DE1117318B - Vorrichtung zur Rauchueberwachung - Google Patents

Vorrichtung zur Rauchueberwachung

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DE1117318B
DE1117318B DES60894A DES0060894A DE1117318B DE 1117318 B DE1117318 B DE 1117318B DE S60894 A DES60894 A DE S60894A DE S0060894 A DES0060894 A DE S0060894A DE 1117318 B DE1117318 B DE 1117318B
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Germany
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reflector
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photocell
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DES60894A
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Erwin Sick
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/534Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke by measuring transmission alone, i.e. determining opacity

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Description

  • Vorrichtung zur Rauchüberwachung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Rauchüberwachung. Eine solche Vorrichtung soll vornehmlich dazu dienen, in Industriebetrieben die Rauchdichte zu überwachen und beispielsweise bei übermäßiger Rauchentwicklung ein Signal zu geben, so daß dann geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um die Rauchentwicklung herabzusetzen. Gegebenenfalls kann auch in einer Zentrale, z. B. dem Büro des Betriebsleiters, ein Anzeigeinstrument vorgesehen sein, welches die im Augenblick herrschende Rauchdichte anzeigt.
  • Durch eine solche automatische Kontrolle der Rauchentwicklung sollen Belästigungen durch Rauch und gesundheitliche Schäden sowie etwa durch mangelnde Sicht entstehende Unfälle vermieden werden.
  • Es sind Vorrichtungen zur Sichtmessung bekannt, bei welchen eine von einer Lichtquelle ausgehende Strahlung abwechselnd längs unterschiedlicher Wege über reflektierende Glieder auf einen einzigen Strahlungsempfänger geleitet wird, aus dessen Ausgangssignal ein Meßwert für die Sichtweite bzw. Rauchdichte ableitbar ist. Dabei handelt es sich um ein Gerät für meteorologische Zwecke. Als reflektierende Glieder dienen dabei Spiegel. Wenn man ein solches Gerät mit größeren Meßstrecken verwenden will, ist eine sehr genaue Justierung erforderlich, und es muß für weitgehende Erschütterungsfreiheit gesorgt werden. Andererseits ist aber eine lange Meßstrecke zur Erzielung einer größeren Empfindlichkeit wünschenswert. Zur Rauchüberwachung in Werkshallen od. dgl., wo in der Regel starke Erschütterungen durch Kräne, laufende Maschinen usw. auftreten, ist eine solche Anordnung nicht geeignet.
  • Es ist ferner ein Rauchstärkemesser zur Messung der Rauchstärke in Schornsteinen bekannt, bei welchem parallelgerichtetes Licht von einer Glühlampe über einen unter 45" geneigten Spiegel auf einen im Abstand davon angeordneten Hohlspiegel geleitet wird. Der Hohlspiegel sammelt das Licht durch ein Loch des geneigten Spiegels hindurch auf einer Photozelle. Durch das gleiche Loch hindurch fällt ein Lichtbündel geradlinig direkt von der Glühlampe auf eine Vergleichsphotozelle. Bei dieser Anordnung ist der Hohlspiegel mit dem übrigen Teil der Apparatur durch ein Gestänge starr verbunden. Das zu messende Rauchgas strömt zwischen dem Hohlspiegel und dem geneigten Spiegel hindurch. Diese starre Verbindung bedingt eine verhältnismäßig kurze Meßstrecke. Diese mag ausreichen für Schornsteine, in denen eine große Rauchdichte auftritt. Für Rauchüberwachung in Werkshallen oder für ähnliche Zwecke dürfte die Empfindlichkeit der Anordnung zu klein sein, weil die Meßstrecke für die dort auftretenden Rauchdichten zu kurz ist. Bei einer bestimmten Rauchdichte hängt die absorbierte Energie bekanntlich exponentiell von der durchIaufenen Strecke ab.
  • Ausgehend von diesen bekannten Anordnungen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rauchdichte-Meßanordnung zur Messung der Rauchdichte in Werkshallen oder für ähnliche Anwendungen zu schaffen, bei welcher durch Vergrößerung der Meßstrecke eine Erhöhung der Empfindlichkeit erzielt wird, ohne daß Justierschwierigkeiten auftreten.
  • Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die reflektierenden Glieder von an sich bekannten Umkehrrückstrahlern gebildet werden, welche einfallendes Licht stets in die Einfallsrichtung zurückwerfen, und das von diesen in sich zurückgeworfene Licht durch strahlenteilende Mittel aus dem von der Lichtquelle ausgehenden Strahlengang heraus auf die Photozelle geleitet wird. Bei solchen Rückstrahlern treten auch bei großen Meßstrecken und ungenauer Justierung oder bei Erschütterungen keine Änderungen des hin- und rücklaufenden Strahlenbündels auf, so daß es möglich wird, größere Meßstrecken auch bei rauhem Betrieb anzuwenden und eine ausreichende Empfindlichkeit des Rauchstärkemessers zu erhalten.
  • Es sind Lichtschranken als Pressensicherungen bekannt, bei welchen ein Autokollimationsstrahlengang in Verbindung mit einem Umkehrreflektor vorgesehen ist. Es ist bei solchen Pressensicherungen auch bekannt, das Strahlenbündel über einen rotierenden Polygonspiegel und einen Hohlspiegel zu leiten, in dessen Brennpunkt der Polygonspiegel sitzt, so daß ein eine ganze Fläche absichernder Lichtvorhang mit einem schnell periodisch über die Fläche streichenden Lichtbündel entsteht. Wenn ein Hindernis, z. B. die Hand eines Arbeiters, in diese Fläche hineinragt, löst die Lichtschranke einen Schaltvorgang aus, durch welchen die Maschine stillgesetzt wird. Dabei handelt es sich aber nicht um eine Meßvorrichtung und nicht darum, durch Vergrößerung der Meßstrecke die Empfindlichkeit der Anordnung zu erhöhen.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird außerdem erreicht - was an sich bekannt ist -, daß der Vergleich der beiden Strahlungsintensitäten durch einen gemeinsamen Strahlungsempfänger erfolgen kann, obwohl die Wege der beiden Strahlenbündel stark unterschiedliche Längen haben. Dadurch werden Fehler durch unterschiedliche Empfindlichkeiten der Empfänger oder durch Induktionsspannungen, wie sie bei langen Verbindungsleitungen auftreten können, ausgeschlossen. Die Anordnung wird zweckmäßigerweise so getroffen, daß ein Strahlenbündel über einen im Brennpunkt eines Parabolspiegels angeordneten Polygonspiegel geleitet wird und abwechselnd auf den einen oder den anderen Rückstrahler fällt. Dabei kann der Rückstrahler von einem oder mehreren Tripelspiegeln gebildet werden.
  • Um eine Anzeige der Rauchdichte zu erhalten, können vorteilhaft vom Ausgangsmeßwert des Strahlungsempfängers Abgleichmittel gesteuert werden, deren Stellung als Maß für die Rauchdichte dient.
  • Durch eine solche Kompensationsmessung wird man unabhängig von der Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers oder von Änderungen der elektrischen Glieder.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt und im folgenden beschrieben: Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung; Fig.2 zeigt schematisch die Anordnung zur abwechselnden Strahlenunterbrechung bei der Anordnung gemäß Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung; Fig. 4 und 5 zeigen schematisch verschiedene Arten von Abgleichmitteln für eine Anordnung gemäß Fig. 3; Fig. 6 zeigt die Schaltung des Strahlungsempfängers.
  • Im Brennpunkt einer Linse 1 (Fig. 1) ist eine Lichtquelle 2 angeordnet. Aus der parallelgerichteten Strahlung werden durch eine Blende 3 (Fig. 2) zwei parallele Strahlenbündel4, 5 ausgeblendet. Das Strahlenbündel 4 fällt auf einen Rückstrahler 6, der von einer Vielzahl von Tripelspiegeln gebildet wird, das Strahlenbündel 5 auf einen ebensolchen Rückstrahler 7.
  • Der Rückstrahler 7 ist in der Nähe der Lichtquelle 2 und der Blende 3 angeordnet, während sich der Rückstrahler6 in einem größeren Abstand, beispielsweise von 50 m, befindet. Durch eine Unterbrecherscheibe 8 (Fig. 2), die von einem Motor 9 (Fig. 1) angetrieben wird, erfolgt eine abwechselnde Unterbrechung der Strahlenbündel. Die von den Rückstrahlern6, 7 zurückgeworfenen Strahlenbündel werden von einem teildurchlässigen HohlspiegellO auf eine Photozelle 11 gelenkt. Mit 12 sind Abschwächmittel bezeichnet, die der Einfachheit halber als Keil dargestellt sind, aber auch von einer geeigneten Blendenanordnung gebildet werden können. Die Abschwächmittel 12 werden in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Photozellell gesteuert.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Bei Rauchentwicklung wird das Strahlenbündel5, das nur einen kurzen Weg durchläuft, praktisch nicht geschwächt. Das Strahlenbündel 4 dagegen, das bei einem Rückstrahlerabstand von 50m einen Weg von 100m durch den Rauch zurücklegen muß, erfährt eine starke Schwächung. An der Photozelle 11 werden die Intensitäten abwechselnd wirksam. Diese liefert also einen Wechselstrom. In Abhängigkeit von dessen Phasenlage wird ein nicht dargestellter Stellmotor gesteuert, welcher den Keils2 so lange verschiebt, bis die an der Photozelle wirksamen Intensitäten gleich sind. Der Stellweg des Keils 12 dient als Maß für die Rauchdichte.
  • Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 wird von einer Lichtquelle 13 durch eine Linse 14 ein Strahlenbündel 15 auf einen rotierenden Polygonspiegel gelenkt und von diesem auf einen zylindrischen Parabolspiegel 17 reflektiert, in dessen Brennpunkt der Polygonspiegel 16 angeordnet ist. Der Parabolspiegel 17 wirft das Strahlenbündel 15 achsenparallel heraus. Je nach der Winkellage des Polygonspiegels 16 trifft das Strahlenbündell5 weiter oben oder unten auf den Parabolspiegel 17. Bei der durch den Pfeil 18 angedeuteten Drehrichtung des Spiegels wandert es periodisch parallel zu sich selbst von unten nach oben. Im Bereich der oberen Hälfte des Parabolspiegels 17 ist in größerer Entfernung ein Rückstrahler 19 angeordnet, im Bereich der unteren Hälfte in geringem Abstand ein zweiter Rückstrahler 20. Beide kehren das Strahlenbündell5 in sich um, so daß es über den Parabolspiegell7 auf den Polygonspiegel 16 fällt und von einem teildurchlässigen Hohlspiegel 21 auf eine Photozelle 22 geleitet wird.
  • Je nach der Winkelstellung des Polygonspiegels wird das Strahlenbündel periodisch abwechselnd über die obere Hälfte des Polygonspiegels auf den Rückstrahler 19 gelenkt und durchläuft somit den rängeren Weg oder über die untere Hälfte des Polygonspiegels auf den Rückstrahler 20, wobei es nur einen kurzen Weg zurücklegt. Bei Rauchentwicklung wird das Strahlenbündel auf dem oberen Weg stärker geschwächt als auf dem unteren, so daß die Photozelle 22 ein Wechselstromsignal erhält.
  • Dieses Wechselstromsignal kann ebenfalls zur Steuerung einer Abschwächervorrichtung23 dienen.
  • Diese kann aus einer Blende 24 gemäß Fig. 4 bestehen, die von einem Stellmotor verdreht wird. Dabei ist darauf zu achten, daß sich der Schwerpunkt des durch die Blende abgedeckten Bereiches bei der Verstellung der Blende nicht ändert, da sonst eine Phasenverschiebung des Ausgangssignals der-~Photozelle 22 eintritt.
  • Eine andere Ausbildung der Abschwächmittel zeigt Fig. 5: Eine schwenkbar gelagerte Blende 25 mit einer konstanten Blendenöffnung verändert die wirksame Durchlaßöffnung proportional dem Kosinus des Neigungswinkels.
  • Die Rückstrahler 19 müssen sehr genau gearbeitet sein, damit sie auch auf große Entfernungen noch eine einwandfreie Reflektion des Strahlenbündels gewährleisten. Man benutzt dabei zweckmäßigerweise Tripelrückstrahler mit geschliffenen Glaskörpern, deren totalreflektierende Seitenflächen die Tripelspiegel bilden.
  • Fig. 6 zeigt schematisch die Schaltung. Die Photozellen-Wechselspannung wird durch einen üblichen Wechselspannungsverstärker 26 verstärkt und einer Gegentakt-Endstufe 27 zugeführt. Die Anodenkreise der Gegentakt-Endstufe 27 werden über einen Transformator 28 mit einer der periodischen Lichtstrahlauswanderung phasengleichen Spannung gespeist. Je nach der Phasenlage der Photozellenspannung ziehen dann die Relais29 oder 30 an. Diese steuern einen hier nicht dargestellten Stellmotor für die Abschwächmittel 12 bzw. 23.
  • PATENTANSPRCHE: 1. Vorrichtung zur Rauchüberwachung, bei welcher eine von einer Lichtquelle ausgehende Strahlung abwechselnd längs unterschiedlicher Wege über reflektierende Glieder auf einen einzigen Strahlungsempfänger geleitet wird, aus dessen Ausgangssignal ein Meßwert für die Rauchdichte ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Glieder von an sich bekannten Umkehrrückstrahlern gebildet werden, welche einfallendes Licht stets in die Einfalls richtung zurückwerfen, und das von diesen in sich zurückgeworfene Licht durch strahlenteilende Mittel aus dem von der Lichtquelle ausgehenden Strahlengang heraus auf die Photozelle geleitet wird.

Claims (1)

  1. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlenbündel(15) über einen im Brennpunkt eines Parabolspiegels (17) angeordneten Polygonspiegel (16) geleitet wird und abwechselnd auf den einen oder den anderen Rückstrahler (19, 20) fällt.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstrahler (6, 7, 19, 20) von einem oder mehreren Tripelspiegeln gebildet wird.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vom Ausgangsmeßwert des Strahlungsempfängers (11, 12) Abgleichmittel (12, 23) gesteuert werden, deren Stellung als Maß für die Rauchdichte dient.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 745 827; Zeitschrift für technische Physik, 1942, Nr. 2, S.32; Archiv für technisches Messen, März 1935, V 1286-5.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1207113B (de) * 1963-05-29 1965-12-16 Hartmann & Braun Ag Photometer mit einem rotierenden Polygonspiegel
DE1227689B (de) * 1963-03-19 1966-10-27 Sick Erwin Vorrichtung zur Messung der Rauchdichte in Schornsteinen
DE1247688B (de) * 1965-04-03 1967-08-17 Visomat Geraete G M B H Truebungsmesser, insbesondere Rauchdichtemesser

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1745827U (de) * 1957-03-28 1957-05-29 Askania Werke Ag Einrichtung zum objektiven vergleich von lichtstroemen.

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