DE2307029B2 - Vorrichtung zum Messen von Längenänderungen eines räumlichen Gebildes, vorzugsweise eines mit Füßen versehenen Behälters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Längenänderungen eines räumlichen Gebildes, vorzugsweise eines mit Füßen versehenen Behälters, die durch Zug- oder Druckkräfte hervorgerufen werden, um zum Beispiel das Gewicht des Inhalts eines Behälters, wie eines Silos, bestimmen zu können.

Um das Gewicht des Inhaltes eines solchen Behälters, wie Silo od. dgl., zu bestimmen, hat man die Füße solcher Behälter in einer Querebene zur Längsachse jeden Fußes aufgeschnitten und zwischen die beiden Teile jedes Fußes eine elektrische Belastungszelle eingesetzt. Um zu verhindern, daß die oberen Teile dieser Füße von den unteren Teilen derselben wegrutschen, wurden Klammern vorgesehen, die der relati-"> ven seitlichen Bewegung der oberen und der unteren Teile der Füße entgegenwirken und zulassen, daß das volle Gewicht des Silos auf die Belastungszellen übertragen wird. Ändert sich das Gewicht des Siloinhaltes, so ändert sich auch der elektrische Widerstand der

in Belastungszellen, wodurch das Gewicht des Siloinhaltes gemessen werden kann.

Eine weitere Lösung bestand darin, die Gewichtsbestimmung des Inhaltes eines Behälters durch die Reflexion von Ultraschallwellen an der Oberfläche des Inhaltes zu messen, was ausreichend genau ist, wenn sich in einem Behälter Flüssigkeiten oder gewisse feste Materialien befinden, es genügt den Anforderungen jedoch dann nicht, wenn das Gewicht von Materialien zu bestimmen ist, die einer Volumenreduzierung durch Zusammendrücken unterliegen.

Man kann das Gewicht zusammendrückbarer Materialien auch dadurch bestimmen, daß eine Gamma-· Strahlen-Quelle am Boden des Behälters und ein Gamma-Strahlen-Detektor am oberen Ende des Behälters angeordnet wird, weil dann die Strahlenintensität, die den Detektor erreicht, eine Inter-alia-Funktion der Dichte des Materials ist. Es müssen jedoch strenge Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden, wenn eine solche Quelle verwendet wird, ganz davon

jo abgesehen, daß dieser Weg dann unzulässig ist, wenn als Materialien Lebensmittel in Behältern untergebracht sind.

Bekannt sind weiterhin Meßeinrichtungen zum Messen einer Differenzbewegung (DT-AS 1300306),

r> die als Meßumformer für Hub-, Druck- oder Differenzdruckmesser oder -regler geeignet sind und eine kompakte Anordnung bilden. Ausgehend von einem Differentialtransformator, dessen Wicklungen in drei Kammern untergebracht sind, deren mittlere Kammer die Primärwicklung enthält und in deren äußeren Kammern gegensinnig gewickelte Sekundärwicklungen enthalten sind und dessen in Abhängigkeit von der Längsbewegung verschiebbarer Kern eine solche Länge hat, daß er auch in den Endstellungen die mittlere Kammer in der ganzen Länge ausfüllt, wurde, um Störsignale auf den Meßleitungen zu vermeiden, dafür gesorgt, daß die Primärwicklung und eine weitere in der mittleren Kammer untergebrachte Wicklung die beiden Wicklungen eines induktiv rückgekoppelten

-,ο Oszillators sind. Es sind also Differenz-Meßtransformatoren bekannt, die ein elektrisches Signal abgeben, welches eine Funktion einer Längsverschiebung darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Zug- oder Druckkräfte in einem den Einflüssen der Atmosphäre ausgesetzten, räumlichen Gebilde hervorgerufene Längenänderungen so zu messen, daß Temperaturänderungen auf das Meßergebnis keinen Einfluß ausüben. Ob es sich hierbei um das Messen eines dem änderbaren Gewicht eines Behälters entsprechenden Druckes auf die Behälterfüße oder das Messen der Druckänderungen in Brückenträgern in Abhängigkeit vom Verkehr oder um Druckänderungen in Gebäuden auf Grund von Strukturschäden od. dgl. handelt, ist gleichgültig. Diese Vorrichtung soll an solchen räumlichen Gebilden ohne große Schwierigkeiten festgelegt und auch wieder gelöst werden können, ohne daß entsprechende Teile solcher

räumlichen Gebilde eine Änderung erfahren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Hinzufügung der im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale zu denen des Oberbegriffs.

Ändert sich die Temperatur der Umgebungsluft, dann dehnen sich das räumliche Gebilde und der stangenförmige Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung um den gleichen Betrag oder sie ziehen sich entsprechend zusammen. Wird die Vorrichtung beispielsweise einem Silo zugeordnet, solche Silos, die ein Fassungsvermögen von über 300 Tonnen aufweisen und im allgemeinen höher als breit sind, so wird während des Beladens, wenn die Oberfläche des Inhaltes des Silos noch uneben ist, jegliche Differenz zwischen der Kompression jedes Silofußes entsprechend der Kompression in jedem Fuß gering sein. Ist ein solcher Silo jedoch breiter als hoch, oder ist eine größere Genauigkeit erforderlich, dann kann man diese Vorrichtung auch an mehr als einem Fuß vorsehen. Die Druckänderungen in jedem Fuß werden dann zusammengezählt, und der Durchschnitt wird zur Inhalts-Gewichtsbestimmung herangezogen. Bei einem Silo mit vier gleich voneinander beabstandeten Füßen kann eine Genauigkeit erzielt werden, wenn eine Vorrichtung jeweils einem Paar von gegenüberliegenden Füßen zugeordnet ist.

Silos oder Schüttgut-Behälter sind im allgemeinen bei normalen Arbeitsbedingungen immer nur V₄ oder ³/₄ voll, um zu erreichen, daß der Silo niemals vollständig leer oder überfüllt ist.

Zweckmäßig ist es, Linear-Differenz-Transformatoren zu verwenden, weil diese den Vorteil aufweisen, daß, sind die Dimensionen der Füße bekannt, die einen Silo stützen, das Anzeigeinstrument geeicht werden kann, bevor der Behälter mit der Vorrichtung im Gelände eines Kunden aufgestellt wird. Da die Druckabweichungen im Silofuß proportional dem Gewicht des Siloinhaltes sind und da das dem Differenz-Meßtransformator übermittelte Signal linear ist, ist es nur während der Montage erforderlich, eine Bezugslage für die Vorrichtung festzulegen, der Silo kann leer sein, voll oder nur halbvoll.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Teiles der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Vorrichtung an einem Fuß eines Silos festgelegt ist,

Fig. 2 eine Ansicht nach der Linie U-II der Fig. 1 nach Abnahme des Deckels des Gehäuses, in dem der Differenzmeßtransformator untergebracht ist und

Fig. 3 eine Unteransicht, teilweise im Schnitt, eines Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2.

Gezeigt wird eine Vorrichtung, die der Bestimmung des Gewichts des Inhaltes eines Schüttgut-Behälters dient. Die Vorrichtung enthält einen stangenförmigen Teil 2 unveränderlicher Länge, dessen unteres Ende 18 an einem räumlichen Gebilde 1, hier einem der Füße 1, eines nicht gezeigten Silos festgelegt ist. Dieser unbelastete, stangenförmige Teil 2 ist vorzugsweise zwischen 45 cm und 85 cm lang und erstreckt sich im allgemeinen parallel zur Längsachse dieses Fußes. Der stangenförmige Teil 2 besteht aus dem gleichen Material wie der Fuß und hat auch den gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten wie dieser Fuß.

Am freien oberen Ende des stangenförmigen Teils 2 ist eine Stange 22 abgesetzt angeschweißt, die sich nach oben durch eine wasserfeste Dichtung 8 hindurch in ein Gehäuse 3 hinein erstreckt. Das Gehäuse 3 ist am Fuß durch Schlauchklemmen 14 festgelegt, und es ist mit einem Deckel 4 und einer Dichtung 5 versehen, so daß kein Staub in das Gehäuse 3 eindringen kann.

Gernäß Fig. 2 ist ein Anschlußbrett 6 mit Kontaktleiste am hinteren Teil des Gehäuses 3 festgelegt. Ein Positionssensor in Form eines Linear Differenz-Meßtransformators 11 bekannter Art ist angrenzend an das freie Ende der Stange 22 auf einer verschiebbaren Konsole 7 festgelegt. Das freie Ende der Stange 22 befindet sich in Berührung mit dem Kern 25 des Meß-Transformators 11. Die Lage des Meß-Transformators 11 kann dadurch geändert werden, daß als Verstellmittel 17 eine Rändelschraube gegenüber dem Gehäuse 3 verdreht wird. Ein Kabel 15 ist durch eine Anschlußverschraubung 13 hindurch in das Gehäuse 3 eingeführt und legt die Spannung einer 12-Volt-Batterie an die Kontaktleiste 12. Ein Entlüftungsrohr 9 erstreckt sich aus dem Gehäuse 3 nach unten.

Wenn eine Last in den Silo eingebracht wird, erhöht sich der Druck auf die Füße des Silos. Dadurch wird die Länge der Füße reduziert auf Grund der BcIastungsgrößenfunktion. Die Länge des stangenförmigen Teils 2 bleibt jedoch von der Last unbeeinflußt, und daher bewegen sich dann das freie Ende der Stange 22 und der Differeriz-Meßtransformator 11

j» aufeinander zu.

Der Kern 25 des Meßtransformators 11 wird nach oben bewegt, und die Induktanz des Meßtransformators verändert sich derart, daß sich auch das Ausgangssignal desselben als Linearfunktion der Druckänderung des Fußes des Silos ändert. Das Ausgangssignal wird über ein Relais einem Anzeige-Instrument 23 weitergeleitet.

Wenn die Größe der Silofüße bekannt ist, ist es möglich, ein Anzeige-Instrument 23 zu eichen, bevor es im Gelände des Benutzers installiert wird. Alles, was während der Montage dann noch erforderlich ist, besteht darin, eine Bezugslage für das Instrument zu bestimmen, z. B. wenn der Silo leer ist, voll oder einen bekannten Gewichtsinhalt hat. Es reicht jedoch für viele Zwecke aus zu wissen, ob der Silo zwischen ¹Z₄ oder V₄ voll ist, und daher kann ein geschätztes Gewicht für den Anfangsinhalt als Bezug für das Anzeige-Instrument genommen werden.

Diese Bezugslage kann geändert werden durch entsprechendes Verdrehen der als Verstellmittel 17 dienenden Rändelschraube, so daß der Meßtransformator 11 zur Stange 22 hin oder von dieser weg bewegt wird.

Die unbelastete Stange 22 und der angrenzende Teil des Fußes sind vorzugsweise von einer Hülle 10 umgeben, um den stangenförmigen Teil 2 und den Fuß bei im wesentlichen gleicher Temperatur zu halten. Es ist ferner ersichtlich, daß der stangenförmige Teil 2 aus einem Winkelprofil gebildet ist, dessen ab-

bo gerundeter Flansch 16 in wärmeleitendem Kontakt mit dem Fuß steht, was sich als besonders zweckmäßig erwiesen hat.

Die Erfindung sollte so verstanden werden, daß sie die Verwendung eines nicht-linearen Positionssensors nicht ausschließt, obwohl schon aufgezeigt worden ist, daß die Eichung des Anzeige-Instrumentes mit einem solchen Sensor schwierig ist und auch überwacht werden muß, wenn die Vorrichtung montiert wird.

Da die Zusammendrückbarkeit des Fußes des Silos pro Längeneinheit im allgemeinen gering ist, verwendet man vorzugsweise eine so lange, unbelastete Stange, wie dies gerade praktikabel ist.

Auf diese Weise kann z. B. ein 2,4 m langer Silofuß mit ringförmigem Querschnitt, z. B. um 0,38 mm reduziert werden, wenn eine Last von 30 Tonnen in den Silo eingefüllt wird, wohingegen ein Silofuß von einer Lange von 1,2 m bei der gleichen Last nur um 0,19 mm zusammengedrückt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. b)

   d)

   Patentansprüche:

   I. Vorrichtung zum Messen von Längenänderungen eines räumlichen Gebildes, vorzugsweise eines mit Füßen versehenen Behälters, die durch Zug- oder Druck hervorgerufen werden, dadurch gekennzeichnet, daß
   a) die Vorrichtung einen stangenförmigen Teil (2) unveränderlicher Länge aufweist, welcher an oder nahe dem Ende (18) des räumlichen Gebildes, wie Fuß (1), festgelegt ist und sich in der Richtung erstreckt, in der die Längenänderungen zu messen sind,
   ein Differenz-Meßtransformator (11) bekannter Art ortsfest auf dem Gebilde, wie Fuß (1), gegenüber dem freien Ende des stangenförmigen Teils (2) angeordnet ist,
   c) der lineare Wärmeausdehnungs-Koeffizient des stangenförmigen Teils (2) und der des räumlichen Gebildes, wie Fuß (1), in der erwähnten Richtung gleich groß sind,
   der stangenförmige Teil (2) in gutem Wärmekontakt mit dem räumlichen Gebilde, wie Fuß (1), steht, um sicherzustellen, daß die Temperatur des stangenförmigen Teiles (2) und die des räumlichen Gebildes, wie Fuß (1), im wesentlichen gleich groß ist,
   e) daß das räumliche Gebilde, wie Fuß (1), Kreisquerschnitt aufweist und daß der stangenförmige Teil (2) ein Winkelprofil mit einem Flansch (16) ist, der mit dem räumlichen Gebilde, wie Fuß (1), in Kontaktberührung steht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stangenförmige Teil (2) und das räumliche Gebilde, wie Fuß (1), in dem Bereich, in dem sich das stangenförmige Teil (2) erstreckt, von einer Hülle (10) aus Isoliermaterial umfaßt sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das stangenförmige Teil (2) zwischen 45 cm und 210 cm lang ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch Verstellmittel (17) zur Justierung des Differenz-Meßtransformators (11) gegenüber dem freien Ende des stangenförmigen Teiles (2).