DE2521433A1

DE2521433A1 - Geraet zum messen des staubgehaltes eines gasstromes

Info

Publication number: DE2521433A1
Application number: DE19752521433
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Meric; Raymond Peltier
Original assignee: LIANTS HYDRAULIQUES RECH IND
Current assignee: LIANTS HYDRAULIQUES RECH IND
Priority date: 1974-05-20
Filing date: 1975-05-14
Publication date: 1975-12-04
Also published as: NL7505826A; BE829271A; GB1467529A; JPS5594552U; US4024407A; FR2272387A1; JPS50159777A; FR2272387B1; CH588074A5; IT1038292B

Description

PATENTAinVÜLTE
DIPL.-ING. C. STOEPEL · DIPL.-ING. W. GOLLWITZER · DIPL.-ING. F. W. MOLL

674= LANDAU/PFALZ · AM SCHÜTZENHOP 2521433

. 00341/3000,6083 · TEIEX 453383

12. Mai 1975 S

CENTRE D ETUDES ET DE RECHERCHES DE L INDUSTRIE DES LIANTS HYDRAULIQUES , Paris

"Gerät zum Messen des Staubgehaltes eines Gasstromes"

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen des Staubgehaltes in einem Gasstrom, z.B. den Staubgehalt eines durch einen Kamin fließenden Luftstromes.

Es sind bereits Geräte zum Messen des Staubgehaltes eines Gasstromes bekannt, die mit einer eine elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichbares Licht, aussendenden Strahlungsquelle und einem lichtempfindlichen Empfänger ausgestattet sind. Bei diesen bekannten Vorrichtungen wird die Strahlung als Strahlenbündel ausgesendet, das quer zur Richtung der Durchschnittsgeschwindigkeit des Gasstromes verläuft.

Bei einer ersten Bauart dieser bekannten Geräte stehen Empfänger und Strahlungsquelle auf verschiedenen Seiten des Gasstromes ein-

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ander gegenüber (Trübungsmessung durch Absorptionsbestimmung). Dieses Meßsystem hat unter anderem den Nachteil, daß das Meßsignal in dem interessierenden Staubgehaltsbereich nur schwach ist.

Bei einer anderen Bauart sind Empfänger und Strahlungsquelle auf der gleichen Seite des Gasstroms, aber in gewissem Abstand voneinander angeordnet (Messung der von dem Staub durch Streuung seitwärts abgelenkten Strahlung). Dabei zeigt sich, daß das Meßsignal mit dem Staubgehalt zunimmt, bis es einen Höchstwert (Sättigungswert) bei einem bestimmten Betrag des Staubgehaltes erreicht. Wenn der Staubgehalt über diesen Wert hinaus ansteigt, nimmt das Meßsignal nicht mehr zu sondern wird im Gegenteil kleiner und wird schließlich sehr klein, wenn der Staubgehalt sehr hoch ist. -

Diese Ausführungsformen von bekannten Meßgeräten zeigen unter anderem den gemeinsamen Nachteil, daß von ihnen, unabhängig vom Staubgehalt, nur ein kleines Volumen des Gasstromes erfaßt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese Nachteile zu beseitigen und insbesondere ein Gerät zu entwickeln, das ein Meßsignal liefert, das praktisch kontinuierlich mit dem Staubgehalt anwächst.

Gemäß der Erfindung ist ein Gerät zum Messen des Staubgehaltes eines Gasstromes, insbesondere in einem Kamini mit einer Strahlungsquelle, die ein Bündel elektromagnetischer Strahlung aussendet

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und einem auf der gleichen Seite relativ zum. Gasstrom wie diese Strahlungsquelle angeordneten lichtempfindlichen Empfänger dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger sich in unmittelbarer Nähe der Strahlungsquelle befindet und zum Messen der von dem Staub zurückgestreuten Strahlung eingerichtet ist.

Wenn der Staubgehalt sehr niedrig ist, wird bei der Messung ein sehr großes Volumen erfaßt. Wenn der Staubgehalt sehr hoch ist, nimmt dieses Volumen ab, aber das Meßsignal wächst wegen der Zunahme der Raumfüllung durch die streuenden Teilchen weiter an.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Gerät eine Einrichtung auf, mit der ein Strom von praktisch staubfreier Luft Strahlungsquelle und Empfänger einbettet. Auf diese Weise entsteht vor dem Gerät ein Staubvorhang, in den hinein das Strahlenbündel, je nach dem Staubgehalt des Gases, mehr oder weniger tief eindringt. Außerdem sorgt diese saubere und frische Luft für die Kühlung des Gerätes.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Strahlenbündel moduliert, und der Empfänger enthält einen synchron arbeitenden Detektor. Das Gerät kann außerdem mit einem Interferenzfilter vor der Strahlungsquelle und dem Empfänger ausgestattet sein, um störende Einflüsse von Wärme- und Umgebungsstrahlung auszuschalten.

Als Strahlungsquelle wird vorzugsweise ein Laser verwendet und der Empfänger ist vorzugsweise koaxial zu der Strahlungsquelle angeordnet.

Weitere Merkmale der Erfindung und der durch dieselbe erzielten

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Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand
in den Zeichnungen dargestellter mehrerer Ausführungsfornaen der
Erfindung, die als Beispiele aufzufassen sind.

Fig. 1 ist eine Ansicht eines Kamins, der mit einem Gerät nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung
ausgerüstet ist, wobei unwichtige Teile weggelassen sind,

Fig. 2 stellt einen Schnitt durch das Gerät nach Fig. 1 dar,

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den Empfänger in dem Gerät nach Fig. 2,

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den Modulator in dem Gerät nach Fig. 2,

Fig. 5 ist eine Ansicht eines Kamins, der mit einem Gerät nach einer zweiten Ausführungs form der Erfindung ausgerüstet ist, wobei unwichtige Teile weggelassen sind,

Fig. 6 ist eine vergrösserte Ansicht des Gerätes nach
Fig. 5,

Fig. 7 ist eine Draufsicht, die die Verlagerung des Gerätes zur Abtastung des Gasstromes erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Gerätes 1 zum Messen

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des Staubgehaltes von Gasen, die durch einen Kamin 2, beispielsweise den Kamin einer Zementfabrik, strömen.

Das Gerät 1 enthält eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, im vorliegenden Falle einen Laser 3 (Fig. 2), der ein Bündel 4 monochromatischer elektromagnetischer Strahlung genau in Achsrichtung des Kamins, d.h. parallel zur Durchschnittsgeschwindigkeit der Gasströmung im Kamin 2, in den unteren Teil des Kamins aussendet.

In der Bahn des Strahlenbündels 4 ist ein Modulator 5 angeordnet. Dieser Modulator kann beispielsweise als Zahnscheibe (Fig. 4) ausgebildet sein, die von einem Motor 6 derart in Drehung versetzt wird, daß ihre Zähne 7 das Strahlenbündel 4 periodisch unterbrechen.

In Strahlenfortpflanzungsrichtung hinter dem Modulator 5 ist ein lichtempfindlicher Empfänger 8 angeordnet, der beispielsweise aus einer photoelektrischen Zelle oder einem Photovervielfacher von Ringform besteht (Fig. 3) und koaxial zum Laser 3 angeordnet ist, so daß er das Strahlenbündel 4 hindurchtreten läßt. Der Empfänger kann auch außerhalb der Bahn des Strahlenbündels 4, jedoch in unmittelbarer Nachbarschaft der Bahn angeordnet sein, in diesem Fall braucht er natürlich keine Ringform zu haben. Der Ausgang des Empfängers 8 ist mit einem nicht dargestellten, synchron mit dem Modulator 5 arbeitenden Detektor verbunden.

Dem Empfänger 8 ist ein Interferenzfilter 9 zugeordnet, das ringförmig ist, sofern auch der Empfänger Ringform hat.

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Das Gesamtgerät ist in einem Gehäuse 10 angeordnet, das in seiner unteren Stirnseite eine Öffnung 11 für den Durchtritt des Strahlenbündels 4 aufweist sowie einen Rohrstutzen 12, der mit einer Rohrleitung 13 verbunden ist, durch die praktisch staubfreie Frischluft eingeführt wird.

Im Betrieb durchsetzt diese Frischluft das Innere des Gehäuses in Richtung der Pfeile f, kühlt dabei das Gerät und wird, wie durch die Pfeile g angedeutet,, durch die Öffnung 11 entlassen.

Die Frischluft trifft dann auf die in dem Kamin in entgegengesetzter Richtung geführten Gase und'ruft die Bildung eines Staubvorhangs vor dem Gerät hervor. Dieser Staub kann nicht in das Gehäuse 10 eindringen.

Wenn der Staubgehalt der Gase in dem Kamin niedrig ist, dringt das Strahlenbündel 4 in das Gas-.- eine Strecke weit ein, die ein Mehrfaches von zehn Metern erreichen kann. Der Empfänger 8 mißt den vom Staub in diesem ganzen Volumen zurückgestreuten Lichtstrom. Das Interferenzfilter 9 schaltet den Einfluß von Strahlung aus, deren Frequenz von derjenigen des Strahlenbündels 4 abweicht, insbesondere den Einfluß von Wärmestrahlung und von Umgebungslicht, die in das Kamininnere gelangen. Die Ausschaltung von Störstrahlung wird durch den Synchrondetektor vervollständigt, der am Ausgang des Empfängers 8 liegt.

Wenn der Staubgehalt des im Kamin fließenden Gasstromes hoch ist, beträgt die Eindringtiefe des Strahlenbündels nur einige Zentimeter. Aber es hat in diesem Falle keinen Sinn· mehr, die von dem Staub in einem großen^Volumen erzeugten Einzelsignale über

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die Tiefe zu integrieren. Unter diesen Umständen wird das Strahlenbündel 4 von dem Staubvorhang praktisch reflektiert und liefert ein starkes Meßsignal. Somit nimmt das Meßsignal konstant mit dem Staubgehalt zu, und die das Signal in Abhängigkeit vom Staubgehalt wiedergebende Kurve steigt monoton an.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entsprechend den Figuren 5 bis 7 ist das Gerät 1 so angeordnet, daß das Strahlenbündel 4 um einen Winkel a gegenüber der Richtung der durchschnittlichen Geschwindigkeit 20 des Gasstromes in dem Kamin 2 geneigt ist. Außerdem ist das Gerät seitlich gegenüber diesem Gasstrom angeordnet.

Der Winkel a wird vorzugsweise um etwa 30 gewählt.

Im übrigen ist der Aufbau des Gerätes 1 mit dem obenbeschriebenen Aufbau vergleichbar.

Diese zweite Aus führung s form besitzt gegenüber der ersten Ausführungsform den Vorteil, daß das Gerät besser gegen Staub geschützt ist und den Gasstrom im Kamin nicht behindert.

Außer den schon erwähnten Vorteilen bietet das Gerät in beiden Ausführungsformen die Möglichkeit, eine Feinuntersuchung über den Querschnitt des Gasstroms vorzunehmen.

Dazu brauchen nur an sich bekannte Einrichtungen verwendet zu werden, die das Gerät um eine Achse zu drehen erlauben, beispielsweise um eine zu seiner eigenen Achse senkrechte Achse;

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dann tastet das Strahlenbündel 4 den größten Teil des Querschnitts des Gasstromes ab, wie das im Grundriß in Fig. 7 erkennbar ist, wonach das Gerät aus der Lage 1 in die Lage la und das Strahlenbündel aus der Lage 4 in die Lage 4a übergeht.

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Claims

Patentansprüche:

l.j/Gerät zum Messen des Staubga halte s eines Gasstromes, insbesondere in einem Kamin, mit einer Strahlungsquelle, die ein Bündel elektromagnetischer Strahlung aussendet, und einem in der Nähe der Lichtquelle auf der gleichen Seite relativ zum Gasstrom wie diese Strahlungsquelle angeordneten lichtempfindlichen Empfänger und mit einer Einrichtung, die einen Spülfrischluft strom an Strahlungsquelle und Empfänger vorbeileitet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die dem Spülluftstrom eine Geschwindigkeitskomponente verleiht, die der mittleren Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes zur Herbeiführung einer Staubanhäufung vor dem Gerät entgegen gerichtet ist.
2.) Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenbündel mit der Richtung der mittleren Geschwindigkeit des Gasstromes einen Winkel von etwa 30' einschließt.
3.) Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Modulieren des Strahlenbündels vorgesehen ist und der Empfänger einen synchron arbeitenden Detektor aufweist.
4.) Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Interferenzfilter vor der Strahlungsquelle und dem Empfänger angeordnet ist.
5.) Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß ein Laser als Strahlungsquelle vorgesehen ist.
6.) Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger Ringform besitzt und koaxial zu der Strahlungsquelle angeordnet ist.
7.) Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Schwenken des Strahlenbündels und damit einer Abtastung des Querschnitts des Gasstromes vorgesehen ist.

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