DE29923322U1 - Device for determining the level of metallic liquids - Google Patents
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Description
Vorrichtung zur Ermittlung des Füllstandes metallischerDevice for determining the filling level of metallic
Flüssigkeitenliquids
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Füllstandes metallischer Flüssigkeiten sowie zur Niveauregu-/ lierung, die im wesentlichen aus mindestens einem Messkopfv mit mindestens einem Induktivteil besteht, der in Abstand zum Flüssigkeitsspiegel verschwenkbar und über eine Hubeinrichtung höhenverstellbar angeordnet und mit einer Auswerteelektronik verbunden ist.The invention relates to a device for determining the fill level of metallic liquids and for level regulation, which essentially consists of at least one measuring head with at least one inductive part, which is arranged to be pivotable at a distance from the liquid level and adjustable in height via a lifting device and is connected to an evaluation electronics.
Die derzeit angewendeten Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Ermittlung des Füllstandes von metallischen Flüssigkeiten in Behältern, wie z.B. in Gießereien, bei der Verhütung von Metallen oder auch in der Weiterverarbeitung beruhen auf Meßverfahren, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten.The methods and devices currently used to determine the fill level of metallic liquids in containers, such as in foundries, in metal smelting or in further processing, are based on measuring methods that work according to different principles.
So ist die Grundlage eines Meßprinzips die radioaktive Durchstrahlung eines Flüssigkeitsbehälters und die Messung der Intensität der Strahlung auf der gegenüberliegenden Seite. Die ermittelte Intensität ist abhängig von der Füllhöhe innerhalb des Behälters und läßt auf diese Weise Rückschlüsse hinsichtlich des Flüssigkeitsspiegels zu.The basis of a measuring principle is the radioactive penetration of a liquid container and the measurement of the intensity of the radiation on the opposite side. The intensity determined depends on the filling level within the container and thus allows conclusions to be drawn regarding the liquid level.
Der die Strahlen einer Strahlenquelle aufnehmende Sensor übermittelt Signale an eine nachgeschaltete Auswerteeinheit, über welche anschließend Signale beispielsweise zum Nachfüllen des Behälters bzw. zum Anheben des Flüssigkeitsspiegels gegeben werden.The sensor that detects the rays from a radiation source transmits signals to a downstream evaluation unit, which then sends signals, for example, to refill the container or to raise the liquid level.
Ein derartiges Verfahren ist trotz seines weitestgehend wartungsfreien Ablaufs mit verschiedenen, teilweise schwerwiegenden Nachteilen behaftet. Radioaktive Meßeinrichtungen werden mit immer größer werdenden gesetzlichen Auflagen versehen, so daß sie beim Anwender immer weniger Akzeptanz finden. Probleme ergeben sich insbesondere durch die für den Menschen schädliche Strahlung. Darüber hinaus ergeben sich große mittlere Fehler aufgrund statistischer Schwankungen in der Zerfallsrate der radioaktiven Strahlungsquelle. Ebenso werden die Signale, beispielsweise durch Gießpulver oder Schlacke auf dem Flüssigkeitsspiegel und damit die Genauigkeit der Messung nachteilig beeinflußt.Despite being largely maintenance-free, such a method has various disadvantages, some of which are serious. Radioactive measuring devices are subject to ever-increasing legal requirements, so that they are becoming less and less accepted by users. Problems arise in particular from the radiation that is harmful to humans. In addition, large average errors arise due to statistical fluctuations in the decay rate of the radioactive radiation source. The signals are also adversely affected, for example by casting powder or slag on the liquid level, and thus the accuracy of the measurement.
Eine weiteres Verfahren bzw. Vorrichtung zur Ermittlung des Füllstandes metallischer Flüssigkeiten besteht in dem Einsatz eines mit einer Kühlung versehenen Meßkopfes mit induktiven Erreger- und Empfängerspulen, wodurch in dem flüssigen Metall innerhalb des Behälters Wirbelströme induziert werden. Die Rückwirkungen derartiger Wirbelströme werden in einer Empfängerspule gemessen. Die Intensität sowohl des induktiven Stromes als auch dessen Rückwirkung ist ein Maß für den Abstand des Flüssigkeitsspiegels zum Meßkopf. Eine weitere Empfängerspule dient zur Erfassung von Störeinflüssen und ist aus Korrekturgründen erforderlich.Another method or device for determining the fill level of metallic liquids consists in the use of a cooling measuring head with inductive excitation and receiver coils, whereby eddy currents are induced in the liquid metal inside the container. The reactions of such eddy currents are measured in a receiver coil. The intensity of both the inductive current and its reaction is a measure of the distance of the liquid level from the measuring head. Another receiver coil is used to detect interference and is required for correction purposes.
Trotz geringer Meßfehler im Vergleich zu dem radioaktiven Meßsystem ist ein wesentlicher Nachteil eines solchen induktiven Meßverfahrens darin zu sehen, daß der Meßkopf in einer festen Position oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnetDespite low measurement errors compared to the radioactive measuring system, a major disadvantage of such an inductive measuring method is that the measuring head is arranged in a fixed position above the liquid level.
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ist, wodurch er einerseits bei geringem Abstand oder schnell ansteigendem Flüssigkeitsspiegel stark gefährdet ist und andererseits bei großem Abstand zum Flüssigkeitsspiegel nur ungenaue Messungen zuläßt. Die Messungen einer solchen Meßanordnung sind nicht linear und somit ungenau.which means that on the one hand it is at great risk when the distance is small or the liquid level is rising rapidly, and on the other hand it only allows inaccurate measurements when the distance to the liquid level is large. The measurements of such a measuring arrangement are not linear and therefore inaccurate.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Meßanordnungen zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die Meßfehler verringert , die eine Linearisierung des Meßbereichs und eine zusätzliche Messung der Schichtdicke von Schlacken- oder Oxidationsschichten ermöglicht. In contrast, the object of the invention is to avoid the disadvantages of the known measuring arrangements and to provide a device which reduces measuring errors, which enables a linearization of the measuring range and an additional measurement of the layer thickness of slag or oxidation layers.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Einhaltung eines konstanten Abstandes zwischen Meßkopf und Flüssigkeitsspiegel ein geschlossener Lageregelkreis vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that a closed position control loop is provided to maintain a constant distance between the measuring head and the liquid level.
Der besondere Vorteil der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß mit Hilfe des induktiven Meßkopfes der Abstand zum Flüssigkeitsspiegel einer metallischen Flüssigkeit gemessen wird und aufgrund eines in die Auswerteeinheit integrierten und geschlossenen Lageregelkreises in Verbindung mit einer Hubeinrichtung der Meßkopf immer in einem konstanten Abstand zu dem sich in der Höhe verändernden Flüssigkeitsspiel gehalten wird.The particular advantage of the device is that the distance to the liquid level of a metallic liquid is measured with the help of the inductive measuring head and, due to a closed position control loop integrated into the evaluation unit in conjunction with a lifting device, the measuring head is always kept at a constant distance from the liquid level, which changes in height.
Damit ergibt die augenblickliche Position des lagegeregelten Meßkopfes die aktuelle Abbildung des Füllstandes der metallischen Flüssigkeit.Thus, the instantaneous position of the position-controlled measuring head provides the current image of the fill level of the metallic liquid.
Somit ist der noch zu berücksichtigende Meßfehler nur noch von dem konstant eingehaltenen Abstand zwischen Meßkopf und Flüssigkeitsspiegel abhängig. Eine Meßwertlinearisierung und die damit verbundenen Fehler entfallen.The measurement error that still needs to be taken into account is therefore only dependent on the constant distance between the measuring head and the liquid level. Linearization of the measured value and the errors associated with it are no longer necessary.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß der Meßkopf aus einer kombinierten Meßanordnung besteht, die neben einem Induktivteil, einem Ultraschall- oder Radarteil aufweist. Das induktive Meßsystem bzw. die Vorrichtung mißt den Abstand zu einem elektrischen Leiter d. h. zur Oberfläche der metallischen Flüssigkeiten, während gleichzeitig der Ultraschallteil bzw. der Radarteil den Abstand zur Oberfläche unabhängig von der elektrischen Leitfähigkeit mißt. Die auf diese Weise dedektierte Oberfläche ist die Oberfläche einer Schlacken- oder Oxidationsschicht. Die Differenz beider' Messungen ergibt die Dicke einer solchen Schlacken- oder Oxidationsschicht.A further advantage of the device according to the invention is that the measuring head consists of a combined measuring arrangement which has an inductive part and an ultrasonic or radar part. The inductive measuring system or the device measures the distance to an electrical conductor, i.e. to the surface of the metallic liquids, while at the same time the ultrasonic part or the radar part measures the distance to the surface independently of the electrical conductivity. The surface detected in this way is the surface of a slag or oxidation layer. The difference between the two measurements gives the thickness of such a slag or oxidation layer.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, den Meßkopf in seinen verschiedenen Ausführungen an einem Ausleger mit beispielsweise einem starren, in einen Behälter hineinragenden Auslegerarm derart zu befestigen, daß die als hydraulisch oder elektromechanisch angetriebene Hubeinrichtung, gesteuert durch den Lageregelkreis zur Anpassung des Abstandes des Meßkopfes vom Flüssigkeitsspiegel vertikal beaufschlagt wird. Die Hubeinrichtung ist mit entsprechenden Weggebern ausgerüstet.Within the scope of the invention, it is possible to attach the measuring head in its various designs to a boom with, for example, a rigid boom arm extending into a container in such a way that the hydraulically or electromechanically driven lifting device, controlled by the position control circuit, is vertically actuated to adjust the distance of the measuring head from the liquid level. The lifting device is equipped with appropriate displacement sensors.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erscheint es sinnvoll, insbesondere unter Berücksichtigung enger Raumverhältnisse die Hubeinrichtung als Verstellgerät in horizontaler Richtung zu beaufschlagen, wobei es zweckmäßig erscheint, zwischen Meßkopf und Hubeinrichtung beispielsweise eine über eine Rolle umlenkbare Gliederkette zu verwenden. Des weiteren erscheint es als besonders vorteilhaft, daß die Hubeinrichtung mit einer Dreheinrichtung kombinierbar ausgebidlet ist, um zu gegebener Zeit ein Ein- und Auschwenken des Meßkopfes aus seinem Meßreich zu ermöglichen.According to a further embodiment of the invention, it appears sensible, particularly in the case of tight spaces, to use the lifting device as an adjustment device in the horizontal direction, whereby it appears expedient to use, for example, a link chain that can be deflected via a roller between the measuring head and the lifting device. Furthermore, it appears particularly advantageous that the lifting device is designed to be combinable with a rotating device in order to enable the measuring head to be swiveled in and out of its measuring range at any time.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Nachfolgenden näher erläutert. Several embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine schematisierte Darstellung einer Meßanordnung zur Ermittlung des Füllstandes einer metallischen FlüssigkeitFigure 1 is a schematic representation of a measuring arrangement for determining the level of a metallic liquid
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Meßkopfes in schematisierter Form undFigure 2 shows another embodiment of a measuring head in schematic form and
Figur 3 die Anpassung des Meßkopfes an den Füllstand mittels einer horizontal angeordneten Hubeinrichtung.Figure 3 the adjustment of the measuring head to the filling level by means of a horizontally arranged lifting device.
Die in Figur 1 in schematisierter Form wiedergegebene Meßanordnung zeigt einen Behälter 1 mit einer metallischen Flüssigkeit, die einen Flüssigkeitsspiegel 2 aufweist.The measuring arrangement shown in schematic form in Figure 1 shows a container 1 with a metallic liquid having a liquid level 2.
Oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 2 ist an einem starren Auslegerarm 7 ein induktiver Meßkopf 3 in einem festen Abstand (a) zum Flüssigkeitsspiegel 2 angeordnet. Der gemessene Abstand (a) wird mit Hilfe eines in die Auswerteeinheit 9 integrierbaren geschlossenen Lageregelkreises 10 in Verbindung mit einer Hubeinrichtung 8 bei sich veränderndem Flüssigkeitsspiegel 2 konstant gehalten. Zu diesem Zweck ist die Hubeinrichtung 8 mit Weggebern versehen. Zur Anpassung des Meßkopfes 3 an die sich ändernde Höhe des Flüssigkeitsspiegels 2 beaufschlagt die Hubeinrichtung einen Ausleger 6, der wiederum an einem starren Auslegearm 7 den Meßkopf 3 trägt. Der Ausleger 6 kann seitlich, ein- und ausgeschwenkt werden.Above the liquid level 2, an inductive measuring head 3 is arranged on a rigid cantilever arm 7 at a fixed distance (a) from the liquid level 2. The measured distance (a) is kept constant as the liquid level 2 changes with the help of a closed position control loop 10 that can be integrated into the evaluation unit 9 in conjunction with a lifting device 8. For this purpose, the lifting device 8 is provided with displacement sensors. To adapt the measuring head 3 to the changing height of the liquid level 2, the lifting device acts on a cantilever 6, which in turn carries the measuring head 3 on a rigid cantilever arm 7. The cantilever 6 can be swiveled sideways, in and out.
In Figur 2 ist eine weitere Ausgestaltung eines Meßkopfes ebenfalls in schematisierter Form dargestellt. Der MeßkopfIn Figure 2, another embodiment of a measuring head is also shown in schematic form. The measuring head
weist einen Induktivteil 4, der durch eine Spule 14 hervorgehoben ist, und einen Ultraschall- und Radarteil 5 auf, der einen Sender und Empfänger beinhaltet. Während durch den Induktivteilen 4 der Abstand (a) des Meßkopfes 3 zum elektrisch leitenden metallischen Flüssigkeitsspiegel 2 gemessen wird, kann über den Ultraschall- oder Radarteil 5 mittels entsprechender Signale der Abstand (b) beispielsweise zu einer auf der metallischen Flüssigkeit aufliegenden Schlacke-, Pulver-, oder Oxidationsschicht 15 gemessen werden. Die Differenz beider Abstände (a) und (b) ergibt die Dicke der Schlacke-, Pulver- oder Oxidationsschicht 15.has an inductive part 4, which is highlighted by a coil 14, and an ultrasonic and radar part 5, which contains a transmitter and receiver. While the distance (a) of the measuring head 3 to the electrically conductive metallic liquid level 2 is measured by the inductive part 4, the distance (b), for example to a slag, powder or oxidation layer 15 lying on the metallic liquid, can be measured by means of the ultrasonic or radar part 5 using appropriate signals. The difference between the two distances (a) and (b) gives the thickness of the slag, powder or oxidation layer 15.
Das in Figur 3 wiedergegebene Ausführungsbeispiel zeigt eine beispielsweise aus Raumgründen horizontal angeordnete Hubeinrichtung 8, die mit einer Drehanordnung 11 kombiniert ist. Da in der erforderlichen Umlenkung des Auslegerarmes 7 kein starrer Auslegerarm verwendet werden kann, ist bei dieser Ausführung der Ausleger 6 als Führung für eine um eine Rolle 12 umlenkbare Gliederkette 13 vorgesehen, an deren Ende der Meßkopf 3, in welcher Ausführung auch immer, angeordnet ist.The embodiment shown in Figure 3 shows a lifting device 8 which is arranged horizontally, for example for reasons of space, and which is combined with a rotating arrangement 11. Since a rigid boom arm cannot be used in the required deflection of the boom arm 7, in this embodiment the boom 6 is provided as a guide for a link chain 13 which can be deflected around a roller 12, at the end of which the measuring head 3, in whatever design, is arranged.
|f k · Φ · · · · W W |fk · Φ · · · · WW
1 Behälter1 container
2 ' Flüssigkeitsspiegel2 ' liquid level
3 Meßkopf3 Measuring head
4 Induktivteil4 Inductive part
5 Ultraschall- oder Radarteil &bgr; Ausleger5 Ultrasonic or radar part &bgr; boom
7 Auslegearm7 Extension arm
8 Hubeinrichtung a Abstand8 Lifting device a distance
b Abstandb Distance
9 Auswerteelektronik9 Evaluation electronics
10 Lageregelkreis10 Position control loop
11 Dreheinrichtung11 Rotating device
12 Rolle12 roll
13 Gliederkette13 link chain
14 Spule14 Coil
15 Schlacke15 slag
Claims (8)
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Country Status (1)
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| DE (1) | DE29923322U1 (en) |
Cited By (2)
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| EP1325351A1 (en) * | 2000-10-14 | 2003-07-09 | Endress + Hauser GmbH + Co. | Device for measuring the filling level of a material in a container |
| CN101486079B (en) * | 2009-03-04 | 2013-03-27 | 田志恒 | Escaping device and method |
-
1999
- 1999-01-18 DE DE29923322U patent/DE29923322U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1325351A1 (en) * | 2000-10-14 | 2003-07-09 | Endress + Hauser GmbH + Co. | Device for measuring the filling level of a material in a container |
| CN101486079B (en) * | 2009-03-04 | 2013-03-27 | 田志恒 | Escaping device and method |
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|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20000817 |
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| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20020801 |