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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Transmitter für
eine Konzentrationsmessung, insbesondere auf eine Anordnung für einen
Transmitter des Typs mit einem statischen Blatt, der ein Blatt aufweist,
das in dem zu messenden Medium aktiv ist und durch eine Spindel
derart aufgehängt
bzw. schwebend gehalten wird, dass ein an dem Blatt wirkendes Moment
einer Scherkraft über
die Spindel an einen Messwandler übersetzt wird zur Bestimmung der
Faserkonzentration in dem Medium, wobei dieser Wandler vorzugsweise
in dem Transmittergehäuse angeordnet
ist, in welches hinein auch die Spindel verläuft und gegen welches er mittels
einer Hindurchführung
abgedichtet wird, die bei der Anordnung eingeschlossen ist.
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Es sind heute mehrere verschiedene
Hauptgruppen von Geräten
für eine
Messung der Konzentration in Fasersuspensionen bekannt. Eine dieser Gruppen
deckt die sogenannten Transmitter für eine Konzentrationsmessung
des Typs mit einem statischen Blatt ab, nachfolgend als „Blatttransmitter" bezeichnet. Es wird
allgemein berücksichtigt,
dass die Transmitter dieser Gruppe gewöhnlich ein Verhalten haben,
das schlechter ist als dasjenige der Transmitter in den anderen
Gruppen. In der Zelluloseindustrie sind jedoch Anwendungen mit unterschiedlichen
Anforderungen in Bezug bsp. auf die Messgenauigkeit, die Wiederholbarkeit,
die Sensivität
gegenüber
der Strömung,
der Temperatur und dem Druck.
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Blatttransmitter haben sich daher
auf dem Markt als eine relativ große Gruppe eingeführt. Da
sie verhältnismäßig unqualifizierte
Messaufgaben zu erfüllen
haben, weisen diese Transmitter eine relativ niedrige Preishöhe im Vergleich
zu derjenigen für
die anderen Gruppen auf. Umgekehrt bedeutet dies, dass die Hersteller
nicht dazu in der Lage sind, technische Lösungen zu rechtfertigen, welche
die Kosten der bestehenden Geräte
wesentlich erhöhen.
Das Ergebnis war, dass die Nachteile, die immer mit den Blatttransmittern
verbunden sind, immer noch vorhanden sind.
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Es sind etwa 10 verschiedene Hersteller
von Blatttransmittern bekannt, die zur Zeit den Weltmarkt beliefern.
Wie vorstehend erwähnt
ist generell anerkannt, dass diese Transmitter eine niedrigere Wirksamkeit
haben als sie bei den Transmittern der anderen Gruppen gefunden
werden kann. In den meisten Fällen
akzeptieren die Benutzer diese Situation, weil die Transmitter für weniger
fordernde Anwendungen ausgewählt
werden und einen verhältnismäßig niedrigen
Preis haben. Die Ausfälle
finden jedoch zu häufig
statt und kosten teure Unterbrechungen der Produktion, was nicht
toleriert werden kann. In dieser Hinsicht fordern die Benutzer nützliche
Lebensdauern im Vergleich zu denjenigen für Transmitter in den höheren Preisbereichen.
Eine große
Sensivität
gegenüber
dem Druck und der Temperatur sind ebenfalls Faktoren, die nur sehr
widerwillig von den Benutzern akzeptiert werden.
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Die Mehrzahl der Nachteile von Blatttransmittern,
die zu Ausfällen
und möglichen
Produktionsverlusten führen,
sind diejenigen, die auf die Anordnung zurückzuführen sind, welche den Eintritt
der Spindel in das Transmittergehäuse erlauben, wobei gleichzeitig
das trockene Gehäuseinnere
von dem zu messenden nassen Medium zu isolieren ist. Diese Anordnung
wird nachfolgend generell als „Hindurchführung" bezeichnet. Zwischen
diesen beiden Umgebungen muss eine bestimmte Art einer Abdichtung vorgesehen
werden, während
das Scherkraftmoment, das sich in dem Ausmaß verändert, wie sich die Konzentration
der auf das Blatt einwirkenden Fasersuspension verändert, an
einen Messwandler in solcher Art und Weise übersetzt werden muss, dass die
Messgenauigkeit nicht verschlechtert wird. Auf den beigefügten Zeichnungen
veranschaulichen die 1 und 2 herkömmliche Verfahren für die Anordnung
der Hindurchführung.
Die letztere Figur bezieht sich auf eine relativ neuere Ausführungsform,
wenn jedoch die eigentliche Hindurchführung untersucht wird, dann
kann verstanden werden, dass während der
letzten 20 Jahre kein technischer Fortschritt erzielt worden ist.
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Die zum Stand der Technik gehörenden Druckschriften
DE-A-200 61 19 und US-A-3 796 088 beschreiben Viskosemessgeräte, von
welchen das erste eine durch einen Balg geschützte Welle hat, wobei der Balg
selbst an den Messverfahren nicht teilnimmt, sondern nur dafür verwendet
wird, die Welle vor der umgebenden Probe zu schützen. Die zweite Druckschrift
beschreibt eine Ausgestaltung mit einem Gummielement und bezieht
sich genau auf eine Konstruktion, die zu vermeiden versucht werden
sollte, was auch im laufenden Text dieser Patentanmeldung angegeben
ist. Es ist nämlich
wünschenswert, Gummielemente
wegen des Risikos eines Alterns und einer Druck- und Temperaturabhängigkeit
zu vermeiden. Eine weitere Druckschrift US-A-4 757 708 zum Stand
der Technik beschreibt einen Transmitter mit statischem Blatt ähnlich demjenigen,
der in 2 der vorliegenden
Anmeldung dargestellt ist, und eine weitere Druckschrift US-A-5
349 848 zum Stand der Technik beschreibt einen Transmitter mit statischen
Blatt ähnlich
demjenigen in 1 der
vorliegenden Anmeldung.
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Die bekannte Ausführungsform in 1 veranschaulicht die am meisten übliche Hindurchführung. Ohne
Ausnahme ist sie auch mit einer Lagereinrichtung versehen, die zur
Aufnahme von Axialkräften
dient. Das Abdichtelement besteht aus einem Ring, hergestellt aus
einem Elastomeren, das für
diesen Zweck geeignet ist. Dieses Element ist bei einer korrekten
Ausgestaltung gegenüber
dem Druck unempfindlich. Andererseits ist es oft gegenüber der Temperatur
empfindlich, da die Elastizität
des Elastomeren sich mit der Temperatur verändert, und die Transmitter
sind dafür
ausgerüstet,
das Prinzip des Gewichtsausgleichs zu benutzen. Wie es verstanden werden
muss, bedeutet dies, dass das Messprinzip nicht Veränderungen
der erwähnten
Art kompensieren kann und auch nicht das Altern des in Frage stehenden
Elastomeren. Als Folge der relativ aggressiven Umgebung werden oft
Fluorgummielastomere ausgewählt,
was ein spezielles Problem verursacht, nämlich die Hysterese, die unglücklicherweise
bei hochqualitativen Elastomertypen häufig vorhanden ist. Hindurchführungen
dieser Art erfordern eine geeignete Dämpfung, da sonst der Geräuschpegel
zu groß sein
würde.
In einigen Fällen
ist diese Problem mit einer mit Silikon gefüllten Dämpfungseinrichtung gelöst worden,
die auf der „trockenen" Seite der Hindurchführung angeordnet
wird. Wenn ein solches System ausfällt, was relativ oft stattfindet,
dann ergibt sich für
den Benutzer ein großes
Problem, obwohl ein Notfallbetrieb eines Transmitters mit dieser
Art einer Hindurchführung
relativ gut ist, da eine mögliche
Leckage in der Regel relativ langsam stattfindet und so eine längere Zeit
für eine
Gegenmaßnahme
erfordert.
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Die bekannte Ausführungsform der 2 ist die letzte Hinzufügung zu
den Ausführungsformen, die
zur Lösung
der Probleme beabsichtigt sind, die aus dem Durchgang der Spindel
in das Gehäuse
hinein erwachsen. Eine starke Membrane ist hinzugefügt worden,
um die Abdichtfunktion zu sichern. Es ist auch verstanden worden,
dass die Fühler-
bzw. Abtasteinrichtung nicht an der Membrane angeordnet werden kann,
wie es bei anderen bekannten Strukturen der Fall ist, jedoch in
einer Art und Weise, dass die Wirkung von raschen Temperaturveränderungen so
weit wie möglich
eliminiert wird. Eine korrekte Auswahl des Messwandlers sollte in diesem
Fall befriedigend sein. Was jedoch in Betracht gezogen werden muss,
ist die Wirkung des Druckes. Bei den früher bekannten Ausführungsformen
des Typs mit einer Membrane wird letztere ihre Steifheit bei einer
Veränderung
des Druckes verändern
und wird die Bewegung entweder erhöhen oder erniedrigen, die durch die
Scherkraftmomente erzielt wird, in Abhängigkeit davon, ob sich der
Druck entweder erhöht
oder erniedrigt. Es sollte angemerkt werden, dass die Strukturen
des hier erörterten
Typs mit einer starken Membrane wirklich am meisten geeignet sind
zur Verwendung in der Kombination mit einem Dehnungsmessstreifen,
und sie können
bei einer korrekten Anwendung Messwandler mit einem hohen Auflösungsvermögen ergeben.
Eine Abhängigkeit
von dem Temperaturgradienten und dem Druck wird jedoch in jedem Fall
sehr schwierig zu meistern sein. Die Ausführungsform gemäss diesem
Verfahren zur Lösung
der auftretenden Probleme stellt daher einen Kompromiss auf Kosten
der Sensivität
des Transmitters gegenüber
Veränderungen
der Scherkraft dar. Der Messwandler ist in dem fraglichen Fall ein
solcher des induktiven Typs und erfordert eine viel größere Bewegung
zur Abgabe eines maximalen Ausgangssignals als sie erforderlich
wäre für einen
Dehnungsmessstreifen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht in der Bereitstellung einer Anordnung für einen Transmitter der einleitend
erwähnten
Art, bei welchem die bei den bekannten Transmittern vorhandenen
Nachteile vollständig
eliminiert worden sind. Im Gegensatz zu wenigstens einer der vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen
hat die erfindungsgemäße Ausführungsform überhaupt
keine beweglichen Teile, wodurch die durch einen Verschleiß verursachten
Ausfälle
minimiert werden. Ein dünner, sehr
flexibler Membrantyp ist aus den Gründen der Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Druck vermieden worden. Alle Membranstrukturen verursachen große Probleme
als Folge ihrer Sensivität
gegenüber
dem Druck. Wenn die Struktur robuster ausgeführt wird, um die Wirkung des
Druckes zu verkleinern, wird dies auf Kosten der Sensivität und der
Messgenauigkeit getan. Die Merkmale, welche die Erfindung unterscheiden,
sind in den beigefügten
Ansprüchen
angegeben.
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Als Folge der Erfindung ist jetzt
eine Anordnung bei Transmittern erhalten worden, die ihren Zweck
in einer exzellenten Art und Weise erfüllt, während sie gleichzeitig niedrige
Herstellungskosten ergibt, sehr wohl in Übereinstimmung mit denjenigen für die bereits
erörterten
Ausführungsformen.
Gemäss
der Erfindung ist die Membrane durch ein Rohr ersetzt worden, welches
so dimensioniert ist, dass die notwendige Bewegung selbst für den kleinsten Betrag
des Scherkraftmoments an den Messwandler übersetzt wird. Weil das Rohr
eine große
axiale Kraft bei einer vernachlässigbaren
Veränderung
in seiner Form aufnehmen kann, wird die Sensibilität gegenüber dem
Druck ebenfalls vernachlässigbar
sein. Die Transmitter dieses Typs sind oft für einen maximalen Druck von
10 bar für
das zu messende Medium dimensioniert, jedoch sollten sie vorübergehend
einem Druck von etwa 25 bar widerstehen. Unter einem ersten Eindruck
besteht die Versuchung zu der Annahme, dass ein Rohr mit einer schlanken
Formgebung, die benötigt
wird, um an seinem freien Ende eine Bewegung zu erhalten, die ausreicht,
die notwendige Bewegung für
den Transmitter bereitzustellen, bei einem relativ niedrigen Druck
zusammenbrechen würde.
Berechnungen zur physikalischen Eigenschaft zeigen jedoch, dass
das Rohr mit Leichtigkeit bis zu 100 bar aushält. Da die Spindel an dem „nassen" Ende des Rohres
starr befestigt ist, bsp. durch ein Verschweißen, wird dadurch erreicht,
dass die Spindel zur mechanischen Verstärkung der Bewegung beiträgt, wobei
der Beitrag durch die theoretische Schwenkmitte der Bewegung erreicht
wird, welche sich in der Mitte des schlanken Teils des Rohres befindet.
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Die Erfindung besteht in den Angaben
der Patentansprüche.
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Die Erfindung wird nun in größerem Detail und
mit Bezugsnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, bei welchen
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1 schematisch
eine Querschnittsansicht eines bekannten Blatttransmitters gemäss einer
Ausgestaltung veranschaulicht, welcher die am meisten gebräuchliche
Hindurchführung
für die
Spindel hat;
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2 veranschaulicht
in ähnlicher
Art und Weise eine andere bekannte Ausgestaltung, welche die letzte
Hinzufügung
zu den Maßnahmen
ist, um die Probleme der Spindelhindurchführung zu lösen; und
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3 ist
ein schematischer Querschnitt eines Blatttransmitters zur Darstellung
einer bevorzugten Anordnung der Hindurchführung gemäss der vorliegenden Erfindung.
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Wie es im Detail aus 3 ersichtlich ist, umfasst die Anordnung
gemäss
der Erfindung eine Spindel 5, die an ihrem unteren Ende
mit einem Blatt 4 verbunden ist, das in einem Medium 1 arbeitet,
welches in einem Rohr 2 strömt, an welchem das Gehäuse 3 in
einer geeigneten Öffnung
montiert ist. Über
die Spindel 5 soll das Blatt 4 die Scherkraftmomente übersetzen,
die durch das Medium 1 verursacht werden, welches an dem
Blatt 4 vorbeiströmt, und
zwar zu einem Messwandler 6, der in dem Gehäuse 3 angeordnet
und zur Bestimmung der Faserkonzentration in dem fragliche Medium
bestimmt ist.
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Die Spindel 5 verläuft in das
Gehäuse 3 hinein
und ist gegen dieses durch eine Hindurchführung 7 abgedichtet,
welche die erfindungsgemäße Anordnung
aufweist. Die Hindurchführung 7 weist
ein dünnwandiges
Rohr 9 auf, das von dem Gehäuse 3 nach unten gegen
den unteren Endabschnitt der Spindel 5 verläuft, welcher
das Blatt 4 trägt.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist das Rohr 9 mit dem Gehäuse einstückig ausgebildet, welches in
diesem Fall aus Metall hergestellt ist. Die Spindel kann alternativ
mit dem Gehäuse 3 verschweißt oder
an diesem sonst wie starr befestigt sein, mit der Vorkehrung, dass
zwischen den Teilen kein Bruch der Kohäsionskraft entsteht.
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Die Spindel 5 verläuft durch
das Rohr 9 hindurch mit einem Freiraum 8, um die Übersetzung
der Bewegung von dem Blatt 4 zu dem Wandler 6 zu
ermöglichen.
Das Rohr 9 ist auch so dimensioniert, dass selbst kleine
Scherkraftwerte von dem Wandler 6 registriert werden können. Eine
theoretische Schwenkmitte 10 tritt in der Mitte des Rohres 9 bei der Übersetzung
eines Scherkraftmoments über
die Spindel 5 auf. Letztere ist starr befestigt und an
dem unteren Abschnitt des Rohres 9 abgedichtet, sodass die
Hindurchführung 7 auf
diese Weise mit einer Dichtung versehen ist, welche nicht das an
den Wandler 6 übersetzte
Moment beeinträchtigt,
was auch bedeutet, dass die Messgenauigkeit ebenfalls nicht beeinträchtigt wird.
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Mögliche
Temperaturgradienten, die als Folge von raschen Temperaturveränderungen
mit nachfolgenden Veränderungen
der Längsausdehnung
in den verschiedenen Teilen der Struktur auftreten, beeinträchtigen
nicht den Wandler 6, wenn angenommen wird, dass ein für diesen
Zweck geeigneter Typ ausgewählt
worden ist. Es treten nur axiale Unterschiede auf, und ein korrekt
angeordneter Wandler, bsp. des Typs mit einem Differentialkondensator
oder einem Differentialtransformator, wird gegenüber diesen unempfindlich sein.
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Den Transmittern in der hier erörterten
Gruppe ist die Tendenz gemeinsam, dass sie gegenüber der mechanische Belastung
relativ empfindlich sind, die auftritt, wenn Gegenstände, die
in der Strömung des
Mediums mitgerissen werden, auf das Blatt auftreffen, wobei diese
Gegenstände
in dem Verfahren nicht erwünscht
sind. Um wenigstens teilweise die Einzelteile der Struktur vor einer
Beschädigung
zu schützen,
ist eine Barriereeinrichtung 12 vorgesehen, was eine übliche Maßnahme ist.
Gemäss
der Erfindung umfasst die Anordnung auch wenigstens ein Paar von
diametral gegenüberliegenden Überlastschützern 11,
jedoch werden bei einer bevorzugten Ausführungsform vier Paare verwendet,
und diese können
unter 45° zu
der Mediumströmung
angeordnet sein, sodass ihre größte Anzahl
an dem beabsichtigten Schutz gegenüber außerordentlichen Kräften teilnimmt,
unabhängig
von der Ausrichtung, die von diesen unerwünschten Kräften eingenommen wird.
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Zusammengefasst stellt die vorliegende
Erfindung einen Transmitter mit einem hohen Auflösungsvermögen bereit, der nicht gegenüber der
Temperatur und dem Druck empfindlich ist, während das Risiko für eine Leckage
eliminiert worden ist. Da die Anordnung nicht gegen das Medium abgedichtet
ist durch die Verwendung von beweglichen Dichtungen mit Elastomeren
od. dgl., wird jede schädliche
Auswirkung über
zeitlich verlängerte
Perioden als Folge von alternden Materialien abgewendet.