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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches
Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine elektromagnetische Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung
zum Messen und Berechnen einer Fließgeschwindigkeit von Granulaten
oder feinen Partikeln basierend auf der Messung der Kapazität an dem
Fließdurchgang,
welche Kapazität
sich entsprechend der Fließgeschwindigkeit
der Granulate, welche bei dem Durchgang fließen, ändert. Diese Erfindung betrifft
auch ein Verfahren zur Erzeugung einer kompensierten Fließgeschwindigkeit
basierend auf der tatsächlichen
Fließgeschwindigkeit,
welche mit der Messvorrichtung gemessen wurde.
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2. Beschreibung des zugehörigen Standes
der Technik
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Als
herkömmliche
Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtungen
für Granulate
gibt es beschickungsartige Messvorrichtungen für das augenblickliche Gewicht,
welche eine Wägemaschine,
eine Messapparatur vom Aufschlagtyp, worin die Änderungen in Druck durch die
Fließmaterialien
gemessen und in die Fließgeschwindigkeit
umgewandelt werden, und eine elektromagnetische Fließgeschwindigkeitsvorrichtung,
worin die Kapazitäten
bei dem Fließdurchgang,
welcher sich entsprechend der Menge der Fließmaterialien dort verändert, gemessen
und in die Fließgeschwindigkeit
umgewandelt werden, benutzen.
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Die
beschickungsartige Messvorrichtung für das augenblickliche Gewicht
ist anderen Messvorrichtungen in Bezug auf die Genauigkeit überlegen,
weil die augenblickliche Fließgeschwindigkeit
durch die Vorrichtung gemessen werden kann. Allerdings erfordert
die Vorrichtung die Bereitstellung eines zusätzlichen Gerätes zum
stabilen Regeln des Granulatflusses an der folgenden Station, so
dass die Zwischenoperation keinen Einfluss auf andere Vorrichtungen
oder Geräte
ausübt,
da die Vorrichtung vom stapelverarbeitenden Typ eine Zwischenoperation
verwendet. Die Vorrichtung vom stapelverarbeitenden Typ wird unvermeidbar
groß aufgrund der
Notwendigkeit des zusätzlichen
Regelgerätes,
und es kann daher nicht notwendigerweise an allen Orten mit Leichtigkeit
installiert werden.
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Bei
den aufprallartigen oder elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtungen
kann, da lediglich der Detektorabschnitt einzeln an den Fließdurchgang
gebracht werden kann, die Gesamtvorrichtung sehr klein im Vergleich
zu den Vorrichtungen vom stapelverarbeitenden Typ gemacht werden.
Aus diesem Grunde haben die Möglichkeiten,
Messvorrichtungen vom stapelverarbeitenden Typ oder vom elektromagnetischen
Typ zu verwenden, in der letzten Zeit stark zugenommen. Allerdings,
wie zuvor erklärt,
da der Momentanwert bei dieser Art Messvorrichtung nicht direkt
gemessen wird, ist die Genauigkeit der gemessenen Fließgeschwindigkeit
recht gering und daher wird die gemessene Fließgeschwindigkeit in der Praxis
lediglich als Anhaltspunkt verwendet. Einer der Gründe, bei
denen die Genauigkeit der gemessenen Werte, welche von den Messvorrichtungen
vom Aufpralltyp oder vom elektromagnetischen Typ erhalten werden,
niedrig ist, ist, dass der Wert von den Dichteänderungen aufgrund der Eigenart
der Granulate beeinflusst wird.
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Da
die Vorrichtung vom Aufpralltyp mit einer Platte an einem Granulatdurchgang
versehen ist, welche Platte direkt und kontinuierlich einen Druck
von den Granulaten aufnimmt, ist es erforderlich, dass der Aufbau starr
ist, wenn die Granulatmenge groß ist.
Ferner sollte diese Vorrichtung vom Aufpralltyp mit einem Antiabriebmittel
und einem Mittel zur Verhinderung des Anhaftens von Granulat auf
der Platte versehen werden.
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Auf
der anderen Seite, weil die elektromagnetische Fließgeschwindigkeitsmessmethode,
bei der Kapazität
in Fließgeschwindigkeit
umgewandelt wird, einen derart einfachen Aufbau hat, dass ein Kapazitätsdetektor
vom Spulentyp, der um das Granulattließrohr herum vorgesehen ist,
an ein Rechensteuergerät
angeschlossen ist zum Umwandeln der detektierten Werte in die Fließgeschwindigkeit.
Eine der Eigenschaften dieser Methode ist, dass der Detektor die
Granulate nicht direkt berührt.
Ferner, selbst wenn die Menge der Granulate groß wird, kann lediglich der
Durchmesser des Detektors entsprechend der Änderungen im Durchmesser des
Granulatfließrohrs
geändert
werden, aber die Länge
des Detektors darf nicht zu groß sein,
weil der Detektor aus einer Spule aufgebaut ist. Der Vorteil der
elektromagnetischen Messvorrichtung besteht darin, dass die Gesamtstruktur
nicht groß wird,
selbst in Fällen,
in denen die Granulatmenge groß wird.
Aus diesem Grunde hat in den letzten Jahren die Anwendung dieser
elektromagnetischen Messvorrichtung zugenommen.
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Da
die Kapazität
gemessen wird und dann in die Fließgeschwindigkeit umgewandelt
wird, ist es jedoch offensichtlich, dass die Kapazität von dem
Feuchtegehalt und der Dichte der Granulate beeinflusst wird. Die Veränderung
in den Messwerten der Kapazitäten
verursachen die Änderungen
in den umgewandelten Werten. Als Folge daraus tritt ein Fehler in
der Fließgeschwindigkeit
auf. In der Praxis ist dieser Fehler händisch von dem Bediener ausgeglichen
worden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher ein Hauptziel der Erfindung, eine elektromagnetische Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung
anzugeben, bei welcher eine genaue Fließgeschwindigkeit erhalten werden
kann, indem man den Fehler der gemessenen Kapazität, welcher
durch den Feuchtegehalt und die Dichte der Granulate beeinflusst
wird, wirksam unterbindet.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung wird eine elektromagnetische Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung
zum Messen einer Fließgeschwindigkeit
von Granulaten basierend auf einer Messung von Kapazität, welche
sich gemäß der Menge
an Granulaten ändert,
welche bei einem Granulatdurchgang fließen, angegeben, wobei die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst:
einen Messdurchgang,
welcher im Laufe des Granulatdurchgangs vorgesehen ist und mit dem
Granulatdurchgang gekoppelt ist und in welchem die Granulate fließen; einen
Kapazitätsdetektor,
welcher Elektroden hat, die an einer Oberfläche des Messdurchgangs vorgesehen
sind und welche Kapazität
(C
n, C
k) dort detektiert, wo
die Granulate in den Messdurchgang fließen und eine Kapazität (C
o), wo keine Granulate in den Messdurchgang
fließen;
einen
oberen und unteren Verschluss (
14,
11), welche
jeweils und unabhängig
an einem stromaufwärts-Teil und
einem stromabwärts-Teil
des Messdurchgangs vorgesehen sind und welche zeitweise ein Einfließen von Granulaten
in den Messdurchgang und Ausfließen von Granulaten aus dem
Messdurchgang verhindern;
einen Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp,
auf welchem der Messdurchgang angebracht ist und welcher ein effektives
Gewicht der Granulate misst, die in dem Messdurchgang innerhalb
eines vorgegebenen Zeitraums eingesammelt werden, basierend auf
einer Betätigung
der oberen und unteren Verschlüsse;
und
ein Berechnungsregelungsmittel mit einem Ausgleichsmodus
und einem normalen Modus, wobei in dem Ausgleichsmodus die Berechnungsregelungsmittel
angepasst werden, um eine effektive Fließgeschwindigkeit (S
k), basierend auf dem effektiven Gewicht
der Granulate zu berechnen, welche innerhalb des Messdurchgangs
während
eines vorbestimmten Zeitraums angesammelt worden sind und in dem
normalen Modus die Berechnungsregelungsmittel angepasst sind, um
eine umgewandelte Fließgeschwindigkeit
(S
m) gemäß der folgenden
Gleichung zu berechnen:
worin K ein Koeffizient ist,
welcher spezifisch für
den Kapazitätsdetektor
ist, C
n der Kapazitätswert des normalen Modus und
C
k der Kapazitätswert des Ausgleichsmodus
ist.
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Die
elektromagnetische Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung,
bei welcher der Kapazitätsdetektor und
der Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp zu demselben Granulatdurchgang
vorgesehen sind, berechnet eine Fließgeschwindigkeit oder Dichte
basierend auf dem augenblicklichen Gewicht, welches von dem Gewichtsdetektor
vom Kraftmessdosentyp gemessen wurde, und kompensiert dann unter
Verwendung der resultierenden Fließgeschwindigkeit oder Dichte
als Koeffizient für
eine Fließgeschwindigkeitsumwandlung durch
die Vorrichtung die Differenz zwischen dem gemessenen Wert, der
von dem Kapazitätsdetektor
gemessen wurde und dem tatsächlichen
Wert, welcher von dem Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp gemessen
wurde, welche Differenz durch die Dichteänderungen der Granulate hervorgerufen
wird.
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Der
Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist wie folgt: Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein als
Messdurchgang dienendes Fließrohr
mit einer vorgegebenen Menge in der Bahn des Granulatfließdurchgangs
vorgesehen und damit verbunden. Ein Kapazitätsdetektor ist für dieses
Fließrohr
vorgesehen. Das Granulatfließrohr
ist an dessen oberen und unteren Abschnitten mit Verschlüssen versehen,
welche unabhängig
arbeiten und den Fließdurchgang
absperren. Das Granulatfließrohr
(Messdurchgang) ist unabhängig
durch den Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp aufgehängt. Die
jeweiligen Detektoren und Verschlüsse sind mit den Berechnungsregelungsmitteln
verbunden. Die detektierbaren Werte in der Vorrichtung mit dem obigen Aufbau
sind ein von dem Kapazitätsdetektor
detektierter Kapazitätswert
und ein von dem Gewichtsdetektor detektierter augenblicklicher Gewichtswert.
Die Messung wird in dem normalen Modus und in dem Ausgleichsmodus
durchgeführt.
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Bei
der Messung des normalen Modus wird die Kapazität der Granulate detektiert,
während
die Granulate in dem Granulatfließrohr fließen in dem Zustand, in dem
beide Verschlüsse
geöffnet
sind und dann wird die detektierte Kapazität in die Fließgeschwindigkeit
der Granulate mit Hilfe der Berechnungsregelungsmittel umgewandelt.
Da die auf diese Weise gemessene und berechnete Fließgeschwindigkeit
stark von dem Feuchtegehalt und der Granulatdichte beeinflusst wird,
kann die Umwandlung von Kapazität
in Fließgeschwindigkeit nicht
immer unter Verwendung der gleichen Umwandlungskoeffizienten durchgeführt werden.
Im Stand der Technik wird dieser Umwandlungskoeffizient gemäß dem Feuchtegehalt
und der Dichte, welche separat gemessen werden, verändert. In
der Praxis wurde eine Vielzahl von Koeffizienten manuell umgeschaltet
oder ausgewählt.
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In
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird der Ausgleichsvorgang in dem Ausgleichsmodus mit einem vorgewählten Zeitzyklus
durchgeführt.
Genauer gesagt wird in dem Ausgleichsmodus der untere Verschluss
so betätigt,
dass das untere Ende des Fließrohrs
geschlossen wird. Auf diese Weise fließen die Granulate in dem Fließdurchgang,
werden in dem Granulatfließrohr
angesammelt und nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums wird der
obere Verschluss so betätigt,
dass das obere Ende desselben Rohrs verschlossen wird. Daher wird
die Zufuhr des in dem Fließdurchgang
in den Messdurchgang fließenden
Granulats vollständig
abgestellt.
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Zu
diesem Zeitpunkt kann durch Detektion des Gewichtes der Granulate,
welche in dem Granulatfließdurchgang
angesammelt worden sind mittels des Gewichtsdetektors vom Kraftmessdosentyp
das Gewicht der Granulate pro Einheitsdetektionszeit, welche augenblicklich
fließen,
d. h., die augenblickliche Fließgeschwindigkeit
der Granulate, erhalten werden. Durch Vergleichen dieser augenblicklichen
Fließgeschwindigkeit
mit der aus dem von dem Kapazitätsdetektor
mit Ausgleich durch die von dem hinzugefügten Temperaturdetektor detektierten
Temperatur detektierten Kapazitätswert
umgewandelten Fließgeschwindigkeit
wird der Umwandlungskoeffizient, welcher auf die Berechnungsformel
zum Umwandeln in die Fließgeschwindigkeit
aus der Kapazität
angewendet wird, geändert,
so dass die aus dem obigen Vergleich resultierende Differenz Null
gemacht wird. Indem man dies tut, kann die auf diese Weise basierend
auf der Umwandlung von dem Kapazitätswert erhaltene Fließgeschwindigkeit
als einen exakten Wert ohne Fehler behandelt werden.
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Nach
Beendigung der Detektion des augenblicklichen Gewichtswertes, der
durch den Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp im Ausgleichsmodus
gemessen wurde, werden sowohl der obere als auch der untere Verschluss
geöffnet,
so dass die Granulate wieder in das Granulatfließrohr zu fließen beginnen,
wodurch es möglich
ist, die Detektion des Kapazitätswertes
mit Hilfe des Kapazitätsdetektors
durchzuführen.
In diesem Zustand ist es bei Verwendung der auf geeigneter Weise
ausgeglichenen Berechnungsformel und des Temperaturausgleichs möglich, die
präzise
Fließgeschwindigkeitsumwandlung
durchzuführen
und auf diese Weise eine exakte Fließgeschwindigkeit zu erhalten.
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Eine
detailliertere Beschreibung der Vorgehensweise in dem normalen und
Ausgleichsmodus wird nachstehend angegeben. Durch Messen einer Ausgangsspannung
von dem Kapazitätsdetektor
und danach umgerechnet in Kapazität zum Zeitpunkt, wenn kein
Granulat in dem Fließdurchgang
fließt,
kann eine leere Kapazität
erhalten werden und als Standard für die Kapazitätsdetektion
behandelt werden. Ferner kann durch Messen einer Ausgangsspannung
von dem Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp und anschließend umgewandelt
in Gewicht zum Zeitpunkt, wenn kein Granulat in dem Fließdurchgang
fließt,
ein Leergewicht erhalten werden und wird als Standard für die augenblickliche
Gewichtsdetektion verwendet. Es sollte beachtet werden, dass der
Nullpunkt oder Spanne, welche für
die augenblickliche Gewichtsdetektion durch den Gewichtsdetektor
vom Kraftmessdosentyp erforderlich sind, im Voraus eingestellt worden
sind.
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Im
Ausgleichsmodus wird der Kapazitätswert
der Granulate gemessen, während
die Granulate auf dem Fließdurchgang
fließen.
Als nächstes
wird der untere Verschluss betätigt,
so dass das untere Ende des Granulatfließrohrs geschlossen wird. Auf
diese Weise werden die in dem Fließdurchgang fließenden Granulate in
dem Granulatfließdurchgang
angesammelt. Nach Ablauf des vorbestimmten Zeitraums wird der obere
Verschluss betätigt,
so dass das obere Ende des Fließrohrs
verschlossen wird, wodurch der Granulatfluss abgeschnitten wird.
Durch Detektieren des Gewichtes der in dem Fließrohr angesammelten Granulate
mit Hilfe des Gewichtsdetektors vom Kraftmessdosentyp kann die augenblickliche
Fließgeschwindigkeit
aus dem detektierten Gewicht und der oben vorgewählten Zeit berechnet werden.
Auf diese Weise können
die Kapazität
und das Gewicht der Granulate unter denselben Bedingungen detektiert
werden. In dem normalen Modus wird die Kapazität der in dem Fließdurchgang
fließenden
Granulate gemessen und die bei dem normalen Modus gemessene Kapazität wird auf
die Berechnungsformel angewendet, in welcher die Differenz zwischen
der Kapazität bei
dem obigen Ausgleichsmodus und der Leerkapazität, und die Differenz zwischen
der Kapazität
bei dem normalen Modus und der obigen Leerkapazität, die augenblickliche
Fließgeschwindigkeit
bei dem Ausgleichsmodus und auch die vorbestimmten Koeffizienten
verwendet werden. Die auf diese Weise erhaltene Fließgeschwindigkeit
ist ein Wert, welcher durch die verschiedenen in dem Ausgleichsmodus
gemessenen Werte ausgeglichen ist. Ferner kann ein weiterer präziser Koeffizient
erhalten werden, indem man den Temperaturausgleich auf den Kapazitätsausgleich
aufsetzt, durchgeführt
durch den Temperaturdetektor.
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Der
Ausgleichsmodus ist so programmiert, dass er mit einem geeigneten
Intervall durchgeführt
werden kann. Auf diese Weise wird der Fließgeschwindigkeitsausgleich
von der Kapazität
in geeigneter Weise mit einem gewöhnlichen Intervall, welches
platziert wird, ausgeglichen. Obwohl im Ausgleichsmodus Übergangsweise
eine Gewichtsmessung vom Beschickungstyp durchgeführt wird,
wird der Gesamtfluss in dem System dadurch nicht beeinflusst, da
ja die Zeit, während
dessen der Granulatfluss angehalten wird, sehr kurz ist im Unterschied
zu der herkömmlichen
Messvorrichtung vom Beschickungstyp und da ja dieser Vorgang mit
einem bestimmten Intervall durchgeführt wird. Ferner empfängt die
Vorrichtung im Unterschied zu den herkömmlichen Vorrichtungen vom
Aufpralltyp nicht den konstant abfallenden Druck der Granulate,
da die Detektion des Gewichtes der Granulate mit Hilfe des in der
Bahn des Fließdurchgangs
angeordneten Fließrohrs
durchgeführt wird
und in dem Zustand, in welchem der obere und untere Verschluss des
Fließrohrs
im Ausgleichsmodus betrieben werden, durchgeführt wird. Im normalen Modus
fungiert das Fließrohr
lediglich als Rohr, an welchem Elektroden für den Kapazitätsdetektor
befestigt sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung deutlich werden, welche unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen
erläutert
werden, bei welchen:
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1 eine
schematische Ansicht der elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung
gemäß der Erfindung
ist;
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2 ein
elektrisches Blockdiagramm der elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung
gemäß der Erfindung
ist,
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3 ein
Schaltplan des in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten
Kapazitätsdetektors ist;
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4 ein
den Ausgleichsmodus und den normalen Modus zeigendes Fließdiagramm
ist;
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5 ein
Schaltplan ist, in welchem eine Vielzahl von Detektoren mit einer
gemeinsamen Berechnungsregelungsvorrichtung durch Schaltregelungsmittel
verbunden sind;
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6 eine
schematische Ansicht eines weiteren Beispiels des Kapazitätsdetektors
ist; und
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7A und 7B schematische
Ansichten von weiteren Beispielen des Kapazitätsdetektors sind.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
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An
dieser Stelle wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung nachstehend
erläutert
unter Bezugnahme auf 1 bis 4 der zugehörigen Zeichnungen. 1 zeigt
einen Aufbau der elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung 1.
Ein Granulatfließrohr 2 ist
in der Bahn eines Fließdurchgangs A–B, in welchem
Granulat fließt,
vorgesehen. Dieses Granulatfließrohr
(Messdurchgang) 2 wird gehalten durch lediglich einen Gewichtsdetektor
vom Kraftmessdosentyp 4, der an dem Maschinenrahmen 3 befestigt
ist. Das heißt,
das Fließrohr 2 wird
mittels des Detektors 4 auf solche Weise gehalten, dass
es von anderen Rohren 5 und 6 in dem Fließdurchgang
A–B Spiel
im Lager hat. Auf einer Oberfläche
des Fließrohrs 2 ist
ein Kapazitätsdetektor 7 vorgesehen,
und an einer vorbestimmten Stelle in dem Fließrohr 2 ist ein Pegeldetektor 28 vorgesehen.
An einem Ausgangsanschluss 8, welcher an dem unteren Ende
des Fließrohrs 2 angeordnet
ist, ist ein unterer Verschluss 11 vorgesehen, welcher
durch eine drehbare Platte 9 und einen Luftzylinder 10 gebildet wird.
Ein durch eine verschiebbare Platte 12 und einen Luftzylinder 13 gebildeter
oberer Verschluss 14 steht dem Rohr 2 des Granulatfließdurchgangs
A zur Verfügung.
Der Granulatfließdurchgang
ist durch das Betätigen
der oberen und unteren Verschlüsse 14 und 11 abgesperrt.
Die Luftzylinder 13 und 10 werden jeweils mit den
elektromagnetischen Ventilen 15 und 16 durch Luftrohre
(nicht dargestellt) verbunden, und üben entgegengesetzte Bewegungen
gemäß der Betätigung der
Ventile 15 und 16 mittels der elektrischen Signale
aus. Die oberen und unteren Verschlüsse 14 und 11 werden
gemäß den entgegengesetzten
Bewegungen der Zylinder 13 und 10 geöffnet oder
geschlossen. Drehmomentstellglieder können anstelle der Luftzylinder 10 und 13 als
Antriebsmittel verwendet werden.
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Als
nächstes
wird ein elektrischer Aufbau der elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung 1 gemäß der Erfindung
unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Der Kapazitätsdetektor 7 ist
mit einem Berechnungsregelungsschaltkreis 19 durch eine
Detektionseinheit 27 und einen Verstärker 17 verbunden,
und der Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp 4 ist nebst
demselben Schaltkreis 19 durch einen Verstärker 18 verbunden.
Der Berechnungsregelungsschaltkreis 19 besteht aus einer
Mikrocomputerplatine, welche eine CPU als Hauptbestandteil hat und
außerdem
verschiedene Speicher, Eingabe/Ausgabegeräte und A/D-Wandler hat.
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Die
elektromagnetische Fließgeschwindigkeitsmessung
wird erreicht mittels des Kapazitätsdetektors 7, welcher
dem Fließdurchgang 2 zur
Verfügung
steht, der Detektionseinheit 27, des Verstärkers 17 und
des Berechnungsregelungsschaltkreises 19. Die Gewichtsmessung
wird erreicht mittels des Gewichtsdetektors vom Kraftmessdosentyp 4,
des Verstärkers 18,
des Berechnungsregelungsschaltkreises 19 und des oben erläuterten
von den Platten 9 und 12 gebildeten Beschickungsmechanismus.
Die Berechnungsregelungsmittel 32 sind durch den Berechnungsregelungsschaltkreis 19,
die Detektionseinheit 27 und die Verstärker 17 und 18 gebildet.
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Der
Berechnungsregelungsschaltkreis 19 gibt Signale aus zu
einem Anzeigemittel 20, einem Kommunikationsanschluss 21 und
einem I/O-Anschluss 22 mit einer D/A-Wandlerfunktion. Der I/O-Anschluss 22 hat eine
analoge Ausgabeanschlussklemme 23, welche ein analoges
Signal ausgibt, welches der Fließgeschwindigkeit entspricht,
wobei die Höhe
des Analogsignals in der Größenordnung
von 0 bis 12 V und 4–20
mA liegt. Der I/O-Anschluss 22 hat ferner eine Ausgabeanschlussklemme 24,
welche Bediensignale für
die elektromagnetischen Ventile 15, 16 ausgibt,
welche den Öffnen/Schließen-Vorgang
der drehbaren Platte 8 und der verschiebbaren Platte 12 steuern.
Der I/O-Anschluss 22 hat ferner eine Eingangsanschlussklemme 25,
welche ein Detektionssignal von dem im Innern des Fließrohrs 2 vorgesehenen
Pegeldetektor 28 empfängt.
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Ein
an die Wechselstromversorgungsleitung angeschlossenes stabilisiertes
Netzteil 26 liefert eine Netzversorgung an den Berechnungsregelungsschaltkreis 19.
Der Berechnungsregelungsschaltkreis 19 hat als dessen Betriebsmodi
einen normalen Modus und Ausgleichsmodus, welche durch den Bediener
ausgewählt
werden können
und welche später
erläutert
werden. Kontinuierliche Kapazitätsdetektion
wird in dem normalen Modus durchgeführt, wohingegen sowohl die
Gewichtsdetektion als auch die Kapazitätsdetektion in dem Ausgleichsmodus
durchgeführt
werden.
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3 zeigt
einen detaillierten Schaltplan der Detektionseinheit 27.
Die aus Dioden 29 und einem differenziellen Verstärker 30 gebildete
Detektionseinheit 27 gibt die durch den Kapazitätsdetektor 7 detektierten Änderungen
in der Kapazität
der durch das Fließrohr 2 fließenden Granulate
als ein Potenzialunterschied zwischen den Elektroden aus. Verschiedene
dem Fließrohr 2 zur
Verfügung
stehende Detektoren sind an die Berechnungsregelungsmittel 32 durch
Signalleitungen angeschlossen. Zum Zwecke der Durchführung des
Temperaturausgleichs auf dem detektierten Kapazitätswert ist
ein Temperaturdetektor (nicht dargestellt) zum Detektieren der Temperatur
der Granulate vorgesehen. Der von dem Temperaturdetektor detektierte
Temperaturwert wird in die Berechnungsregelungsmittel 32 eingegeben.
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In
der veranschaulichten Ausführungsform
kann eine separate Nebenleitung, an welcher der Gewichtsdetektor
vom Kraftmessdosentyp befestigt ist, unabhängig von dem Granulatfließdurchgang
vorgesehen werden, obwohl Mittel vom Beschickungstyp mit den Platten 12 bzw. 9,
welche an dem oberen bzw. unteren Ende des Granulatfließrohrs 2 vorgesehen
sind, dargestellt und erläutert
sind. In diesem Falle wird der Fließdurchgang in dem Ausgangsmodus
für eine
vorbestimmte Zeitdauer zu der Nebenleitung umgeschaltet.
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Ein
Beispiel des Betriebs der Vorrichtung mit dem obigen Aufbau wird
nachstehend erläutert
unter Bezugnahme auf ein Fließdiagramm
der 4 zusätzlich
zu den 1 bis 3. 1 zeigt
einen Zustand des Ausgleichsmodus, in welchem sowohl die verschiebbare
Platte 12 und die drehbare Platte 9 geschlossen
sind. Die normale Messung durch die elektromagnetische Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung 1,
d. h. die Kapazitätsmessung
mittels des Kapazitätsdetektors 7 in
dem normalen Modus, wird in dem Zustand, in welchem sowohl die Platten 12 als
auch 9 geöffnet
sind, durchgeführt.
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Zunächst gibt
der Berechnungsregelungsschaltkreis 19 Signale an die elektromagnetischen
Ventile 15 und 16 aus, so dass die Platten 9 und 12 in
einen geöffneten
Zustand versetzt werden. Als nächstes
wird in einem Schritt 401 eine Leerkapazität Co gemessen,
mittels der Detektion des Ausgangs von dem Kapazitätsdetektor 7 in
dem Zustand, in dem keine Granulate in dem Granulatfließdurchgang
fließen.
Dann wird in einem Schritt 402 ein Leergewicht Wo gemessen mittels der Detektion des Ausgangs
von dem Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp 4 in demselben
Zustand.
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Auf
diese Weise erhält
man die Kapazität
Co und das Gewicht Wo in
dem Ausgangszustand.
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Als
nächstes
wird in einem Schritt 403 ein Zufuhrzulassungssignal von
dem Berechnungsregelungsschaltkreis 19 an externe Verschlussmittel
(nicht dargestellt) ausgegeben, so dass die Zufuhr der Granulate
zu dem Granulatfließrohr 2 gestartet
wird. Nach der Ausgabe des Zufuhrzulassungssignals bestätigt der
Berechnungsregelungsschaltkreis 19 welcher Modus der aktuelle
Modus zwischen dem normalen Modus und dem Ausgleichsmodus ist, und
tritt in einen dieser beiden Modi. Vorliegend wird die Erläuterung
unter der Annahme gemacht, dass der ursprüngliche Modus auf den Ausgleichsmodus
gesetzt ist.
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Hier
haben die Granulate bereits begonnen, in dem Granulatfließrohr 2 zu
fließen.
Im Ausgleichsmodus arbeitet in einem Schritt 405 als erstes
der Berechnungsregelungsschaltkreis 19, um basierend auf
einem Ausgang von dem Kapazitätsdetektor 7 zu
einem Zeitpunkt, wenn die Granulate in dem Rohr fließen, die
Kapazität
Ck und basierend auf einem Ausgang von dem
in einem externen Granulattank (nicht dargestellt) vorgesehenen
Temperaturdetektor (nicht dargestellt) wie Temperatur der Granulate
zu messen.
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Anschließend gibt
der Berechnungsregelungschaltkreis 19 ein Signal an das
elektromagnetische Ventil 15 aus, um den Zylinder 10 des
unteren Verschlusses 11 zu betätigen, so dass der Granulatausgangsanschluss 8 mittels
der drehbaren Platte 9 in einem Schritt 406 geschlossen
wird. Gleichzeitig mit der Aussendung des Ausgangs an das elektromagnetische
Ventil 15 beginnt der Berechnungsregelungschaltkreis 19 damit,
eine Zeit Tf in einem Schritt 407 zu
zählen.
Die Granulate werden innerhalb des Granulatfließrohrs 2 angesammelt,
nach dem Schließvorgang
des unteren Verschlusses 11. Wenn die sich ansammelnden
Granulate den vorbestimmten Pegel innerhalb des Rohrs erreichen,
wird dies mittels des innerhalb des Granulatfließrohrs 2 vorgesehenen
Pegeldetektors 28 detektiert. In einem Schritt 408 überwacht
der Berechnungsregelungsschaltkreis 19 das Detektionssignal
von dem Pegeldetektor 28 und gibt nach Erhalt des Detektionssignals
von dem Detektor 28 ein Signal an das elektromagnetische
Ventil 16 aus, um den Zylinder 13 des oberen Verschlusses 14 zu
betätigen.
In einem Schritt 409 schließt die verschiebbare Platte 12 das
Rohr 5 des Fließdurchgang
A. Als Folge daraus wird die Zufuhr von Granulaten zu dem Granulatfließrohr 2 abgeschnitten.
Ferner hält
gleichzeitig mit der Ausgabe des Signalausgangs zu dem elektromagnetischen
Ventil 16 der Berechnungsregelungsschaltkreis 19 das
Zählen
der Zeit Tf in einem Schritt 410.
Als nächstes,
in einem Schritt 411, misst der Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp 4 das
Gewicht Wf der Granulate, welche bis auf
den Pegel angesammelt worden sind, an dem sich der Pegeldetektor 27 in
dem Granulatfließrohr 2 befindet.
Nach Beendigung der Messung in dem Ausgleichsmodus wie oben erklärt gibt
in einem Schritt 412 der Berechnungsregelungsschaltkreis 19 Signale
an die elektromagnetischen Ventile 15 und 16 aus,
so dass sowohl die drehbare Platte 9 als auch die verschiebbare
Platte 12 geöffnet
werden. Als Folge daraus wird der Verschließzustand an dem Granulatfließrohr 2 aufgehoben,
und die Granulate beginnen in dem Granulatfließrohr 2 wieder zu
fließen.
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Sobald
die Granulate in dem Fließrohr 2 zu
fließen
beginnen, mit anderen Worten bei Ausgabe der Signale an die elektromagnetischen
Ventile 15 und 16, bestätigt der Berechnungsregelungsschaltkreis 19 wieder
in einem Schritt 404, welches der aktuelle Modus ist zwischen
dem normalen Modus und dem Ausgleichsmodus. Umschalten in den Ausgleichsmodus
kann händisch
von einem Bediener zu einem gewünschten
Zeitpunkt durchgeführt
werden oder kann automatisch mit einem vorbestimmten Intervall,
welches vorgesehen wird, durchgeführt werden. Ferner wird der
Ausgleichsmodus zu dem normalen Modus umgeschaltet, nachdem der
Ausgleichsmodus einmal ausgeführt
worden ist, da es ausreichend ist, den Ausgleichsmodus lediglich zu
einem gewünschten
Zeitpunkt oder periodisch auszuführen,
zum Beispiel in dem Fall, in dem die Art des Granulatmaterials geändert wird
oder die Granulatcharge geändert
wird.
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In
dem normalen Modus wird die Umwandlung von der mittels des Kapazitätsdetektors
gemessenen Kapazität
in die exakte Fließgeschwindigkeit
der Granulate, welche gegenwärtig
fließen,
basierend auf den verschiedenen in dem obigen Ausgleichsmodus erhaltenen
Werten durchgeführt,
gemäß den folgenden
Gleichungen (1) und (2).
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Die
gegenwärtige
Fließgeschwindigkeit
S
k, welche von dem Gewichtsdetektor vom
Kraftmessdosentyp erhalten wird, kann von der Gleichung (1) erhalten
werden.
wobei W
f ein
Eingabegewicht der Granulate darstellt, und
T
f eine
Eingabezeit (Ansammelzeit) darstellt.
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Die
Umwandlung in die Fließgeschwindigkeit
von der mittels des Kapazitätsdetektors
detektierten Ausgabe wird mittels der folgenden Gleichung (2) durchgeführt.
worin
K einen Koeffizienten darstellt,
C
n einen
Kapazitätswert
in dem normalen Modus darstellt,
C
o einen
Leerkapazitätswert
darstellt, und
C
k einen Kapazitätswert im
Ausgleichsmodus darstellt.
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Gemäß der obigen
Gleichung (1) kann die gegenwärtige
Fließgeschwindigkeit
Sk aus dem gegenwärtigen Gewicht (Eingabegewicht)
Wf, welches bei dem Ausgleichsmodus erhalten
wurde, und der Eingabezeit (Ansammlungszeit) Tf abgeleitet
werden. Gemäß der obigen
Gleichung (2) kann unter der Voraussetzung, dass die in dem Ausgleichsmodus
erhaltene gegenwärtige
Fließgeschwindigkeit
Sk die Leerkapazität Co bei dem Leerzustand vor
der Beschädigung
der Modi und der Kapazitätswert
Ck, wenn die Granulate im Ausgleichsmodus
fließen,
als konstante Werte verwendet werden und außerdem unter der Voraussetzung,
dass der Koeffizient K spezifisch für den verwendeten Kapazitätsdetektor
ist, die aus der Kapazität
umgewandelte Fließgeschwindigkeit
Sm erhalten werden, wobei die Ausgabe Cn von dem Kapazitätsdetektor in dem normalen Modus
als Parameter verwendet wird. Ferner kann Einfluss auf die Fließgeschwindigkeit,
der durch die atmosphärischen
Temperaturveränderungen
verursacht wird, ausgeglichen werden, indem man die Fließgeschwindigkeit
basierend auf der zwischen der detektierten Temperatur der Granulate
und der Standardtemperatur, welche für die Kapazitätsdetektion
im Voraus eingestellt worden ist, bestehende Temperaturdifferenz
einstellt. Die aus der Kapazität
abgeleitete und gemäß der Gleichung
(2) berechnete Fließgeschwindigkeit
Sm, welche Gleichung aufbauend auf der in
dem Ausgleichsmodus erhaltenen momentanen Fließgeschwindigkeit gebildet ist,
ist ein Wert von extrem hoher Präzision.
Indem man periodisch von dem normalen Modus in den Ausgleichsmodus
umschaltet, kann die Gleichung (2) zum Umwandeln der Kapazität in die
Fließgeschwindigkeit in
geeigneter Weise kalibriert werden. Daher ist die Messvorrichtung
vom Kapazitätstyp
gemäß der Erfindung in
der Lage, eine genaue Fließgeschwindigkeit
anzugeben, welche nicht von dem Feuchtegehalt oder der Dichte der
Granulate beeinflusst ist. Ferner kann eine noch präzisere Fließgeschwindigkeit
erhalten werden, indem man den Temperaturausgleich mittels des Temperaturdetektors
miteinbezieht.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform
der elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtung
gemäß der Erfindung,
bei welcher eine Vielzahl von Gruppen, wobei jede Gruppe einen Kapazitätsdetektor,
einen Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp, einen Pegeldetektor
und obere und untere Verschlüsse,
welche für
ein Ganulatfließrohr
angeordnet sind, umfasst, an einen gemeinsamen Berechnungsregelungsschaltkreis 19 über ein
Umschaltregelungsmittel 31 zum Umschalten einer Vielzahl
von Eingangs- und Ausgangssignalen angeschlossen sind. Auf diese
Weise kann in dem Fall, dass eine große Zahl von Messvorrichtungen
verwendet und zentral gesteuert wird, die Zahl der Berechnungsregelungsmittel
reduziert werden. Als Folge daraus können die Gesamtkosten für das komplette
System wirksam reduziert werden. Da die Daten von den jeweiligen
Fließgeschwindigkeitsmessvorrichtungen
individuell mit Hilfe der Kommunikationsmittel ausgelesen werden
können,
unter Verwendung von beispielsweise eines RS232C, tritt keine Beeinflussung der
zentralisierten Steuerung auf, obwohl die Anzahl der Berechnungsregelungsmittel
verkleinert wird.
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Die
Stellung des Granulatfließrohrs 2,
an welcher der Kapazitätsdetektor 7 der
elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsvorrichtung 1 befestigt
ist, ist nicht auf die obere Fläche
des Granulatfließrohrs 2 (vgl. 1)
beschränkt.
Zum Beispiel kann, wie in Beispiel 6 dargestellt, der Kapazitätsdetektor 7 an
der Stellung vorgesehen werden, an der die Granulate fließen, d.
h. einem Teil der unteren Außenfläche des
Rohrs 2. Ferner kann der Kapazitätsdetektor dem Rohr 2 auf
solche Weise zur Ver fügung
gestellt werden, dass er eine externe Oberfläche des Rohrs wie in 7A gezeigt
vollständig
abdeckt oder auf solche Weise, dass er eine komplette Innenfläche des
Rohrs wie in 7B gezeigt vollständig abdeckt.
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Wie
weiter oben erläutert,
besteht gemäß der Messvorrichtung
der vorliegenden Erfindung, da der Fluss der Granulate nicht in
großem
Umfang abgeschnitten wird und der Messabschnitt im Grunde genommen ein
schlichter Granulatfließdurchgang
ist, kein Bedarf, die zusätzlichen
Geräte
vorzusehen und die Möglichkeit der
Abnützung
der unterschiedlichen Bauteile wie zum Beispiel einem Detektor ist
extrem gering. Die mechanische Festigkeit der Vorrichtung kann auf
einfache Weise auf einem hohen Wert gehalten werden. Da die Vorrichtung
vom Kapazitätstyp
ist, kann kontinuierliche Messung ohne Berühren der Granulate durchgeführt werden.
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Ferner
kann bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, indem man die Messung des Ausgleichsmodus mit Hilfe des
Gewichtsdetektors vom Kraftmessdosentyp durchführt, welcher in der Lage ist,
das augenblickliche Gewicht zu messen, zusätzlich zu der Messung mittels
des elektromagnetischen Fließgeschwindigkeitsdetektors,
der durch den Unterschied im Feuchtegehalt oder der Dichte hervorgerufene
Fehler wirksam mit Hilfe der von dem Gewichtsdetektor vom Kraftmessdosentyp
erhaltenen Werte ausgeglichen werden. Daher ist es ermöglicht worden,
von dem Kapazitätswert
zu einer präzisen
Fließgeschwindigkeit
umzuwandeln.
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Obwohl
die Erfindung in deren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden
ist, sollte es selbstverständlich
sein, dass die verwendeten Wörter
beschreibende Wörter
sind anstelle von Einschränkungen,
und dass Änderungen
innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche vorgenommen werden können, ohne
vom eigentlichen Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die Ansprüche begrenzt
ist, abzuweichen.
