VDI 4436-2007 Measurement of mass and volume flows of bulk solids.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMessung von Massen- und Volumenstrmen in der Schttgut-Frdertechnik Measurement of mass and volume flows of bulk solidsVDI 4436Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialfluss LogistikFachbereich B4 Schttgut-FrdertechnikVDI-Handbuch Mater

2、ialfluss und Frdertechnik, Band 4: Stetigfrderer fr Schttgut VDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 1: Verfahrenstechnisches Messen VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenie

3、ure e.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedICS 17.120.20, 53.040.01 Februar 2007February 2007Frhere Ausgabe: 11.04 Entwurf,Deutsch Former edition: 11/04 Draft, in German only Die deutsche Version dieser Ri

4、chtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt Seite1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . 22 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 23 Allgemeines . . . . . . .

5、. . . . . . . . . . . 24 Kriterien fr Auswahl, Auslegung und Mess-genauigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Messung des Massenstroms . . . . . . . . . 75.1 Gravimetrische Messverfahren . . . . . . 75.1.1 Einrollenbandwaage . . . . . . . . 75.1.2 Mehrrollenbandwaage . . . . . . . 85.1.3 Schn

6、eckenwaage . . . . . . . . . . 85.2 Reaktionskraft-Messverfahren . . . . . . 95.2.1 Umlenkschurren-Messeinrichtung. . 95.2.2 Prallplatten-Messeinrichtung . . . . 115.2.3 Prallplatten-Messeinrichtung mit Geschwindigkeitsmessung . . . . . 125.2.4 Corioliskraft-Messeinrichtung . . . 135.3 Sonstige Mess

7、verfahren . . . . . . . . . . 145.3.1 Radiometrische Bandwaage . . . . 145.3.2 Korrelatives Messverfahren . . . . 155.3.3 Mikrowellen-Messverfahren . . . . 166 Messung des Volumenstroms . . . . . . . . 176.1 Laser-Messeinrichtung . . . . . . . . . . 176.2 Ultraschall-Messeinrichtung . . . . . . . 18

8、7 Sicherheitsbestimmungen . . . . . . . . . . 188 Normen, Richtlinien und Empfehlungen . . . 19Contents Page1 Preliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Scope of application . . . . . . . . . . . . . . 23 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Criteria for selection, design an

9、d measuring accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Measurement of mass flow . . . . . . . . . . 75.1 Gravimetric measuring method . . . . . . 75.1.1 Single-roller belt weigher . . . . . . 75.1.2 Multiple-roller belt weigher . . . . . 85.1.3 Screw feeder . . . . . . . . . . . . . 85.2 Re

10、active-force measuring method . . . . . 95.2.1 Deflection-chute measuring device . 95.2.2 Impact-plate measuring device . . 115.2.3 Impact-plate measuring device with speed measurement . . . . . 125.2.4 Coriolis measuring device. . . . . 135.3 Further measuring methods . . . . . . . 145.3.1 Radiomet

11、ric belt weigher . . . . . 145.3.2 Correlation measuring method . . 155.3.3 Microwave measuring method . . 166 Measurement of volume flow . . . . . . . . 176.1 Laser measuring device . . . . . . . . . 176.2 Ultrasound measuring device . . . . . . 187 Safety regulations . . . . . . . . . . . . . . 18

12、8 Standards, guidelines and recommendations 19B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI 44361 VorbemerkungenIn dieser Richtlinie werden Gerte, Einrichtungenund Verfahren beschrieben, die durch das Me

13、ssenvon charakteristischen Stoff- oder Zustandsgrendirekt oder indirekt Rckschlsse auf den tatschlichvorliegenden Volumen- oder Massenstrom desSchttgutstromes zulassen. Die Richtlinie soll demAnlagenplaner, dem Konstrukteur und dem Anwen-der einen berblick ber die Grundlagen, die Ein-satzmglichkeite

14、n und Einsatzgrenzen von Mess-prinzipien und ausgefhrten Messeinrichtungengeben und sie in die Lage versetzen, die Auswahlent-scheidung fr das zu bearbeitende Massen- oder Vo-lumenstromerfassungsproblem zu erleichtern.Dosiersysteme wie Dosierbandwaage, Differential-dosierwaage, Rotorwaage oder Kombi

15、nationen derim Folgenden vorgestellten Verfahren mit Frderernzum Dosieren werden in dieser Richtlinie nicht be-handelt. Sie erfordern durch die ntige Integration indie Anlage, den Einfluss des Schttguts und die elek-tronische Steuer- und Regeleinheit eine getrennte Be-trachtung.2 AnwendungsbereichIm

16、 Rahmen dieser Richtlinie werden Messeinrich-tungen und -verfahren behandelt, deren Einsatz vor-rangig fr die Schttgutfrderung, zum Teil aberauch in der Stckgutfrderung mglich ist. Es wer-den Hinweise gegebenzur Eignung von Massen- und Volumenstrom-messgerten in Schttgutfrderernzur Kombinierbarkeit

17、mit den die Messeinrichtun-gen beschickenden Frderernzur Eignung ihres Einsatzes in speziellen Indus-triebereichenzur Genauigkeit des Messprinzips3AllgemeinesSchttgutverwendungszweck und Schttguthandlingknnen Messungen von Massen- oder Volumen-strom, aber auch beide Verfahren gleichzeitig erfor-dern

18、. Abhngig vom Schttgut-Frderprinzip, vonden Eigenschaften des Frderguts, den Umgebungs-bedingungen, der Gre des Frderstroms und denAnforderungen an die Genauigkeit der Messergeb-nisse sind die Randbedingungen der Messverfahrenzu beachten. 1 Preliminary noteThis guideline describes devices, equipment

19、 andmethods that allow to draw direct or indirect conclu-sions about the actual volume or mass flow of bulksolids by measuring characteristic substance or statevariables. The guideline is intended to give plantplanners, design engineers and users a survey of thebasic principles, the possible applica

20、tions and appli-cation limits of measuring principles and measuringdevices, and enable them to facilitate the selection de-cision for the mass or volume flow measuring task athand. Metering systems like weigh-belt feeder, loss-in-weight feeder, rotary weigher, or combinations of themethods presented

21、 hereafter with metering conveyorsare not dealt with in this guideline. They have to betreated separately considering the required integra-tion into the plant, the influence of the bulk solids andthe electronic control unit. 2 Scope of applicationThis guideline deals with measuring devices andmethod

22、s that are mainly applied for the conveyanceof bulk solids, but partially also for the conveyance ofpiece goods. Information is provided on the suitability of mass and volume flow meas-uring devices in bulk-solid conveyorson the possible combination with the conveyorscharging the measuring deviceson

23、 the applicability in special industrial sectors on the accuracy of the measuring principle3 GeneralThe intended use, and the handling, of bulk solidsmay call for measurements of either mass or volumeflow, or for both methods at the same time. Depend-ing on the bulk-solid conveying principle, the ch

24、arac-teristics of the material to be conveyed, the ambientconditions, the magnitude of the volume flow and therequired accuracy of the measurement results, theboundary conditions of the measuring methods haveto be observed.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rech

25、te vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI 4436 3 4 Kriterien fr Auswahl, Auslegung und MessgenauigkeitDie Auswahl und die Auslegung von Messeinrich-tungen sind abhngig von folgenden Einflussgren:Frderprinzip Aufbau des Schttgutfrderers Eigenschaften des Frderguts Allgemeine

26、, fr alle Einsatzflle gltige Richtlinienlassen sich nicht aufstellen. Mit den im Folgendendargestellten tabellarischen Orientierungen und denin Abschnitt 5 und Abschnitt 6 erluterten Messprin-zipien wird angestrebt, eine Vorauswahl zu treffen. Hierfr sind folgende Einflussgren umfassend zubeschreibe

27、n: Eigenschaften des Frderguts minimal und maximal auftretende Massen- undVolumenstrmeProduktionsprozessAnforderungen an die Genauigkeit des Mess-ergebnisses Mit diesen Informationen und Daten sind einschl-gige Hersteller in der Lage, geeignete Gerte aus ih-rer Produktpalette auszuwhlen und anzupass

28、en. In Tabelle 1 sind einige Messeinrichtungen und -verfahren fr ausgewhlte Frderprinzipien aufge-fhrt. In Tabelle 2 ist eine orientierende Zuordnungvon diesen Messsystemen zu Industriezweigen dar-gestellt. Tabelle 3 gibt Informationen zur Mess-genauigkeit.Der relative Messfehler, der sich auf den I

29、st-Massen-strom bezieht, ist als Verhltnis der Differenz von Ist-und Sollwert zum Sollwert definiert. Ein Messfehler,der sich auf den Nenn-Massenstrom bezieht, bedeuteteinen konstanten, absoluten Messfehler. Dadurch er-gibt sich bei greren Einstellbereichen (Differenzvon minimalem zu maximalem Masse

30、nstrom) im un-teren Bereich ein groer relativer Messfehler. Der Ist-Massenstrom wird ber Kontrollwgung desber eine bestimmte Zeit gefrderten Frderguts be-stimmt. Das Ausschleusen eines Massenstroms zurKontrollwgung und das Rckfhren des Frdergutsnach der Kontrollwgung kann greren Aufwandhervorrufen u

31、nd ist deshalb bei der Anlagenplanungzu bercksichtigen.Die Angaben fr die Gre des Messfehlers hngenvon der Bauform der Messeinrichtung und ihres Ein-satzes ab. Die Messgenauigkeit lsst sich z.B. durchden Einsatz von Kontroll- und Korrekturmesseinrich-tungen verbessern. Zu diesem Zweck wird ein Behl-

32、ter (Silo) auf Wgezellen gesetzt und statisch gewo-gen. In regelmigen Zeitabstnden luft dann ein4 Criteria for selection, design and measuring accuracyThe selection and the design of measuring devicesdepend on the following influencing factors:Conveying principleConfiguration of the bulk-solid conve

33、yorCharacteristics of the material to be conveyedGeneric guidelines that are valid for all applicationscannot be established. The tables below and themeasuring principles described in Section 5 and Sec-tion 6 serve to narrow the field. To this end, a comprehensive description of the fol-lowing influ

34、encing factors must be given:Characteristics of the material to be conveyedMinimum and maximum actual mass and volumeflowsProduction processAccuracy requirements to be met by the measure-ment resultBased on this information and these data, specialisedmanufacturers are able to select and adapt suitab

35、ledevices from their product range. Table 1 lists a selection of measuring devices andmeasuring methods for selected conveying princi-ples. Table 2 presents a rough assignment of thesemeasuring systems to industrial branches. Table 3provides information on the measuring accuracy. The relative error

36、of measurement referring to the ac-tual mass flow is defined as the ratio of the differencebetween the actual value and the setpoint over the set-point. An error of measurement referring to the ratedmass flow is a constant absolute error of measure-ment. In case of wider setting ranges, this results

37、 in arelatively large error in the lower range (differencebetween minimum and maximum mass flows).The actual mass flow is determined by check weigh-ing the material that is conveyed over a specified pe-riod of time. The discharge of a mass flow for checkweighing and the feeding back of the material

38、to beconveyed after check weighing may involve a largerexpenditure and, consequently, needs to be consid-ered in plant planning.The specifications for the magnitude of the error ofmeasurement depend on the configuration and appli-cation of the measuring device. The measuring accu-racy can be improve

39、d by, e.g., the use of check andcorrection measuring devices. To this end, the silo orhopper is placed on load cells and is weighed stati-cally. An automatic online check and correction cycleB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Inge

40、nieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI 4436Tabelle 1. Messeinrichtungen und -verfahren zur Erfassung von Massen- und Volumenstrmen zugeordnet zuSchttgut-Frderprinzipien geeignet Messeinrichtungen und -verfahren Mechanische Frderung Pneumatische FrderungFreier FallGurtfrderer Schneckenfrderer, Zellenradsc

41、hleuseMassenstrombestimmungBandwaage Schneckenwaage Umlenkschurre Prallplatte Prallplatte mit Geschwindigkeitsmessung Corioliskraft Radiometrische Bandwaage Korrelatives Messverfahren Mikrowellen-MessverfahrenVolumenstrombestimmungLaser Ultraschall Table 1. Devices and methods for measuring mass and

42、 volume flows, assigned to bulk-solid conveying principles suitable Measuring devices and methods Mechanical conveyance Pneumatic conveyance Free fallBelt conveyor Screw conveyor, rotary airlock feeder Determination of mass flow Belt weigher Screw feeder Deflection chute Impact plate Impact plate wi

43、th speed measurement Coriolis force Radiometric belt weigher Correlation measuring method Microwave measuring method Determination of volume flow Laser Ultrasound B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2

44、007 VDI 4436 5 Table 2. Devices and methods for measuring mass and volume flows, assigned to industrial branches + well suitable suitable to only a limited extent unsuitable Measuring devices and methods Mining, steel, cement, flint Chemical, plastics Food Coal dust (10 bar transient pressure resist

45、ant)Determination of mass flow Belt weigher + + Screw feeder + + Deflection chute + + + Impact plate + + + Impact plate with speed measurement + + + +Coriolis force + + + +Radiometric belt weigher + + Correlation measuring method + + + +Microwave measuring method + + + Determination of volume flow L

46、aser + + + Ultrasound + + + Tabelle 2. Messeinrichtungen und -verfahren zur Erfassung von Massen- und Volumenstrmen zugeordnet zuIndustriebereichen + gut geeignet bedingt geeignet nicht geeignet Messeinrichtungen und -verfahren Bergbau, Stahl, Zement, KiesChemie, Plastik Lebensmittel Kohlenstaub (10

47、 bar druckstofest)MassenstrombestimmungBandwaage + + Schneckenwaage + + Umlenkschurre + + + Prallplatte + + + Prallplatte mit Geschwindigkeitsmessung + + + +Corioliskraft + + + +Radiometrische Bandwaage + + Korrelatives Messverfahren + + + +Mikrowellen Messverfahren + + + VolumenstrombestimmungLaser

48、 + + + Ultraschall + + + B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 6 VDI 4436Table 3. Accuracy of devices and methods for measuring mass and volume flows + very good, simple, least influence+ good, inexpen

49、sive, little influence O sufficient, more expensive, stronger influence less suitable, expensive, strong influencev.I. Referring to the actual mass flowv.E. Referring to the rated mass flow Measuring devices and methods Error of measurement in % Calibration Influence of material to be conveyed on the measuring accuracy Determination