DE1798182C3 - Verfahren und Einrichtung zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung eines in einem Trägermedium suspendierten Materials - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung eines in einem Trägermedium suspendierten Materials

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung, bei welchem an zwei in Strömungsrichtung mit bekanntem Abstand auseinanderliegenden Stellen des Strömungsweges zufällige Schwankungen einer physikalischen Kenngröße des strömenden Fluids in entsprechende elektrische Signale umgesetzt und diese Signale miteinander korreliert werden.
Ein solches Verfahren ist für bestimmte Anwendungsfälle bereits bekannt und beruht darauf, die zeitliche Verzögerung zu ermitteln, die zwischen dem Auftreten einer zufälligen Schwankung einer physikalischen Kenngröße des strömenden Fluids an der ersten der beiden genannten Stellen des Strömungsweges und dem Auftreten derselben Schwankung an der zweiten Stelle des Strömungsweges auftritt
Bei einem aus der GB-PS 1047 154 bekannten Verfahren dieser Art wird die Strömungsgeschwindigkeit eines in den Plasmazustand versetzten Gases gemessen, dem ein Magnetfeld aufgeprägt wurde, indem zufällige Schwankungen der magnetischen Feldstärke der Plasmagasströmung infolge von Wirbeln u.dgl. in der Strömung meßtechnisch erfaßt werden.
Bei einem aus der GB-PS 9 64 581 bekannten ähnlichen Verfahren, das allerdings nicht der Messung einer Strömungsgeschwindigkeit, sondern der Messung der Bewegungsgeschwindigkeit eines festen streifenförmigen Materials (Walzstahl usw.) dient, werden ebenfalls an zwei Stellen längs des Bewegungsweges zufällige Schwankungen von Materialeigenschaften, beispielsweise Temperatur oder magnetische Eigenschaften, gemessen und die erhaltenen Meßsignale miteinander korreliert
Besondere Probleme treten auf, wenn die Strömungsgeschwindigkeit eines teilchenförmigen, in einem Trägermedium suspendierten Materials, das beispielsweise als pu'veriger Feststoff oder als Flüsaigkeitsnebel vorliegt, gemessen werden soll, beispielsweise um die Fördermenge pro Zeiteinheit ermitteln zu können, da die interessierende Strömungsgeschwindigkeit des suspendierten Materials von der nicht interessierenden Strömungsgeschwindigkeit des Trägermediums verschieden sein kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs dargelegten Art so auszubilden, daß die Strömungsgeschwindigkeit von in einem Trägermedium suspendiertem strömendem Material unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit des Trägermediums ermittelt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Verfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit eines in einem Trägermedium suspendierten teilchenförmigen Materials als Kenngröße die Konzentration des Materials dient.
Durch die Erfindung ist es möglich, ein Verfahren der eingangs genannten Art auch zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung von in einem Trägermedium suspendiertem Material zu verwenden, was den Vorteil bringt, daß die Strömungsgeschwindigkeitsmessung ohne irgendwelche Beeinträchtigung oder Beeinflussung der Strömung stattfindet.
Durch Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 kann die Menge des je Zeiteinheit geförderten Materials ermittelt werden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die Gegenstand der Ansprüche 3 bis 7 ist.
Ein besonderes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Strömungsmessung pulverisierter, mittels einer pneumatischen Förderanlage geförderter Feststoffe.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Ermittlung der je Zeiteinheit geförderten
Menge eines pneumatisch geförderten Feststoffes, und
Fig.2 ein Diagramm eines typischen Meßwandlerausgangssignals.
F i g. 1 zeigt eine pneumatische Förderleitung 1, in deren Wand 2 zwei Elektroden 3 und 4 eingelassen sind, die einen bekannten Abstand 1 voneinander haben und jeweils einem Teil der Förderleitungswand bilden. Die beiden Elektroden 3 und 4 sind jeweils durch eine Isolation 5 gegen die übrige Förderleitungswand isoliert und bilden mit dieser jeweils einen Kondensator, wobei das durch die Förderleitung 1 strömende Luft-Feststoff-Gemisch das Dielektrikum jedes der beiden so gebildeten Kondensatoren darstellt
Zufällige Konzentrationsschwankungen im Luft-Feststoff-Gemisch rufen folglich in den Kondensatoren Kapazitätsschwankungen hervor. Jede der beiden Elektroden 3 and 4 ist mit einem Meßwandler 6 verbunden, der diese Kapazitätsschwankungen in ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal m (t)bzw. π (t) umsetzt, welches die Konzentrationsscnwankungen in dem an den Elektroden vorbeiströmenden Luft-Feststoff-Gemisch darstellt. Ein solches Ausgangssignal zeigt F i g. 2.
Die Konzentrationsschwankungen erscheinen mit einer der zur Zurücklegung der Strecke zwischen den Elektroden benötigten Laufzeit entsprechenden zeitlichen Verzögerung nacheinander an den beiden Elektroden 3 und 4, wobei allerdings während des Durchlaufens der Wegstrecke zwischen den beiden Elektroden geringfügige Verformungen des Konzentrationsschwankungsmusters auftreten können. An den Ausgängen der beiden Wandler 6 erscheinen also ähnliche Signale, wobei eines dieser Wandlerausgangssignale zeitlich um die genannte Laufzeit zwischen den beiden Elektroden gegenüber dem anderen Wandlerausgangssignal verzögert ist. Da der Elektrodenabstand 1 bekannt ist, kann aus der Zeitverzögerung der beiden Wandlerausgangssignale die Strömungsgeschwindigkeit des Feststoffes in der Förderleitung 1 ermittelt werden.
Dazu werden die beiden Wandlerausgangssignal m(t) und n(t) einem Rechner 7 eingegeben, in welchem sie miteinander korreliert werden. Die Kreuzkorrelationsfunktion der beiden Wandlerausgangssignale erreicht ihr Maximum bei dem der Laufzeit der Konzentrations-Schwankungen zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 entsprechenden Zeitverzögerungswert, anhand dessen der Rechner die Strömungsgeschwindigkeit errechnet.
Die Wandler 6 sind so ausgelegt, daß sie Änderungen der Nennkapazität der zugeordneten Elektroden selbst kompensieren und für niederfrequente Änderungen der Kapazität unempfindlich sind. Eine große Zahl von kleinen Kapazitätsschwankungen, die von einzelnen Feststoffteilchen hervorgerufen werden, erzeugt ein Kapazitätsrauschen, das der Gauß'schen Funktion unterliegt und näherungsweise einem bandbegrenzten weißen Rauschen gleicht, das ein bestimmtes Energiespektrum hat. Bei geeigneter Auslegung ist die Grenzfrequenz der Wandler niedriger als die Grenzfrequenz dieses Energiespektrums.
Der Rechner 7 kann ein Digitalrechner sein, der die beiden Wandlersignale über einen Eingangsmultipiexer mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit empfängt
Um die Menge der je Zeiteinheit durch die Förderleitung i strömenden Feststoffe bestimmen zu können, muß außer der in der oben beschriebenen Weise ermittelten Strömungsgeschwindigkeit auch die Masse der Feststoffe pro Längeneinheit der Förderleitung bestimmt werden. Dazu kann gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform der Meßeinrichtung auf einer Seite der Förderleitung eine Gammastrahlungsquelle angeordnet sein, die ihre Strahlung durch die Förderleitung 1 hindurch zu einem auf der gegenüberliegenden Seite befindlichen Detektor 9 sendet, der die nicht in der Förderleitung durch die Feststoffe absorbierte Strahlung aufnimmt. Aus dein Betrag der beim Durchdringen der Förderleitung absorbierten Strahlung kann die pro Längeneinheit in der Förderleitung befindliche Feststoffmasse ermittelt werden.
Bei der eben beschriebenen Ausführungsform werden Strömungsgeschwindigkeit und Feststoffmasse pro Längeneinheit der Förderleitung durch voneinander getrennte Meßeinrichtungen gemessen. Gemäß einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, diese beiden Parameter mit der gleichen Meßeinrichtung zu messen.
Dazu finden Wandler Anwendung, deren Ausgangssignale linear oder in anderer Weise mit der in der Förderleitung 1 geförderten Feststoffmenge in Beziehung stehen, um den Durchschnittswert der geförderten Stoffmenge bestimmen zu können. Hierzu ist es notwendig, daß die Dielektrizitätskonstante des geförderten Stoffes bekannt ist oder gemessen wird.
Die Dielektrizitätskonstante kann mittels eines kapazitiven Meßfühlers in einem nicht gezeigten Aufgabe- oder Aufnahmebehälter für den zu fördernden Stoff gemessen werden.
Anhand der bekannten Dielektrizitätskonstante, dem Maximalwert der Kreuzkorrelationsfunktion der beiden Wandlerausgangssignale und dem zu diesem gehörenden Zeitverzögerungswert läßt sich die durchschnittliche geförderte Stoffmenge berechnen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung, bei welchem an zwei in Strömungsrichtung mit bekanntem Abstand auseinanderliegenden Stellen des Strömungsweges zufällige Schwankungen einer physikalischen Kenngröße des strömenden Fluids in entsprechende elektrische Signale umgesetzt und diese Signale miteinander korreliert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit eines in einem Trägermedium suspendierten teilchenförmigen Materials als Kenngröße die Konzentration dieses Materials dient
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der je Zeiteinheit geförderten Menge des Materials außerdem an mindestens einer Stelle des Strömungsweges die Masse des Materials je Weglängeneinheit gemessen wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit zwei mit bekanntem gegenseitigem Abstand längs einer Förderleitung angeordneten Meßfühlern und mit einer Schaltung zur Korrelation der von den Meßfühlern gelieferten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßfühler (3, 4) kapazitive Meßfühler sind, deren Dielektrikum durch das strömende, im Trägermedium suspendierte Material gebildet ist
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler Teile der Förderleitungswand bildende Elektroden (3,4) aufweisen.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Meßfühler ein Meßwandler (6) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von den Änderungen der Meßfühlerkapazität ein elektrisches Signal erzeugt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine an einer Stelle der Förderleitung (1) angeordnete Meßanordnung (8,9) zur Messung der Masse des Materials je Längeneinheit der Förderleitung.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung (8,9) zur Messung der Masse des Materials eine einerseits der Förderleitung (1) gelegene Strahlungsquelle (8) und einen andererseits der Förderleitung gelegenen Strahlungsdetektor (9) aufweist.
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bzw. Anwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7 auf die Strömungsmessung pulverisierter, mittels einer pneumatischen Förderanlage geförderter Feststoffe.
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