the current-pressure converter and the pressure valve 8 with pressure from the pressure source 10 , whereby the liquid metal, for. As aluminum, rises in the riser 3 until contact, z. B. an electrical contact is triggered on the signal generator 5 . The pressure prevailing when the contact on the signal transmitter 5 is triggered is measured via the pressure sensor 4 and the pressure-current converter 6 . The container interior is then vented via the vent valve 9 . When the level of the molten metal 2 has decreased, the interior is again subjected to pressure and the pressure prevailing when the signal transmitter 5 is triggered is measured. The pressure difference, which is given by the pressure when the signal transmitter 5 is at maximum filling level and the pressure just measured, is a measure of the difference in the filling level and thus for the currently existing level, the control and computer unit 7 calculates the level from the pressure. An example of the level measurement is given below.

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.Consider a container with a base area of 0.5 m × 0.5 m = 0.25 m². The maximum permissible liquid height is 0.5 m. The minimum allowable height 0.1 m. The signal transmitter 5 is mounted in or on the riser pipe 3 at a height of 700 mm above the bottom of the container. The container is filled with liquid aluminum with a density of 2500 kg / cbm. 10 mmWs (1 mbar) correspond to 4 mm liquid aluminum.
The maximum volume of the container is 0.5 × 0.5 × 0.5 = 0.125 cbm or 0.125 × 2500 = 312.5 kg.

  • a. Voller Behälter: hmax = 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.     a. Full container: h max = 0.5 m
    In the case of a full container, the height difference between the signal generator 5 and the liquid surface is 700 mm - 500 mm = 200 mm. This corresponds to a pressure of 50 mbar.
  • b. Leerer Behälter: hmin = 0,1 m
    Der Höhenunterschied beträgt jetzt 600 mm. Dies entspricht einem Druck von 150 mbar.    b. Empty container: h min = 0.1 m
    The height difference is now 600 mm. This corresponds to a pressure of 150 mbar.

Differenz: 150 mbar - 50 mbar = 100 mbarDifference: 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.The pressure sensor 4 and the pressure-current converter 6 are selected so that they transmit a signal of 0-10 V to the computer in this area. The computer assigns this 10 V 1000 E. One unit corresponds to 0.01 V or 0.4 mm liquid column.

Die Genauigkeit wird gegeben durch:The accuracy is given by:

0,004 m × 0,25 m² = 0,001 cbm.0.004 mx 0.25 m² = 0.001 cbm.

Dies entspricht 2,5 kg.This corresponds to 2.5 kg.

2,5 kg/312,5 kg * 100% = 0,8%.2.5 kg / 312.5 kg * 100% = 0.8%.

Mit einer Genauigkeit von 0,8% ist dieses Meßverfahren sehr exakt.This is with an accuracy of 0.8% Measuring method very exact.

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.The pressure measurements can be continuous or be carried out discontinuously. As Signal generators can be any type of sensors, e.g. B. inductive, capacitive or optical sensors, or touch sensors can be used.

Claims (2)

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.1. Procedure for measuring the level of one Liquid, especially melted Metal housed in a container is with the characteristics that in the container one in the Liquid immersed with the outside space connected riser pipe is provided or in which a signal transmitter is arranged, which triggers a signal when the liquid level reached him in the riser, that the container at a reference level is pressurized such that a signal is triggered at the signal generator, where the pressure is the reference pressure for the Reference level is measured that in time spacing of the containers with pressures is acted upon, each time it is triggered of the signal generator are measured, the Pressure difference between reference pressure and each measured pressure is a measure of the respective level. 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.2. Device for measuring the level of a liquid, in particular of molten metal, which is received in a container, for carrying out the method according to claim 1, with the features that in the container ( 1 ) an immersed in the liquid speed with which Outside ver connected riser ( 3 ) is provided, on or in which a with a control and computer unit ( 7 ) connected signal transmitter ( 5 ) is arranged, which triggers a signal when the liquid level in the riser ( 3 ) reaches him that the Container ( 1 ) via a valve ( 8 ) controlled by the control and computer unit ( 7 ) can be pressurized with pressure that a Druckmeßein unit ( 4 , 6 ) for measuring the pressure in the container ( 1 ) when a signal is triggered by the signal transmitter ( 5 ) is provided so that the control and computer unit ( 7 ) stores the pressure prevailing in the container when the signal is triggered at a reference fill level as the reference pressure, the pressure di Reference to the respective measured pressure determined and the level calculated from the pressure difference.
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