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Verfahren und Vorrichtung zum Messen von stetig fließenden fein zerkleinerten
Stoffen Die Erfindung bezieht sich auf aas Messen von stetig flieBenden fein zerkleinerten
Stoffen und insbesondere auf das Messen eines einen Festpunkt passierenden Volumens
eines fein zerkleinerten Stoffes.
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Auf dem Gebiet der Verfahrenskontrolle bestehen zahlreiche Anwendungen
der Messung des Volumens von stetig fließenden fein zerkleinerten Stoffen. So kann
es erwünscht sein, Mengen eines Stoffes in stetiger Weise und in vorausbestimmten
Anteilen wechselnden Mengen eines anderen Stoffes znzusetzen. Statt dessen kann
es erwünscht sein, einen beliebigen Faktor des Herstellungsverfahrens zu kontrollieren,
z. B. die Geschwindigkeit eines Trockners für den Stoff oder die Geschwindigkeit
einer Maschine zum Packen des fein zerkleinerten Materials in Behälter in'tXbereinstimmung
mit dem Durchsatz des Materials. In allen solchen Fällen ist eine Kenntnis des einen
festen Punkt passierenden Volumens des Stoffes notwendig.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Messen des Volumens eines
fein zerkleinerten Stoffes, welches auf einem Förderband an einem Festpunkt vorbei
gefördert wird, geschaffen. Es be-
steht darin, daß ein Lichtstrahl
auf den Stoffstrom geworfen und daß von einer photoelektrischen Zelle ein Bild des
Querschnitts des Stoffstromes aufgenommen wird, das durch den Schnitt einer Grenze
des Lichtstrahles mit dem Stoffstrom sichtbar gemacht wird.
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Somit ist die Menge des auf die photoelektrische Zelle fallenden
Lichts eine Funktion der Querschnittsfläche des fein zerkleinerten Stoffes an der
Grenze. Durch Multiplizieren der Fläche mit der Geschwindigkeit der Bewegung des
Stoffes wird das die Grenze in der Zeiteinheit passierende Vor lumen des Stoffes
erhalten.
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Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll unter Bezugnahme
auf die Leistung der photoelektrischen Zelle nicht beabsichtigt sein, die Zellen
auf Photozellen mit äußerem lichtelektrischem Effekt zu beschränken. Vielmehr ist
beabsichtigt, jegliche Veränderungen mit einzuschließen, welche durch Änderungen
in der von der Zelle aufgenommenen Lichtmenge zustande gebracht werden.
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Gemäß der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Messen des auf
dem Förderband an einem Festpunkt vorbei geförderten Volumens eines fein zerkleinerten
Stoffes geschaffen. Diese Vofrichtung besitzt eine Lichtquelle, Mittel zum Umwandeln
des ausgesandten Lichts in einen Strahl, dessen eine Grenze so angeordnet ist, um
den Stoff auf dem Förderband zu schneiden, eine so eingerichtete photoelektrische
Zelle, um ein Bild des Querschnitts des Stoffes aufzunehmen, welcher durch den Schnitt
einer Grenze des Lichtstrahls mit dem Stoffstrom sichtbar gemacht wird, und auf
die Leistung der photoelektrischen Zelle ansprechende Mittel. Selbstverständlich
schließt der Begriff Licht sowohl das unsichtbare wie das sichtbare Gebiet des Spektrums
ein.
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Die Erfindung soll noch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben
werden, in welchen darstellt Fig. I das Meßprinzip, Fig. 2 eine Ansicht entlang
einer S ichtlinie von M, Fig. 3 einen Aufriß im Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 2 eines Teils des Förderbandes innerhalb der
Vorrichtung von Fig. 3, Fig. 5 die elektrische Schaltung für die Vorrichtung, Fig.
6 eine Abänderung der Schaltung nach Fig. 5.
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Gemäß Fig. I wird ein Lichtstrahl, dessen Querschnitt ein Quadrat
WXZY ist, auf ein Prisma ABC, A 1B1C1 des zu überwachenden Materials gerichtet.
Die Grenzfläche des Strahls durch XY steht im rechten Winkel zur Richtung der Bewegung
des Stoffs und schneidet das Prisma unter Erzeugung eines Dreiecks A2B2C2.
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Die Ansicht entlang einer Sichtlinie von M wird in Fig. 2 gezeigt.
A21B2,C2, ist eine perspektivische Ansicht des Dreiecks A2B2C2.
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Gemäß Fig. 3 liegt der fein zerkleinerte Stoff I auf einem sich in
der Richtung des Pfeils bewegenden Förderband 2. Die Meßstrecke befindet sich in
einem Kasten 3, welcher jedes äußere Licht von der Meßstrecke abschließt. Dieser
Kasten 3 schließt das Förderband völlig entlang seiner Seiten ein und hat an seinen
Enden Offnungen 4, welche den Stoffstrom I hindurchtreten lassen. Die inneren. Oberflächen
des Kastens 3 sind mit einem matten schwarzen Anstrich versehen, um innere Reflektion
des Lichts zu verringern.
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Als Lichtquelle wird eine Glühlampe 5 verwendet, die innerhalb eines
metallischen Gehäuses 6 angeordnet ist, welches am Kasten 3 befestigt ist und mit
ihr durch eine Öffnung 7 in Verbindung steht, die mit einem Blatt aus durchsichtigem
Kunststoff 8 luftdicht verschlossen ist. Um den. Eintritt von Staub zu verhindern,
kann das Gehäuse 6 mittels einer Reinluftzuführung unter Druck gesetzt oder hermetisch
abgedichtet sein. Im letzteren Fall müssen seine Abmessungen ausreichend sein, um
ein genügendes Abkühlen durch Strahlungsverlust an der Oberfläche zu schaffen. Die
Glühlampe 5 besitzt einen geradlinigen Glühfaden und ist so angeordnet, daß der
Glühfaden im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung des Förderbandes steht. Die Lampe
erzeugt auf dem Förderband unmittelbar unter sich eine Beleuchtungsstärke von der
Großenordnung von I000 Luxlm2 Um eine scharf definierte Grenze des Lichtstrahles
zu erhalten, ist ein viereckiger Metallansatz g im Inneren des Kastens 3 unterhalb
der Öffnung 7 befestigt. Das untere Ende einer Seite des Ansatzes ist im rechten
Winkel zu einer geraden, über die volle Breite des Ansatzes gehenden Kante 10 gebogen.
Da diese Kante 10 senkrecht unter dem geradlinigen Lampenglühfaden liegt, wird ein
Lichtstrahl mit scharf definierter Grenze erzeugt. Die Strahlgrenze schneidet das
leere Förderband bei F. Die Breite der Öffnung7 und des Ansatzes g sind ausreichend,
um die volle Breite des Förderbandes zu beleuchten. Das gerade Ende ii des Ansatzes
ist so angeordnet, daß die beleuchtete Fläche längs des Förderbandes etwa gleich
der Breite des Förderbandes ist.
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Die messende photoelektrische Zelle 12 und die Hilfszelle I3 sind
in einem am Kasten 3 befestigten Gehäuse 14 angebracht und stehen mit diesem durch
eine Öffnung 15 in Verbindung. Die optischen Systeme und die Stützen für die zwei
Zellen sind gleichgestaltet. Jede der beiden. photoelektrischen Zellen ist in einem
Träger I6, in der Ebene der Zelle einstellbar, auf einer Zwischenwand I7 angebracht.
Der Träger I6 bildet eine Maske, um das Bild auf die benötigte Größe zu beschränken.
Um eine Betrachtung des Bildes zu ermöglichen, kann die photoelektrische Zelle zeitweise
durch eine Mattscheibe ersetzt werden. Das Bild wird mittels eines von einer zweiten
Zwischenwand 19 getragenen optischen Systems I8 entworfen. Die Öffnung in dieser
Trennwand ist von einem Blatt eines durchsichtigen Kunststoffes 20 bedeckt.
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Das von dem Schnitt des Lichtstrahls mit dem Stoffstrom auf dem Förderband
erzeugte Bild wird in Fig. 4 gezeigt. Das in vollen Linien gezeichnete
Rechteck
21 stellt das von der messenden photoelektrischen Zelle 12 empfangene Bild dar.
Die Maske ist so eingestellt, daß ihr unterer Rand mit der Schnittlinie FF' des
Lichtstrahls mit dem leeren Förderband zusammenfällt. Die Maskenhöhe ist so eingerichtet,
daß das Bild bei größter Materialbeladung des Förderbandes auf der Zelle untergebracht
ist.
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Das in gestrichelten Linien gezeichnete Rechteck 22 stellt das von
der Hilfszelle I3 empfangene Bild dar. Das Bild für die Hilfszelle ist von der Mitte
des Förderbandes so genommen worden, daß dieses Feld völlig ausgeleuchtet wird,
auch wenn nur kleine Mengen des Stoffes gefördert werden.
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Das Volumen an toter Luft in Ansatz g und im Gehäuse 14 vor der Trennwand
19 verhütet im wesentlichen Ablagerungen. von Staub auf den lichtdurchlässigen Oberflächen.
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Die elektrische Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt.
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Die photoelektrischen Zellen I2 und I3 sind über einen Wechselschalter
23 mit einem magnetischen Ausgleichsverstärker 24 verbunden. Der Schalter ist so
eingerichtet, daß die Zelle 12 normalerweise eingeschaltet ist. Ein Kondensator
25 liegt im Nebenschluß, um rasche Signalschwankungen auszugleichen, welche aus
der unregelmäßigen Verteilung des Stoffs auf dem Förderband entstehen. Die zwei
Sekundärzweige des Ausgleichsverstärkers 24 speisen Vollweggleichrichter 26 und
26'. Die negativen Klemmen der zwei Gleichrichter sind direkt miteinander verbunden,
die positiven Klemmen über die Widerstände 27, 27'. Ein Milliamperemeter 28 mit
variablem Nebenschluß 29 ist zwischen den negativen Klemmen der Gleichrichter und
dem Verbindungspunkt der beiden Widerstände 27, 27' angeschlossen.
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Um die Vorrichtung zu eichen, wird der Nebenschluß 29 zuerst etwa
auf die Mitte seines Bereichs eingestellt. Ein vorbestimmtes Stoffvolumen wird dann
dargestellt, indem eine mit dem Stoff gefüllte Schale bekannter Breite auf das Förderband
bei FF' gebracht und die Höhe der Oberfläche oberhalb des Förderbands gemessen wird.
Das Produkt aus Breite und Höhe ergibt das dargestellte Volumen.
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Das Milliamperemeter zeigt dann einen bestimmten Wert an. Um die Linearität
der Anzeige zu prüfen, wird dieses Verfahren mit verschiedenen Volumina wiederholt
und somit die Skala des Milliamperemeters geeicht.
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Der Schalter 23 wird betätigt, um die Hilfszelle I3 mit dem Verstärker
24 zu verbinden. Der Anschlag des Zeigers ergibt auf der Skala eine Eichmarke. Um
jederzeit Schwankungen. der Beleuchtung oder des Refiektierungsfaktors des Stoffs
zu verhindern oder erforderlichenfalls auszugleichen, kann der Schalter 23 betätigt
werden, um die Hilfszelle I3 an den Verstärker anzuschließen. Der Nebenschluß 29
wird dann erforderlichenfalls so eingestellt, daß der Zeiger auf die Eichmarke zurückgeht.
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Das Milliamperemeter zeigt tatsächlich den Querschnitt des Materials
an der Grenze an. Dieser Wert muß mit der Geschwindigkeit des Materials multipliziert
werden, um das in der Zeiteinheit vorbeigehende Volumen zu ergeben. Wenn die Geschwindigkeit
des Materials konstant ist, kann das Milliamperemeter unmittelbar in Volumen/Zeiteinheiten
geeicht werden. Wenn die Geschwindigkeit schwankend ist, kann das Produkt aus Geschwindigkeit
und Querschnitt erhalten werden z. B. durch Kuppeln eines Generators an eine der
Förderbandscheiben und elektrisches Multiplizieren der Generator- und der photoelektrischen
Zellenanzeige.
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Wenn die Stoffgeschwindigkeit konstant ist, kann ein Motor mit linearer
Geschwindigkeitsspannungscharakteristik, und an einen mechanischen Zähler gekuppelt,
in Reihe mit dem Milliamperemeter gebracht werden, um als Integrator zu wirken.
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Die notwendige Abänderung der Schaltung von Fig. 5, um mit der Vorrichtung
eine zweite Variable steuern zu können, ist in Fig. 6 gezeigt. Mit der in dieser
Figur gezeigten Anordnung wird es ermöglicht, einen zweiten fein zerkleinerten Stoff
in bestimmten Anteilen dem von dem Förderband getragenen Stoff zuzusetzen.
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Die in Fig. 6 dargestellten Bestandteile kommen noch zu den in Fig.
5 gezeigten hinzu. Die Darstellung zeigt ein Potentiometer 30, welches die Stelle
des Milliamperemeters 28 einnimmt und dessen eine Seite mit einem zweiten Potentiometer
31 verbunden ist. Das zweite Potentiometer wird über einen veränderlichen Widerstand
32 von einem Vollweggleichrichter gespeist, welcher an die Sekundärspule 34 eines
Transformators 35 angeschlossen ist.
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Die Primärspule 36 des Transformators ist mit einer Wechse!lstromquelle
verbunden.
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Die Abgriffe 37, 38 der Potentiometer 30 und 31 sind mit dem Eingang
eines Verstärkers 39 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers treibt einen Motor 40.
Der Motor 40 ist mechanisch. mit dem Abgriff 37 gekuppelt. Die Anordnung ist derart,
daß jedes Potential zwischen den zwei Abgriffen durch den Verstärker 39 verstärkt
wird, dessen Leistung den Motor 40 treibt, welcher den Abgriff 37 einstellt, bis
das Außergleichgewichtssignal verschwindet. Der Motor 40 ist auch mechanisch mit
dem Abgriff 41 des Potentiometers einer üblichen Thyratron-.Glelchstrommotorgeschwindigkeitssteuerung
42 verbunden. Die Thyratronsteuerung steuert einen Motor 43 mit veränderlicher Geschwindigkeit,
welcher ein Drehventil 44 betätigt, dessen Leistung der Geschwindigkeit seiner Drehwelle
proportional ist.
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Im Betrieb werden beide Abgriffe nach denjenigen Enden ihrer Potentiometer
gedreht, welche nicht miteinander verbunden sind; der Widerstand 32 wird eingestellt,
bis der Motor 40 in Ruhe ist. Der Abgriff 38 wir dann auf das erforderliche Verhältnis
gebracht. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Abgriffen veranlaßt dann die
Erregung des Motors 40 und dadurch Einstellen des Abgriffs 3I, bis der Ausgleich
erzielt ist. Der Abgriff 41, welcher mit.Abgriff37 gekuppelt ist, wird in entsprechender
Weise eingestellt.
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Sollte eine Anderung im Volumen des Stoffes auf dem Förderband eintreten,
so wird ein Potential
zwischen den Abgriffen 37 und 38 hervorgerufen.
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Dieses Potential erregt nach der Verstärkung den Motor40, welcher
den Abgriff 37 einstellt, bis der Ausgleich wieder hergestellt ist, und stellt gleichzeitig
den Abgriff 41 ein. Die Einstellung von dem Abgriff 41 veranlaßt einen Wechsel der
Motorgeschwindigkeit und daher des Volumens des durch das Drehventil 44 gelieferten
Stoffes. Somit wird das Verhältnis zwischen den zwei Stoffen konstant gehalten.