DD239472A1

DD239472A1 - METHOD AND DEVICE FOR TRANSPORT CONCENTRATION MEASUREMENT IN MULTIPLE PHASE FLOWS

Info

Publication number: DD239472A1
Application number: DD27458285A
Authority: DD
Inventors: Frank Teschner; Michael Hesse; Joerg Hoffmann; Reiner Hentsche; Wolfgang Richter
Original assignee: Leipzig Tech Hochschule
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-09-24

Abstract

Die Erfindung "Verfahren und Einrichtung zur Transportkonzentrationsmessung in Mehrphasenstroemungen" findet Anwendung in verfahrenstechnischen und foerdertechnischen Anlagen zur Analyse, Ueberwachung und Steuerung der Transportkonzentration. Ziel ist es, eine Messung der Transportkonzentration von Mehrphasenstroemungen mit geringerem technischem Aufwand bei Energie- und Rohstoffeinsparung zu erreichen. Die Aufgabe besteht darin, die Messung der Transportkonzentration von Mehrphasenstroemungen auch bei turbulenten Stroemungsverhaeltnissen zu ermoeglichen bei paralleler Bestimmung des Messfehlers. Nach dem erfindungsgemaessen Verfahren wird durch ein bewegtes Partikel der von einer Messstelle aufgenommene Lichtstrom eines Lichtbuendels beim Vorbeibewegen unterbrochen. Es werden die Ein- und Ausschaltzeitpunkte festgestellt und nachfolgend durch mathematische Verknuepfung dieser Messwerte die Transportkonzentration ermittelt. Parallel dazu wird innerhalb der Messzeit die Partikelanzahl zur Messfehlerbestimmung registriert. Die erfindungsgemaesse Einrichtung weist einen Lichtgeber mit aussendendem Lichtbuendel auf, der in einen Stroemungskanal quer zur Stroemungsrichtung hineinragt. Dem Lichtgeber ist ein optischer Empfaenger mit Lichtleitfaser zugeordnet. Dieser sind ein optoelektronischer Wandler, ein Verstaerker und ein elektronisches Konzentrationsmessgeraet nachgeschaltet. Fig. 1The invention "Method and device for transport concentration measurement in multiphase flows" is used in process engineering and conveyor systems for the analysis, monitoring and control of the transport concentration. The aim is to achieve a measurement of the transport concentration of multiphase flows with less technical effort while saving energy and raw materials. The task is to enable the measurement of the transport concentration of multiphase flows even in turbulent flow conditions with parallel determination of the measurement error. According to the method according to the invention, the light flux of a light bulb, which is picked up by a measuring point, is interrupted as it passes by a moving particle. The switch-on and switch-off times are determined and subsequently the transport concentration is determined by mathematical linking of these measured values. Parallel to this, the number of particles for measuring error determination is registered within the measuring time. The device according to the invention has a light transmitter with emitting light beam, which projects into a flow channel transversely to the direction of flow. The light transmitter is associated with an optical receiver with optical fiber. These are an optoelectronic converter, an amplifier and an electronic Konzentrationsmessgeraet downstream. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung wird angewendet in verfahrenstechnischen und fördertechnischen Anlagen zur Analyse, Überwachung und Steuerung der Transportkonzentration. .The invention is used in process engineering and conveyor systems for analyzing, monitoring and controlling the transport concentration. ,

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei der 2 Lichtleitfasern unmittelbar nacheinander in Strömungsrichtung angeordnet sind.A method and a device are already known in which 2 optical fibers are arranged directly one after the other in the flow direction.

Aus den Lichtabsorptionen an der Faser eins und zwei, dem Resultat eines sich vorbeibewegenden Partikels, werden Geschwindigkeit und lineare Abmessung der Partikel sowie die Transportkonzentration berechnet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Begrenzung der Anwendbarkeit auf laminare Strömungen. Bei turbulenter Strömung und demzufolge turbulenter Bewegung der Partikel kann die Geschwindigkeit nur noch mit sehr großem Fehler bestimmt werden, da diese aus der Partikellaufzeit zwischen zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Meßaufnehmerfasem berechnet wird.From the light absorption at the fiber one and two, the result of a passing particle, the velocity and linear dimension of the particles as well as the transport concentration are calculated. A disadvantage of this method is the limitation of the applicability to laminar flows. With turbulent flow and consequently turbulent movement of the particles, the speed can only be determined with a very large error, since this is calculated from the particle transit time between two directly adjacent Meßaufnehmerfasem.

Es ist weiterhin gemäß DE-AS 1800860 eine Vorrichtung zum Messen der Geschwindigkeit oder der Größe von bewegten Teilchen bekannt, bei welcher unter Ausnutzung des Dopplereffektes die Frequenzdifferenz zweier aufgeteilter das Strömungsmedium durchdringender und in einem Detektor wiedervereinigter kohärenter Lichtstrahlen gemessen und hieraus die Teilchengeschwindigkeit bzw. die Teilchengröße bestimmt wird.It is also known according to DE-AS 1800860 a device for measuring the velocity or the size of moving particles, in which, taking advantage of the Doppler effect, the frequency difference of two split the flow medium penetrating and reunited in a detector coherent light beams measured and from there the particle velocity or Particle size is determined.

Gemäß DE 1932627 ist ferner eine Anordnung zum Zählen und Charakterisieren kleiner Teilchen bekannt, welche eine Meßkammer in der Form eines Hohlprismas besitzt, durch welche Partikel hindurchgeleitet werden. Wesentliche Voraussetzung für das fehlerfreie Zählen der Partikel ist die Vereinzelung der Partikel im Meßvolumen.According to DE 1932627 a device for counting and characterizing small particles is also known, which has a measuring chamber in the form of a hollow prism through which particles are passed. An essential prerequisite for the error-free counting of the particles is the separation of the particles in the measuring volume.

Das Meßprinzip beruht auf der meßtechnischen Erfassung der von einzelnen Partikeln infolge Streuung oder Fluoreszenz ausgesandten Strahlung.The measuring principle is based on the measurement technology of the radiation emitted by individual particles due to scattering or fluorescence.

Es ist gemäß DE 2431107 ein Gerät zum Ermitteln der Größe und Konzentration von suspendierten kleinen Teilchen bekannt.It is known according to DE 2431107 a device for determining the size and concentration of suspended small particles.

Bei allen diesen Verfahren wird die Transportkonzentration aus der Partikelanzahl pro Meßzeit bestimmt.In all these methods, the transport concentration is determined from the number of particles per measuring time.

Der Fehlereinfluß, resultierend aus schwankender Partikelform und Geschwindigkeit, wird bei diesen Verfahren zur Transportkonzentrationsmessung nicht kompensiert.The error influence, resulting from fluctuating particle shape and speed, is not compensated in these methods for transport concentration measurement.

Es ist kein Meßgerät bekannt, welches neben der eigentlichen Meßgröße zeitgleich den Meßfehler bestimmt und zur Anzeige bringt.There is no known measuring device, which determines the measurement error at the same time in addition to the actual measured variable and brings to the display.

Des weiteren wird der gerätetechnische Aufwand u.a. durch Justage von Linsensystemen im Vergleich zum vorgeschlagenen Verfahren als hoch angesehen.Furthermore, the technical equipment u.a. considered high by adjustment of lens systems compared to the proposed method.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die Transportkonzentrationsmessung von Mehrphasenströmungen mit geringstem technischen Aufwand. Es soll eine schnellere und genauere Meßgrößenbestimmung und somit eine effektivere Steuerung von verfahrens- und fördertechnischen Anlagen mit den Effekten der Energie- und Rohstoffeinsparungen sowie eine Qualitätserhöhung des Prozesses ermöglicht werden.The object of the invention is the transport concentration measurement of multiphase flows with minimal technical effort. It should be a faster and more accurate Meßgrößenbestimmung and thus a more effective control of process and conveyor systems with the effects of energy and raw material savings and a quality increase of the process will be possible.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens und einer Einrichtung, welche die Messung der Transportkonzentration einer Mehrphasenströmung mit hoher Geschwindigkeit auch bei turbulenten Strömungsverhältnissen ermöglicht und parallel zurTransportkonzentrationsmessung eine Meßfehlerbestimmung durch eine weitere Meßgröße erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, daß durch ein bewegtes Partikel der von einer Meßstelle aufgenommene Lichtstrom einesThe object of the invention is to provide a method and a device which allows the measurement of the transport concentration of a multiphase flow at high speed even with turbulent flow conditions and parallel to the Transportkonzentrationsmessung a Meßfehlerbestimmung by another measured variable. This is achieved in that by a moving particle of a measuring point received luminous flux of a

Lichtbündels beim Vorbeibewegen unterbrochen wird, die Ein- und Ausschaltzeitpunkte, d. h. den Beginn und das Ende der Meßstellenabschattung, festgestellt werden und nachfolgend durch mathematische Verknüpfung dieser Meßwerte die Transportkonzentration ermittelt wird.Light beam is interrupted when moving past, the on and off times, d. H. the beginning and the end of Meßstellenabschattung be determined and subsequently the transport concentration is determined by mathematical combination of these measurements.

Parallel zurTransportkonzentrationsmessung wird innerhalb der Meßzeit die Partikelanzahl registriert. Aus der Partikelzahl wird der Meßfehler abgeschätzt.Parallel to the transport concentration measurement, the particle number is registered within the measuring time. From the particle number of the measurement error is estimated.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist einem in den Strömungskanal quer zur Strömungsrichtung hineinragenden, ein Lichtbündel aussendenden Lichtgeber in von der Partikelgröße abhängigem Abstand ein optischer Empfänger zugeordnet, in dessen Schutzrohr eine Empfängerlichtleitfaser angeordnet ist. Dieser Lichtleitfaser sind ein optoelektronischer Wandler, ein Verstärker und ein elektronisches Konzentrationsmeßgerät nachgeschaltet.In the device according to the invention, an optical receiver which projects into the flow channel transversely to the flow direction and emits a light bundle in an interval dependent on the particle size is assigned an optical receiver in the protective tube of which a receiver optical fiber is arranged. This optical fiber is an optoelectronic transducer, an amplifier and an electronic Konzentrationsmeßgerät downstream.

Der Abstand zwischen dem Lichtgeber und dem optischen Empfänger ist vorzugsweise kleiner als drei Partikeldurchmesser zu wählen.The distance between the light emitter and the optical receiver is preferably less than three particle diameters to choose.

Als Meßwertverarbeitungsanordnung, hier als Konzentrationsmeßgerät bezeichnet, kann eine Schaltungsanordnung zur logischen Verarbeitung der mathematischen Verknüpfung zwischen den Meßzeiten oder ein Mikrorechner Verwendung finden.As Meßwertverarbeitungsanordnung, here referred to as Konzentrationsmeßgerät, a circuit arrangement for logical processing of the mathematical link between the measurement times or a microcomputer can be used.

embodiment

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Einrichtung zur Transportkonzentrationsmessung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werdenBelow, the method according to the invention and the device for transport concentration measurement will be explained in more detail using an exemplary embodiment

In den Zeichnungen zeigt In the drawings shows

Fig. 1: den schematischen Aufbau der EinrichtungFig. 1: the schematic structure of the device

Fig. 2: die Projektion einer Partikelfolge2: the projection of a particle sequence

Fig.3: ein Diagramm mit den Meßergebnissen bei der Passage einer Partikelfolge in der Meßzeit T_M.3 shows a diagram with the measurement results in the passage of a particle sequence in the measuring time T _M.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von einem den Meßbereich passierenden Partikel der Lichtstrom eines Lichtgebers unterbrochen und dabei die Lichteintrittsfläche der Empfängerlichtleitfaser abgedeckt und der zeitliche Beginn sowie das zeitliche Ende der Abdeckzeit festgestellt.In accordance with the method of the invention, the luminous flux of a light generator is interrupted by a particle passing through the measuring area, thereby covering the light entry surface of the receiver optical fiber and determining the time start and the end time of the covering time.

An den Meßwerten einer Partikelfolge wird durch mathematische Verknüpfung die Transportkonzentration ermittelt.At the measured values of a particle sequence, the transport concentration is determined by mathematical linkage.

Die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß Fig. 1 besitzt eine Lichtquelle 1, an die ein Lichtgeber 2 angekoppelt ist, welcher in den Strömungskanal 3 quer zur Strömungsrichtung hineinragt.The device according to the invention according to FIG. 1 has a light source 1, to which a light emitter 2 is coupled, which protrudes into the flow channel 3 transversely to the flow direction.

Der Lichtaustrittsseite des Lichtgebers 2 ist mit seiner Lichteintrittsseite gegenüberliegend ein ebenfalls in den Strömungskanal hineinragender optischer Empfänger 4 angeordnet, dem ein opto-elektrischer Wandler 5, ein Verstärker 6 und eine Meßwertverarbeitungsanordnung 7 anchgeordnet ist.The light exit side of the light emitter 2 is arranged with its light inlet side opposite a likewise projecting into the flow channel optical receiver 4, to which an opto-electrical converter 5, an amplifier 6 and a Meßwertverarbeitungsanordnung 7 is arranged.

Der Lichtgeber 2 besteht aus einem Schutzrohr mit einem Bündel aus Lichtleitfasern.The light transmitter 2 consists of a protective tube with a bundle of optical fibers.

Der optische Empfänger 4 ist mit seiner Lichteintrittsseite in einem von der Partikelgröße abhängigen Abstand b, der kleiner als die Abmessungen von drei Partikelausdehnungen ist, von der Lichtaustrittsfläche des Lichtgebers 2 angeordnet.The optical receiver 4 is arranged with its light entry side in a dependent of the particle size distance b, which is smaller than the dimensions of three particle extents, from the light exit surface of the light emitter 2.

Der optische Empfänger 4 besitzt ebenfalls ein Schutzrohr in dem eine Empfängerlichtleitfaser eingebettet ist.The optical receiver 4 also has a protective tube in which a receiver optical fiber is embedded.

Die Funktionsweise der Einrichtung ist folgende:The functioning of the device is the following:

Strömt durch den Meßbereich der in Betrieb befindlichen Einrichtung ein transparentes Medium ohne eingelagerte Partikel, wird von der Empfängerlichtleitfaser Lichtstrahlung aufgenommen, von dem optischen Wandler 5 in elektrische Signale gewandelt, die den nachgeschalteten Verstärker 6 so steuern, daß die Spannung des Ausgangspegels konstant, beipielsweise Null ist.Flows through the measuring range of the device in operation a transparent medium without embedded particles, is received by the optical receiver fiber light radiation, converted by the optical converter 5 into electrical signals that control the downstream amplifier 6 so that the voltage of the output level constant, for example, zero is.

Bewegt sich nunmehr ein Partikel durch den Meßbereich, wird der Lichtstrom an den Lichteintrittsflächen i zu den Zeitpunkten T_Ei unterbrochen. Der Verstärker 6 gibt zu diesem Zeitpunkt an die Meßwertverarbeitungsanordnung eine AusgangsspannungNow moves a particle through the measuring range, the luminous flux is interrupted at the light entry surfaces i at the times T _Ei . The amplifier 6 outputs an output voltage to the measurement processing device at this time

Nachdem das Partikel die Meßstelle passiert hat, treten wieder Lichtstrahlen in die Empfängerlichtleitfaser ein und der Ausgangspegel des Verstärkers 6 wird wieder auf Null gesteuert.After the particle has passed the measuring point, light rays again enter the receiver optical fiber and the output level of the amplifier 6 is again controlled to zero.

Innerhalb der Meßwertverarbeitungsanordnung werden nach bekannten mathematischen Gleichungen die Transportkonzentration aus den Ein- und Ausschaltzeitpunkten innerhalb einer vorgewählten Meßzeit bestimmt. Parallel zu dieser Transportkonzentrationsmessung wird der Meßfehler der Transportkonzentration aus der in der Meßzeit registrierten Partikelanzahl bestimmt.Within the Meßwertverarbeitungsanordnung the transport concentration from the on and off times are determined within a preselected measurement time according to known mathematical equations. Parallel to this transport concentration measurement, the measurement error of the transport concentration is determined from the number of particles registered in the measurement time.

Aus der Partikelanzahl, die in der Meßzeit erfaßt wird, erfolgt die Abschätzung des Meßfehlers für die Volumenkonzentration.From the number of particles, which is detected in the measurement time, the estimation of the measurement error for the volume concentration.

Bei turbulenter Strömung und optischer Messung der Volumenkonzentration R von Partikeln gilt näherungsweiseFor turbulent flow and optical measurement of the volume concentration R of particles is approximately

.ΔΕ ? R: in der Meßzeit bestimmter Wert der Volumenkonzentration.ΔΕ? R: in the measuring time determined value of the volume concentration

R -v/N¹ N: in der Meßzeit bestimmte Anzahl von PartikelnR -v / N ¹ N: certain number of particles during the measuring time

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Einrichtung bietet den Vorteil, daß bei geringstem Realisierungsaufwand ohne Einsatz von Korrelatoren mit einfachen Analyseoperationen, wie vorwiegend Additionen, unter weitgehender Beseitigung des Einflusses der Partikelform sowie des'wirksamen Meßvolumens als Fehlerquelle unter Einsatz nur einer Meßaufnehmerfaser eine genaue Ermittlung der Transportkonzentration des Meßfehlers ermöglicht wird.The inventive method and the device has the advantage that with minimal implementation effort without the use of correlators with simple analysis operations, such as additions, largely eliminating the influence of the particle shape and des'wirksem measurement volume as a source of error using only a Meßaufnehmerfaser an accurate determination of the transport concentration the measuring error is enabled.

Meßgeräte, die neben der Meßgröße gleichzeitig den Meßfehler angeben, sind bisher nicht bekannt.Measuring devices that indicate the measurement error in addition to the measured value, are not yet known.

Der Einsatz der Einrichtung in Verfahrens- und fördertechnischen Anlagen zur Analyse, Überwachung und Steuerung von Transportzuständen erlaubt eine schnelle und genaue Erkennung des Prozeßzustandes und damit eine bessere Steuerung des Prozeßverlaufes mit den Effekten der Energie- und Rohstoffeinsparung sowie Qualitätserhöhung.The use of the device in process and conveyor systems for the analysis, monitoring and control of transport conditions allows a quick and accurate detection of the process state and thus better control of the process with the effects of energy and raw material savings and quality improvement.

Claims

Invention claims:

1. A method for Transportkonzentrationsmessung in multiphase flows by means of a luminous flux, characterized in that is interrupted by a moving particle of a measuring point recorded luminous flux of a light beam in passing, while the on and off times are determined, subsequently in a known manner by mathematical combination of these measured values Transport concentration determined and parallel to this sequence, the number of particles is registered to estimate the measurement error.

2. Device for transport concentration measurement in multi-phase flows based on light-optical principle, characterized in that in a light beam emitting light transmitter (2) in a flow channel (3) transversely to the flow direction (8) protrudes and the light transmitter (2) an optical receiver (4 ) is associated with optical fiber, said optical fiber in a known manner an optoelectronic transducer (5) and an amplifier (6) are connected downstream, from which an electronic Konzentrationsmeßgerät (7) connects.

3. Device according to item 2, characterized in that the distance between the light transmitter (2) and the optical receiver (4) is preferably three particle diameter.

4. Device according to item 2, characterized in that find a circuit arrangement for logical processing of the mathematical link between the measuring lines or a microcomputer as Konzentrationsmeßgerät (7) use.