DE69724930T2

DE69724930T2 - Verfahren zur automatischen Überprüfung der Kalibrierung einer Messvorrichtung

Info

Publication number: DE69724930T2
Application number: DE69724930T
Authority: DE
Inventors: Arne Söderholm; Olle Söderholm
Original assignee: S E G Mekanik AB
Current assignee: S E G Mekanik AB
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: US6012323A; DE69724930D1; EP0866318B1; EP0866318A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung eines Massenflusses, insbesondere von Schüttgut oder einem Fluid, und die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Anordnung zur automatischen Kalibrierung, die in einer Messvorrichtung eingesetzt wird, in der die Massenflussrate unter Verwendung des Coriolis Messprinzips gemessen wird.
Eine frühere Messvorrichtung ist aus unserer ebenfalls anhängigen europäischen Patentanmeldung Nr. 96850202.1 bekannt, die am 29. November 1996 eingereicht und der Öffentlichkeit vor dem Einreichungstag der vorliegenden Anmeldung nicht zugänglich gemacht wurde, welche die wesentlichen Prinzipien für einen derartigen Massenflussmesser beschreibt und auf welche Anmeldung hiermit Bezug genommen wird.
In einer solchen Messvorrichtung sind die zu messenden Partikel einer tangentialen Beschleunigung in einem sich schnell drehenden Messrad ausgesetzt und das Drehmoment, das als Antwort auf die Corioliskraft beschleunigter Partikel auf die Schaufeln des Messrads ausgeübt wird, wird als Maß der Massenflussrate gemessen. Die Aufgabe unserer oben genannten europäischen Patentanmeldung war es, Messfehler zu vermeiden, die aufgrund einer ungleichmäßigen Verteilung des zu messenden Materials auftreten.
Ein früheres Beispiel einer Messvorrichtung, die das Coriolis-Prinzip verwendet, ist aus der WO-A-9208958 bekannt, die für das Verpacken nach Gewicht bestimmt ist. Dabei wird das Messrad von einem Motor unterhalb des Messrads angetrieben, wobei der Motor eine Impulsscheibe zur Messung seiner Rotationsgeschwindigkeit aufweist. Eine Messung des dem Motor zugeführten Stroms wird als ein Maß für das Drehmoment betrachtet, das auf das Messrad ausgeübt wird. Aus diesen Messungen wird der Massenfluss durch das Messrad von einer Signalprozessoreinrichtung berechnet.
Auch wenn die Genauigkeit der Messungen durch unsere vorherige Vorrichtung wesentlich verbessert worden ist, ist es dennoch notwendig, die Vorrichtung einzustellen, um die Messfehler aufgrund von Schwankungen in der Lagerreibung in den Lagern, die den Schaft des Messrads tragen, zu eliminieren oder reduzieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur automatischen Überprüfung einer Messvorrichtung bereitzustellen, in welcher ein Massenfluss unter Verwendung des Coriolis Messprinzips gemessen wird.
Die oben genannte Aufgabe ist dadurch gelöst worden, dass die Erfindung die im unabhängigen Anspruch 1 genannten Merkmale bereitstellt. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung der Änderung der in dem Messrad oder den anderen rotierenden Teilen angesammelten kinetischen Energie zur Überprüfung des Geräts. Da die rotierenden Teile ein konstantes Gewicht haben und daher bei einer gegebenen Rotationsgeschwindigkeit eine konstante angesammelte kinetische Energie aufweisen, stellt eine Änderung der Geschwindigkeit zwischen zwei bekannten Werten eine eindeutige Messung der Änderung in der Energie dar. Für die Beziehung zwischen dem Moment M, das gemessen wird, und der Änderung der Geschwindigkeit gilt, dass M = J × dn/dt, wobei J das gemessene Trägheitsmoment für die rotierenden Teile darstellt, dn die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit ist, und dt die Zeitdauer darstellt. Das Zeitintegral liefert die zugehörige kinetische Energie A = J × n²/2. Mit Hilfe dieser Gleichungen kann die Änderung der Energie berechnet werden und den rotierenden Teilen kann ein Wert zugeordnet werden, der einem Fluss an Material entspricht. Der Wert liefert dann einen Bezugspunkt, der diesem Materialfluss entspricht.
Die Erfindung wird nun in Form eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels beschrieben, das in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen 1 ein schematisches Blockdiagramm einer automatischen Kalibrierungsvorrichtung nach der Erfindung zeigt, 2 das Reibungsmoment M₀ als Funktion der Rotationsgeschwindigkeit zeigt, 3 ein Beispiel eines Intervalls der Rotationsgeschwindigkeit als Funktion der Zeit zeigt, und 4 das Moment zeigt, das sich daraus ergab, sowie dessen Zeitintegral.
In 1 ist ein Messrad 1 gezeigt, das ein Teil einer vollständigen Vorrichtung zum Messen eines Massenflusses der Art sein soll, wie sie in unserer ebenfalls anhängigen europäischen Patentanmeldung Nr. 96850202.1 beschrieben ist. Die anderen, die Messvorrichtung betreffenden Teile können die gleiche, aber auch andere Gestaltungen, als die in unserer früheren Anmeldung gezeigten aufweisen. Das Messrad 1 ist zur Rotation um einen vertikal drehbaren Schaft 2 angebracht, angetrieben von einem elektrischen Motor 3. Das zu messende Material 4 wird dem Messrad 1 durch eine Einlasseinrichtung zugeführt, die mit einem Einlassrohr 5 in nächster Nähe des Messrads 1 endet, wobei das Rohr 5 in ein Gehäuse 6 reicht, das das Messrad 1 einschließt. Das Gehäuse 6 kann, wie gezeigt, als Trichter ausgebildet sein, und an seiner Unterseite mit einer Auslassöffnung 7 für das gemessene Material enden.
Die gezeigte Einlasseinrichtung umfasst ein steuerbares Klappenventil 8, oder eine andere Art eines schnell beweglichen Ventils, das den Fluss an Material in das Einlassrohr 5 und das Messrad 1 stoppen kann. Das Klappenventil 8 ist vermittels eines Schafts 9, der in Lagern 10 läuft, drehbar, und seine Rotation wird durch eine Drehvorrichtung 11 gesteuert. Die Drehvorrichtung 11 wird ihrerseits von einer Steuervorrichtung 12 gesteuert, beispielsweise einem Mess- und Steuerrechner. Die Drehvorrichtung kann eine elektrisch oder hydraulisch arbeitende Drehvorrichtung sein.
An dem vertikal drehbaren Schaft 2 ist ein Tachometer 13 angebracht, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schafts 2 zu erfassen und die Information an die Steuervorrichtung 12 zu übermitteln. Das Drehmoment an dem elektrischen Motor 3 wird von einer Drehmoment-Messvorrichtung 14 überwacht, die mit einem Signalprozessor 15 verbunden ist, in dem das Ausgangssignal der Drehmoment-Messvorrichtung 14 in ein Eingangssignal für die Steuervorrichtung 12 gewandelt wird, um ein Drehmoment-Eingangssignal an die Steuervorrichtung 12 zu übermitteln. Darüber hinaus ist ein statischer Frequenzumrichter 16 zwischen die Steuervorrichtung 12 und den elektrischen Motor 3 geschaltet, so dass die Steuervorrichtung 12 auch die Geschwindigkeit des elektrischen Motors 3 steuern kann.
2 zeigt das Leerlaufdrehmoment M₀ als Funktion der Rotationsgeschwindigkeit n. 3 zeigt ein Beispiel, wie die Rotationsgeschwindigkeit in einem Intervall von einer niedrigeren Rotationsgeschwindigkeit n₁ zu einer höheren Rotationsgeschwindigkeit n₂ mit einem konstanten Zuwachs pro Zeiteinheit innerhalb des Intervalls variiert werden kann. 4 zeigt das von der Änderung der Rotationsgeschwindigkeit nach 3 abhängige Moment. Ausgehend von dem Moment M₀, das nach der 2 bei der Rotationsgeschwindigkeit n₁ gezeigt wird, steigt das Moment auf M_J + M₀ an, wenn die Rotationsgeschwindigkeit anfängt zuzunehmen. M_J ist proportional zu der Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit, dn, und existiert nicht, wenn die Rotationsgeschwindigkeit konstant ist.
Das Verfahren nach der Erfindung wird, wie es in der Praxis eingesetzt wird, nachfolgend mit Hilfe eines Beispiels und in verschiedene Abfolgen eingeteilt beschrieben.
Bevor eine automatische Kalibrierung durchgeführt werden kann, wird angenommen, dass eine Speicherung von Tara-Werten für verschiedene Rotationsgeschwindigkeiten durchgeführt wird, wenn deren Größenordnung die Funktion beeinflussen kann. Wenn die automatische Kalibrierung nachfolgend durchgeführt werden soll, sollte sie insbesondere dann geschehen, wenn der Materialfluss nicht vorhanden ist. Die Steuervorrichtung erhält dann einen manuellen Befehl betreffend die Kalibrierungsaktivität. In dem Beispiel ist die Steuervorrichtung so programmiert, dass sie zunächst die Rotationsgeschwindigkeit auf einen niedrigen Wert setzt, wie in 3 durch n₁ gezeigt. Danach wird veranlasst, dass die Rotationsgeschwindigkeit proportional mit der Zeit ansteigt bis die Rotationsgeschwindigkeit n₂ erreicht ist. Nach der vorher gezeigten Gleichung, die die Beziehung zwischen dem gemessenen Moment M und der Änderung in der Rotationsgeschwindigkeit angibt, ist klar, dass wenn dn/dt konstant ist, wie in dem vorliegenden Beispiel, die Anzeige des Moments konstant und gleich M_J sein wird, solange die Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit andauert. Das Leerlaufmoment M₀ stellt jedoch eine Zunahme während des in 2 gezeigten Intervalls der Rotationsgeschwindigkeit dar, was auch aus 4 ersichtlich ist, welche die Anzeige des Moments während der Änderung der Rotationsgeschwindigkeit zeigt. Die Steuervorrichtung ist so programmiert, dass sie M = M_J + M₀ zusammenzählt und Schritt für Schritt M während der Änderung der Rotationsgeschwindigkeit aufsummiert, wodurch die Summe einen Wert für die kinetische Energie A entsprechend der vorher gezeigten Gleichung angeben wird. Die kinetische Energie A entspricht der schraffierten Fläche in 4. Entsprechend erhält man das Moment der Beschleunigung M_J, indem man M₀ von dem gemessenen Moment M subtrahiert.
Unabhängig davon, wie die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit mit der Zeit variiert, kann gezeigt werden, dass die kinetische Energie A für ein gegebenes Intervall der Rotationsgeschwindigkeit denselben Wert annimmt. Es ist nicht notwendig, dass der Fluss nicht vorhanden ist, solange er nur während der Zeitdauer der Änderung der Rotationsgeschwindigkeit konstant ist und daher zu einer konstanten Beschleunigung des Materials führt. Somit kann eine automatische Kalibrierung unter diesen Bedingungen durchgeführt werden. Entsprechend kann eine Kalibrierung bei einer verringernden Änderung der Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden, wenn auf das Vorzeichen geachtet wird.
Nach einer Überprüfung des Systems kann eine geeignete Aktion durchgeführt werden, beispielsweise ein Alarm gegeben, wenn eine Abweichung in der Entsprechung zu einem anderen früheren Kalibrierungsparameter erfasst wird.
Falls gewünscht, kann das System mit dem erhaltenen Parameter als Neukalibrierungsparameter automatisch neu kalibriert werden.

Claims

Verfahren zur automatischen Überprüfung der Kalibrierung einer Messvorrichtung, in der zu messende Partikel in einem sich schnell drehenden Messrad (1) einer tangentialen Beschleunigung ausgesetzt sind, und das Drehmoment, das als Antwort auf die Corioliskraft beschleunigter Partikel auf die Schaufeln des Messrads (1) ausgeübt wird, als Maß einer Massenflussrate gemessen wird, und bei dem der Fluss (4) an Material dem mittleren Teil des Messrads zugeführt wird und danach durch die Zentrifugalkraft zu der Peripherie des Messrads (1) hin geschleudert wird, und der Fluss mit Hilfe einer elektronischen Vorrichtung (12, 14) gemessen wird, welche eine Steuervorrichtung (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuersignal der Steuervorrichtung (12) variiert wird, um die Rotationsgeschwindigkeit des Messrads innerhalb eines definierten Intervalls (n₁–n₂) zu variieren, wenn der Fluss nicht vorhanden oder alternativ konstant ist, dass die Drehmomentänderung (M) desselben gemessen wird, um einen Wert für das Drehmoment der Beschleunigung (M_J) zu erhalten, dass ein korrigierter Wert für das Intervall der Rotationsgeschwindigkeit (n₁–n₂) über die Zeit integriert wird (A), und dass der integrierte Wert (A) verwendet wird, um den Betrieb des Instrumentensystems zu überprüfen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (8) angeordnet ist, um den Einlass des Messrads (1) während einer Zeitdauer zu schließen, die einer gewählten Anzahl an Umdrehungen des Messrads entspricht, und nachfolgend veranlasst wird, den Fluss des Materials (4) zu öffnen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Wert (A) für eine Neukalibrierung des Systems verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Fluss nicht vorhanden ist, dies automatisch erfasst wird, wodurch ein automatischer Kalibrierungsvorgang ermöglicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gespeicherter Wert für das Tara-Drehmoment (M₀) innerhalb des Intervalls von dem Wert der Drehmomentänderung (M) subtrahiert wird, um den Wert des Drehmoments der Beschleunigung (M_J) zu erhalten.