DE4419301A1 - Helmholtz resonance - Google Patents

Helmholtz resonance

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DE4419301A1 DE19944419301 DE4419301A DE4419301A1 DE 4419301 A1 DE4419301 A1 DE 4419301A1 DE 19944419301 DE19944419301 DE 19944419301 DE 4419301 A DE4419301 A DE 4419301A DE 4419301 A1 DE4419301 A1 DE 4419301A1
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    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B11/00—Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/04—Periodical feeding or discharging; Control arrangements therefor
    • B04B11/043—Load indication with or without control arrangements
    • G—PHYSICS
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    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
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    • G01F23/284—Electromagnetic waves

Abstract

The natural Helmholtz resonance frequency in the enclosed gas volume (11) within the drum (5) is measured using acoustic signal generation and measurement equipment. The measured fundamental resonance frequencies are calibrated in terms of the filling height and volume of the drum. The equipment includes two acoustic transducers; one produces an acoustic signal (12); the other receives it (13). The gas volume is partly enclosed by the drum (5) and partly by the casing (2) wall (9), on the outside of which, the transducers are mounted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe der Zentrifugentrommel einer Filterzentrifuge mittels Einsatz von Schwingungseinrichtungen.The invention relates to a method and a device for measurement the level of the centrifuge drum of a filter centrifuge Use of vibration devices.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE 39 25 198 C2 bekannt, bei der ein in einem Zentrifugengehäuse gelagerter Fühlerhebel in Kontakt mit der Füllungsoberfläche der Zentrifugentrommel gehalten wird, wobei über einen am Fühlerhebel angeordneten Wegaufnehmer und einen Schwingungssen­ sor die Höhe und die Oberflächenbeschaffenheit der in der Zentrifugen­ trommel befindlichen Füllungsschicht ermittelt werden können. Die in den Innenraum der Zentrifugenteile ragenden Funktionselemente neigen zur Verschmutzung und zum Verschleiß und sind daher verhältnismäßig aufwen­ dig in der Wartung.A device of this type is known from DE 39 25 198 C2, in which a sensor lever mounted in a centrifuge housing in contact with the filling surface of the centrifuge drum is held, with over a displacement sensor arranged on the sensor lever and a vibration sensor sor the height and surface finish of those in the centrifuges drum filling layer can be determined. The in the Functional elements protruding from the interior of the centrifuge parts tend to Pollution and wear and tear and are therefore relatively expensive dig in maintenance.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung so auszubilden, daß der Wartungsaufwand auf ein Minimum reduziert werden kann.The invention is therefore based on the object, a method and a Device of the type mentioned and a device for it Implementation in such a way that the maintenance effort is kept to a minimum can be reduced.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß mit den Schwin­ gungseinrichtungen die Eigenfrequenz (Helmholtzresonanz) des von der Zentrifugentrommel umschlossenen Gasvolumens gemessen wird und die Füllstandshöhe nach Maßgabe des der gemessenen Eigenfrequenz analogen Innenvolumens der Zentrifugentrommel ermittelt wird.This task is essentially solved in that with the Schwin the natural frequency (Helmholtz resonance) of the Centrifuge drum enclosed gas volume is measured and the Level according to the analog of the measured natural frequency Internal volume of the centrifuge drum is determined.

Für die Erfindung wesentlich ist somit, daß sich im Inneren der Zentri­ fugentrommel keine Teile mehr von mechanischen Meßeinrichtungen befinden und somit jeglicher durch Verschleiß und Verschmutzung bedingter Wartungsaufwand entfällt.It is therefore essential for the invention that in the interior of the centri joint drum no more parts of mechanical measuring devices and thus all due to wear and pollution Maintenance work is eliminated.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus mindestens einem Schwingungserreger und mindestens einem Schwingungsmeßwertgeber, welche mit dem von der Zentrifugentrommel umschlossenen Gasvolumen in Verbindung stehen. Mit diesen Schwingungs­ einrichtungen wird die Holmholtzresonanz des Gasvolumens angeregt, was mit einem rückgekoppelten Oszillatorsystem möglich ist, welches dann auf der Frequenz der Resonanz schwingt. Dazu wird das Gasvolumen mit dem aus einem elektromechanischen Schwinger bestehenden Schwingungserreger angeregt, der Schalldruck mittels des Schwingungsmeßwertgebers zurückge­ messen und als Eingangssignal für die Ansteuerung des Schwingers verwen­ det.A device for performing the method according to the invention consists of at least one vibration exciter and at least one Vibration transducer, which with that of the centrifuge drum  enclosed gas volume. With these vibrations the Holmholtz resonance of the gas volume is stimulated, what with a feedback oscillator system, which is then on the frequency of the resonance vibrates. To do this, the gas volume is made with the an electromechanical vibrator existing vibration exciter excited, the sound pressure returned by means of the vibration transducer measure and use it as an input signal to control the transducer det.

Neben der Auswertung der Hohlraum-Resonanzfrequenzen des gesamten Gasvolumens besteht die Möglichkeit, die Füllstandshöhe durch Messung der radialen Resonanzfrequenz zu ermitteln. Hierzu ist ein Schwingungs­ meßwertgeber bzw. ein Schallaufnehmer vorzugsweise radial auf die Filterfläche bzw. auf die Füllungsoberfläche der Zentrifugentrommel gerichtet, so daß die radiale Resonanzfrequenz der zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Füllungsoberflächen befindlichen Gassäule ermittelt und hinsichtlich der Ermittlung der Füllstandshöhe ausgewertet werden.In addition to evaluating the cavity resonance frequencies of the entire Gas volume there is the possibility of measuring the level by measuring to determine the radial resonance frequency. For this is a vibration transducer or a sound transducer preferably radially on the Filter surface or on the filling surface of the centrifuge drum directed so that the radial resonance frequency of between the two gas column located opposite one another determined and evaluated with regard to the determination of the fill level become.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Vorrichtung sind den Ansprüchen 2 bis 8 zu entnehmen.Further advantageous features of the device are claims 2 to 8 can be seen.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung eine Filterzentrifuge 1 mit einem Zentrifugengehäuse 2, in dem die Welle 4 einer Zentrifugentrommel 5 gelagert ist. Die Welle 4 ist außerhalb des Zentrifugengehäuses 2 mit einem Antriebsaggregat (nicht dargestellt) gekoppelt.An embodiment of the invention is explained below with reference to the undersigned statement. This shows a schematic representation of a filter centrifuge 1 with a centrifuge housing 2 , in which the shaft 4 of a centrifuge drum 5 is mounted. The shaft 4 is coupled outside the centrifuge housing 2 to a drive unit (not shown).

Die Zentrifugentrommel 5 besteht aus dem Trommelboden 6, der zylindri­ schen Filterfläche 7 und dem Trommelbord 8. In die vom Trommelbord 8 gebildete Öffnung ragt berührungslos eine Gehäusewandung 9, die Bestand­ teil des Zentrifugengehäuses 2 ist. Auf der Filterfläche 7 befindet sich eine Füllschicht 10, deren Höhe h zum Zweck einer ergebnisabhängigen Steuerung des Betriebs einer Filterzentrifuge laufend ermittelt werden muß.The centrifuge drum 5 consists of the drum base 6 , the cylindrical filter surface 7 and the drum rim 8 . A housing wall 9 , which is part of the centrifuge housing 2 , projects without contact into the opening formed by the drum rim 8 . On the filter surface 7 there is a filling layer 10 , the height h of which must be continuously determined for the purpose of result-dependent control of the operation of a filter centrifuge.

Die Zentrifugentrommel 5 und die Gehäusewandung schließen einen Gasraum 11 ein, der einen Helmholtzresonator darstellt, der als Resonanzkreis in einem rückgekoppelten Oszillatorsystem verwendet wird.The centrifuge drum 5 and the housing wall enclose a gas space 11 , which represents a Helmholtz resonator, which is used as a resonance circuit in a feedback oscillator system.

Die Resonanzfrequenz wird durch einen Schwingungserreger 12 erzeugt und von einem Schwingungsmeßwertgeber 13, einem Schallaufnehmer, gemessen. Der Schwingungserreger 12 und der Schwingungsmeßwertgeber 13 sind in der dargestellten Ausführungsform in der Gehäusewandung 9 angeordnet.The resonance frequency is generated by a vibration exciter 12 and measured by a vibration transducer 13 , a sound sensor. The vibration exciter 12 and the vibration sensor 13 are arranged in the illustrated embodiment in the housing wall 9 .

Da die gemessenen Gasraum-Resonanzfrequenzen abhängig vom Gasvolumen in der Zentrifugentrommel 5 sind, repräsentieren diese ein exaktes Maß für den Füllstand bzw. die radiale Füllhöhe h in der Zentrifugentrommel 5.Since the measured gas space resonance frequencies are dependent on the gas volume in the centrifuge drum 5 , they represent an exact measure of the filling level or the radial filling height h in the centrifuge drum 5 .

Werden die Frequenzmeßwerte einem Frequenzzähler zugeführt, so ist die Änderung der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit des Füllstandes zu erken­ nen. Wird die erste Ableitung der Frequenzanzeige gebildet und wird diese zu Null, findet keine Änderung des Füllstandes statt, was dahinge­ hend interpretiert werden kann, daß der Eintauchpunkt erreicht ist. Dieser stellt den Zeitpunkt dar, bei dem die zunächst aus einer Flüssig­ keit bestehende Oberflächenschicht der Zentrifugenfüllung vollständig in den darunter liegenden Kuchen aus Feststoffteilchen versickert ist. Dieser Eintauch-Zeitpunkt und die Füllstandshöhe sind wesentliche Parameter für eine effektive ergebnisabhängige Steuerung einer Filter­ zentrifuge.If the frequency measurement values are fed to a frequency counter, the To detect a change in the resonance frequency depending on the level nen. The first derivative of the frequency display is formed and is this to zero, there is no change in the fill level, what about It can be interpreted that the immersion point has been reached. This represents the point in time at which the liquid is first existing surface layer of the centrifuge filling completely the cake underneath has seeped out of solid particles. This immersion time and the fill level are essential Parameters for an effective result-dependent control of a filter centrifuge.

Neben der Auswertung der vorbeschriebenen Hohlraum-Resonanzfrequenzen des Volumens des gesamten Gasraumes 11 ist es möglich, die radialen Resonanzfrequenzen zu messen und auszuwerten, die sich in der Gassäule zwischen zwei einander gegenüberliegenden Oberflächenbereichen der Füllung der Zentrifugentrommel ergeben.In addition to evaluating the above-described cavity resonance frequencies of the volume of the entire gas space 11 , it is possible to measure and evaluate the radial resonance frequencies which result in the gas column between two opposite surface areas of the filling of the centrifuge drum.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich bei allen Zentrifugen anwendbar, bei denen in der Zentrifugentrommel ein Gasraum eingeschlos­ sen ist, der als Helmholtzresonator fungieren kann. Neben allen Arten von Filterzentrifugen ist die Erfindung daher im Prinzip auch bei einer Dekanterzentrifuge anwendbar.The method according to the invention is basically the case with all centrifuges applicable where a gas space is included in the centrifuge drum sen, which can act as a Helmholtz resonator. In addition to all types In principle, the invention of filter centrifuges is also applicable to one Decanter centrifuge applicable.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Version einer Filterzentrifuge ist die Öffnung in der Zentrifugentrommel 5 durch die Gehäusewandung 9 geschlossen, so daß ein geschlossener Gasraum 11 mit spezifischer Helmholtzresonanz geschaffen ist.In the version of a filter centrifuge shown in the drawing, the opening in the centrifuge drum 5 is closed by the housing wall 9 , so that a closed gas space 11 with a specific Helmholtz resonance is created.

Bei einem anderen, nicht dargestellten Zentrifugentyp, der Stülpfilter­ zentrifuge, ist die Zentrifugentrommel bauartgemäß vollkommen durch einen mitrotierenden Deckel geschlossen. Hier kann es vorteilhaft sein, die Schwingungserregung durch das in das Innere der Zentrifugentrommel führende Füllrohr und desgleichen über das Füllrohr die Schallwertauf­ nahme der Resonanzfrequenz zu bewerkstelligen.In another type of centrifuge, not shown, the inverting filter centrifuge, the centrifuge drum is completely through by design closed a rotating lid. Here it can be advantageous the vibration excitation by the inside of the centrifuge drum leading fill pipe and the like via the fill pipe the sound value to achieve the resonance frequency.

Um unabhängig vom Füllvorgang d. h. auch während des Füllvorganges die Eigenfrequenz und somit die Füllstandshöhe messen zu können, wird vorgeschlagen, die Schwingungserregung und die Schallwertaufnahme über einen Ringspalt vorzunehmen, der von einem konzentrisch um das Füllrohr gelegten Hüllrohr gebildet wird.To be independent of the filling process d. H. even during the filling process Natural frequency and thus the level can be measured proposed the vibration excitation and the sound value recording via make an annular gap that is concentric around the fill tube placed cladding tube is formed.

Claims (8)

1. Verfahren zur Messung der Füllstandshöhe einer Zentrifugentrommel einer Filterzentrifuge mittels Einsatz von Schwingungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Schwingungseinrichtungen die Eigenfrequenz (Helmholtzresonanz) des von der Zentrifugentrommel (5) umschlossenen Gasvolumens (11) gemessen wird und die Füllstandshöhe h nach Maßgabe des der gemessenen Eigenfrequenz analogen Innenvolumens der Zentrifugentrommel (5) ermittelt wird.1. A method for measuring the level of a centrifuge drum of a filter centrifuge by using vibration devices, characterized in that with the vibration devices the natural frequency (Helmholtz resonance) of the gas volume ( 11 ) enclosed by the centrifuge drum ( 5 ) is measured and the level h according to the measured natural frequency analog internal volume of the centrifuge drum ( 5 ) is determined. 2. Vorrichtung zur Messung der Füllstandshöhe einer Zentrifugentrom­ mel einer Filterzentrifuge gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungseinrichtungen aus mindestens einem Schwingungserreger (12) und mindestens einem Schwingungsmeßwertgeber (Schallaufnehmer 13) bestehen.2. Device for measuring the level of a centrifuge mel a filter centrifuge according to the method of claim 1, characterized in that the vibration devices consist of at least one vibration exciter ( 12 ) and at least one vibration sensor (sound sensor 13 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen (11) zum Teil von der Zentrifugentrommel (5) und zum Teil von der Gehäusewandung (9) des Zentrifugengehäuses (2) umschlossen wird, wobei die Schwingungseinrichtungen an der Gehäusewandung (9) angeordnet sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the gas volume ( 11 ) is partly enclosed by the centrifuge drum ( 5 ) and partly by the housing wall ( 9 ) of the centrifuge housing ( 2 ), the vibration devices on the housing wall ( 9 ) are arranged. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Schwingungsmeßwertgeber (13) zentral im Achsbereich der Zentrifugentrommel (5) angeordnet und radial auf die Filterfläche (7) der Zentrifugentrommel (5) gerichtet ist. 4. Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that a vibration sensor ( 13 ) is arranged centrally in the axial region of the centrifuge drum ( 5 ) and is directed radially onto the filter surface ( 7 ) of the centrifuge drum ( 5 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Stülpfilterzentrifuge mit Füllrohr, bei der die Schwingungserregung durch das Füllrohr durch den außerhalb der Zentrifugentrommel (5) angeordneten Schwingungserreger (12) und die Messung der Eigenfrequenz im Gasvolumen durch den am in die Zentrifu­ gentrommel (5) ragenden Teil des Füllrohres angeordneten Schwingungs­ meßwertgeber (13) erfolgt.5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized by the use of an inverting filter centrifuge with filling tube, in which the vibration excitation through the filling tube by the outside of the centrifuge drum ( 5 ) arranged vibration exciter ( 12 ) and the measurement of the natural frequency in the gas volume by the in the centrifuge drum ( 5 ) projecting part of the filling tube arranged vibration transducer ( 13 ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllrohr von einem Hüllrohr umgeben ist und die Schwingungserregung über den Ringspalt zwischen Hüllrohr und Füllrohr erfolgt.6. The device according to claim 5, characterized in that the Filling tube is surrounded by a cladding tube and the vibration excitation the annular gap between the cladding tube and filling tube takes place. 7. Vorrichtung nach einem der Anspruche 2 bis 6, dadurch gekennzei­ chnet, daß die Schwingungseinrichtungen mit einer Auswertschaltung gekoppelt sind, in der die vom Schwingungsmeßwertgeber (13) ermittelte Resonanzfrequenz in ein dem lichten Durchmesser der Zentrifugentrommel (5) analoges Signal für die Füllstandshöhe h gewandelt wird.7. Device according to one of claims 2 to 6, characterized gekennzei chnet that the vibration devices are coupled to an evaluation circuit in which the resonance frequency determined by the vibration transducer ( 13 ) in a the inside diameter of the centrifuge drum ( 5 ) analog signal for the level h is changed. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswertschaltung die erste Ableitung der ermittelten Resonanzfrequenzen nach der Maßgabe bildbar ist, daß bei Erreichen eines Nullwertes der Ableitung eine Anzeige über das Erreichen des Tauchpunktes erfolgt.8. The device according to claim 7, characterized in that in the Evaluation circuit the first derivative of the determined resonance frequencies can be formed in accordance with the proviso that when a zero value is reached the Deriving an indication of reaching the diving point.
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