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Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Erfassung des Nährstoffgehalts in partikelbeladenen Flüssigkeiten.
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Die Erfassung des Nährstoffgehalts in partikelbeladenen Flüssigkeiten ist in verschiedenen Anwendungen notwendig. Beispielsweise muss in Biogasreaktoren der Nährstoffgehalt bestimmt werden, um einen effizienten und kontrollierten Ablauf des Biogasprozesses innerhalb des Reaktors zu erzielen oder um den Nährstoffgehalt der Biomasse innerhalb des Reaktors zu bestimmen, wenn diese auf einer Freifläche ausgebracht werden soll. Zu diesem Zweck ist es bekannt, innerhalb des Biogasreaktors mit einer Sonde den Nährstoffgehalt zu bestimmen oder eine Probe aus dem Biogasreaktor zu entnehmen und diese in einer Laboruntersuchung zu analysieren, um den Nährstoffgehalt im Biogasreaktor zu bestimmen. Eine solche Lösung ist aus
EP 1 997 901 B1 bekannt.
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Die Nährstoffbestimmung mittels Probenahme oder Sonde im Behälter hat den Vorteil, dass ein den Sensor beschädigender Einfluss durch die mechanische Einwirkung von Partikeln in der Flüssigkeit reduziert oder insgesamt vermieden werden kann, zugleich aber nährstoffrelevante Partikel in der Flüssigkeit bei der Messung erfasst werden können. Dies wird erreicht, indem die Sonde vorsichtig in die Flüssigkeit eingesetzt und entnommen wird, sodass keine schädigenden Relativgeschwindigkeiten zwischen Sonde und den Partikeln in der Flüssigkeit auftreten, bzw. indem die entnommene Probe quasi ruhend dem Sensor zugeführt wird. Grundsätzlich problematisch an der Nährstoffbestimmung durch lokale Probenahme in einem Behälter ist es, dass lokale Konzentrationsschwankungen zu Messergebnissen führen können, die nicht repräsentativ für das gesamte Flüssigkeitsvolumen in dem Behälter sind Um eine solche inhomogene Nährstoffverteilung aufgrund lokaler, beispielsweise temperaturbedingter Unterschiede in der Reaktionsintensität oder aufgrund frischer Biomassezufuhrmengen hierbei nicht messverfälschend Einfluss nehmen zu lassen, ist es bekannt, mehrere Proben aus unterschiedlichen Sektoren und unterschiedlichen Höhen zu nehmen bzw. an entsprechend mehreren Orten innerhalb des Biogasreaktors eine Messung durchzuführen. Dies ist allerdings aufwendig und zeitraubend, da es -je nach Behältergröße und Durchmischungseffekten nur bei einer Anzahl von >10 oder noch mehr lokal beabstandeten Probenahmen zu einem repräsentativen, gemitteltem Messergebnis führt.
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Eine weitere Anwendung, in welcher der Nährstoffgehalt in einer partikelbeladenen Flüssigkeit eine wichtige Prozesseinflussgröße ist, tritt durch die Notwendigkeit auf, nährstoffhaltige Flüssigkeiten, wie beispielsweise Gülle oder sonstige Biomassen solcherart auf Freiflächen auszubringen, dass keine zu hohe Konzentration von Nährstoffen lokal verursacht wird. Es ist bekannt, hierfür bestimmte Ausbringtechniken, die die nährstoffhaltige Flüssigkeit beispielsweise durch Einbringtechnik in die Erde einarbeiten, einzusetzen. Es ist weiterhin bekannt, nach dem oberflächlichen Ausbringen durch eine nachfolgende Bodenbearbeitung die ausgebrachte Flüssigkeit in den Boden einzuarbeiten. Grundsätzlich kann dies zwar zu einer Homogenisierung und einer Vermeidung einer Geruchsbelastung führen, jedoch kann eine lokale übermäßige Nährstoffeinbringung nicht zuverlässig verhindert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Austrag solcher nährstoffhaltiger Flüssigkeiten in effizienter Weise und unter Vermeidung von lokalen Konzentrationsspitzen erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Messanordnung zur Erfassung des Nährstoffgehalts in partikelbeladenen Flüssigkeiten, umfassend: einen Rohrleitungsabschnitt, der eine Einlassöffnung mit einer Auslassöffnung verbindet und eine Durchströmungsrichtung von der Einlass- zur Auslassöffnung definiert, eine Sensorvorrichtung, die innerhalb des Rohrleitungsabschnitts angeordnet ist, mit einer Spektroskopieeinheit, umfassend eine Sensorfläche, wobei die Sensorfläche der Auslassöffnung zugewandt ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Messanordnung wird es möglich, in einem Rohrabschnitt den Nährstoffgehalt der durch den Rohrabschnitt geförderten Flüssigkeit spektroskopisch zu erfassen. Unter Nährstoffen sind hierbei jegliche mittels Spektroskopie erfassbaren Stoffe zu verstehen. Erfindungsgemäß wird eine Sensorvorrichtung eingesetzt, die eine Spektroskopieeinheit umfasst. Mit dieser Anordnung wird eine Sensorvorrichtung eingesetzt, die zu präzisen Messungen zahlreicher unterschiedlicher Stoffe in der Lage ist und durch die Anordnung innerhalb des Rohrabschnitts ermöglicht, eine Echtzeitbestimmung des Nährstoffgehalts innerhalb der Flüssigkeit, die den Rohrabschnitt durchströmt, durchzuführen.
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Diese Echtzeit-Messung wird ermöglicht, indem die Sensorfläche der Austrittsöffnung des Rohrabschnitts zugewandt ist, also stromabgewandt ausgerichtet ist. Durch diese Anordnung wird es möglich, die Messung effizient durchzuführen, da in der Flüssigkeit enthaltene dichte Partikel nicht das Messergebnis verfälschen und auch nicht die Sensorfläche beschädigen können. Durch diese spezifische Anordnung der Sensorfläche wird die Möglichkeit eröffnet, eine Echtzeitbestimmung mittels Spektroskopie in einer strömenden, partikelbeladenen Flüssigkeit durchzuführen und somit jenseits von einer allgemeinen Bestimmung des Nährstoffgehalts in der Flüssigkeit, gegebenenfalls auch einer über mehrere Messstellen gemittelten Bestimmung des Nährstoffgehalts, kann die Ausbringung der nährstoffhaltigen Flüssigkeit auf einer Freifläche in Abhängigkeit des jeweils bei der Durchströmung des Rohrabschnitts im Zuge der Ausbringung selbst ermittelten Nährstoffgehalts gesteuert werden.
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Grundsätzlich ist unter einer der Auslassöffnung abgewandten Ausrichtung der Sensorfläche zu verstehen, dass die Sensorfläche solcherart innerhalb des Rohrabschnitts angeordnet ist, dass in der Flüssigkeit mitgeführte Partikel, die sich entlang der Strömungsrichtung durch den Rohrabschnitt bewegen, nicht direkt aus dieser Bewegung auf die Sensorfläche aufprallen können. Ebenso wenig sollen solche Partikel, die sich in Strömungsrichtung durch den Rohrabschnitt bewegen, parallel zur Sensorfläche sich bewegen und auf diese Weise entlang der Strömungsfläche streifen können. Die Sensorfläche soll also auch nicht parallel zur Strömungsrichtung durch den Rohrabschnitt ausgerichtet sein. Der Normalenvektor der Sensorfläche weist demzufolge eine Vektorkomponente auf, die in Richtung der Auslassöffnung weist.
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Durch diese Anordnungsweise wird erreicht, dass insbesondere die dichteren, in der Flüssigkeit mitströmenden Partikel, wie beispielsweise kleine Steine oder Sand, die als Fremdkörper eine Beschädigung des Sensors verursachen können, nicht mit hoher Aufprallgeschwindigkeit auf den Sensor auftreffen können oder dass diese dichteren Partikel überhaupt auf den Sensor auftreffen. Demgegenüber können weniger dichte Partikel wie organische Substanzen, beispielsweise pflanzliche Reste, Holzspäne oder Faserreste, die als nährstoffrelevante Partikel von der Messung erfasst werden sollen, auf den Sensor auftreffen und damit auch die an oder in diesen weniger dichten Partikeln enthaltenen Nährstoffe in die Nährstoffmessung einfließen. Durch die strömungsabgewandte Lage des Sensors wird also eine Selektion der auftreffenden Partikel nach deren Dichte und eine Verminderung der Auftreffgeschwindigkeit erzielt. Beides führt dazu, dass dichtere Partikel den Sensor nicht oder zumindest weniger beschädigen können. Zugleich wird eine Verfälschung der Messergebnisse verhindert, weil an den weniger dichten Partikeln anhaftende Nährstoffe oder darin enthaltene Nährstoffe durch die Messung erfasst werden, da diese weniger dichten Partikel auf den Sensor treffen.
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Als Rohrabschnitt ist im erfindungsgemäßen Sinn ein Rohr mit beidseitigem Anschluss oder eine Rohrsektion innerhalb eines Rohres zu verstehen, in dem die Sensorfläche angeordnet ist. Ein solcher Rohrabschnitt kann auch virtuell innerhalb eines Rohres abgegrenzt sein, indem ein senkrecht zur Strömungsrichtung stehender Querschnitt vor und hinter der Sensorvorrichtung als Einlass- und Auslassöffnung zu verstehen ist.
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Die Sensorvorrichtung weist insbesondere die innerhalb des Rohrabschnitts angeordnete Sensorfläche auf und kann weitere Elemente, beispielsweise strömungsleitende Elemente an einem Sensorgehäuse oder signaltechnisch mit der Sensorfläche verbundene elektronische Elemente innerhalb des Rohrleitungsabschnitts aufweisen. Grundsätzlich kann sich die Sensorvorrichtung aber von außerhalb in den Rohrleitungsabschnitt hinein erstrecken und auch außerhalb des Rohrleitungsabschnitts liegende Komponenten können für die Sensorvorrichtung funktionelle Bedeutung haben.
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Die erfindungsgemäße Messvorrichtung ermöglicht auch in anderen Anwendungsfällen, beispielsweise bei der Lagerung, Verfüllung oder einem Umpumpen oder Umwälzen eine zuverlässige und schnelle Ermittlung des Nährstoffgehalts in Flüssigkeiten.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensorfläche geneigt zu der Durchströmungsrichtung angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Sensorfläche typischerweise/schräg zur Längsachse des Rohrabschnitts angeordnet. Als Durchströmungsrichtung ist hierbei die tatsächliche, gemittelte Bewegungsrichtung aller Flüssigkeitsteile in dem Rohrleitungsabschnitt zu verstehen, wobei grundsätzlich auf den Querschnittsbereich abzustellen ist, welcher unmittelbar stromaufwärts von der Sensorfläche liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensorfläche weder parallel noch senkrecht zur Durchströmungsrichtung angeordnet, der Normalenvektor auf der Sensorfläche liegt also nicht senkrecht und auch nicht parallel zur Durchströmungsrichtung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensorfläche in einem Winkel von 10° bis 80° geneigt zu der Durchströmungsrichtung ausgerichtet ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Sensorfläche in einem bestimmten Winkelbereich zur Durchströmungsrichtung ausgerichtet, wobei dieser Winkelbereich von einem spitzen bis zu einem stumpfen Winkel der Sensorfläche zur Durchströmungsrichtung reicht. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass dieser Winkelbereich bei typischen Durchströmungsgeschwindigkeiten und Strömungseigenschaften der Flüssigkeit sowie bestimmten Größen und Gewichtsdichten der darin mitgeführten Partikel günstig ist, um ein Auftreffen der potentiell die Sensorfläche beschädigenden dichteren Partikel auf die Sensorfläche zuverlässig zu verhindern und zugleich die Erfassung nährstoffrelevanter weniger dichter Partikel zu erreichen. Für typische nährstoffhaltige und partikelbeladene Flüssigkeiten wie Gülle, die beispielsweise Fremdkörper wie kleine Steine, Sandpartikel, und nährstoffrelevante Partikel wie organische Substanzen sowie sonstige dichtere oder weniger dichte Partikel in einem typischen Partikelgrößenbereich mitführen, ist es besonders bevorzugt, die Sensorfläche in einem Winkel zur Durchströmungsrichtung auszurichten, der größer als 20°, 30° oder 40° ist, und es ist weiterhin bevorzugt, die Sensorfläche in einem Winkel zur Durchströmungsrichtung auszurichten, der kleiner als 75°, 70° oder 60° ist.
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Noch weiter ist es bevorzugt, wenn die Sensorfläche an einem Sensorgehäuse ausgebildet ist und stromaufwärts der Sensorfläche eine Strömungsleitfläche an dem Sensorgehäuse angeordnet ist, die in Durchströmungsrichtung ausgerichtet ist oder die in einem kleineren Winkel zur Durchströmungsrichtung geneigt angeordnet ist als die Sensorfläche. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Sensorfläche in Strömungsrichtung vorgelagert eine Strömungsleitfläche an einem Sensorgehäuse. Diese Strömungsleitfläche liegt nicht parallel zur Sensorfläche, sondern ist in einem kleineren Winkel zur Durchströmungsrichtung geneigt, insbesondere kann die Strömungsleitfläche auch parallel zur Durchströmungsrichtung ausgerichtet sein oder der Einlassöffnung zugewandt sein. Hierdurch entsteht in dem Oberflächenverlauf zwischen der Strömungsleitfläche und der Sensorfläche ein Knick, der zu einem günstigen Strömungsverhalten, insbesondere einem durch Strömungs- und Trägheitskräfte bedingten Ablösen der Strömung oder der in der Flüssigkeit mitgeführten dichteren Partikel von dem Sensorgehäuse führen kann, wodurch diese dichteren Partikel nicht auf die Sensorfläche aufprallen können oder an dieser entlangstreifen können. Grundsätzlich ist es hierbei bevorzugt, wenn durch die Zusammenwirkung der stromaufwärts gelegenen Strömungsleitfläche vor der Sensorfläche und der Sensorfläche eine Wirkung einer Fliehkraftabscheidung der gegenüber der Flüssigkeit dichteren Partikel erzielt wird, um zuverlässig zu vermeiden, dass Partikel die Sensorfläche beschädigen können.
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Noch weiter ist es bevorzugt, wenn hierbei die Strömungsleitfläche so ausgerichtet ist, dass die Strömung durch den Rohrabschnitt bei einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1 m/s und 20m/s in einem Übergangsabschnitt zwischen der Strömungsleitfläche und der Sensorfläche von dem Sensorgehäuse abreißt. Gemäß dieser Ausführungsform wird ein Abriss der Strömung von dem Sensorgehäuse bzw. der daran ausgebildeten Sensorfläche bei einer typischen Strömungsgeschwindigkeit erzielt. Hierbei ist zu verstehen, dass dieses Abreißen als eine Unterbrechung der laminar anliegenden Strömung an dem Sensorgehäuse und der Sensorfläche zu verstehen ist, also eine Rückströmung, Wirbelbildung oder sonstige turbulente Strömungsform beinhaltet. Durch ein solches Abreißen wird zuverlässig ein Fernhalten von Partikeln von der Sensorfläche bewirkt, da diese den durch das Abreißen bedingten Strömungsformen nicht folgen können und folglich nicht auf die Sensorfläche treffen können. Dieser Abriss der Strömung ist im Wesentlichen durch die Strömungsgeschwindigkeit bedingt, weitere theoretische physikalische Einflussgrößen wie die Viskosität der Flüssigkeit, die Dichte der Flüssigkeit und die Dichte der Partikel sind in einem weiten, in der Praxis typisch auftretenden Bereich zu vernachlässigen. Grundsätzlich kann die bevorzugt in der Messanordnung gemessene Flüssigkeit Eigenschaften aufweisen, die folgende Wertebereiche aufweisen: dynamische Viskosität zwischen 0,5 und 200mPa*s; Rohdichte zwischen 800 und 1300g/l; Trockensubstanzgehalt in Gew.-% der Originalsubstanz 0,1 bis 40 Gew.-%. Die in der Flüssigkeit mitgeführten Fremdkörper und nährstoffrelevanten Partikel können beispielsweise eine Größe (durchschnittliche Abmessung) zwischen 0,04 und 25mm haben.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensorfläche an einem Sensorgehäuse ausgebildet ist und an dem Sensorgehäuse ein Abweiser angeordnet ist, der über die Sensorfläche hinaussteht. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Sensorfläche an einem Sensorgehäuse ausgebildet, worunter zu verstehen ist, dass die Sensorfläche an einem Sensorgehäuse befestigt, darin eingebettet oder in ein Sensorgehäuse eingelassen ist, und an dem Sensorgehäuse ist ein Abweiser befestigt oder ausgebildet. Dieser Abweiser steht über die Sensorfläche hinaus, worunter zu verstehen ist, dass der Abweiser in Richtung des durchströmten Bereichs des Rohrleitungsabschnitts über eine Ebene, die fluchtend zu der Sensorfläche ist, hinüberragt. Der Abweiser steht also weiter in Richtung der durchströmenden Flüssigkeit vor als die Ebene der Sensorfläche. Bei dem Abweiser kann es sich um ein strömungsleitendes Element, wie beispielsweise einen Spoiler, eine Strömungsabrisskante oder dergleichen handeln. Der Abweiser kann über die gesamte Breite der Sensorfläche sich erstrecken, wobei als Breite eine Ausdehnung quer zur Strömungsrichtung verstanden wird, oder er kann nur einen Teilbereich dieser Breite der Sensorfläche abdecken. Der Abweiser kann aus einer kontinuierlichen geometrischen Erhöhung oder einem Vorsprung bestehen oder durch mehrere einzelne solche Erhöhungen oder Vorsprünge ausgebildet sein. Durch den Abweiser kann eine Ablösung der Strömung von dem Sensorgehäuse befördert werden und ein Abweisen von Fremdkörpern von der Sensorfläche zusätzlich unterstützt werden, um einen Kontakt zwischen solchen Fremdkörpern und der Sensorfläche, insbesondere einen beschädigenden Kontakt zuverlässig zu verhindern oder über einen größeren Strömungsgeschwindigkeitsbereich oder Viskositätsbereich oder einen größeren Bereich von Partikeldichten zu gewährleisten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Messanordnung fortgebildet durch eine Reinigungsdüse, die ausgerichtet ist, um ein Reinigungsfluid auf die Sensorfläche abzugeben. Durch eine solche Reinigungsanordnung kann eine Sensorfläche wirksam von Partikeln und Ablagerungen gereinigt werden, welche anderenfalls die Messung verfälschen würden. So kann eine reproduzierbare Ausgangssituation für eine Messung erfolgen oder es kann durch regelmäßiges Reinigen eine Verschmutzung der Sensorfläche verhindert werden und ein konstanter und reproduzierbarer Zustand der Sensorfläche für wiederholte Messungen mit gegebener Vergleichbarkeit erzeugt werden. Eine Reinigungsdüse eignet sich einerseits dazu, um Sensorflächen mit beliebiger Ausrichtung, gegebenenfalls also auch der Strömung zugewandten Ausrichtungen, zu reinigen oder durch einen konstanten Fluss einer Reinigungsflüssigkeit vor Beschädigungen zu schützen. Die Reinigungswirkung kann dabei durch eine kurzzeitige vorübergehende Ausströmung eines Reinigungsfluids erfolgen.
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Die Reinigungsdüse kann aber insbesondere auch bei einer strömungsabgewandten Ausrichtung der Sensorfläche wirksam sein. In diesem Fall istdie Bereitstellung einer Reinigungsdüse, die als Austrittsende eines Fluidkanals zu verstehen ist, durch den ein Reinigungsfluid in Richtung des durchströmten Bereichs des Rohrleitungsabschnitts abgegeben werden kann, eine Zusatzfunktion, die insbesondere aus der Ausrichtung der Sensorfläche strömungsabgewandt zur Auslassöffnung notwendig wird. Durch diese Ausrichtung liegt im Bereich der Sensorfläche eine reduzierte Strömungsgeschwindigkeit im Vergleich zu der über den Rohrquerschnitt gemittelten Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch den Rohrleitungsabschnitts vor, sodass selbstreinigende Effekte der Sensorfläche durch die Strömung selbst nur in geringem Maße oder gar nicht auftreten. Hierdurch neigt die Sensorfläche bei der erfindungsgemäßen Ausrichtung zu einer Verschmutzung durch Ablagerungen, die nicht durch die Strömung selbst wieder entfernt werden. Durch die Bereitstellung einer Reinigungsdüse kann die Sensorfläche mit einem Reinigungsfluid gereinigt werden, wobei die Reinigungswirkung aus einem hohen Druck des Fluids und eine entsprechend mechanische Wirkung durch den Reinigungsstrahl aus der Reinigungsdüse resultieren kann oder das Reinigungsfluid eine chemische oder biologische Wirkung entfaltet, um Ablagerungen aufzulösen, oder beides. Als Reinigungsfluid kann hierbei eine Flüssigkeit oder ein Gas eingesetzt werden. Die Reinigungswirkung kann durch Spülungs- und Lösungswirkung erfolgen, alternativ oder zusätzlich kann die Reinigungswirkung durch Druck bzw. Strahlwirkung erfolgen, beispielsweise beim Einsatz von Druckluft.
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Dabei ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Sensorfläche an einem Sensorgehäuse ausgebildet ist und an dem Sensorgehäuse ein Abweiser angeordnet ist, der über die Sensorfläche hinaussteht und an dem Abweiser die Reinigungsdüse angeordnet ist. Durch die Anordnung der Reinigungsdüse an dem Abweiser wird einerseits ein kompakter und integraler Aufbau der gesamten Messanordnung erzielt. Zugleich wird durch die Anordnung an dem Abweiser und eine dadurch mögliche Integration die Reinigungsdüse vor Beschädigungen geschützt, die durch in der Flüssigkeit schwimmende Partikel und Feststoffe auftreten können. Schließlich kann durch die Anordnung an dem Abweiser auch eine günstige Ausrichtung der Reinigungsdüse in Bezug auf die Sensorfläche erzielt werden. Als ein Anordnen der Reinigungsdüse an dem Abweiser ist hierbei zu verstehen, dass die Reinigungsdüse beispielsweise als separates Bauelement an dem Abweiser befestigt ist, insbesondere lösbar befestigt ist. Die Reinigungsdüse kann aber auch in solcher Weise an dem Abweiser angeordnet sein, dass der Abweiser und die Reinigungsdüse integral durch ein Bauelement ausgeführt sind, beispielsweise indem die Zufuhr des Reinigungsfluids durch einen als Abweiser dienenden Kanalabschnitt geführt wird, an dessen Ende das Reinigungsfluid durch die Reinigungsdüse austritt und auf die Sensorfläche abgegeben wird. Dementsprechend können auch mehrere Reinigungsdüsen an einem Abweiser oder an entsprechend mehreren Abweisern angeordnet sein, um die Sensorfläche deckend reinigen zu können.
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Gemäß einer weiteren Fortbildungsform wird die Messanordnung fortgebildet durch eine Steuerungseinheit, die mit einer Förder- oder Ventileinrichtung für ein Reinigungsfluid signaltechnisch verbunden ist zur Abgabe des Reinigungsfluids aus der Reinigungsdüse, wobei die Steuerungseinheit ausgebildet ist, um das Reinigungsfluid in einem vorbestimmten Zeitraum vor Durchführung einer Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche auf die Sensorfläche abzugeben, das Reinigungsfluid in einem vorbestimmten Zeitraum nach Durchführung einer Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche auf die Sensorfläche abzugeben, insbesondere indem eine erste Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche durchgeführt wird, hierauffolgend das Reinigungsfluid auf die Sensorfläche abgegeben wird und hierauffolgend eine zweite Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche durchgeführt wird und/oder das Reinigungsfluid in vorbestimmten Zeitabständen auf die Sensorfläche abzugeben.
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Gemäß dieser Ausführungsform wird die Messanordnung fortgebildet durch eine Steuerungseinheit, welche die Abgabe des Reinigungsfluids aus der Reinigungsdüse steuert. Diese Steuerungseinheit kann integral mit einer elektronischen Baueinheit ausgeführt sein, die auch für die Durchführung der Messung mittels der Sensorfläche verantwortlich ist und/oder die Messergebnisse erfasst oder auswertet und gegebenenfalls für eine Übermittlung aufbereitet. Dabei ist nach einer Variante vorgesehen, dass das Reinigungsfluid entweder vor oder nach einer Messung des Nährstoffgehalts mittels der Sensorfläche auf die Sensorfläche abgegeben wird. Diese Abgabe des Reinigungsfluids erfolgt in einem vorbestimmten Zeitraum, worunter zu verstehen ist, dass die Abgabe für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand vor der Messung erfolgt, um eine gewünschte Reinigungswirkung zu erzielen und zugleich um zu vermeiden, dass die Nährstoffgehaltserfassung durch das Reinigungsfluid beeinflusst wird. Durch eine Abgabe des Reinigungsfluids vor der Messung kann sichergestellt werden, dass Ablagerungen von der Sensorfläche abgewaschen werden und dadurch nicht in die Nährstoffgehaltserfassung Einfluss nehmen. Durch eine Abgabe des Reinigungsfluids nach der Messung kann eine Reinigung der Sensorfläche zu einem bestimmten Zeitpunkt nach erfolgter Messung erfolgen, um beispielsweise darauffolgend bei nachfolgenden Messungen des Nährstoffgehalts den Aufbau einer Schicht auf der Sensorfläche über einen vorbestimmten Zeitraum zu ermöglichen. Besonders bevorzugt ist es, wenn zwei zeitlich aufeinanderfolgende Messungen des Nährstoffgehalts durchgeführt werden und zwischen diesen Messungen eine Reinigung der Sensorfläche mittels des Reinigungsfluids durchgeführt wird. Auf diese Weise wird ein Vergleich zwischen den beiden Messungen bei einer Sensorfläche mit gegebenenfalls darauf aufgebauter Schicht und bei einer Sensorfläche mit entfernter Schicht ermöglicht, wodurch eine Nährstoffgehaltsmessung reproduzierbar werden kann.
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Darüber hinaus und gegebenenfalls zusätzlich kann das Reinigungsfluid in regelmäßigen Zeitabständen, also periodisch und zeitgesteuert, oder in Abhängigkeit von einer an der Sensorfläche vorbeigeflossenen Menge an Flüssigkeit regelmäßig gereinigt werden, um hierdurch den Aufbau von Ablagerungen auf der Sensorfläche zu verhindern.
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Bei der Fortbildung mit einem Abweiser am Sensorgehäuse ist es noch weiter bevorzugt, wenn der Abweiser eine erste Abweiserstrebe umfasst, die sich ausgehend von einem die Sensorfläche umgebenden Gehäuserandbereich über die Sensorfläche erstreckt. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Strebe am Abweiser bereitgestellt, die sich folglich in einer Längsrichtung weiter erstreckt als die Querabmessungen der Strebe betragen und diese Strebe erstreckt sich über die Sensorfläche, sodass sie die Sensorfläche teilweise oder vollständig überbrückt. Eine solche Strebe kann insbesondere die Sensorfläche vor dem Kontakt mit groben, größeren Partikeln wie Steinchen in der Flüssigkeit bewahren, die durch Strömungseffekte nicht aufgrund der Strömungsbedingungen von der Sensorfläche ferngehalten werden. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass eine einzige Strebe für diese Funktion vorgesehen sein kann oder es können zwei, drei oder mehr Streben vorgesehen sein. Aus Gründen der Strömungsführung ist es weiterhin bevorzugt, wenn sich die Sensorstreben mit einer Vektorkomponente in Richtung der Strömungsrichtung erstrecken, vorzugsweise parallel zueinander verlaufen, um eine günstige Strömungsführung an der Sensorfläche zu befördern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spektroskopieeinheit eine Infrarotspektroskopieeinheit, die im Wellenlängenbereich von 2µm bis 20µm misst. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Infrarotspektroskopieeinheit in teilweise nahen und im Wesentlichen mittleren Frequenzbereich (NIRS bzw. MIRS) verwendet, die für die vorgesehenen Zwecke und Messbereiche besonders geeignet ist und deren Sensorfläche durch die spezifische Anordnung ausreichend geschützt wird, um in der partikelbeladenen Flüssigkeit messen zu können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung mit einer Steuerungseinheit zur Signalübertragung gekoppelt ist und dass die Steuerungseinheit eine Fördervorrichtung ansteuert, welche ein Fluid durch den Rohrleitungsabschnitt fördert und ausgebildet ist, um die Förderrate der Fördervorrichtung in Abhängigkeit eines von der Sensorvorrichtung empfangenen Signals zu regeln. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Regelung als geschlossener Regelkreis bei einer Fördervorrichtung realisiert, die in der Lage ist, die Förderrate, also die Menge der geförderten Masse pro Zeiteinheit, in Echtzeit in Abhängigkeit eines Messwertes einer Spektroskopiemessvorrichtung zu steuern. Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, dass die Menge eines bestimmten, durch die Sensorvorrichtung erfassten Stoffes, die gefördert wird, nach einer gewünschten Sollwertvorgabe eingeregelt wird. Tritt der gemessene Stoff, also beispielsweise ein bestimmter Nährstoff oder bestimmte Nährstoffe, in höher konzentrierter Form in der geförderten Flüssigkeit auf, kann die Förderrate reduziert werden und hierdurch die Menge des Stoffes, die durch den Rohrleitungsabschnitt pro Zeiteinheit gefördert wird, konstant gehalten werden. Dies erlaubt es, eine exakte Ausbringung eines solchen Nährstoffes auf einer Freifläche durchzuführen, indem ein bestimmter Grenzwert des Nährstoffes permanent eingeregelt und folglich eingehalten wird. Dabei ist zu verstehen, dass übliche Regelungsweisen realisiert werden können, also beispielsweise eine exakte Einregelung auf einen gewünschten Sollwert, der pro Zeiteinheit durch den Rohrleitungsabschnitt gefördert wird, die Begrenzung der pro Zeiteinheit geförderten Menge auf einen Maximalwert, der allerdings unterschritten werden kann, das Einregeln des Mengenwertes innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, der durch einen Minimal- und einen Maximalwert definiert wird und dergleichen. Weiterhin ist zu verstehen, dass sonstige, auf den Austrag Einfluss nehmende Faktoren in die Regelung ebenfalls einfließen können, beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit, mit der die Austrittsöffnung, aus der die Abgabe der Flüssigkeit auf die Freifläche erfolgt, sich relativ zu der Freifläche bewegt, die Ausbringbreite und dergleichen.
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Die Fördervorrichtung kann vorzugsweise eine Drehkolbenpumpe sein, wodurch eine exakte, volumengesteuerte Regelung ermöglicht wird.
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Grundsätzlich ist zu verstehen, dass die gesamte Flüssigkeit, die ausgebracht wird, durch den Rohrleitungsabschnitt geführt werden kann, alternativ hierzu kann der Rohrleitungsabschnitt aber auch als Bypass zu einer Hauptförderleitung ausgeführt sein und als durchströmte Messleitung dienen, die ebenso in Echtzeit den Nährstoffgehalt in der ausgebrachten Gülle erfassen kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einlassöffnung mit einer Ansaugöffnung hydraulisch verbunden ist und die Ansaugöffnung innerhalb eines Vorratsbehälters angeordnet und vertikal darin beweglich ist, wobei eine Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, um i) eine erste Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche und hierauffolgend ii) eine zweite Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche durchzuführen, wobei zwischen der ersten und der zweiten Nährstoffgehaltserfassung die Ansaugöffnung innerhalb des Vorratsbehälters vertikal bewegt wird, vorzugsweise mittels eines von der Steuerungsvorrichtung angesteuerten Aktuators.
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Gemäß dieser Ausführungsform bzw. diesem Aspekt der Erfindung wird der Nährstoffgehalt einer Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter mittels der Messanordnung bestimmt, wobei der Entnahmeort, also die Ansaugöffnung innerhalb des Vorratsbehälters, vertikal verschieblich ist. Diese Anordnung adressiert insbesondere die Problematik, dass sich in einem Vorratsbehälter, der eine feststoffbeladene Flüssigkeit beinhaltet, in zeitlicher Abhängigkeit Absinkeffekte und Auftriebseffekte bemerkbar machen können und hierdurch die Flüssigkeit in unterschiedlich zusammengesetzten horizontal liegenden Schichten in dem Vorratsbehälter vorliegt, wobei diese Schichten vertikal voneinander beabstandet sind. In diesen Schichten können unterschiedliche Nährstoffgehalte vorliegen, sodass die Bestimmung des Nährstoffgehalts der Flüssigkeit in dem Behälter nicht ohne Weiteres durch eine Probenentnahme an einem einzigen Ort möglich ist und zudem das Ausbringen der Flüssigkeit mit einem gewünschten Nährstoffgehalt davon abhängt, in welcher Höhe die Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter angesaugt wird. Erfindungsgemäß bzw. gemäß der erfindungsgemäßen Fortbildung wird die Ansaugöffnung hierzu zwischen zumindest zwei unterschiedlichen Höhen vertikal bewegt, sodass der Nährstoffgehalt aus zwei unterschiedlichen Schichten in dem Vorratsbehälter bestimmt wird.
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Praktisch liegen in der Regel keine diskreten Schichten vor, sondern eine graduelle Veränderung in vertikaler Richtung. Vorzugsweise wird die Ansaugöffnung über mehrere Höhenlagen innerhalb des Behälters verstellt, sodass der Nährstoffgehalt aus entsprechend mehreren Schichten in dem Vorratsbehälter bestimmt wird, beispielsweise indem die Öffnung während einer kontinuierlichen Messung oder einer Sequenz von Messungen vertikal kontinuierlich verschoben wird. Auf diese Weise kann ein Querschnittsprofil des Nährstoffgehalts in dem Behälter über die darin befindlichen Schichten gemessen oder aus mehreren Einzelpunktmessungen ermittelt und dann ein Querschnittsprofil gemittelt bzw. extrapoliert werden. Die Höhenverstellung der Ansaugöffnung kann dabei manuell erfolgen, indem beispielsweise eine entsprechende Entnahmesonde von einem Benutzer im Behälter während des Messvorgangs verschoben wird. Bevorzugt wird die Höhe der Ansaugöffnung jedoch durch einen Aktuator verstellt, sodass eine koordinierte Verstellung der Entnahmehöhe mit der Messung möglich wird.
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Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, um eine kontinuierliche Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche oder eine Sequenz von aufeinanderfolgenden Nährstoffgehaltserfassungen mittels der Sensorfläche durchzuführen, wobei während der kontinuierlichen Nährstoffgehaltserfassung oder der Sequenz die Ansaugöffnung innerhalb des Vorratsbehälters vertikal bewegt wird, vorzugsweise mittels des von der Steuerungsvorrichtung angesteuerten Aktuators. Durch diese Fortbildung wird eine Erfassung des Nährstoffgehalts über alle Schichten bzw. eine zuverlässige Berechnung des Nährstoffgehalts aus mehreren Messungen in unterschiedlichen Schichten ermöglicht. Die Messanordnung kann dabei solcherart ausgebildet sein, dass der Nährstoffgehalt in zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr als zehn oder mehr als 20 unterschiedlichen Höhen innerhalb des Vorratsbehälters gemessen wird. Dabei ist zu verstehen, dass nach Verstellen der Ansaugöffnung auf eine bestimmte Höhe, in der die Messung erfolgen soll, die Flüssigkeit aus dieser Höhe zumindest so lange angesaugt werden muss, bis die Rohrleitung zwischen der Ansaugöffnung und der Sensorfläche mit Flüssigkeit aus dieser Höhe gefüllt ist, um eine korrekte Messung in der gewünschten Höhe zu erreichen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Messen eines Nährstoffgehalts in einer partikelbeladenen Flüssigkeit, mit den Schritten: Fördern der Flüssigkeit durch einen Rohrabschnitt, Anordnen einer Sensorvorrichtung mit einer Spektroskopieeinheit in dem Rohrabschnitt, Erfassen des Nährstoffgehalts mittels einer Sensorfläche der Spektroskopieeinheit, vorzugsweise einer Mittel- oder Nah-Infrarotspektroskopieeinheit, wobei die Sensorvorrichtung so in dem Rohrabschnitt angeordnet wird, dass die Sensorfläche stromabgewandt ausgerichtet ist.
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Das Verfahren kann fortgebildet werden, indem die Sensorfläche in einem Winkel von 10° bis 80° zur Durchströmungsrichtung des Rohrabschnitts geneigt ist.
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Das Verfahren kann weiter fortgebildet werden, indem die Sensorfläche mittels eines Fluidstrahls aus einer an der Sensorvorrichtung angeordneten Düse gereinigt wird. Der Fluidstrahl kann gasförmig sein, beispielsweise in Form von Druckluft, oder flüssig sein, oder eine Mischung hieraus sein.
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Das Verfahren kann noch weiter fortgebildet werden, indem die Flüssigkeit so den Rohrabschnitt durchströmt, dass die Strömung im Bereich der Sensorfläche einen Strömungswirbel ausbildet.
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Das Verfahren kann schließlich weiter fortgebildet werden, indem die Sensorvorrichtung ein Sensorsignal in Abhängigkeit des erfassten Nährstoffgehaltes erzeugt und das Sensorsignal an eine Steuerungseinheit übermittelt wird und dass die Förderrate einer Fördervorrichtung, welche die Flüssigkeit durch den Rohrabschnitt fördert, durch die Steuerungseinheit in Abhängigkeit des Sensorsignals geregelt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren fortgebildet werden, indem die Flüssigkeit von einer Ansaugöffnung in einem Vorratsbehälter zu der Sensorfläche gefördert wird und eine Nährstoffgehaltsschichtung innerhalb des Vorratsbehälters erfasst wird, indem
- i) eine erste Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche durchgeführt wird, hierauffolgend
- ii) die Ansaugöffnung innerhalb des Vorratsbehälters vertikal bewegt wird, vorzugsweise mittels eines angesteuerten Aktuators, hierauffolgend iii) eine zweite Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche durchgeführt wird.
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Noch weiter ist es bevorzugt, wenn das Verfahren fortgebildet wird durch eine kontinuierliche Nährstoffgehaltserfassung mittels der Sensorfläche oder eine Sequenzmessung mit mehreren in einer Sequenz aufeinanderfolgenden Nährstoffgehaltserfassungen mittels der Sensorfläche durchgeführt wird, wobei während der kontinuierlichen Nährstoffgehaltserfassung oder der Sequenzmessung die Ansaugöffnung innerhalb des Vorratsbehälters vertikal bewegt wird, vorzugsweise mittels des von der Steuerungsvorrichtung angesteuerten Aktuators.
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Gemäß diesen Ausführungsformen wird das Verfahren fortgebildet gemäß den zuvor erläuterten Fortbildungen der Messanordnung bzw. dem weiteren Aspekt der Erfindung der Messanordnung, indem geschichtete oder sich graduell ändernde Flüssigkeiten innerhalb eines Vorratsbehälters auf ihren Nährstoffgehalt in unterschiedlichen Schichten gemessen werden, um erfolgte Absetzungen und Auftriebseffekte in der Flüssigkeit, die über bestimmte Zeiträume auftreten, zu adressieren. Die Messung kann dabei solcherart erfolgen, dass während eines Ausbringvorgangs der Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter, beispielsweise eines Ausbringvorgangs auf einer Ackerfläche, die Messung durchgeführt wird und die unterschiedlichen Höhen mit der Ansaugöffnung angefahren werden, um hierdurch bestimmte Nährstoffgehalte einzustellen oder auszubringen und bestimmte Flächenkonzentrationen einhalten zu können. So kann durch die Fördergeschwindigkeit oder die Fahrgeschwindigkeit eine Flächenkonzentration auf der Ackerfläche konstant gehalten werden, auch wenn die Nährstoffkonzentration in der Flüssigkeit sich in den unterschiedlichen Schichten im Vorratsbehälter verändert.
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Die Messung in den unterschiedlichen Schichten kann jedoch als Sondierungsmessung vorab erfolgen, um danach einen Ausbringvorgang zu steuern. So ist beispielsweise bevorzugt vorgesehen, dass in einem ersten Schritt eine Kalibrierungsmessung des Nährstoffgehalts in einer Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter durchgeführt wird, indem auf zumindest zwei unterschiedlichen Anordnungshöhen der Ansaugöffnung eine Nährstoffgehaltserfassung durchgeführt wird, vorzugsweise eine kontinuierliche Nährstoffgehaltserfassung oder eine Sequenzmessung durchgeführt wird, in einem zweiten Schritt eine Höhe berechnet wird, in der ein vom Benutzer gewünschter Nährstoffgehalt in der Flüssigkeit vorliegt, und in einem dritten Schritt die Flüssigkeit mittels der Ansaugöffnung oder einer Pumpansaugöffnung aus dem Vorratsbehälter gefördert wird, wobei die Ansaugöffnung oder die Pumpansaugöffnung auf die berechnete Höhe eingestellt wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird in einem ersten Schritt durch zwei oder mehr Messungen in unterschiedlichen Höhen innerhalb eines Vorratsbehälters die Schichtung des Nährstoffgehalts in der Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter bestimmt. In einem darauffolgenden Schritt kann anhand dieser erfolgten Messung dann ein Ausbringvorgang der Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter durchgeführt werden, beispielsweise um die Flüssigkeit auf einer Ackerfläche auszubringen und hierbei bestimmte Nährstoffkonzentrationen pro Flächeneinheit einzuhalten. Zu diesem Zweck können bestimmte Ansaughöhen innerhalb des Vorratsbehälters für den Ausbringvorgang eingestellt werden oder es kann eine kontinuierliche oder periodische Verstellung der Ansaughöhe während des Ausbringvorgangs der Flüssigkeit angesteuert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt mit einer Messanordnung der zuvor beschriebenen Bauart ausgeführt werden. Grundsätzlich ist zu verstehen, dass die Eigenschaften, Merkmale, Varianten und Vorteile des Verfahrens in entsprechender Weise zu den hierzu korrespondierenden Ausgestaltungen der Messanordnung, wie zuvor beschrieben, ausgeführt sein können, und hierzu wird auf die voranstehende Erläuterung im Zusammenhang mit der Messanordnung und deren bevorzugte Ausführungsformen Bezug genommen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Anordnung einer Ausbringvorrichtung für Gülle gemäß der Erfindung,
- 2 einen Detailausschnitt aus 1, der die Anordnung des Sensors in einem Rohrleitungsabschnitt der dargestellten Ausbringungsanordnung im Detail zeigt, und
- 3 eine schematische Seitenansicht der Anordnung des Sensors in einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine perspektivische Ansicht schräg entgegen der Anströmrichtung der Ausführungsform des Sensors gemäß 3,
- 5 eine entlang eines Schnitts durch den Sensorleitungskanal längsgeschnittene Seitenansicht der Ausführungsform des Sensors gemäß 3,
- 6 eine entlang eines Schnitts durch die Fluidkanäle längsgeschnittene Seitenansicht der Ausführungsform des Sensors gemäß 3,
- 7a, b eine entlang eines Schnitts durch den Sensorleitungskanal längsgeschnittene Seitenansicht des Sensors in zwei alternativen Ausführungsformen.
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Bezug nehmend zunächst auf 1 umfasst eine Ausbringvorrichtung einen Tank 10, in dem die Gülle fahrbar gelagert ist, eine Verbindungsleitung 11 aus dem Tank zu einer Drehkolbenpumpe 20 und eine Ausbringleitung 30 mit einer Vielzahl von Ausbringöffnungen 31a - d. Es ist zu verstehen, dass die Anzahl der Ausbringöffnungen hier nur symbolisch dargestellt ist und in der tatsächlichen Praxis wesentlich mehr Ausbringöffnungen vorhanden sind.
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Innerhalb der Ausbringleitung ist eine Sensorvorrichtung 40 in einen Rohrleitungsabschnitt 35 eingesetzt. Diese Sensorvorrichtung 40 umfasst ein Mittel-Infrarotspektroskop, mit dem der Gehalt an Gesamtstickstoff (N), Ammoniumstickstoff (NH4), Phosphat (als P205) und Kalium (als K2O) in der Gülle, die durch die Ausbringleitung gefördert wird, erfasst werden kann. Die Sensorvorrichtung ist mit einer zentralen Steuerungseinheit 50 signaltechnisch gekoppelt, was durch eine direkte Signalleitung kabelgebunden oder durch eine kabellose Datenübertragung erfolgen kann. Diese zentrale Steuerungseinheit 50 steuert die Drehkolbenpumpe an und kann in Abhängigkeit des empfangenen Sensorsignals, welches den Phosphorgehalt signalisiert, die Förderleistung der Drehkolbenpumpe erhöhen oder verringern. Grundsätzlich ist die Steuerungseinheit auch mit Fahrdaten des Zugfahrzeugs des Tanks und der Ausbringeinrichtung gekoppelt und dazu ausgebildet, um bei Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit auch die Förderrate der Drehkolbenpumpe zu erhöhen und entsprechend bei Verringerung der Fahrgeschwindigkeit auch die Förderrate der Drehkolbenpumpe zu verringern. Dieser grundsätzlichen fahrgeschwindigkeitsabhängigen Regelung überlagert ist eine weitere Regelung der Drehkolbenpumpe, die in Abhängigkeit der Phosphorkonzentration in der Gülle die Fördergeschwindigkeit der Drehkolbenpumpe verändern kann. Bei einer Erhöhung des Phosphorgehalts wird die Förderrate der Drehkolbenpumpe verringert und bei einer Verringerung der Phosphorrate wird die Förderrate der Drehkolbenpumpe erhöht.
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2 zeigt eine Ausführungsform der Sensorvorrichtung 40 im Detail. In einem im Querschnitt kreisförmigen Rohrleitungsabschnitt 35, der sich von einer Einlassöffnung 35a zu einer Auslassöffnung 35b erstreckt, ist an einem Haltearm 41 ein Sensorgehäuse 42 angeordnet, das im Querschnitt etwa zylindrisch mit einer stromaufwärts ausgebildeten abgerundeten Frontseite 42a und einer abgeflachten, stromabwärts weisenden Hinterseite 42b ausgebildet ist. In das Sensorgehäuse ist eine Sensorfläche 45 des Mittel-Infrarotspektroskops (MIRS-Sensor) eingelassen, die hinter einem abgewinkelten Gehäuseabschnittsverlauf platziert ist. Die Sensorfläche ist in einem Winkel von ca. 30° zur Durchströmungsrichtung D des Rohrleitungsabschnitts geneigt und weist stromabwärts, also zur Auslassöffnung 35b des Rohrleitungsabschnitts.
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An dem Sensorgehäuse ist auf der stromaufwärts liegenden Seite der Sensorfläche ein erster und ein zweiter Vorsprung 46a,b an dem Sensorgehäuse ausgebildet. Diese Vorsprünge erstrecken sich in Form von Streben etwa über die Hälfte der Sensorfläche und tragen an ihrem Ende jeweils eine Reinigungsdüse 47a, b. Diese Reinigungsdüse ist mit einem in den Streben verlaufenden Reinigungskanal 48 verbunden, durch den ein Reinigungsfluid unter hohem Druck gefördert werden kann. Die Reinigungsdüsen sind solcherart ausgerichtet, dass dieses Reinigungsfluid aus den Düsen unter hohem Druck auf die Sensorfläche 45 abgegeben wird und hierdurch eine Reinigungswirkung der Sensorfläche erzielt wird.
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Die 3-6 zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Die Ausführungsform weist ebenso wie die vorangehend erläuterte Ausführungsform eine elektronische Auswertungseinheit und einen Speicher für Reinigungsflüssigkeit auf, die außerhalb des Rohrleitungsabschnitts angeordnet sind, durch den die zu messende, partikelbeladene Flüssigkeit strömt.
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Die elektronische Auswertungseinheit ist mittels einer elektrischen Steckverbindung mit einem externen, zentral oder dezentral angeordneten elektronischen Auswertungsgerät zur Signalübermittlung koppelbar. Die Auswertungsvorgänge zur Signalinterpretation der Sensorsignale kann folglich in der elektronischen Auswertungseinheit und/oder in dem externen elektronischen Auswertungsgerät erfolgen.
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Die Sensorvorrichtung weist eine Basisplatte 141 auf, welche an einem Innenwandungsabschnitt der Rohrleitung befestigt werden kann, durch welche die zu analysierende Flüssigkeit strömt. Ausgehend von der Basisplatte 141 erstreckt sich ein Auslegerarm 142 in die Rohrleitung hinein. Der Auslegerarm 142 erstreckt sich in einer schräg in Strömungsrichtung liegenden Richtung in einem Winkel von 30° zur Längsachse 100 der Rohrleitung bis etwa in die Mitte des Querschnitts der Rohrleitung. An dem gegenüber der Basisplatte 141 liegenden Ende des Auslegerarms ist ein Sensoraufnahmekopf 143 ausgebildet. Der Sensoraufnahmekopf 143 weist einen abnehmbaren Deckel 144 auf und beherbergt hinter dem abnehmbaren Deckel 144 ein Aufnahmefach für den MIRS-Sensor.
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Die elektronische Auswertungseinheit ist mit einer Signalleitung 152 mit dem MIRS-Sensor 145 verbunden. Hierzu erstreckt sich in dem Auslegerarm 142 ein Leitungskanal 151 zur Durchführung der Signalleitung von der Basisplatte 141 zu dem Aufnahmefach 145.
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Der Reinigungsflüssigkeitstank ist mittels einer ersten Fluidleitung 148a, die sich durch den Auslegerarm erstreckt, mit einer Düse 147a verbunden. Die Düse 147a ist hierbei in einem, über den Sensor hinausstehenden Steg des Auslegerarms 141 angeordnet. Eine zweite Fluidleitung 148b erstreckt sich parallel zu der ersten Fluidleitung 148a zu einer zweiten Düse 147b an einem anderen Steg. Die erste Fluidleitung 148a dient der Durchleitung einer Reinigungsflüssigkeit. Die zweite Fluidleitung dient der Durchleitung von Reinigungsdruckluft.
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Der MIRS-Sensor 145 ist am Ende des Auslegerarms 141, also etwa in der Mitte des Querschnitts des Rohrleitungsabschnitts in dem Aufnahmefach 145 angeordnet. Der Sensorarm 141 erstreckt sich in einem Winkel von etwa 30° zur Längsachse in einer schräg stromabwärts liegenden Richtung in den Rohrleitungsabschnitt hinein und ist an seinem innenliegenden Ende, das den MIRS-Sensor aufnimmt, um 30° abgewinkelt, sodass die Sensorfläche 145a bei dieser Ausführungsform senkrecht zur Längsachse des Rohrleitungsabschnitts steht bzw. die Flächennormale der Sensorfläche 145a parallel zu dieser Längsachse. Auch bei dieser Ausführungsform ist der MIRS-Sensor 145 in die Außenstirnfläche des Deckels eingelassen und die Sensorfläche 145a ist gegenüber der Außenstirnfläche des Deckels vertieft angeordnet. Dies und Vorsprünge in Form der vier Stege, die sich radial in Bezug auf die Ausrichtungsachse der Sensorfläche erstrecken, verhindern eine mechanische Beschädigung des Sensors durch mitgeförderte Feststoffe. An den radial innenliegenden Enden von zweien der vier Stege sind die Düsen 147a, b angeordnet.
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Die 7a und 7b zeigen in einer längsgeschnittenen Seitenansicht zwei alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Beide Ausführungsformen weisen übereinstimmend zu den voranstehend erläuterten Ausführungsformen eine elektronische Auswertungseinheit und einen Speicher für Reinigungsflüssigkeit auf, die außerhalb des Rohrleitungsabschnitts angeordnet sind, durch den die zu messende, partikelbeladene Flüssigkeit strömt. Die beiden Ausführungsformen gemäß 7a, b sind in Bezug auf die Gestaltung von MIRS-Sensor, den Reinigungs- und Luftdüsen, den Stegen und der Sensorflächenanordnung in Bezug auf den Deckel übereinstimmend zu der vorgenannten Ausführungsform nach den 3-6 ausgebildet.
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In der Ausführungsform gemäß 7a ist der Sensorarm 141 an seinem in dem Rohrleitungsabschnitt liegenden Ende, das den MIRS-Sensor aufnimmt, um 60° abgewinkelt, sodass der stirnseitig am Ende des Sensorarms eingelassene MIRS-Sensor 145 mit seiner Sensorfläche in einem Winkel von ca. 60° zur Längsachse des Rohrleitungsabschnitts steht. Anders ausgedrückt, steht die Flächennormale der Sensorfläche in einem Winkel von etwa 30° zu dieser Längsachse, welche der Durchströmungsrichtung D entspricht. Bei dieser Ausführungsform ist die Sensorfläche aber zu demjenigen Rohrleitungswandabschnitt ausgerichtet, von dem sich auch der Sensorarm heraus erstreckt.
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Bei der Ausführungsform gemäß 7b liegt die Sensorfläche ebenfalls in einem Winkel von ca. 60° zur Längsachse des Rohrleitungsabschnitts bzw. die Flächennormale in einem Winkel von ca. 30° zu dieser Längsachse. Bei dieser Ausführungsform ist das innenseitige Ende des Sensorarms jedoch gerade ausgeführt, sodass die Sensorfläche zu dem Rohrleitungswandabschnitt ausgerichtet, von dem sich der Sensorarm heraus erstreckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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