DD301534A7 - Anordnung zur kapazitiven Bestimmung von Massenkonzentrationen inRohrleitungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kapazitiven Bestimmung von Massenkonzentrationen in Rohrleitungen für pneumatisch bzw. hydraulisch bewegte feinkörnige Feststoffe. Das Ziel der Erfindung ist die relativ genaue Erfassung von pneumatisch bzw. hydraulisch geförderten Medien aus dielektrischem Material, um bei einer weiteren Meßsignalverarbeitung ökonomische Kriterien bzw. sicherheitsabhängige verfahrenstechnische Parameter in Anlagen optimal zu beeinflussen. Die Aufgabe besteht darin, eine Anordnung zur Messung der Massenkonzentration auf kapazitivem Weg, deren Meßempfindlichkeit über den Rohrquerschnitt konstant ist, die räumlich eine geringe Ausdehnung in Fließrichtung besitzt und die technisch einfach realisierbar ist, zu schaffen. Erfindungsgemäß sind Geber- und Sensorelektrode längs in Förderrichtung auf einem Rohrkreisbogenabschnitt in zwei oder mehreren Teilelektroden parzelliert, die untereinander elektrisch leitend verbunden und durch Spalte von einer Breite, die ein Vielfaches der Breite einer Teilelektrode betragen, getrennt.{Massenkonzentration; kapazitive Bestimmung; Feststoff, pneumatisch, hydraulisch, bewegt; Meßsonde; Meßrohr; Sinusgenerator; Geberelektrode; Sensorelektrode; Masseelektrode; Spal; C/U-Wandler}

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kapazitiven Bestimmung von Massekonzentrationen in Rohrleitungen für pneumatisch bzw. hydraulisch bewegte feinkörnige dielektrische Feststoffe.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Bestimmung der Massekonzentration feinkörnigem Fördergutes in Rohrleitungen wird hauptsächlich radiometrisch, indem das Fördergut mit Hilfe geeigneter Strahlenquellen durchstrahlt wird, oder durch Anwendung des kapazitiven Meßprinzips vorgenommen.

Die DE-PS 3049035, welche sich auf den SU-UHS 522 340 bezieht, beinhaltet eine kapazitive Aerosolmassekonzentrationsmessung für strömende Medien in Rohren. Die als kapazitive Sensoren fungierenden Elektroden sind um das Meßrohr schraubenförmig angeordnet und sind außerdem in einem auf Massepotential angeordneten Schirm eingebettet. Diese 3 Elektroden sind an der Außenseite eines dielektrischen Rohres plaziert.

Durch diese Anordnung der schraubenförmig gewendelten Elektroden soll ein gewisser Ausgleich der Meßempfindlichkeit, die in einem ungewendelten Aufbau sehr ungleichmäßig über den Meßquerschnitt verteilt ist, erreicht werden. Nachteilig bei dieser Elektrodenanordnung ist, daß die Forderung nach einer hohen Meßgenauigkeit bei der Bestimmung der Massekonzentration nur annähernd erfüllt wird und daß das durch die räumlich ausgedehnten Elektroden gebildete Ortsfrequenzfilter eine tiefe Grenzfrequenz besitzt, wodurch schnelle Meßsignaländerungen un'.erdrückt werden.

Eine weitere Sensoranordnung ist aus der DE-PS 2806153 bekannt. Das hier beschriebene kapazitive Meßverfahren und die Anordnung prägt dem strömenden Medium eine zyklische Folge von gegeneinander versetzten elektrischen Spannungsfeldern in verteilter, räumlich überlappender zeitsequentieller Form auf. Dieses Meßprinzip bedingt eine aufwendige elektronische Steuerung und Auswertung und erfüllt nicht die Forderung nach einer konstanten Meßempfindlichkeit über den Rohrquerschnitt.

Ziel dor Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Elektrodenanordnung für einen kapazitiven Sensor zur relativ genauer Erfassung von pneumatisch bzw. hydraulisch geförderten Medien aus dielektrischem Material in Rohrleitungen. Aufgrund der von geförderten Medien im Meßkondensator hervorgerufenen absoluten Kapazitätsänderung, die proportional zu dessen Feststoffkonzentration und somit zur Dichte ist, sind bei einer weiteren Meßsignalverarbeitung ökonomische Kriterien bzw. sicherheitsabhängige verfahrenstechnische Parameter in Anlagen optimal zu beeinflussen.

Darlegung des Wesens der Erfindung '

Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung einer Anordnung zur Messung der Massekonzentration auf kapazitivem Weg, deren Meßempfindlichkeit über den Rohrquerschnitt konstant ist, die räumlich eine geringe Ausdehnung in Fließrichtung besitzt und die technisch einfach zu realisieren ist.

Beim idealen Plattenkondensator (parallele Platten) verlaufen die Linien der elektrischen Feldstärke parallel und kreuzen die Äquipotentiallinie stets im rechten Winkel. Wird in einem solchen Kondensator das Dielektrikum gegen ein anderes mit der Dielektrizitätszahl e, + Δβ, ausgetauscht, so wird sich auch in der gleichen Weise die gemessene Kapazität zwischen den Platten verändern.

Erfaßt die Störung nicht den gesamten Raum zwischen den Platten, sondern nur einen kleinen Teil, dann wird natürlich die Auswirkung auf die gemessene Kapazität kleiner sein, aber sie ist unabhängig vom Ort der Störung, das heißt, die Meßempfindlichkeit ist konstant über den Querschnitt.

Bei einem kapazitiven Sensor hingegen sind die Kondensatorplatten der Form des Förderrohres angepaßt, so daß sich kein homogenes Feld ausbilden kann. Die Folge ist zwangsläufig, daß die Meßempfindlichkeit ortsabhängig wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit einer speziellen Elektrodenform überraschend ein ausgeglichener Verlauf der Meßempfindlichkeit erzielt werden konnte. Dazu sind die Geber- bzw. Sensorelektrode längs in Förderrichtung angeordnet und auf einen jeweils bestimmten Rohrkreisbogenabschnitt in zwei oder mehreren Teilelektroden parzelliert, jedoch bleibt das entsprechende Spannungspotential durch eine elektrisch leitende Verbindung diaser Elektrodenverbände untereinander auf gleichem Niveau. Wichtig ist, daß es zwischen den streifenförmigen Teilelektroden untereinander schlitzförmige elektrodenfreie Spalte gibt, deren Breite ein Vielfaches der Breite der Teilelektroden betragen kann. Dabei ist es möglich, durch gezielte Anordnung der Teilelektroden auch spezielle Gebiete des Rohrquerschnittes bevorzugt zu bewerten. Zwischen den Sensoreloktrodenverbänden sind mit einem Spalt angeordnete Massoelektroden, die die Homogenität des elektrischen Feldes im Meßrohr gewährleisten. Die Verteilung über den Rohrkreisbogenabschnitt und die flächenhafte Ausdehnung bzw. Abmessungen der Elektrodenstreifen ist so ausgelegt, daß der Einfluß der Feldverzerrung auf die gleichmäßige Erfassung des bewegten Mediums über den Rohrquerschnitt und somit auf die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigt wird. Somit können Anzahl der Teilelektroden der Elektrodenkonfigurationen bzw. deren aktive Msßflächen sich voneinander unterscheiden.

Ausführungsbeispiel gemäß Abbild. 1

Die Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung des Meßsondenaufbaus und das stark verallgemeinerte Grundprinzip der zugehörigen Signalauswertung. Der kapazitive Sensor besteht aus einem dielektrischen Meßrohr 2, einer Geberelektrode 4 und einer Sensorelektrode 5, die der Geberelektrode räumlich gegenüber angeordnet ist. Beide Elektroden 4, 5 bilden jeweils einen Elektrodenverband aus schmalen Elektrodenstreifen, die elektrisch leitend verbunden sind. Zwischen den Teilelektroden bestehen Spalte 7. Die Masseelektrode 6 bildet einen auf einer Ebene angelegten Schirm um die beiden Meßelektroden 4,5. Die flächenhafte Ausdehnung der beiden Meßelekt.odenverbände 4, 5 über den jeweiligen Rohrumfangsabschnitt ist auf eine gleichmäßige Feldliniendichte im Meßrohr ausgerichtet. Das den kapazitiven Sensor umfassende Gehäuse 1 der Sonde ist ebenfalls mit Massepotential verbunden und bildet somit eine äußere Abschirmung. Ein Sinusgenerator 3 speist die Geberelektrode 4. Entsprechende Konzentrationsänderungen und das damit sich proportional verhaltende Dielektrikum eines zu transportierenden dispergierten Stoffes in der Meßsensoranordnung influenziert Verschiebungsströme an der Sensorelektrode 5, die mittels eines als Substrahierverstärker geschalteten C/U-Wandlers 8 nach dem Ladungsverstärkerprinzip in eine proportionale Spannung umwandelt und die Grundkomponente (Gleichanteil) des Ladungssignals eliminiert. Aus der Querschnittsdarstellung gemäß Fig.2 des Meßrohres 2 sind die schematischen Anordnungen der elektrisch leitend verbundenen Teilelektror en der entsprechenden Geber 4 bzw. Sensorelektrode 5 und der Masseelektroden 6 über den Rohrumfang zu erkennen. Die Masseringelektroden 6 nach Abb. 1 an den Rohrenden sind zur besseren Darstellung der hauptsächlichsten Elemente des kapazitiven Sensors in Abb. 2 nicht dargestellt.

Claims (3)

1. Anordnung zur kapazitiven Bestimmung von Massekonzentrationen in Rohrleitungen für ein bewegtes Medium mitiJs kapazitiver Sonde mit Geber- und Sensorelektroden, die sich räumlich gegenüber liegen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßelektroden längs in F örderrichtung angeordnet und auf einen jeweils bestimmten Rohrkreisbogenabschnitt in zwei oder mehreren Teilelektroden parzelliert, die untereinander elektrisch leitend verbunden und durch Spalte von einer Breite, die ein Vielfaches der Breite jiner Teilelektrode betragen, getrennt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, in Längsrichtung gesehen, zwischen den beiden Elektrodenkonfigurationen jeweils eine auf Massepotential gelegte Elektrode angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenhafte Ausdehnung und die Verteilung der Elektrodenstreifen über den Kreisbogenabschnitt des Meßrohres der jeweiligen Meßelektroden unterschiedlich voneinander sein können. >