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Die Erfindung betrifft eine optische Messeinrichtung zur Messung des Teilchendurchflusses in einem zumindest teilweise lichtdurchlässigen Rohr, mit einer Sender- und einer Empfängeroptik, welche so angeordnet ist. dass vom Sender ausgehendes Licht einen transparenten Wandabschnitt radial durchdringt, mit den Teilchen im Rohr optisch Interagiert, durch einen transparenten Wandabschnitt das Rohr verlässt und auf die Empfängeroptik trifft
Eine genaue Pulverdurchflussmessung ist in vielen industriellen Bereichen zur Gewährleistung einer konstant guten Qualität des Endproduktes erforderlich. So ist auf dem Gebiet der Laser-Pulverbeschich- tungstechnik die Homogenität und Dicke der aufgetragenen Schicht unmittelbar von der Pulverzuflussmenge und somit von der Qualität der Pulverdurchflussmessung abhängig.
Zur Messung der Pulverdurchflussmenge sind akustische, optische oder mechanische Verfahren bekannt. Optische Messverfahren erlauben besonders bei sehr germgen Durchflussmengen eine hohe Genauig- keit. Es hat sich allerdings gezeigt, dass es fallweise zu Anlagerungen an den Rohrwänden im Bereich des Messlichtstrahles kommt und dadurch die Messung gestört wird.
Die DE 30 42 622 A1 zeigt eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Überwachung der Geschwindigkeit bzw. des Durchsatzes von Strömungen zweifasiger Flüssigkeiten und Gasen sowie von Aerosolen. Dabei wird nach dem Prinzip der Laser-Doppler-Anemometrie die in dem Streulicht von zwei an der Messstelle zum Schnitt gebrachten kohärenten Teilstrahlen enthaltene Information über die Geschwindig- keit elektronisch ausgewertet Das Laserlicht wird vor der Strahlteilung In einen Einzeiwellenleiter geführt und das Streulicht In einen Vielwellenleiter eingekoppelt und zum optischen Empfänger transportiert. Dieses Verfahren ist allerdings bei Pulverpartikeln mit schwach reflektierender Oberfläche nicht anwendbar.
Ferner sind aus den Veröffentlichungen WO 94/25377, US 3, 724. 819 A und FR 2 634 955 A verschiedene Vorrichtungen zur Anregung von Schüttgutbehältern bekannt, um ein Auflockern von pulverartigem Material zu bewirken. Durch die bekannten Anregungselnnchtungen soll ein Verklumpen bzw. fest werden - also eine Reaktion zwischen den einzelnen Pulverpartikeln - verhindert werden. Die Schriften geben dem Fachmann allerdings keine Anregung, Schwingungseinrichtungen für Messrohre zu verwenden um ein Anlagern von Pulver an den Rohrwänden - also eine Reaktion zwischen den Pulverteilchen und einem pulverfremden Stoff - zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und mit geringem Aufwand die Störanfälligkeit einer optischen Messeinrichtung zu vermindern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Teilchen Pulverpartikel sind und das zumindest teilweise lichtdurchlässige Rohr zwischen der Sender- und der Empfängeroptik angeordnet ist und dass das Rohr in an sich bekannter Weise mit einer Erregungseinrichtung in Wirkverbindung steht um einer Pulverablagerung Im Bereich der optischen Messstrecke entgegenzuwirken. Die Messfunktion der Pulverdurchflussmessung basiert auf dem Durchlicht-Verfahren, bei dem die Reflexionsstärke der Partikeloberfläche weniger Einfluss auf das Messergebnis hat als bei einem Streulicht-Verfahren.
Das direkt von der Sensoroptik durch eine lichtdurchlässige Rohrwand gesendete Licht erzeugt im Inneren des Rohres ein homogenes Lichtfeld. Ein sich im Rohr bewegendes Objekt verringert mehr oder minder den Querschnitt des Lichtfeldes. Diese Querschnittsänderung steht im linearen Zusammenhang zwischen der Pulvermenge und den Ausgangsgrössen der Empfängeroptik. Qualitativ gute Messergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Senderoptik ein Infrarotemitter ist. Durch eine am Rohr angreifende Erregungseinrichtung wird dieses in Schwingung versetzt, wodurch Pulverablagerungen an den Rohrwänden, insbesondere im Bereich des Meglichtstrahles, vermieden werden können.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Erregungseinrichtung eine Betriebsfrequenz von etwa 20 bis 30 kHz, vorzugsweise etwa 25 kHz aufweist. Eine derartige Erregungsfrequenz kann auf einfache Weise durch ein piezoelektrisches oder elektromagnetisches Erregungselement aufgebracht werden. Es ist aber auch denkbar, die Erregungseinrichtung als unwuchtigen, mit sehr hoher Drehzahl betriebenen Kleinstmotor auszubilden, welcher direkt am Durchflusssensor montiert ist. Die durch die Unwucht resultierende Vibration lässt auch den Sensor vibrieren
In einer anderen Ausführungsvariante besteht die Erregungseinrichtung aus einem Ultraschallgeber, der auf das vom Pulver durchflossene Rohr strahlt. Das Rohr muss dabei weich oder elastisch gelagert sein.
In einer einfachen Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Rohr durch die Erregungseinrichtung in radiale Schwingung versetzbar ist
Sehr gute Ergebnisse lassen sich auch erzielen, wenn das Rohr in axialer Richtung elastisch gelagert ist und durch die Erregungseinrichtung axial in Schwingung versetzbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Erregungseinrichtung auch in einigem axialen Abstand vor der Messeinrichtung angeordnet sein kann, ohne wesentlich an Wirkung einzubüssen.
In einer sehr kompakten Ausführungsform ist vorges- -, dass das Rohr samt Erregungseinrichtung in einem Düsenkörper gelagert ist Düsenkörper, Messrohr d Düse können dabei über einen Adapter an
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bestehende Durchflussrohre angeschlossen werden, sodass eine Aufrüstung von ä ! teren Puiverdos) eran ! agen möglicht ist.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine schematische Ausführungsform der erfindungsgemässen Messeinrichtung, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Messeinnchtung im Längsschnitt, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 in Fig. 2
Funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, ist die eine Senderoptik 2 und eine Empfängeroptik 3 aufweisende optische Messeinrichtung 1 beidseits eines vom Pulver 4 durchflossenen Rohres 5 angeordnet. Der Pulverdurchfluss ist durch die Pfeile 6 symbolisiert. Zumindest im Bereich der Senderoptik 2 und der Empfängeroptik 3 ist die Wand 5'und 5" des Rohres lichtdurchlässig ausgeführt, sodass Lichtstrahlen L aus der Senderoptik 2 austreten und im Rohr 5 ein homogenes Lichtfeld erzeugen, welches mit den Pulvertell- chen in Wechselwirkung tritt. Der Querschnitt und somit die Intensität des Lichtfeldes wird durch die bewegenden Pulverpartikel verändert.
Die aus dem Rohr 5 austretenden und zur Empfängeroptik 3 gelangenden Strahlen sind somit ein Mass für die Pulvermengenströmung welche durch die Ausgangsgrö- ssen des optoelektronischen Analogsensors 7, Spannung Ua und Stromstärke a repräsentiert wird.
Um Anlagerungen von Pulverpartikeln an der Wand 5'des Rohres 5 im Bereich der Sende- 2 und Empfängeroptik 3 zu vermeiden, ist das Rohr 5 mit einer Erregungseinrichtung 8 wirkverbunden, welche das Rohr 5 in Schwingung versetzt. Die Erregungseinnchtung 8 kann ein piezoelektrisches oder elektromagnetisches Erregungseiement aufweisen. In der in Fig. 1 gedeuteten einfachen Ausführungsvariante ist die Erregungseinnchtung 8 als Radialschwinger ausgebildet, welcher das Rohr 5 radial anregt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsvanante der erfindungsgemässen optischen Messeinrichtung 1, bel der das Rohr 5 durch die Erregungseinnchtung 8 In axiale Schwingung versetzt werden kann. Stnchliert angedeutet sind Senderoptik 2 und Empfängeroptik 3. Das Rohr 5 ist in axialer Richtung elastisch, beispielsweise über Ringe 9a, 9b aus weichem Material, beispielsweise Gummi, in einem Düsenkörper 10 gelagert. Der Düsenkörper 10 dient zur Aufnahme einer Düse 11. Mit 12 sind mit dem Düsenhalter 10 starr verbundene Aufnahmeflansche zur Befestigung der Sende- und Empfängeroptik 2, 3 gezeichnet.
Im Bereich der Aufnahmeflansche 12 weist der Düsenhalter Öffnungen 13,14 auf, durch welche die aus der Senderoptik 2 austretenden Lichtstrahlen L 10 das Innere des Rohres 5 und zur Empfängeroptik 3 gelangen, wie aus dem Querschnitt in Fig. 3 ersichtlich ist. Der Flansch 15 erlaubt den Anschluss an einen bestehenden Schlauch oder eine nicht weiter dargestellte Leitung. Mit 16 und 17 sind O-Ringe bezeichnet.
Das vorzugsweise als Glasrohr ausgeführte Rohr 5 ist, weich abgedichtet, zwischen dem Adapter 15 und dem Düsenkörper 10 angeordnet und wird durch die beispielsweise als Piezoschnwinger ausgeführte Erregungseinrichtung 8 mit einer Frequenz von ca. 25 kHz angeregt und somit von Pulverablagerungen an den Rohrwandungen 5'freigehalten. Das Anschlussstück 18 des Düsenkörpers 10 zur Düse 11 ist als Spannzange ausgeführt, sodass unterschiedliche Düsenformen für den jeweiligen speziellen Anwendungsfall bedienerfreundlich (ohne Werkzeug) mittels einer Spannmutter festgehalten werden kann.
Die Pulverdurchflussmesseinrichtung 1 kann nicht nur bei der Pulverlegierung, sondern auch für andere Pulvermedien und Anwendungszwecke, wie z. B. in der Pharmazie, Lebensmittelindustrie od. dgl. Verwendung finden. Um einen genauen Zusammenhang zwischen Ausgangsgrösse und Gewicht zu bekommen, muss der Sensor auf das Jeweilige Pulver (Körnung, Farbe) abgeglichen werden.
Die Pulverdurchflussmesseinrichtung kann zu einer Durchflussmessung aber auch zur Kontrolle von Fluktuationen und Unregelmässigkeiten im Pulverdurchfluss verwendet werden.