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Vorrichtung zur Konstantbaltung eines Meßgut-Teilstromes.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konstanthaltung eines
sekundären Probenteilstromes trot3 Änderung des primären Probenstromes mittels ausgewählter
besonders geschalteter Strömungswiderstände.
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Es ist bekannt, daß physikalische Analysenmeßfühler empfindlich gegen
Mengenstromschwankungen des kontinuierlich am Analysenmeßfühler vorbeiströmenden
Meßgutes sind. Mengenstromschwankungen werden dabei unterschiedlich als Meßfehler
mit ausgewiesenJ Pür genaue $Messungen ist man gezwungen, den Mengenstrom am Analysenmeßfühler
konstant zu halten. Zur Anpassung des Zeitverhaltens von Analysenmeßanlagen ist
es üblich, den Meßgutstrom in der Probenleitung größer zu halten und einen Konstanten
Teilstrom vor dem Analysenmeßfühler abzuzweigen. Der Analysenmeßfühler liegt somit
in einem Nebenschluß zur Probenleitung. Als erschwerend für Analysenmeßanlagen ist
es anzusehen, daß sich der Strömungswiderstand in der Probenleitung verändert. Einmal
verschmutzen Filterporen im Laufe der Betriebszeit und zum anderen verändert sich
der Widerstand am Reglersystem eingebauter Barostatisierungen bei barometrischen
Druckschwankungen. Durch diese äußeren Einflüsse ändert; sich der einsest-ellte
Mengenstrom der Förderpumpe.
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Es wurde nun schon vorgeschlagen, den Differenzdruck am Nebenschluß
zum Analysenmeßfühler mit sogenannten Differanzdruck Perlflaschen, d. h., mit unterschiedlich
langen Tauchrohren in Perlflaschen, die mit Wasser gefüllt sind, konstant zu halten.
Dieses Verfahren weist einige entscheidende Nachteile aui.
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Der Wartungsaufwand ist wegen der starken Verdunstung des Wassers
hoch. Das in der Perlflasche befeuchtete Meßgas stört besonders bei aggressiven
Gasen in den hachgeschalteten barostatischen Regler und führt eu Korrosionsschäden.
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Bei Verstopfungen im Leitungssystem ist es schon aufgetreten, daß
Wasser in den Analysenmeßfühler zuruckgedrückt wurde. Dabei besteht die Gefahr einer
Zerstörung des empfindlichen Analysenmeßfühlers.
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Um diese Nachteile auszuschalten, wurde auch schon vorgeschlagen,
den Meßgut-Mengenstrom über trockene Regler nach einem Membran-Federsystem zu regulieren.
Derartige Regler erfordern jedoch einon erheblichen Arbeitsdruck für das strömende
Meßgas. Die allgemein üblichen Förderpumpen reichen nicht aus, um diesen höheren
Arbeitsdruck zu liefern. Nachteilig ist weiter, daß die mechanischon Bauelemente
des Reglers bei aggressiven Medien verändert und teilweise zerstört werden. Das
Düse-Pra1lplattensystem im Regler ist außerdem sehr anfällig genen teerartige Bestandteile
im Meßgut.
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Der Efindung liegt die Aufgabe zugrunde, in Analysenmeßanlagen eine
den Mengenstrom regulierande Vorrichtung zu schaffen, die einfach und betriebssicher
arbeitet, keine mechanisch arbeitenden Teile und keine Flüssigkeiten im Regulierungssystem
aufweist, keine Wartung erfordert und für gasförmige, flüssige giftige und aggressive
Meßgutproben einsetzbar ist.
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Die Vorrichtuag muß sich einfach au verschiedene Betriebsbedingungen
anpassen lassen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht in der Erzeugung von Druckabfällen
in einem brückenartig geschaltetem Netz von wechselseitig angeordneten, einmal vorwiegend
turbulent und zum anderen vorwiegend laminar arbeitenden Strömungswiderständen,
wobei die Mengenstrom-Druckkennlinie der verschiedenartigen Widerstände so abgestimmt
sind, daß ihr Druckunterschied mindestens für den praktisch auftret;enden Mengenstrombereich
Konstant bleibt und im Brükken-Diagonalzweig, in den der Analysenmeßfühler echalt;et
ist, ein vorbestimmter konstanter Meßgut-Teilstrom fließt.
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Die Widerstände sind dabei leicht lösbar von @eßfühler angeordnet.
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Die laminaren Strömungswiderstände bestehen vorzugsweise aus Kapilaren,
demgegenüber die turbulent wirkenden Widerstände aus einfachen Blenden. Der Aufbau
der Vorrichtung wurde so gewählt, daß die zwei turbulent tind zwei laminar wirkenden
Strömungswiderstände in einer Brückenschaltung diagonal gegenüberstehen und alle
Bauelemente, welche vorzugsweise aus Glas oder Plast gefertigt sind, durch Kanäle
zu einem nach außen durchgehenden Leitunganetz verbunden sind.
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Zum Analysenmeßfühler können wahlweise im Haupt- oder Nebenschluß
einstellbare Strömungswiderstände geschlatet sein.
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Im primären Strömungszweig vor oder hinter der Vorrichtung ist ein
an sich bekannter Schwebekörper Mengenanzeiger angeordnet der mindestens mit Grenzmarken
für die minimal und maximal zulässige Probenmenge ausgestattet ist.
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Im Diagonalzweig der Vorrichtung können auch zwei oder mehr Analysenmeßfühler
hintereinander geschaltet sein, wobei vor einzelnen Analysenmeßfühlern spezielle
Reaktionsstrecken angeordnet sein können, z. B. in Form eines Verbrennungsofens
oder einer Patrone mit Reaktionsmittel.
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An folgenden Ausführuuesbeispiele soll die Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert werden.
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Es zeigt: Figur 1: die schematiscne Darstellung der Vorrichtung in
einem Schaltplan, Figur 2: ein Kurvenbild der Differenzdrücke in Abhängigkeit vom
primären Mengenstrom, Figur 3: den Mengenstrom im Diagonalzweig in Abhängigkeit
vom primären Mengenstrom.
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Die Vorrichtung nach Figur 1 besteht aus den vorwiegend laminar wirksamen
Widerständen 1;2, den vorwiegend turbulent wirksamen Widerständen 3;4, dem physikalischen
Analysenmeßfühler 5, dem in die Querleitung zwischen Abzweigung 6;7 geschaltetem
Strömungswiderstand 8, der Zuleitung9und der Ableitung 10 für den primären Meßgutstrom.
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Figur 2 zeigt in Kurve 11 den Druckabfall in Abhängigkeit von der
durchfließenden Luftmenge für einen vorwiegend laminar wirksamen Widerstand entsp@echend
1 Oder 2 nach Figur 1.
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Kurve 12 zeigt den Druckabfall in Abhängigkeit von der durchfließenden
Luftmenge für einen vorwiegend turbulent wirksamen Widerstand entsprechend 3 oder
4 nach Figur 1.
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Aus den dargestellten kurven ist ersichtlich, daß für einen durch
die genaue Dimensionierung der einzelnen Widerstände vorgegebenen Bereich die Differenz
der druckabfälle konstant bleibt.
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Es sind in der Vorrichtung die vorwiegend turbulent wirksamen Widerstände
in dem vorgesehenen Mengenstrombereich so dimensioniert, daß sie einen kleineren
Druckabfall aufweisen.
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In dem Netzwerk ist der bei der Strömung anffallende Druck an der
Abzweigung 7 höher als an der Abzweigung 6. Aus Figur 2 ging hervor, daß dieser
Differenzdruc' bei günstiger Dimensionierung unabhängig von der durchströmenden
Menge durch die Leitungen 9; 10 über einen großen Bereich konstant bleibt.
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In der vorgeschlagenen Brücke strömt über den Widerstand 3 die Abzweigung
7 den Analysenmeßfühler 5 den Widerstand 8 die Abzweigung 6 wd dem Widerstand 4
eine von der primären Menge unabhängige sekundäre Teilmenge, die praktisch konstant
bleibt.
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Figur 3 zeigt eine praktisch aufgenommene Mengenstromkennlinie der
sekundären Teilmenge Q2 in Abhängigkeit von der primären Gesamtmenge Q1.
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Die iiurve 13 zeigt die Mes@ung mit nuft.
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Die kurve 14 zeigt die Messung mit einem Raucdhgas mit 15 % CO2, 6
2 (S2 und dem Rest N2.
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Die Kurve 15 zeigt die Messung mit reinem CO2.
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Der Strömungswiderstand 8 ist veränderlich ausgebildet und dient zum
Zeinen Anpassung des Mengenstromes in Abhängigkeit von Ände-
Um
die Dimensionierung der Vorrichtung deutlich zu machen, sind einige Maße praktisch
realisierter Vorrichtungen angegeben.
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So wurden beispielsweise für die Strömungswiderstände 1;2 Kapillarrohre
mit Innendurchmesser 1,2 mm tind 180 mm Lange gewählt, Für die Strömungswiderstände
3;4 wurden dünne Blenden mit ca. 0,9 mm Öffnungsdurchmesser gewählt.
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Mit gleichem Erfolg wurden auch wesentlich kürzere Kapillaren für
die Strömungswiderstände 1;2 mit entsprechend kleineren Innendurchmessern eingesetzt.
Dabei ergaben sich im unteren Bereich der Primärmengeneinstellung größere Abweichungen
der Sekundärmenge. Das ist auf den weniger linearen Verlauf der Druckabfall-Mengenkennlinie
dieser Widerstände zurückzuführen. Auf der anderen Seite ergeben sich mit diesen
kürzeren Kapillaren günstigere Übereinstimmungen im Bereich großer Primärmengen.
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Die Dimensionierun'; derartiger Brücken richtet sich also stark nach
dem jeweiligen Zweck der Vorrichtung. Mit der vorgeschlagenden Vorrichtung ist eine
einfache wartungsfreie betriebsichere Lösung geboten, um die gestellte Aufgabe auf
überraschend eleganter und ein facher Art zu lösen.