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Die Erfindung betreffen eine optoelektronische Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines in einer Leitung strömenden Gases gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Säuberungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Mit derartigen Erfassungsvorrichtungen werden bestimmte Gasanteile, z. B. Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid, SO2, NH3, NO NO2, HCl, HF oder dergleichen, mittels optischer Transmission oder Lichtstreuung gemessen. Zumeist wird dabei die Konzentration dieser Gasanteile ermittelt.
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Anwendungsgebiete sind zum Beispiel Emissionsmessungen von Industrieanlagen, bei denen die Abgase in einem Abgaskanal auf ihren Gehalt bestimmter molekularer Verbindungen überwacht werden müssen. Häufig sind die Gasströme, denen die optoelektronische Erfassungsvorrichtung ausgesetzt ist, um die gewünschten Gasanteile zu messen, durch hohe Partikelbelastungen, wie zum Beispiel Rauch, Stäube oder andere Aerosole, gekennzeichnet. Die Gasströme werden hierfür beispielweise durch eine Leitung geleitet, an die die optoelektronische Erfassungsvorrichtung angeordnet ist und in die die optoelektronische Erfassungsvorrichtung mit einem Messlichtstrahl einleuchtet. Hierfür ist zwischen den Gasströmen und der optoelektronischen Erfassungsvorrichtung ein Fenster vorgesehen, durch das die optoelektronische Erfassungsvorrichtung seinen Messlichtstrahl durchsendet.
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Die genannten Partikeln können sich auf dem Fenster der optoelektronischen Erfassungsvorrichtung absetzen, wodurch eine Funktionalität der optoelektronischen Erfassungsvorrichtung gefährdet oder zumindest vermindert wird.
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Um das Fenster vor Verschmutzung durch die Partikeln zu schützen, wird das Fenster während einer Nutzung der optoelektronischen Erfassungsvorrichtung mit Spülgas kontinuierlich gespült.
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Solch eine Anordnung einer optoelektronischen Erfassungsvorrichtung zur Gaserfassung ist beispielsweise aus
US 3 628 028 A bekannt. Die bekannte Erfassungsvorrichtung führt ein zu erfassendes Gas durch eine Messleitung, an deren Wandung ein optischer Sensor vorgesehen ist. Der Sensor sendet ein Messlichtstrahl durch in der Wandung der Messleitung vorgesehenen Fenster, so dass das vorbeiströmende Gas erfasst wird. Um die Fenster vor Verschmutzung zu schützen, ist in Fließrichtung des zu erfassenden Gases oberhalb der Fenster jeweils ein Kanal vorgesehen, in dem Luft von außerhalb der Messleitung eingeleitet wird, so dass die eingeleitete Luft die Fenster spült und in die Strömung des zu erfassenden Gases abgegeben wird.
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Da Druckverhältnisse in der Messleitung stark schwanken können, kann es vorkommen, dass die eingeleitete Luftmenge nicht ausreicht, um die Fenster vor eine Ablagerung von Partikeln zuverlässig zu bewahren, so dass eine Gerätefunktion beeinträchtigt wird.
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Aus
DE 10 2004 028 420 B3 sind eine optoelektronische Erfassungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Säuberungsvorrichtung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 9 bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte optoelektronische Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, mit der ein zuverlässiger Schutz eines Fensters der Erfassungsvorrichtung vor Ablagerungen gewährleistet ist, so dass die Funktionalität der Erfassungsvorrichtung nicht negativ beeinflusst wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optoelektronische Erfassungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung besteht in einem sicheren Schutz des Fensters des Sensors vor Verschmutzung, wenn auch beispielsweise sich ein großer Druckstoß in der Leitung mit dem zu erfassenden Gas bildet oder das Spülgas aufgrund eines technischen Fehlers ausfällt.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Zuleitung für das Spülgas zwischen dem Fenster und der Verschlusseinheit angeordnet, so dass das Spülgas einerseits das Fenster sauber hält und andererseits den zweiten Gasdruck aufrechterhält, um die Segmentklappen auf Bedarf zuverlässig zu öffnen.
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Hierbei weisen die Segmentklappen vorzugsweise eine dreieckförmige oder trapezförmige Form auf, so dass die Segmentklappen insbesondere in einem geschlossenen Zustand eine in Richtung der Leitung mit dem zu erfassenden Gas gerichtete Pyramide bilden. Die Segmentklappen können vorteilhafterweise auch derart ausgebildet sein, dass sie sich in einem geschlossenen Zustand der
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Verschlusseinheit einander überlappen angeordnet sind, wodurch eine sehr flache Form der Verschlusseinheit im geschlossenen Zustand der Segmentklappen erzielbar ist.
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Ferner ist die Verschlusseinheit gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel durch den ersten Gasdruck, der von der Leitung mit dem zu erfassenden Gas kommt, und/oder durch einen Mechanismus manuell oder elektrisch schließbar. Auf der anderen Seite ist die Verschlusseinheit vorteilhafterweise durch einen Gasdruck des Spülgases öffenbar, wobei der Gasdruck des Spülgases größer als der erste Gasdruck in der Leitung mit dem zu erfassenden Gas ist. Hierdurch ist eine einfache Abstimmung zwischen einer Messung durch den Sensor und der Öffnung der Verschlusseinheit steuerbar.
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Weiterhin sind gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die Segmentklappen der Verschlusseinheit mittels eines elastischen oder eines Federelements miteinander verbunden und in dem Kanal in einem geöffneten Zustand der Verschlusseinheit gehalten, wenn der erste und zweite Gasdruck gleich sind. Hierdurch ist es auf einfachem Wege möglich, die Segmentklappen passiv in einem geöffneten Zustand für eine kontinuierliche Erfassung des Gases zu halten.
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Insbesondere bestehen die Segmentklappen aus Metall oder Kunststoff, so dass die Säuberungseinrichtung mit der Verschlusseinheit auch gegenüber Gase mit aggressiven chemischen Eigenschaften eingesetzt werden kann.
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Es ist zudem eine Aufgabe der Erfindung eine Säuberungseinrichtung zum Sauberhalten eines Fensters einer optoelektronischen Erfassungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein zuverlässiger Schutz des Fensters vor Ablagerungen gewährleistet, so dass die Funktionalität der Erfassungsvorrichtung nicht negativ beeinflusst wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Säuberungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Erfassungsvorrichtung und Säuberungseinrichtung können auf ähnliche Weise durch weitere Merkmale ausgestaltet werden und zeigen dabei ähnliche Vorteile. Derartige weitere Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend, in den sich an den unabhängigen Anspruch anschließenden Unteransprüchen besch rieben.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Erfassungsvorrichtung zur Gaserfassung;
- 2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der 1 während einer Erfassung des Gases.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen Erfassungsvorrichtung 1 zur Erfassung eines Gases ist schematisch in der 1 gezeigt. Das zu erfassende Gas G strömt in einer Leitung L entlang einer als schwarzer Pfeil dargestellten Strömungsrichtung. In der Leitung L herrscht durch das strömende Gas G ein erster Gasdruck.
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An die Leitung L ist die erfindungsgemäße optoelektronische Erfassungsvorrichtung 1 angeschlossen. Die Erfassungsvorrichtung 1 umfasst einen optischen Sensor S, der einen Messlichtstrahl ML durch ein Fenster F des Sensors S in die Leitung L aussendet und das vorbeiströmende Gas G erfasst.
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Ferner umfasst die Erfassungsvorrichtung 1 eine Säuberungseinrichtung 2, die zum Sauberhalten des Fensters F vorgesehen ist. Hierbei ist die Säuberungseinrichtung 2 zwischen der Leitung L mit dem zu erfassenden Gas G und dem optischen Sensor S angeordnet.
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Die Säuberungseinrichtung 2 umfasst eine Zuleitung ZL und einen Kanal K. Die Zuleitung ZL leitet Spülgas SG in den Kanal K und an dem Fenster F des Sensors S vorbei, so dass das Spülgas SG das Fenster F des Sensors S spült und vor Verschmutzung bewahrt. Der Kanal K leitet das eingeleitete Spülgas SG in die Leitung L mit dem zu erfassenden Gas G.
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Erfindungsgemäß weist die Säuberungseinrichtung 2 eine Verschlusseinheit V auf, die mit mindestens zwei Segmentklappen 3 vorgesehen ist. Hierbei wird unter Segmentklappe 3 eine Klappe in Form eines Ausschnittes eines Kreises verstanden, so dass mehrere Klappen aneinander gelegt im Wesentlichen einen abgedeckten und geschlossenen Kreis darstellen.
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Der Kanal K ist insbesondere koaxial zu dem Messlichtstrahl ML des Sensors S angeordnet und die Verschlusseinheit V ist in dem Kanal K derart angeordnet, dass die Segmentklappen 3 den Messlichtstrahl ML abblocken, wenn ein erster Gasdruck GD1 auf einer Seite der Segmentklappen 3 im Kanal K zur Leitung L hin größer als ein zweiter Gasdruck GD2 auf der anderen Seite der Segmentklappen 3 im Kanal K zum Fenster F hin ist. Ferner schwenken die Segmentklappen 3 in Richtung der Leitung L mit dem zu erfassenden Gas G und lassen den Messlichtstrahl ML durch, wenn der zweite Gasdruck GD2 größer als der erste Gasdruck GD1 ist.
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Mit anderen Worten, die Verschlusseinheit V unterteilt den Kanal K in einen ersten Abschnitt K1, der zur Leitung L hingewendet angeordnet ist, und in einen zweiten Abschnitt K2, der mit der Zuleitung ZL versehen und zum Fenster F hingewendet angeordnet ist.
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Die Segmentklappen 3 blockieren den Messlichtstrahl ML des Sensors S, wenn der erste Gasdruck GD1 in dem ersten Abschnitt K1 größer als der zweite Gasdruck GD2 in dem zweiten Abschnitt K2 ist. Hierdurch ist das Fenster F des Sensors S zuverlässig vor Schmutzpartikeln des zu erfassenden Gases G durch die sich in einem geschlossenen Zustand befindlichen Segmentklappen 3 geschützt, wenn der Gasdruck in der Leitung L bzw. der erste Gasdruck GD1 größer als der Gasdruck zwischen der Verschlusseinheit V und dem Fenster F bzw. der zweite Gasdruck GD2 sein sollte.
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Die Segmentklappen 3 schwenken in einem geöffneten Zustand in Richtung der Leitung L mit dem zu erfassenden Gas G und lassen den Messlichtstrahl ML durch, wenn der erste Gasdruck GD1 in dem ersten Abschnitt K1 kleiner als der zweite Gasdruck GD2 in dem zweiten Abschnitt K2 ist. Hierbei wird der zweite Gasdruck GD2 im zweiten Abschnitt K2 dadurch größer, dass das Spülgas SG in dem zweiten Abschnitt K2 des Kanals K eingepumpt wird, um das Fenster F des Sensors S zu spülen. Hierzu ist die Zuleitung ZL für das Spülgas SG vorteilhafterweise zwischen dem Fenster F des Sensors S und der Verschlusseinheit V angeordnet.
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In dem geschlossenen Zustand der Segmentklappen 3 bilden die Segmentklappen 3 vorzugsweise eine in Richtung der Leitung L gerichtete Pyramide, wie in der 1 schematisch dargestellt. Die Segmentklappen 3 können auch derart geformt und zueinander angeordnet sein, dass in dem geschlossenen Zustand der Verschlusseinheit V die Segmentklappen 3 einander überlappen und so eine flache und geschlossene Kreisfläche bilden. Solch ein Aufbau hat den Vorteil, dass die Verschlusseinheit V und damit auch die gesamte Säuberungseinrichtung 2 platzsparend ausgebildet sein kann.
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Wie bereits erwähnt, ist die Verschlusseinheit V bzw. die Segmentklappen 3 durch ersten Gasdruck GD1 schließbar bzw. in den geschlossenen Zustand bringbar. Die Segmentklappen 3 können aber auch durch einen Mechanismus manuell oder elektrisch in dem geschlossenen Zustand gebracht werden, wenn beispielsweise der erste Gasdruck GD1 zum Schließen der Verschlusseinheit V nicht groß genug ist und der Messlichtstrahl ML des Sensors S von der Leitung L abgekoppelt werden sollte.
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In der 2 ist schematisch die an die Leitung L angeschlossene optoelektronische Erfassungsvorrichtung 1 dargestellt, bei der die Verschlusseinheit V geöffnet ist und die Segmentklappen 3 sich in dem geöffneten Zustand befinden, so dass der Sensor S mit seinem Messlichtstrahl ML das Gas G in der Leitung L erfassen kann.
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Hierzu ist der zweite Gasdruck GD2 in dem zweiten Abschnitt K2 des Kanals K der Erfassungsvorrichtung 1 durch das eingeleitete Spülgas SG größer als der erste Gasdruck GD1 der Leitung L. Dadurch ist das zu erfassende Gas G auch zuverlässig davon abgehalten, in den Kanal K zu strömen und an das Fenster F des Sensors S zu gelangen. Zusätzlich kann eine Erfassung durch die Erfassungsvorrichtung 1 mittels des aufgebrachten zweiten Gasdruckes GD2 des eingeleiteten Spülgases SG genau gesteuert werden, da die Öffnung der Segmentklappen 3 präzise steuerbar ist.
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Auf der anderen Seite können insbesondere die Segmentklappen 3 der Verschlusseinheit V mittels eines elastischen, nicht dargestellten Elements oder eines nicht dargestellten Federelements miteinander verbunden sein und in dem Kanal K in dem geöffneten Zustand gehalten werden, wenn der erste und zweite Gasdruck GD1 und GD2 gleich sind. Hierdurch muss das Spülgas SG keinen großen Druck zum Öffnen der Segmentklappen 3 aufbringen. Dadurch ist eine übermäßige Spülung vermeidbar, so dass kein übermäßiges Spülgas SG in die Leitung gebracht wird und damit ein Messwert der Erfassungsvorrichtung 1 verfälscht werden kann.
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Insbesondere sind die Eigenschaften des elastischen Elements bzw. des Federelements in Abhängigkeit von dem ersten Gasdruck GD1 des Gases G ausgelegt, so dass die Segmentklappen 3 sicher und zuverlässig geschlossen werden, wenn sich der erste Gasdruck GD1 in der Leitung L erhöhen sollte.
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Weiterhin können die Segmentklappen 3 aus Metall oder Kunststoff bestehen, so dass entsprechend des ausgewählten Materials für die Segmentklappen 3 die Säuberungseinrichtung 2 für eine entsprechende Gaseigenschaft des zu erfassenden Gases G eingesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Optoelektronische Erfassungsvorrichtung
- 2
- Säuberungseinrichtung
- 3
- Segmentklappen
- F
- Fenster
- G
- Zu erfassende Gas
- GD1, GD2
- Erste und zweite Gasdruck
- K
- Kanal
- K1, K2
- Erster und zweite Abschnitt des Kanals
- L
- Leitung mit dem zu erfassenden Gas
- ML
- Messlichtstrahl
- S
- Sensor
- SG
- Spülgas
- V
- Verschlusseinheit
- ZL
- Zuleitung
