DE2626699C3 - Einrichtung zum Regeln der Temperatur der Meßsonde eines Taupunktmessers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Temperatur der Meßsonde eines Taupunktmessers, bestehend aus einem durch den Kondensalfilm auf der Sonde schließbaren elektrischen Stromkreis, einem Regler zur Abgabe eines von dem durch den Stromkreis fließenden Meßstrom abhängigen Stclisignals und einem Stellglied für einen auf die Meßsonde einwirkenden Kühlmittelstrom.

Eine bekannte Einrichtung dieser Art (DE-OS 23 53 818) arbeitet mit Zweipunkt- oder P-Regelung. Die Regelabweichung ist hierbei verhältnismäßig groß, so daß dementsprechend auch der beispielsweise vermittels eines Thermoelementes registrierte Temperaturverlauf der Meßsonde verhältnismäßig großen Schwankungen unterworfen ist und aus diesem Temperaturverlauf die tatsächliche Taupunkttemperatur nur sehr ungenau angegeben werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiterzuentwickeln, daß der Taupunktmesser eine wesentlich genauere Taupunktbestimmung zuläßt, ohne jedoch den konstruktiven Aufwand allzusehr zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß der Regler zumindest innerhalb vorgegebener Meßstromwerte eine Differential-(D)-Charakteristik und das Stellglied eine Integral-(I)-Charakteristik aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird also der Kühlmittelstrom kontinuierlich entsprechend der Größe und des Vorzeichens des Stromdifferentials geregelt, wobei das Vorzeichen Auskunft darüber gibt, ob die Sondentemperatur über oder unter dem Taupunkt liegt, so daß der Nachteil eines instabilen Verhaltens eines reinen D-Reglers nicht auftritt. Die erfindungsgemäße Regelung beinhaltet eine wesentlich geringere Regelabweichung und zwar mit der Folge, daß auch die Meßsondentemperatur nur ganz geringen Schwankungen unterworfen ist und eine nahezu fehlerfreie Taupunkttemperaturangabe gewährleistet ist

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Regler außerhalb vorgegebener Meßstromwerte eine PD-Charakteristik auf. Auf diese Weise kann bei verschwindendem Kondensatfilm und

ίο damit verschwindendem Stromdifferential eine Rückführung der Sondentemperatur in den Bereich der Taupunkttemperatur bewerkstelligt werden. Das Stellglied besteht vorzugsweise aus einem Motor mit umschaltbarer Drehrichtung und aus einer davon

π betätigten verstellbaren Drossel für den Kühlmittelstrom. Vorteilhafterweise hat der Motor dann eine veränderliche Drehzahl oder ist der Motor ein Synchronmotor, der durch eine Impulsserie mit veränderlichem Ein-/Aus-Verhältnis vom Regler betä-

2« tigt ist.

Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführuiigsbcispicles anhand der Zeichnungen; es zeigt

.'■'· F i g. 1 einen Taupunktmesser in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Meßelement im Ende des Sondenrohres aus F i g. 1,
F i g. 3 einen Teilschniit durch die Anschlußteile für

to den Meßfühlerund

Fig.4 die Verbindung des Meßfühlers oder der Sonde mit einem Tragrohr im Teilschnitt.

Der in den Figuren dargestellte Taupunktmesser besitzt ein Sondenrohr 1, welches in den Strom des zu

Ji überwachenden Gases, beispielsweise in einen Rauchgasstrom, eingesetzt wird und an eine Kühlluftquelle angeschlossen ist. Die Kühllufiquelle wird von einer motorbetriebenen Stelleinrichtung 2 eingestellt, die an eine elek'ronische Regeleinrichtung 3 angeschlossen ist.

Das Sondenrohr 1 ist, wie insbesondere Fi g. 2 und 3 zeigen, mit einem Meßelement 4 ausgestattet, welches durch ein Hütchen 5 aus Borsilikatglas gebildet wird, das am rückwärtigen Ende einen Ringbund 6 besitzt, der zwischen dem Absatz eines Anschlußblockes 7 aus

<r> rostfreiem Stahl auf dem Sondenrohr 1 und einem Innenbund einer Spannhülse 8 liegt, wobei Asbesldichtungen 9 zwischen dem Ringbund 6, dem Anschlußblock 7 und der Spannhülse 8 angeordnet sind. Das äußere Ende bzw. die Stirnfläche des Hütchens 5 wird durch

V) eine Scheibe 10 aus Sinlerglas gebildet, in welche ein Platin/Rhodium-Thermoelement sowie eine Platin-Ringelektrode eingeschmolzen sind, wobei der Platinzweig des Thermoelementes und die Platin-Ringelektrode die beiden Elektroden bilden, an welche ein stabilisiertes Wechselstrompotential angelegt wird. Vom Meßelement 4 führen drei Leitungen It zu Anschlüssen 12 am Anschlußblock 7, wobei diese Leitungen 11 durch keramisches Material isoliert sind und mit Silberlot an Klemmen 12 angelötet sind.

w> Das Sondenrohr 1 aus rostfreiem Stahl weist außerdem ein Innenrohr 13 für die Zufuhr von Kühlluft zum Hütchen 5 auf, so daß die Scheibe 10 innenseitig gekühlt werden kann. Dem Hütchen 5 zugeführte Kühlluft strömt durch öffnungen im Anschlußblock 7 in

*'· das Sondenrohr 1 und durch Öffnungen 14 in demselben ins Freie (Fig.3). Wie ebenfalls Fig. 3 besonders deutlich zeigt, ragt das Innenrohr 13 mit einem Einlaßende 15 seitlich aus dem Sondenrohr 1 in ein

Luftzufuhrrohr 16 hinein, welches am äußersten Ende eine Schnellkupplung 16a mit selbstdichtendem Ventil trägt.

Vom Anschlußblock 7 führen dann Leitungen 17 zu 'Klemmen oder Steckkontakten in einer Anschlußplatte 18 am anderen Ende des Sondenrohres 1, von welchem aus entsprechende Leitungen zu einem Stecker bzw. einer Steckbuchse 19 führen, durch welche das Sondenrohr bzw. die Sonde an die elektronische Regeleinrichtung 3 angeschlossen werden kann. Auf der Anschlußplatte 18 ist ein nicht dargestellter Thermistor als Vergleichsstelle des Thermoelementes vorgesehen.

Fig.4 zeigt eine Anordnung zur Befestigung der Sonde in der gewünschten Betriebslage. Zu diesem Zweck ist ein Tragrohr 20 vorgesehen, welches am rückwärtigen Ende einen Verschlußstöpsel 21 mit einer Durchgangsbohrung für das Sondenrohr 1 besitzt, wobei eine Überwurfmutter diesen Verschlußstöpsel 21 sowie einen Tragflansch 22 mit entsprechenden Befestigungslöchern 23 festhält, durch welche entsprechende Befestigungsschrauben für die gesamte Einrichtung hindufchgeführt werden können. Wie insbesondere Fig.2 zeigt, ist die Spannhülse 8 fest in das vordere Ende des Tragrohres 20 eingesetzt. Das Flanschteil 24 des Tragflansches 22 weist einen Luftkanal 25 auf, an welchen eine Preßluftleitung angeschlossen wird, und von welchem aus ein Rohr 26 zum vorderen Ende des Tragrohres führt und mit seinem eigenen vorderen Ende 27 zur Außenseite des Hütchens 5 bzw. dessen Scheibe 10 hinweist.

Wie Fig. 1 zeigt, ist die Luftzufuhrleitung 16 an eine verstellbare Drossel 28 innerhalb der Stelleinrichtung 2 angeschlossen. Diese Drossel 28 wird von einem Motor 29 betätigt. Außerdem weist die Stelleinrichtung 2 ein die Luftzufuhr zum Rohr 26 steuerndes Solenoidventil 23 auf. Die elektronische Regeleinrichtung 3 besitzt ein Reglerteil 31 für den Motor 29, welches durch einen Strommesser 32 betätigt wird, der an das Meßelenient 4 der Sonde angeschlossen ist. Das Thermoelement in der Scheibe 10 ist an einen Verstärker 33 in der Regeleinrichtung 3 angeschlossen, welcher seinerseits mit einer Linearisierungsschaltung 34 verbunden ist, die eine Einrichtung speist, welche eine Lesestation für die Temperatur bildet. Die elektronische Regeleinrichtung 3 weist außerdem noch einen Zeit- und Taktgeber 36 auf, welche mit dem Solenoidventil 23 verbunden sind.

Wenn nun das Sondenrohr 1 mittels des Tragrohres 20 beispielsweise in die Wandung eines nicht dargestellten Rauchgaszuges derart eingesetzt ist, daß das Meßelement 4 im Strom des Rauchgases liegt, so wird über die Drossel 28 dem Hütchen 5 Preßluft zugeführt. Eine Abkühlung des Hütchens 5 ergibt eine Kondensatbildung an der Außenseite des Hütchens 5 bzw. der Scheibe 10, so daß ein elektrischer Stromkreis durch Überbrückung des Platinzweiges des Thermoelementes und des Platinringes in der Scheibe 10 geschlossen wird. In diesem Stromkreis fließt ein Strom mit einer durch die Menge des Kondensates auf dem Hütchen 5 bestimmten Stärke. Der Strommesser 32 hat zwei zusätzliche Funktionen. ZunrcHst besitzt er eine elektronische Anordnung zui Bestimmung des Differentials des gemessenen Stromes und zweitens besitzt er eine Anordnung, die feststellt, ob der gemessene Strom über oder unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes liegt. Während der Strom durch den Stromkreis fließt kann das Stromdiffenrential positiv. Null oder negativ sein. Ein positives Differential zeigt an, daß die Temperatur des Hütchens 5 unter dem Taupunkt liegt während ein negatives Differentia] zeigt daß die Hütchentemperatur über dem Taupunkt liegt In beiden Fällen wird ein Signal dem Reglerteil 31 eingespeist welches seinerseits die Drehrichtung des Motors 29 und dessen Drehzahl entsprechend dem Vorzeichen und der Größe des Differentials steuert Ein Differential Null

ίο zeigt unter normalen Umständen an, daß die Temperatur des Hütchens 5 der Taupunkttemperatur entspricht so daß dem Reglerteil 31 ein Signal eingespeist wird, um den Motor anzutreiben und damit die Einstellung des Reglerteiles 28 in dem Zustand aufrechtzuerhalten, welcher das Differential Null des Stromes verursacht hat Unter anomalen Umständen könnte das Hütchen 5 jedoch sehr schnell eine Temperatur erreichen, bei welcher das gesamte Kondensat sofort verdampft. Dadurch ergäbe sich eine Null-Ablesung für den Strom, und die elektronische Einrichtung innerhalb des Strommessers 32 würde ein Differential Null hervorbringen. Dies könnte dazu führen, daß der Motor 29 und die Einstellung der Drossel 28 in dem Zustand gehalten werden, bei welchem das Hütchen 5 auf einer Temperatur gehalten wird, bei welcher sich kein Kondensat bilden kann. Dadurch jedoch, daß im Strommesser 32 Anordnungen vorgesehen sind, durch welche feststellbar ist, daß der Strom sich über oder unterhalb eines gegebenen Schwellenwertes befindet,

jo würde eine Null-Ablesung für den Stromwert ein Signal ergeben, welches dem Reglerteil 31 eingespeist würde, so daß der Motor 29 eingeschaltet und damit die Drossel 28 derart verstellt wird, daß der Kühlluftstrom zum Hütchen 5 verstärkt wird, dieses sich abkühlt und

Γι infolgedessen erneut Kondensat auf ihm niederschlagen kann. Sobald sich wieder Kondensat gebildet hat, tritt die Differentialcharakteristik wieder in Funktion.

Infolge der beschriebenen Einstellung des Motors 29 durch den Strom in dem über das Kondensat auf dem

•tu Hütchen 5 gehenden Stromkreis, ergibt sich eine ständige Korrektur des Motortriebes und damit eine fortlaufende Einstellung der Stärke des Kühlluftstromes in das Hütchen 5 hinein, so daß dieses praktisch auf einer konstanten Temperatur gehalten wird, d.h. auf einer Temperatur, bei welcher das Maß der Kondensatbildung gleich dem Maß der Verdampfung des Kondensates ist, also auf der Taupunkttemperatur des speziell zu überwachenden Gasstromes, im vorbeschriebenen Fall des Rauchgasstromes.

Das Thermoelement ist der Scheibe 10 stellt fortlaufend die Gastemperatur fest und gibt sein Signal an den Verstärker 33 ab, von welchem das Signal durch die Linearisierungsschaltung 34 zur Ableseeinrichtung 35 weiterläuft. Erforderlichenfalls kann zusätzlich zu dieser Ableseeinrichtung 35, beispielsweise einem entsprechenden Aufzeichnungsgerät, ein Temperaturanzeiger 37 vorgesehen werden.

Um die Außenseite der Scheibe 10 reinigen zu können, sind die Zeit- oder Taktgeber 36 derart

bo eingestellt, daß in regelmäßigen Abständen das Solenoidventil 23 betätigt wird, um von außen her durch die Leitung 26 und deren Mündung 27 einen Blaskiftslrom gegen die Scheibe 10 blasen zu können, wobei dieser Taktgeber 36 auch gleichzeitig die Dauer

b5 des Blasluftstromes vorgibt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln der Temperatur der Meßsonde eines Taupunktmessers, bestehend aus einem durch den Kondensatfilm auf der Sonde schließbaren elektrischen Stromkreis, einem Regler zur Abgabe eines von dem durch den Stromkreis fließenden Meßstrom abhängigen Stellsignals und einem Stellglied für einen auf die Meßsonde einwirkenden Kühlmittelstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (31, 32) zumindest innerhalb vorgegebener Meßstromwerte eine Differential-(D-) Charakteristik und das Stellglied (28,29) eine Integral-(l-) Charakteristik aufweist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Regler (31, 32) außerhalb vorgegebfcner Meßstromwerte eine PD-Charakteristik aufweist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einem Motor (29) mit umschaltbarer Drehrichtung und aus einer davon betätigten verstellbaren Drossel (28) für den Kühlmittelstrom besteht

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (29) eine veränderliche Drehgeschwindigkeit hat.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Motor (29) ein Synchronmotor ist, der durch eine Impulsserie mit veränderlichem Ein/Aus-Verhältnis vom Regler(31,32) betätigt ist.