DE2632297A1

DE2632297A1 - Niveaufuehler

Info

Publication number: DE2632297A1
Application number: DE19762632297
Authority: DE
Inventors: Masaaki Sogo
Original assignee: Sanko Air Plant Ltd
Current assignee: Sanko Air Plant Ltd
Priority date: 1975-07-21
Filing date: 1976-07-17
Publication date: 1977-01-27
Also published as: US4107994A; JPS567569B2; JPS5212860A

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dn.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte · 4qdd Düsseldorf äa · Cecilienallee vb ■ Telefon

452008

16. Juli 1976 30 946 B

SANKO AIR PLANT LTD., 6-1, Dosho-cho 4-chome, Higashi-ku

Osaka-shi, Osaka, Japan

"Niveaufühler"

Die vorliegende Erfindung "betrifft einen Niveaufühler, der geeignet ist, festzustellen, ob die Füllhöhe des Inhalts eines Silos oder eines Fülltrichters mit z.B. Pulver, Granulat oder Flüssigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht.

Im allgemeinen werden Behälter wie Tanks, Fülltrichter oder Silos mit solchen Niveaufühlern versehen, um den Füllstand des Inhalts im Behälter zu bestimmen. Zum Beispiel können je ein Niveaufühler am oberen und unteren Ende eines Fülltrichters vorgesehen sein, um festzustellen, ob die Füllhöhe von Kunststoffgranulat im Fülltrichter einem vorbestimmten Wert entspricht oder nicht, um so stets eine einwandfreie Granulatzufuhr im Fülltrichter zu gewährleisten.

Bisher sind Niveaufühler in Gestalt eines Schaltmotors, einer Kapazität, einer Lichtschranke, eines Ultraschallgerätes oder einer Stimmgabel für die genannten Stoffe bekannt.

Im Falle der Verwendung eines Schaltmotors als Niveaufühler wird ein im Behälter angeordneter Propeller durch

ORIGINAL INSPECTED 609884/0908

den kleinen Schaltmotor in Drehung versetzt. Wenn der Behälter leer ist, ist der Propeller nicht belastet... Wenn der Behälter gefüllt wird, wird der Propeller belastet und der Grenzschalter wird betätigt. Bei dieser Art Niveaufühler läuft der Schaltmotor ständig. Hieraus folgt, daß der Motor schnell verschlissen wird und seine Lebensdauer sich verkürzt. Ferner wird durch den in den Behälter hineinragenden Propeller der Materialfluß im Behälter gestört und andererseits kann der Propeller selber leicht durch den Materialfluß im Behälter beschädigt werden.

Im Falle eines Niveaufühlers mit einer Kapazität wird die Füllhöhe im Behälter mittels des Kapazitätsunterschiedes zwischen der Spitze und dem Ende eines in den Behälter hineinragenden Stabes festgestellt, da die Kapazität von der Anwesenheit bzw. Abwesenheit dieser Stoffe abhängt, jedoch ändert sich die Empfindlichkeit, wenn der Fühlerstab verunreinigt ist, was zum Ausfall des Niveaufühlers führt. Hinzu kommt noch, daß bei Änderung des Umgebungszustandes, z.B. der Luftfeuchtigkeit, auch die Kapazität zwischen Spitze und Ende des Fühlerstabes sich ändert. Aus diesem Grunde ist es schwierig, einen derartigen Niveaufühler mit der gewünschten Genauigkeit zu erhalten. Der Fühlerstab wird im übrigen durch den Materialfluß wie Pulver, Granulat oder Flüssigkeit belastet und bricht daher leicht.

Bei Lichtsehrankenniveaufühlern wird die Füllhöhe der erwähnten Stoffe durch eine Anordnung bestimmt, bei der ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle durch im Behälter befindliche Stoffe unterbrochen wird. Bei durchsichtigen Stoffen ist eine solche Füllhöhenbestimmung jedoch nicht möglich. Ferner wird die Lichtempfängeröffnung durch den Inhalt des Behälters leicht trübe, so daß

609884/0008

ein solcher Niveaufühler leicht falsche Anzeigen liefert.

Im Falle eines Niveaufühlers mit einer Stimmgabel ragt eine durch einen Schwingungserreger angeregte Stimmgabel in den Behälter hinein. Die Füllhöhe wird dadurch bestimmt, daß der Schwingungszustand der Stimmgabel sich mit dem sich ändernden Füllvolumen ebenfalls ändert. Es besteht -jedoch die Gefahr, daß die vorstehende Stimmgabel durch den Materialfluß beschädigt wird.

Bei einem Ultraschallgerät als Niveaufühler schließlich wird die Füllhöhe in einem Behälter durch die Reflexionszeit einer Ultraschallwelle, die zwischen dem oberen Ende des Behälters und der Oberfläche des Behälterinhalts läuft, bestimmt. Der Nachteil eines solchen Ultraschallniveaufühlers liegt darin, daß er sehr teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Niveaufühler zu vermeiden und einen Niveaufühler zu schaffen, der eine lange Lebensdauer hat, ohne Gefahr zu laufen, durch den Materialfluß beschädigt zu werden, der kostengünstig herzustellen ist, und der mit Sicherheit anzeigt, wenn die Füllhöhe im Behälter einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Erfindungsgemäß wird dies durch eine Spule erreicht, die mittels eines Impulsgenerators mit Stromimpulsen beaufschlagt ist; durch eine Schwingplatte, die durch die elektromagnetischen Kräfte, die die Spule erzeugt, in Schwingungen versetzt wird, wobei die Oberfläche der Schwingplatie praktisch in einer Ebene mit der Innenfläche der Behälterwandung liegt; durch einen Umformer, der die mechanischen Schwingungen der Schwingplatte, die durch die Stromimpulse verursacht werden, in elektrische Signale umwandelt, und durch einen Meßfühler, der die Unterschiede in der Amplitude der

elektrischen Signale feststellt, wenn der Behälterinhalt die Schwingplatte berührt, bzw. sie nicht berührt.

Da die Schwingplatte bündig mit der Behälterwandung abschließt und nicht in den Behälter hineinragt, besteht keine Gefahr, daß sie durch den Materialfluß beschädigt wird. Ferner kann die Schwingplatte auch nicht unter dem Druck des Füllgutes beschädigt werden, da dieser Druck sehr niedrig ist. Selbst wenn der Fülltrichter ganz gefüllt ist. Da die Schwingplatte stets zwangsweise in Schwingungen versetzt wird, kann sich das Füllgut nicht auf der Platte absetzen. Daher können mit dem Niveaufühler gemäß der Erfindung auch nicht die Schwierigkeiten eintreten, die sich als Folge des Haftens des Füllgutes am Niveaufühler ergeben.

Der erfindungsgemäße Niveaufühler ist kostengünstig herzustellen, hat eine lange Lebensdauer und arbeitet sehr zuverlässig.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der anhand der Zeichnung folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und den Ansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Fülltrichters, der mit einem Niveaufühler gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;

Fig. 2 einen Schnitt des Niveaufühlers gemäß Fig. 1 im größeren Maßstab;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des elektrischen Teils des Niveaufühlers;

Fig.4A

bis 4P die Schwingungsformen der Signale, die im elektrischen Schaltkreis gemäß Fig. 3 auftreten,

609884/090S

wenn das Granulat die Schwingplatte nicht berührt; und

Fig. 5A

M ρ f>p die Schwingungsformen der Signale, die im elektrischen Schaltkreis gemäß Fig. 3 auftreten, wenn das Granulat die Schwingplatte bedeckt.

Aus Fig. 1 sind Niveaufühler (1,1) gemäß der vorliegenden Erfindung ersichtlich, die am oberen und unteren Teil der Wand 4 des Fülltrichters 2 angebracht sind. Die Niveaufühler (1,1) überwachen den Füllstand von Granulat 3fWie z.B. Kunststoffgranulat im Fülltrichter, um zu verhindern, daß der Fülltrichter übermäßig oder ungenügend mit Granulat 3 gefüllt ist. . .

Fig. 2 zeigt einen der Niveaufühler in größerem Maßstab. Der Niveaufühler 1 weist einen zylindrischen Einbaurahmen 5 auf mit einem einstückig damit verbundenen, nach außen gerichteten Flansch 6. Der Einbaurahmen 5 ist in der Öffnung 4a, die in der Wand 4 des Fülltrichters 2 vorgesehen ist, angeordnet. Darüberhinaus ist die axiale Länge des zylindrischen Teils des Einbaurahmens 5 etwa gleich der Dicke der Wand 4, damit seine Endfläche etwa in der-selben Ebene liegt wie die Innenfläche der Wand 4. Der Einbaurahmen 5 ist fest mit der Wand 4 mittels des nach außen gerichteten Flansches 6 und der Schrauben 9, 10 unter Zwischenschaltung einer Ringdichtung 8 verbunden. Hierdurch kann, auch wenn der Fülltrichterinhalt eine Flüssigkeit ist, kein Leck zwischen der Öffnung 4a und dem Einbaurahmen 5 entstehen. Am anderen Ende des Einbaurahmens 5 ist ein mit einem Gewinde versehenes Teilstück 5a vorgesehen, in das das Gehäuse 11 geschraubt ist.

In der Nähe der Endfläche 7 ist eine Schwingplatte 12 angeordnet, die wenigstens teilweise aus ferromagnetischem

60988A/09Ö8

Material besteht, und die so angeordnet ist, daß die Oberfläche 12 a der Schwingplatte 12 nahezu bündig mit der Innenfläche 4b der Wand 4 des Fülltrichters 2 abschließt, so daß die Oberfläche 12a in Berührung mit dem Granulat 3 im Fülltrichter 2 kommen kann. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Schwingplatte 12 mit ihrem äußeren Umfang an einem nach innen gerichteten Flansch 13 der Öffnung mittels der äußeren Endfläche

14 a eines tellerförmigen Halteelements 14 festgeklemmt, das am Einbaurahmen 5 befestigt ist. Die Schwingplatte weist wenigstens ein ferromagnetisches Teilstück auf, so daß sie unter der Einwirkung des Magnetfeldes einer noch zu beschreibenden Spule in Schwingungen versetzt wird. Im dargestellten Beispiel ist die Schwingplatte aus rostfreiem Stahl hergestellt, um zu verhindern,daß sie durch das im Fülltrichter befindliche Material korrodiert wird. Aus diesem Grunde ist ein Stück Weicheisen

15 mittels geeigneter Methoden, wie z.B. Schweißen, mit der Schwingplatte 12 etwa in der Mitte im Einbaurahmen verbunden. Wie aus Vorstehendem ersichtlich, kann auch die gesamte Schwingplatte 12 aus ferromagnetischem Material bestehen (z.B. Stahl).

Um die Schwingplatte 12 in Schwingungen zu versetzen, ist eine Spule 16 auf dem Anker 17 angeordnet, der sich in der Mitte des tellerförmigen Halteelements 14 befindet, derart, daß die Spule 16 gegenüber der Schwingplatte 12, insbesondere dem Eisenteil 15, das den ferromagnetisehen Teil der Schwingplatte bildet, angeordnet ist. Die Spule

16 wird gespeist durch Stromimpulse eines Impulsgenerators 18, der im Gehäuse 11 untergebracht ist. Hierdurch wird die Schwingplatte 12 taktweise angezogen und in Schwingungen versetzt. Die Schwingplatte ist ferner mit einem Schwingungsaufnehmer bzw. -umformer 19 versehen,

^09884/0008

der die Schwingungen der Schwingplatte 12, die durch die Stromimpulse des Impulsgenerators 18 erzeugt worden sind, in elektrische Signale umwandelt. Der Umformer 19 weist ein piezo-elektrisches Element 20 auf, das mit seinem einen Ende mit der Schwingplatte 12 mittels einer Befestigungsschraube oder anderer Mittel verbunden ist, während das andere Ende mit einem Gewicht 21 versehen ist. Das piezo-elektrische Element 20 ist im wesentlichen parallel zur Schwingplatte 1.2 angeordnet. Das heißt, wenn die Schwingplatte 12 in Schwingungen versetzt wird, wird das piezo-elektrische Element 20 aufgrund der Trägheit des Gewichtes 21 mechanisch verformt. Ein piezo-elektrisches Signal entsteht daher an den nicht dargestellten Elektroden des Elementes 20 entsprechend der Schwingungen. Auf diese Weise werden die mechanischen Schwingungen in elektrische Signale umgewandalt. Da der Umformer 19 nur mit einem Ende befestigt ist, bewegt sich das piezo-elektrische Element 20 mit dem Gewicht 21, wenn eine starke Schwingung auftritt, so daß der Umformer 19 nicht durch eine starke Schwingung beschädigt werden oder gar brechen kann. Der Umformer 19 kann auch anders aufgebaut sein. Zum Beispiel kann eine Spule so angeordnet werden, daß sie sich durch ein konstantes Magnetfeld bewegt, wenn die Schwingplatte 12 in Schwingungen versetzt wird bzw. es kann ein Permanentmagnet in einer festen Spule bewegt werden. Wie aus dem Vorgehenden ersichtlich, schwingt die Platte 12, die durch die Spule 16 in Schwingungen versetzt ist, auf verschiedene Weise, je nach dem ob sie nicht mit dem Granulat 3 in Berührung kommt, weil der Füllstand zu niedrig ist, oder ob sie vom Granulat bedeckt ist, weil der Füllstand hoch ist. Im ersten Fall ist die Schwingungsamplitude der durch die Spule 16 in Schwingungen versetzten Schwingplatte 12 groß und die Schwingungen dauern lange an, während sie im anderen Fall klein ist und nur kurze Zeit dauert. Die elektrischen

Signale des Umformers 19 entsprechen folglich solchen Schwingungen und werden einem Meßfühler oder Kontrollkreis 22 zugeführt, der den Amplitudenunterschied feststellt zwischen den elektrischen Signalen, die entstehen, wenn das Granulat 3 die Schwingplatte 12 berührt, bzw. wenn es sie nicht berührt.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des Impulsgenerators 18 und des Kontrollkreises 22 dargestellt. Der Impulsgenerator 18 weist ein Element 23 auf, das den Impuls mit vorbestimmter Zeitdauer erzeugt. Dieser Impuls wird bis zu einer bestimmten Größe durch einen Lastverstärker verstärkt und geht als Stromimpuls P zur Spule 16. Die magnetische Anziehungskraft durch den Stromimpuls P versetzt die Schwingplatte- 12, wie schon erwähnt, in Schwingungen. Diese Schwingungen werden in ein elektrisches Signal S durch den Umformer 19 umgewandelt und zum Kontrollkreis 22 geleitet. Der Konfrollkreis 22 besteht aus einem Amplituden-Diskriminator 25, der nur elektrische Signale S, die größer als ein vorbestimmter Wert Vp sind, durchläßt. Hierzu kann z.B. ein Schmidt-Trigger verwendet werden. Das Aus gangs signal S,. vom Diskriminator 25 wird einem Rechteckgenerator 26 zugeleitet und verläßt diesen als Rechtecksignal S_Q. Dieses Rechtecksignal S wird

■9 S

dem Eingang eines Dämpfungsdiskriminators 28 zugeleitet. Einem weiteren Eingang des Dämpfungsdiskriminators 28 wird das Signal S^ zugeleitet, das durch das Element erzeugt wurde und durch das Verzögerungsglied 27 um die Zeit t. verzögert wurde. Der Dämpfungsdiskriminator 28 stellt fest, ob das Rechtecksignal S_g so lange wie die Verzögerungszeit t₁ dauert oder nicht. Das Ergebnis wird vom Dämpfungsdiskriminator 28 als logische "1" oder "0" geliefert. Falls eine Signal eine höhere Amplitude als den vorbestimmten Wert hat und langer als die vorbestimmte Zeit t. dauert (d.h., wenn die Füllhöhe des Granulats 3 noch nicht die Höhe der Schwingplatte 12 erreicht

09884/0908

2032297

hat), entsteht das Signal "0". Im Gegensatz dazu entsteht das Signal "1", wenn ein Signal zwar die vorbestimmte Amplitude erreicht, jedoch nicht länger als die vorbestimmte Zeit dauert (d.h., wenn die Füllhöhe des Granulats 3 (Fig. 1) höher ist als die der Schwingungsplatte 12). Diese Signale werden durch den Entscheidungskreis 29 geprüft. Wenn das Ausgangssignal eine logische "1" darstellt, wird das Relais 31 durch den Relais-Betätigungskreis 30 angesteuert und erzeugt ein Ausgangssignal S , das einem nicht dargestellten Regler zugeleitet wird.

Die Fig. 4A bis 5D stellen die zeitlichen Beziehungen zwischen diesen Signalen dar.

Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Granulatfüllhöhe durch die Dämpfung des elektrischen Signals S festgestellt wird. Da die Dämpfung sich schon ändert, wenn das Granulat beim Einfüllen in den Fülltrichter mit der Schwingplatte in Berührung kommt, kann eine einzige Entscheidung kein zuverlässiges Ergebnis liefern. Um diesen Wachteil zu vermeiden, kann eine solche Anordnung getroffen werden, daß ein Ausgangssignal S erzeugt wird, wenn mehrere gleiche Entscheidungen nacheinander auftreten, indem die vorher erwähnten Messungen mehrmals durchgeführt werden.

Ferner kann die Granulatfüllhöhe durch das elektrische Signal S festgestellt werden, da die Anfangsamplüjbude der Schwingplatte 18 verschieden ist, je nachdem, ob die Granulatfüllhöhe höher oder niedriger als die der Schwingplatte ist.

Die vorstehende Ausführungsform wurde im Zusammenhang mit der Füllhöhenbestimmung von Granulat beschrieben, jedoch ist die Erfindung auch für die Füllhöhenbestimmung von Pulver, Flüssigkeiten oder Mischungen von beiden geeignet.

109884/0908

Claims

SAIiKO AIR PLMIT LTD., 6-1, Dosho-cho 4-chome, Higashi-ku

Osaka-shi, Osaka, Japan

Patentanspiü. ehe:

Λ.₉ j Niveaufühler zur Feststellung, ob die Füllhöhe eines -^J Behälterinhalts, wie z.B. Pulver, Granulat oder Flüssigkeit, einen vorbestimmten Wert erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Niveaufühler (1.1) eine Spule (16} die mittels eines Impulsgenerators (18) mit Stromimpulsen beaufschlagt ist, eine Schwingplatte (12), die durch die von der Spule (16) erzeugten elektromagnetischen Kräfte in Schwingungen versetzt wird, wobei die Schwingplatte (12) so angeordnet ist, daß ihre Oberfläche (i2a) praktisch in einer Ebene mit der Innenfläche (4b) der Behälterwandung (4) liegt, einen Umformer (19» 20, 21), der die mechanischen Schwingungen der Schwingplatte (12), die durch die Stromimpulse verursacht werden, in elektrische Signale umwandelt und einen Kontrollkreis (22), der die Unterschiede in der Amplitude der elektrischen Signale feststellt, wenn der Behälterinhalt die Schwingplatte (12) berührt bzw. sie nicht berührt aufweist.
2. Niveaufühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schwingplatte (12) aus ferromagnetischem Material.
3. Niveaufühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schwingplatte (12) mit einem ferro-magnetischen Teilstück.
4. Niveaufühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwingungsaufnehmer (19, 20, 21) ein piezo~elektrisch.es Element (20) auf-

609884/0908

weist, das mit seinem einen Ende mit der Schwingplatte (12) verbunden ist, sowie mit einem Gewicht (21) versehen ist, das am anderen Ende des piezo-elektrischen Elements (20) befestigt ist.
5. Niveaufühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollkreis (22) einen Amplitudendiskriminator (25), der die elektrischen Signale so unterscheidet, daß nur Signale mit einer ein vorbestimmtes Maß überschreitenden Amplitude passieren können und einen Dämpfungsdiskriminator (28) aufweist, der feststellt, ob die vom Amplitudendiskriminator (25) durchgelassenen Signale länger als eine vorbestimmte Zeit dauern oder nicht.
6. Niveaufühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollkreis (22) ausgelegt ist zur Feststellung, ob die Anfangsamplitude der elektrischen Signale eine vorbestimmte Höhe überschreitet.

" ' 609884/090$

fu/sh