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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.
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Durch eine solche automatische Kontrolle der Rauchentwicklung sollen
Belästigungen durch Rauch und gesundheitliche Schäden sowie etwa durch mangelnde
Sicht entstehende Unfälle vermieden werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um eine Anzeige der Rauchdichte zu erhalten, können vorteilhaft vom
Ausgangsmeßwert des Strahlungsempfängers Abgleichmittel gesteuert werden, deren
Stellung als Maß für die Rauchdichte dient.
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Durch eine solche Kompensationsmessung wird man unabhängig von der
Empfindlichkeit des Strahlungsempfängers oder von Änderungen der elektrischen Glieder.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dieses Wechselstromsignal kann ebenfalls zur Steuerung einer Abschwächervorrichtung23
dienen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.