DE3433488C2 - - Google Patents
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/52—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring the height of the fluid level due to the lifting power of the fluid flow
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen des Volumen
durchsatzes von Pulvern und/oder Materialien mit einer Kornstruktur,
welche mit Hilfe eines Gases fluidierbar sind, wobei die Meßeinrichtung eine
Fluidierkammer aufweist und im Bereich des Bodens der Fluidierkammer ein
Fühler zum Messen des Drucks im Fluid angeordnet ist.
Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 26 36 642 bekannt. Bei dieser
Einrichtung handelt es sich um die Regelung des Volumendurchsatzes von
fluidisierten Partikeln, die zu diesem Zweck in eine Fluidierkammer einge
bracht werden. In dieser Fluidierkammer wird im Bereich ihres Bodens durch
einen Fühler der Druck im Fluid gemessen, aus dem dann ein Maß für das
Niveau des in der Fluidierkammer befindlichen Fluids abgeleitet wird. Dabei
wirkt sich eine Änderung der Dichte des Partikelmaterials als eine Änderung
des Drucks im Fluid aus.
Es ist darüber hinaus aus der DE-OS 24 47 261 ein Durchflußmeßgerät für
Flüssigkeiten bekannt, bei dem die Flüssigkeit in ein Gefäß eingelassen wird,
in das ein Abflußrohr vertikal soweit hineinreicht, daß es stets von der in
dem Gefäß enthaltenen Flüssigkeit umspült ist. Das Abflußrohr besitzt in
vertikaler Anordnung mehrere Abflußlöcher, so daß je nach dem Niveau der
Flüssigkeit in dem Gefäß sich eine entsprechend unterschiedliche Abflußmenge
ergibt. Um ein Maß für das jeweilige Flüssigkeitsniveau in dem Gefäß zu
erhalten, ist ein am Boden des Gefäßes angeordneter Fühler vorgesehen, der
den Druck an dieser Stelle mißt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Messen des Volumendurch
satzes von Pulvern und/oder Materialien mit einer Kornstruktur eine Einrich
tung zu schaffen, bei der das Meßergebnis durch die Änderung der Dichte
der betreffenden Materialien nicht beeinflußt wird. Erfindungsgemäß geschieht
dies bei einer Meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
dadurch, daß die Fluidierkammer mit mindestens einer Durchflußöffnung in
einer Seitenwand, die in eine mit einem Austrittsstutzen ausgestattete
Sammelkammer mündet, versehen ist und in der Fluidierkammer ein weiterer,
an sich bekannter Fühler zum Messen des Fluidierniveaus als Maß für den
Volumendurchsatz des Fluids durch die mindestens eine Durchflußöffnung
angeordnet ist.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung dienen beide Fühler der indirekten
Bestimmung des Volumendurchsatzes, zum einen über den Druck des
Fluidiergases, zum anderen über das Niveau in der Fluidierkammer. Diese
Lösung hat den Vorteil, daß die beiden voneinander unabhängigen Meßsignale
vielseitig verwendet werden können. Beispielsweise kann das Signal des
Niveaufühlers als IST-Signal für einen Durchflußregelkreis verwendet werden,
während der Druckfühler eine Überwachungs- oder Sicherheitsfunktion hat.
Es kann aber auch eines der beiden Meßsignale als Eingangssignal für eine
Verhältnisregelung benutzt werden, mit der das Zusetzen eines sekundären
Materials im richtigen Mengenverhältnis geregelt wird. Denkbar ist auch die
Kombination der beiden unabhängigen Meßsignale zu einem einzigen, mit
größerer Betriebssicherheit nutzbaren Meßsignal.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ein
richtung ist die mindestens eine Durchflußöffnung parallel zur Schwerkraft
vertikal oder beinahe vertikal übereinander an der Seitenwand der Fluidier
kammer vorgesehen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorzugsweise an der an die Seiten
wand anschließenden Sammelkammer ein Riegel für das Regeln des Volumen-
bzw. Massendurchsatzes mindestens eines sekundären Materials
angeschlossen, der über eine an sich bekannte Signalverarbeitungsstufe und
Steuereinheit mit dem Fühler gekoppelt ist.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt vorzugsweise die Abführung
des Fluidiergases über einen separaten Rohrstutzen.
Darüber hinaus kann vorteilhaft der am Boden angeordnete Fühler an die
Zuführung für das Fluidiergas angeschlossen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der
lediglich zwei Ausführungsvarianten darstellenden Zeich
nung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung und
Fig. 2 einen Schnitt durch eine weiterentwickelte Aus
führungsform der Einrichtung nach der Fig. 1.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, weist die
Einrichtung zum Messen und Regeln des Volumendurchsatzes
von fluidierbaren Pulvern und/oder Materialien mit einer
Kornstruktur einen Eintrittsstutzen 1 für den Volumen
fluß eines primären Materials auf. Dieser Eintritts
stutzen 1 ist im oberen Teil einer Fluidierkammer 2 der
Einrichtung ausgebildet, während am unteren Teil der
Fluidierkammer 2 eine Zuführung 3 für das Fluidiergas,
beispielsweise für Luft, ausgebildet ist, über wel
cher ein Fluidiereinsatz 4 angeordnet ist, der den vol
len Querschnitt der Fluidierkammer 2 ausfüllt. Im dar
gestellten Ausführungsbeispiel ist am oberen Teil der
Fluidierkammer 2 ein Abführstutzen 5 für das Fluidier
gas, also für die Luft, ausgebildet. An der Seitenwand
der Fluidierkammer 2 sind Durchflußöffnungen 7 für das
primäre Material vertikal angeordnet. Die Fluidierkammer
2 ist über den Durchflußöffnungen 7 mit einer Sammel
kammer 8 verbunden, die an ihrem Boden einen Austritts
stutzen 9 aufweist. In der Fluidierkammer 2 ist ein an
sich bekannter Fühler 10 angeordnet, der das Niveau des
primären Materials fühlt. Mit der Zuführung 3 für die Luft
ist ein Fühler 11 gekoppelt, der den zum Niveau des
primären Materials proportionalen Druck der Fluidierluft
mißt. In der Ausführungsform der Einrichtung gemäß
Fig. 2 ist ein weiterer Eintrittsstutzen 12 zum oberen
Teil der Sammelkammer 8 über eine Regelvorrichtung, z. B.
über einen Riegel 13 geführt, wobei der Eintrittsstutzen
12 mit einem nicht dargestellten Behälter für das/die/
sekundäre(n) Material/ien/ verbunden ist. Der Riegel 13 ist
mit dem Fühler 10 bzw. dem Fühler 11 der Einrichtung
über eine an sich bekannte Signalverarbeitungsstufe und
eine Steuereinheit verbunden.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Ein
richtung kann mit den statischen und dynamischen Zustands
funktionen eines Durchflußbehälters dargestellt werden.
Bei konstant austretendem Volumenfluß und bei sich
änderndem eintretenden Volumenfluß ändert sich das
Niveau eines Behälters. Diese Änderung des Niveaus kann
unmittelbar mit einem Fühler oder mittelbar durch Messen
des Druckes des Fluidiergases ermittelt werden. Das Meß
ergebnis gibt einerseits über den Momentanwert des Volumen
flusses Informationen, andererseits einen unmittelbaren
Regelimpuls für ein weiteres Organ zur Regelung des Vo
lumenflusses oder des Massenflusses des sekundären Ma
terials. Die Größe und die Zahl der Durchflußöffnungen
sollen so bestimmt werden, daß die Gesamtheit der durch
die Durchflußöffnungen 7 abhängig von der Höhe der
fluidierten Materialsäule durchströmenden Volumenflüsse
im Falle eines maximalen Volumenflusses dem fluidierten
Volumenfluß des eintretenden primären Materialflusses
entspricht. Das Niveau in der Fluidierkammer 2 oder der
Druck der Fluidierluft definiert einen gegebenen primären
Volumenfluß im stationären Zustand, dem ein oder
mehrere Volumenflüsse zugeordnet werden können. Wenn der
eintretende primäre Volumenfluß sich in positiver oder
negativer Richtung verändert, kommen neue Durch
flußöffnungen 7 in Betrieb oder bleiben unbenutzt. Das heißt,
das fluidierte Materialniveau steigt oder fällt während
einer Zeit gemäß einer aus der dynamischen Zustands
funktion gebildeten Transientenfunktion, und nachdem das
Niveau sich auf einen stationären Zustand wieder eingestellt ist, kön
nen die sekundären Massenflüsse abhängig von der Niveau
änderung proportional geregelt werden. Das Pulver, bzw.
das Material mit einer Kornstruktur, das über den Ein
trittsstutzen 1 der Einrichtung in die Fluidierkammer 2
gefördert wird, verhält sich wie eine Flüssigkeit während
der Fluidierung in dem Schwerkraftfeld und fließt über
die Durchflußöffnungen 7 entsprechend den Gesetzen der
Hydraulik in dem Fall, wenn Fluidiergas, also Luft über
die Zuführung unter dem Fluidiereinsatz 4 geleitet wird.
Die Fluidierluft verläßt die Fluidierkammer 2 entweder
über den Rohrstutzen 5 oder zusammen mit dem primären
Material über die Durchflußöffnungen 7. Das primäre Ma
terial verhält sich während der Fluidierung wie eine
Flüssigkeit in der Fluidisierungskammer 2 in dem Schwer
kraftfeld und fließt über die an der Seitenwand 6 aus
gestalteten Durchflußöffnungen 7 mit einer Geschwindig
keit, die proportional zur Quadratwurzel des vom Volu
menfluß abhängigen Niveaus ist, in die Sammelkammer 8
und von dort über den Austrittsstutzen 9 hinaus. Das
Niveau des primären Materials in der Fluidierkammer 2 wird
mit dem Fühler 10 gemessen, und der ermittelte Wert ist
zum jeweiligen Volumenfluß proportional. So kann der
Volumenfluß bzw. dessen zeitliche Änderung mit Hilfe des
Fühlers 10 kontinuierlich erfaßt werden. Das auf be
liebige Weise ermittelte Meßergebnis des Niveaus des
primären Fluidums gibt in Form elektrischer Signale
Informationen über den Volumenfluß bzw. ermöglicht die
Regelung eines oder mehrerer sekundärer Volumenflüsse
derart, daß der über den weiteren Eintrittsstutzen 12
eintretende sekundäre
Volumenfluß durch den Riegel 13 mit einem Steuersignal,
das aus den elektrischen Meßsignalen gewonnen ist, ge
regelt werden kann.
Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen
Einrichtung besteht darin, daß sie zum gleichzeitigen
Messen und Regeln der Volumenflüsse von fluidierbaren
festen und flüssigen Materialien geeignet ist. Die Zu
führungen der sekundären Volumenflüsse können in der
technologischen Förderkette der fluidierten Materialien
auch getrennt von der Einrichtung ausgebildet bzw. an
geordnet werden.
Claims (5)
1. Einrichtung zum Messen des Volumendurchsatzes von Pulvern und/oder
Materialien mit einer Kornstruktur, welche mit Hilfe eines Gases fluid
ierbar sind, wobei die Meßeinrichtung eine Fluidierkammer (2) aufweist
und im Bereich des Bodens der Fluidierkammer (2) ein Fühler (11) zum
Messen des Drucks im Fluid angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fluidierkammer (2) mit mindestens einer Durchflußöffnung (7) in
einer Seitenwand (6), die in eine mit einem Austrittsstutzen (9)
ausgestattete Sammelkammer (8) mündet, versehen ist und in der
Fluidierkammer (2) ein weiterer, an sich bekannter Fühler (10) zum
Messen des Fluidniveaus als Maß für den Volumendurchsatz des Fluids
durch die mindestens eine Durchflußöffnung (7) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die min
destens eine Durchflußöffnung (7) parallel zur Schwerkraft vertikal oder
beinahe vertikal übereinander an der Seitenwand (6) der Fluidierkammer
(2) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an
der an die Seitenwand (6) anschließenden Sammelkammer (8) ein Riegel
(13) für das Regeln des Volumen- bzw. Massendurchsatzes mindestens
eines sekundären Materials angeschlossen ist, der über eine an sich
bekannte Signalverarbeitungsstufe und Steuereinheit mit dem Fühler (10)
bzw. dem Fühler (11) gekoppelt ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abführung des Fluidiergases über einen separaten Rohrstutzen (5)
erfolgt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Fühler (11) an die Zuführung (3) für das Fluidiergas ange
schlossen ist.
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