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Kapazitiver Geber für Aerosolstromkennwerte sowie damit
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ausgerüstete Vorrichtung zur Fernmessung solcher Werte Die Erfindung
bezieht sich auf die Meßtechnik, und sie betrifft insbesondere kapazitive Geber
für Aerosolstromkennwerte und Vorrichtungen zu deren Fernmessung.
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Die Erfindung kann zur kontinuierlichen, kontaktlosen Messung von
Aerosolmassenkonzentration . sowie zur Anzeige von Durchsatzmengen einer festen
dispergierten Phase in der metallurgischen, chemischen, energetischen und Nahrungsmittelindustrie
und in anderen Industriezweigen, wo Rohrleitungstransport von zerkleinerten Stoffen
verlangt wird, Anwendung finden.
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Am erfolgreichsten kann die Erfindung in Anlagen zum Einblasen von
Kohlenstaub in einen Hochofen bei der Gußerschmelzung eingesetzt werden. Die Erfindung
kann auch zur Kontrolle eines technologischen Vorganges sowie in entsprechenden
automatischen Regelungssystemen verwendet werden.
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Die moderne Produktion ist oft mit der Anwendung oder der Herstellung
von verschiedenen dispergierten Stoffen verbunden. Die immer größere Verbreitung
der besagten Stoffe in mehreren Industriezweigen hat ihren Grund in der damit verbundenen
Verbesserung der Qualität von Erzeugnissen sowie des Wirkungsgrades der Produktion.
Der Transport von dispergierten Stoffen in technologischen Anlagen erfolgt in der
Regel pneumatisch. Dabei entstehen Aerosolströme in Rohrleitungen.
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Die Kontrolle von Aerosolkenndaten in technologischen Rohrleitungen
und in erster Linie von Massenkon-Sntrationt und Durchsatzmenge ist durch die ständige
Automatisierung von Produktionsvorgängen und durch die Erhöhung der Betriebsverläßlichkeit
der Anlagen und der Verbesserung der Qualität der gefertigten Erzeugnisse bedingt.
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Die Geber (Primärwandler) in verschiedenen Einrichtungen zur Messung
von Aerosolmassenkonzentration und Durchsatzmenge einer festen dispergierten Phase
werden unmittelbar in technologischen Rohrleitungen montiert.
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Die abreibenden, oft auch explosionsgefährlichen Eigenschaften der
Aerosole, Klebefähigkeit der dispergierten Stoffe und starke Aggegatbildung erlauben
es nicht, empfindliche Bauelemente des Gebers in den zu untersuchenden Strom einzuführen.
Die Geber sollen keinen mechanischen Widerstand für den Strom bieten und ihn nicht
verzerren.
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Infolge struktureller Komplexität des Kontrollobjektes und räumlicher
und zeitlicher Ungleichartigkeit der Ströme ist es erforderlich, gleiche Empfindlichkeit
an verschiedenen Punkten des Arbeitsbereiches des Gebers zu gewährleisten.
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Eine der an die Meßmittel für die Aerosolstromkennwerte gestellten
Grundforderungen ist Schnellwirkung, weil die Massenkonzentration den ständigen
mit dem Betrieb von Transportlinien und Zuführungsvorrichtungen verbundenen Änderungen
unterworfen wird.
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Die Methoden zur Stromdichte- und Durchflußmengenmessung, für deren
Durchführung man empfindliche mechanische Elemente in einen Strom einführt, können
demzufolge nicht in den Transportlinien für feste dispergierte Stoffe eingesetzt
werden. Die Anwendbarkeit von radioaktiven Strahlungsgebern ist wegen Arbeitsschutzforderungen
begrenzt, was besonders bei der Kontrolle von mehreren Stellen eines technologischen
Vorganges schwerwiegend wird. Die traditionell für die Messung der Massenkonzentration
von Aerosolen in Räumen, Atmosphäre und Staubauswürfen eingesetzten optischen Methoden
sind im für Aerosolströme kennzeichnenden Makrokonzentrationsbereich nicht anwendbar.
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Dadurch, daß die Dielektrizitätskonstante von mehreren in der Industrie
verwendeten dispergierten Stoffen sich von der Dielektrizitätskonstante der Luft
oder eines anderen Glasträgers wesentlich unterscheidet, ist die Anwendung einer
kapazitiven Methode, die mit Hilfe von kapazitiven Gebern und Meßschaltungen zur
kapazitiven
Umwandlung durchgeführt wird, zur Messung der Massenkonzentration
der Aerosolströme vorteilhaft. Dadurch können Schnellwirkung, Kontaktlosigkeit,
Beständigkeit gegen mechanische Einwirkungen, einfache Bauweise, geringer Energieverbrauch
sowie hohe Betriebszuverlässigkeit der Geber unter Produktionsbedingungen gewährleistet
werden.
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Die Dielektrizitätskonstante eines Aerosols steht mit dessen Massenkonzentration
in folgendem Zusammenhang:
Hierin ist: Ea - Dielektrizitätskonstante des Aerosols; 8 - Massenkonzentration
des Aerosols; - - spezifische Teilchendichte des dispergierten Stoffes; g n - Dielektrizitätskonstante
von Teilchen des dispergierten Stoffes; - B - Dielektrizitätskonstante der Gasphase.
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In der Regel erfolgt der Transport eines dispergierten Stoffes mit
Hilfe von trockener Luft, demzufolge kann angenommen werden, daß # B = const = 1
ist. Die Dielek-B trizitätskonstante eines Aerosols ist proportional zu dessen Massenkonzentration
in einem genügend breiten Bereich deren Xnderungen. Die Teilchendichte eines in
jedem
technologischen Vorgang verwendeten Stoffes ist keinen starken änderungen unterworfen.
Die Genauigkeit der Umwandlung der Massenkonzentration des Aerosols in die Dielektrizitätskonstante
wird durch die Stabilität der dielektrischen Eigenschaften des Teilchenmaterials
bestimmt. Der Einfluß von t¢ steigt mit der Vergrößerung der Konzentration und der
Verminderung der Dielektrizitätskonstante des Ausgangsstoffes, wodurch der mögliche
Änderungsbereich der Konzentration bei einer vorgegebenen Meßgenauigkeit in jedem
konkreten Anwendungsf all der kapazitiven Methode bestimmt werden kann.
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Es sind kapazitive Geber für Kennwerte eines sich innerhalb von abgeschlossenen
Rohren mit-einem Kreisquerschnitt bewegenden Aerosols bekannt (SU-Urheberschein
498544).
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Die Elektroden des bekannten Gebers sind als gleichgroße Abschnitte
eines zylinderförmigen Rohres ausgeführt, die durch die Oberfläche des Rohres entlang
einer Schraubenlinie auf teilende Spalte getrennt sind.
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Durch die Anordnung von Fühlgliedern (Elektroden), an die elektrische
Spannung angelegt wird, auf der äußeren Oberfläche einer dielektrischen Buchse wird
deren Kontakt mit dem zu kontrollierenden Strom verhindert, was eine Erhöhung der
Abriebfestigkeit sowie der Betriebssicherheit des Gebers bei entsprechender Materialauswahl
für die dielektrische Buchse zur Folge hat und unerwünschte Stromverzerrungen an
der Meßstelle anzuschließen erlaubt.
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Der bekannte Geber weist aber eine ungenügend gleichmäßige Verteilung
des elektrischen Potentials im Arbeitsvolumen des Gebers auf, wodurch die Meßgenauigkeit
der Stromparameter beeinträchtigt wird.
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Ein kapazitiver Geber für Aerosolstromkennwerte ist auch aus dem
SU-Urheberschein 523340 bekannt.
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Dieser kapazitive Geber kann in Vorrichtungen zum Messen von Aerosolmassenkonzentration,
Durchsatzmenge einer festen dispergierten Phase, chemischer Zusammensetzung dieser
Phase, Feuchtigkeit u.ä. eingesetzt werden.
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Der Geber enthält in einem Schirm angeordnete Potentialelektroden
und zwischen diesen mit einem Spalt angeordnete Nullelektroden, die einen Meßkondensator
bilden. Diese Elektroden sind an der Außenseite einer dielektrischen Buchse befestigt
und bilden eine zylindrische Oberfläche, die durch schraubenförmig verlaufende Spalte
aufgeteilt ist.
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Durch die Einführung von Nullelektroden, deren Potential dem Potential
einer Niederpotentialelektrode nahe liegt, wird das elektrische Feld nach dem Querschnitt
der dielektrischen Rohrleitung ausgeglichen. Durch Drehen des Feldes nach der Länge
des Gebers gemäß der Schraubenregel wird eine endgültige Glättung von Ungleichmäßigkeiten
im gesamten Volumen des Gebers gewährleistet.
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Die bekannten Geber für Aerosolstromkennwerte werden gewöhnlich in
nicht temperaturstabilisierten Betriebsräumen montiert.
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Die Temperatur derartiger Geber ändert sich abhängig von der Umgebungs-
und der Transportlufttemperatur innerhalb weiter Grenzen. Die Temperaturänderung
beeinflußt ihrerseits die Meßgenauigkeit der zu kontrollierenden Kennwerte. Die
Grundkomponente des Temperaturfehlers ist mit den änderungen der geometrischen Abmessungen
und dielektrischen Eigenschaften von Bauelementen des bekannten Gebers gekoppelt.
Bei Verwendung einer dielektrischen Buchse aus einem hohe Abriebfestigkeit und geringe
dielektrische Verluste aufweisenden Fluorkunststoff führen z. B. temperaturbedingte
Änderungen der elektrischen Eigenschaften dieses Kunststoffes und der Buchsenabmessungen
zu einer starken Herabsetzung der Meßgenauigkeit.
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Die Umwandlung der Kapazität von Gebern für Aerosolstromkenntwerte
in ein elektrisches Signal erfolgt in speziellen Meßkreisen, wie sie beispielsweise
in der US-PS 4 5048344 beschrieben sind.
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In einigen Fällen, beispielsweise für schwer zugängliche Abschnitte
und unter explosionsgefährlichen Bedingungen, ist eine Fernmessung der Aerosolstromkennwerte
erforderlich.
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Dabei werden der Meßkreis und Datenverarbei~tungseinheiten in großer
Entfernung (ca. 100 m) von den kapazitiven Gebern aufgestellt.
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So ist aus einem Artikel von Karpow R.T.
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"Ismerenije bystroismenjajuschichsja jemkostej", Pribory techniki
experimenta, 1960, Nr. 2 eine Vorrichtung zur Fernmessung von Kapazitäten bekannt.
Diese Vorrichtung enthält eine Meßbrücke aus zwei Induktivitäten, Geberkapazitäten
und einem Drehkondensator, der zu einem primären Briickenabgleich bestimmt ist.
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In der Schaltung wird eine doppelte Abschirmung des Verbindungskabels
verwendet. Die Kapazität zwischen dem mittleren und dem ersten Schirm des Kabels
liegt parallel zu einer Induktivität der Brücke. Für deren Neutralisierung wird
die andere Induktivität durch eine Festkapazität überbrückt, deren Größe bei der
Auswahl der Kabellänge festgelegt wird. Durch einen derartigen Aufbau des Meßkreises
wird eine Anfungsabstimmung der Brücke möglich, der Einfluß von Kapazitätsabänderungen
des Kabels infolge von Temperaturänderungen, Kabelverschiebungen, Vibrationen usw.
kann aber nicht beseitigt werden.
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Die bekannte Vorrichtung ist zur Messung von Kapazitätsänderungen
des Gebers bestimmt, die nur den zehnten Teil der Anfangskapazität betragen. Dabei
liegt die Größe der Kabelstörkapazität in der gleichen Größenordnung, wie die Anfangskapazität
des Gebers.
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Eine Verringerung von Nutzänderungen der Kapazität und eine Verlängerung
des Kabels führen zu groben Meßfehlern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen kapazitiven
Geber für Aerosolstromkenntwerte sowie Vorrichtungen zu deren Fernmessung zu schaffen,
die durch eine Kompensation von Temperatureinflüssen eine Erhöhung der Meßgenauigkeit
gewährleisten.
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Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, durch einen
kapazitiven Geber, wie er im Patentanspruch 1 angegeben ist bzw. durch eine Vorrichtung,
wie sie den Gegenstand des Patentanspruchs 3 bildet.
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Die Einführung einer zusätzlichen, in einem Befestigungsring aus
dem Buchsenmaterial angeordneten Elektrode ermöglicht es, Änderungen der dielektrischen
Eigenschaften und der geometrischen Abmessungen der Buchse (des dielektrischen Abschnittes
der Rohrleitung) bei einer Temperaturänderung zu kompensieren und demzufolge die
Meßgenauigkeit zu erhöhen.
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Es ist zweckmäßig, das Flächenverhältnis zwischen der zusätzlichen
und einer der Potentialelektroden bei einem Verhältnis der Dielektrikumschichtdicke
des Kompensationskondensators zum Außendurchmesser der dielektrischen Buchse von
höchstens 2 mindestens zu 0,01 zu wählen.
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Durch eine derartige Ausführung werden optimale Kompensationsbedingungen
für die Grundkomponente des Temperaturfehlers des erfindungsgemäßen Gebers sowie
die Stabilität von dessen technischen Kenndaten gewährleistet.
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Durch eine derartige Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
werden eine hohe Meßgenauigkeit, Betriebsstabilität und -zuverlässigkeit bei großer
Entfernung der erfindungsgemäßen Geber von den Meßkreisen gewährleistet. Ferner
wird in der vorgeschlagenen Vorrichtung eine Fernmessung von kleinen (in der Größenordnung
von tausendsten Teilen n S ) Kapazitätsänderungen infolge einer Erhöhung der Empfindlichkeit
möglich.
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Im folgenden wir die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
ausführlich erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen
Gebers; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 1 in der Richtung des Pfeiles
A; Fig. 3 den Schaltungsaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fernmessung
von Aerosolstromkennwerten; Fig. 4 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Blockes für die Umwandlung und Aufzeichnung vom Ausgangssignal des Gebers.
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Der in Fig. 1, 2 dargestellte erfindungsgemäße Geber enthält in einem
Schirm 1 angeordnete Potentialelektroden' 2 und zwischen diesen mit einem Spalt
angeordnet Nullelektroden 3.
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Der Schirm 1 gewährleistet einen Schutz gegen den Einfluß von elektrostatischen
Feldern und gegen mechanische Beschädigungen.
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Die Elektroden 2 und 3 sind an der Außenseite einer aus einem dielektrischen
Material hergestellten Buchse 4 befestigt und bilden eine zylindrische Oberfläche,
die durch nach einer Schraubenlinie verlaufende Spalte unterteilt ist.
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Die Potential- und Nullelektroden 2, 3 bilden einen Meßkondensator.
Dabei wird mit Hilfe der Potentialelektroden 2 innerhalb des Arbeitsvolumens des
Gebers ein elektrisches Feld erzeugt, und die Nullpotential aufweisenden Nullelektroden
3 sind zum Ausgleich des elektrischen Feldes innerhalb des besagten Volumens durch
Feldverstärkung inder Mitte dieses Volumens und zur Beseitigung des Randeffektes
bestimmt.
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Die Nullelektroden 3 sind mit Ringebgrenzern 5 für den Randeffekt
ausgeführt.
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Die Elektroden 2 und 3 sind an der Außenseite der Buchse 4 befestigt,
wodurch der Kontakt des Gebers (Füllgliedes) mit dem zu untersuchenden dispergierten
Medium, das Schleifwirkung aufweist und in einigen Fällen explosionsgefffhrlich
ist, verhindert wird. Die Elektroden 2 und 3 werden an der Buchse 3 mit Hilfe eines
Ringes 6 befestigt.
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Gemäß der Erfindung enthält der Geber eine in Form einer Platte ausgeführte
zusätzliche Elektrode 7 und einen die Elektrode 7 tragenden Befestigungsring 8.
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Der Ring 8 ist oberhalb der Elektroden 2 und 3 angeordnet und aus
dem gleichen Material wie die Buchse 4 hergestellt. In dem Ring 8 ist eine Nut 9
zur Aufnahme der
Elektrode 7 enthalten, die derart angeordnet ist,
daß sie zusammen mit einer der Elektroden 2 einen Kompensationskondensator bilden.
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Der erfindungsgemäße Geber kann in beliebige Differentialschaltungen,
beispielsweise in eine Brückenschaltung, eingefügt werden. In diesem Fall werden
der Komensations-und Meßkondensator in die anliegenden Brückenarme eingefügt. Das
Verhältnis von deren Anfangskapazitäten bestimmt das Verhältnis von zwei anderen
Armen der Brücke.
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Bei einer leeren Rohr leitung ist das Signal am Ausgang der Brücke
gleich Null.
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Der Temperaturfehler wird durch eine phasengleiche Änderung der Kapazitäten
der Kompensations- und Meßkondensatoren bei einer Änderung der Geber temperatur
beseitigt.
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Es wurdesfestgestellt, daß die Meßgenauigkeit bei einer Temperaturänderung
im wesentlichen durch eine Änderung des Buchsendurchmessers beeinflußt wird.
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Beim Erwärmen des Gebers führen die Dehnungskräfte im Dielektrikum
(gewöhnlich Fluorkunststoff) zu einer wesentlichen Herabsetzung der Kapazität des
Meßkondensators infolge einer Vergrößerung der Spalte zwischen den Elektroden. Durch
die Ausdehnung des Elektrodenmaterials kann die Temperaturänderung der Kapazität
des Meßkondensators nicht vollständig kompensiert werden. Gleichzeitig erfolgt eine
Verringerung der Kapazität des Kompensationskondensators, die durch die Vergrößerung
des Abstandes zwischen der Elektrode 7 und Elektrode 2 bedingt ist.
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Mit Hilfe des durch die Elektroden 2 und 7 gebildeten Kompensationskondensators
kann der Einfluß der Änderungen, von dielektrischen Eigenschaften des Buchsenmaterials
die von den Änderungen der Gebertemperatur abhängig sind, beseitigt werden.
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Bei einer Verringerung der Temperatur erfolgt eine gleichzeitige
Vergrößerung der Kapazitäten des Meßkondensators und KompensationskondensatQrs..
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Gemäß der Erfindung werden optimale Kompensationsbedingungen dann
gewährleistet, wenn das Flächenverhältnis zwischen der Elektrode 7 und Elektrode
2 bei einem Verhältnis der Dicke des Befestigungsringes 8 zu dem Außendurchmesser
der Buchse 4 von höchstens 2 mindestens 0,01 beträgt.
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Mit Hilfe der Elektrode 7, die in einem aus dem gleichen Material
wie die Buchse hergestellten Befestigungsring 8 angeordnet ist, wird der temperaturbedingte
Fehler des erfindungsgemäßen Gebers, der Aerosolstromkennwerte in eine Kapazität
umgewandelt, herabgesetzt. Dadurch werden die Anwendungsmöglichkeiten derartiger
Geber zur Kontrolle der Kennwerte von zerkleinerten Stoffen, z. B. der Massenkonzentration
von Aerosolen und der Durchsatzmenge fester dispergierter Phase bei deren Rohrleitungstransport
unter Betriebsbedingungen wesentlich erweitert.
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Der erfindungsgemäße kapazitive Geber kann in einem nicht temperaturstabilisierten
Betriebsraum, in einem staubhaltigen
Medium sowie in schwer zugänglichen
Strecken aufgestellt werden. Es ist aber wirtschaftlich unzweckmäßig, Maßnahmen
zu treffen, die unter derartigen Bedingungen die erforderliche Genauigkeit für sekundäre
Geräte der Informationsverarbeitung gewährleisten. Diese Geräte werden daher in
großer Entfernung (ca. 100 m) von den Gebern (primären Umwand lern) aufgestellt.
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Dabei überschreiten die Kapazitäten der Verbindungskabel die Anfangskapazität
des erfindungsgemäßen Gebers um das Hundert- und Tausendfache). Die Änderungen der
Kapazität von Verbindungskabeln infolge einer Temperaturänderung, Verschiebung,
Vibration usw. sind wesentlich größer als die durch eine Änderung des zu messenden
Kennwertes verursachten Nutzänderungen der Geberkapazität. Dadurch wird eine Abstimmung
der Meßkreise erheblich erschwert und deren Empfindlichkeit herabgesetzt, sowie
die Betriebsstabilität der Vorrichtungen und deren Meßgenauigkeit stark beeinträchtigt.
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In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fernmessung von
Aerosolmassenkonzentration und Durchsatzmenge einer festen dispergierten Phase dargestellt,
die einen erfindungsgemäßen Geber lo enthält und mit Hilfe eines abgeschirmten Verbindungskabels
11 mit einer Meßbrücke 12 verbunden ist. Die Vorrichtung enthält auch einen Hochfrequenzgenerator
13 und eine Einheit 14 zur Umwandlung und Aufzeichnung einer Information über Aerosolkennwerte
tragenden Signals.
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Die Meßbrücke 12 wird durch zwei Sekundärwicklungen 15 und 16 eines
Differentialtransformators 17, die eine starke induktive Kopplung aufweisen, die
Kapazität eines Brückenabstimmelements 18 (Differentialkondensators)und die Kapazitäten
der Meß- und Kompensationskondensatoren des Gebers 10 gebildet.
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Eine Primärwicklung 19 des Transformators 17 ist an den Ausgang des
Hochfrequenzgenerators 13 angeschlossen und der Ausgang der Brücke 12 ist mit dem
Eingang einer Einheit 14 verbunden.
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Dabei sind die eine (2a) der Potentialelektroden 2 und die zusätzliche
Elektrode 7 über zwei gleich lange Abschnitte eines Kabels 11 an die äußersten Punkte
der Wicklungen 15 und 16 und die andere Potentialelektrode 2 (2b) über einen dritten
Abschnitt des Kabels 11 an den Potentialpunkt der Meßdiagonale der Brücke 12 angeschlossen.
Die Nullelektroden 3, der Schirm 1 des Gebers 10 und Schirme des Kabels 11, des
Gehäuses vom Generator 13, der Einheit 4 sowie der Meßbrücke 12 sind an einen gemeinsamen
Punkt der Wicklungen 15 und 16 des Transformators 17 angeschlossen.
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Demzufolge werden Störkapazitäten in folgender Weise verteilt. Eine
Kapazität 20, die eine Summe von Störkapazitäten des Verbindungskabels 11 und der
Kapazität zwischen der Elektrode 2a und dem Schirm 1 darstellt, liegt parallel zu
der Wicklung 15. Eine Kapazität 21, die eine Summe von Störkapazitäten des Verbindungskabels
11 und der Kapazität zwischen der Elektrode 7 und dem Schirm 1 darstellt, liegt
parallel zu der Wicklung 16.
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Eine Kapazität 22, die eine Summe von Störkapazitäten des Verbindungskabels
und der Kapazität zwischen der Elektrode und dem Schirm 1 darstellt, liegt parallel
zu dem Ausgang der Brücke 12.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Einheit 14 zur Umwandlung
und Aufzeichnung des Ausgangssignals der Brücke 12 gezeigt. Die Einheit 14 enthält
einen Hochfrequenzverstärker 23, dessen Eingang mit dem Ausgang der Brücke 12 und
dessen Ausgang jeweils mit einem von zwei parallel geschalteten Amplitudendetektoren
24 und 25 verbunden ist.
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Die Ausgänge der Detektoren 24 und 25 sind über einen zum Umschalten
der Meßart bestimmten Schalter 26 mit dem Eingang eines Ausgangssignalformers 27,
an den ein Registrierinstrument 28 angeschlossen ist, verbunden.
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An den Verstärker 23, Former 27 und den Generator 13 wird eine Spannung
von einer stabilisierten Stromquelle 29 angelegt.
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Eine derartige Ausführung der Einheit 14 ermöglicht es, die Massenkonzentration
der Aerosole (nach einer Detektorstufe) oder die Durchsatzmenge der festen dispergierten
Phase (nach zwei Detektorstufen) zu messen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet in folgender Weise. Die
Meßbrücke 12 wird vom Generator 13 über den Transformator 17 gespeist. Eine Anfangsbestimmung
der Brücke 12 wird durch das Abstimmelement 18 bei leerer Rohrleitung im Bereich
der Elektroden 2, 3 und 7 durchgeführt.
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Die Kapazitäten 20 und 21 beeinflussen die Genauigkeit der Abstimmung
nicht. Während des Betriebs erfolgt eine Änderung der Kapazitäten 20 und 21, die
durch Temperatu~ränderungen, Verschiebungen, Vibrationen usw. bedingt ist. Der Einfluß
dieser Kapazitätsänderungen auf das Gleichgewicht der Brücke 12 wird aber durch
eine starke induktive Kopplung der Wicklungen 15 und 16 des Transformators 17 beseitigt.
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(Es ist zu bemerken, daß die Kapazität 22 die Gleichgewichtsbedingungen
der Brücke 12 nicht beeinflußt).
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Bei einem Materialfluß im Bereich des Gebers 10 ändert sich die Kapazität
des Meßkondensators, der durch die Elektroden 2 und 3 gebildet und in einen Zweig
der Brücke 12 eingeschaltet ist. Dadurch wird eine Verstimmung der Meßbrücke 12
verursacht, durch die am Ausgang der Brücke ein Signal entsteht, das in der Einheit
14 weiterverarbeitet wird.
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Weitere Änderungen der Aerosolkonzentration in der Rohrleitung verursachen
eine Änderung der Kapazität des Gebers 10, was eine Änderung des Signals am Ausgang
der Brücke 12 zur Folge hat. Die Größe dieses Signals ist nur von den Änderungen
des Nutzsignals, und zwar von den Änderungen der Kapazität des5aGebers 10, und nicht
von der Größe und Stabilität der Zweigkapazitäten abhängig. Damit beeinflußt eine
Instabilität der Kapazitäten 20 und 21 die Genauigkeit der Signalumwandlung und
demzufolge auch die Meßgenauigkeit insgesamt nicht.
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Die Kapazität 22 überbrückt den Ausgang der Brücke 12, was zu einer
Herabsetzung der Empfindlichkeit führt.
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Trotzdem wird bei richtiger Auswahl der Kennwerte der Brücke 12 die
Meßgenauigkeit durch die Kapazität 22 nicht beeinflußt. Ferner wird durch die Auswahl
einer optimalen Länge des Verbindungskabels der Einfluß der Kapazität 22 auf die
Meßgenauigkeit kompensiert.
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Änderungen der Kapazitäten 20, 21 und 22 sowie der Kapazitäten zwischen
den Sekundärwicklungen 15 und 16 und dem Schirm führen zu einer Änderung der Belastung
des Generators 13 und damit zu Schwankungen von dessen Nennfrequenz. Die Frequenzänderung
des Generators 13 verursacht einen zusätzlichen Meßfehler.
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Eine Frequenzstabilität kann in der vorgeschlagenen Vorrichtung beispielsweise
durch eine mehrschichtige Abschirmung der Primärwicklung 19 erreicht werden, wie
dies in Fig. 2 gezeigt ist.
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Durch eine mehrschichtige Abschirmung wird der Generator 13 gegen
den induktiven Einfluß der Meßbrücke 12 geschützt und außerdem jede kapazitive Kopplung
zwischen den Wicklungen 15, 16 und 19 des Transformators 17 beseitigt, was wiederum
eine Erhöhung der Meßgenauigkeit zur Folge hat.
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Das Signal vom Ausgang der Brücke 12 gelangt an den Eingang der Einheit
14. Das verstärkte und gleichgerichtete Signal am Ausgang des Detektors 24 ist der
Massenkonzentration des Aerosols proportional. Dieses Signal enthält auch eine variable
Niederfrequenzkomponente, die auch eine Information über die Durchsatzmenge der
festen dispergierten Phase im pulsierenden Strom trägt.
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Diese Information wird durch einen zweiten Detektor 25 gewonnen. Die
Strompulsation wird gewöhnlich durch den Betrieb der Materialzuführungsvorrichtungen
sowie pneumatischen Förderungslinien verursacht. Mit Hilfe des Schalters 26 werden
die Betriebsarten der Messung der Massenkonzentration oder der Durchsatzmenge der
festen dispergierten Phase umgeschaltet.
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Mit Hilfe des Formers 27 wird das Signal in der Betriebsart der Integration
von an seinem Eingang ankommenden Signalen differenziert und erforderliche Kenndaten
des Ausgangssignals werden gewährleistet.
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Das Instrument 28 ist zum Registrieren des der Konzentration oder
Durchsatzmenge proportionalen Signals bestimmt. An den Ausgang des Instrumentes
28 kann ein automatisches Regelungssystem für den technologischen Vorgang angeschlossen
werden.
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Somit weist das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Gebers eine
hohe Temperaturstabilität auf. Seine Konzentration erlaubt eine kontinuierliche
kontaktlose Messung in einem breiten Bereich von Konzentrationsänderungen durchzuführen.
Ferner ist der kapazitive Geber vibrationsbeständig, einfach im Betrieb, verursacht
keine Verzerrungen in dem zu messenden Strom und weist eine hohe Betriebszuverlässigkeit
auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet eine hohe Empfindlichkeit auch
bei großer Entfernung von dem erfindungsgemäßen Geber.
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Dadurch, daß in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Einfluß von
Temperaturänderungen sowie Störkapazitäten des Kabels und Gebers bei den Fernmessungen
beseitigt ist, kann die Meßgenauigkeit für die Aerosolstromkennwerte wie beispielsweise
die Aerosolmassenkonzentration und die Durchsatzmenge einer festen dispergierten
Phase OrhIit worden.