DE3049035C2 - Kapazitiver Geber für Aerosolstromkennwerte sowie damit ausgerüstete Vorrichtung zur Fernmessung solcher Werte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Meßtechnik, und sie betrifft insbesondere kapazitive Geber für Aerosolstromkennwerte und Vorrichtungen zu deren Fernmessung.
Ü 30 Die Erfindung kann zur kontinuierlichen, kontaktlosen Messung von Aerosolmassenkonzentration sowie zur H Anzeige von Durchsatzmengen einer festen dispergierten Phase in der meta{<urgischen, chemischen, energeti-

$ sehen und Nahrungsmittelindustrie und in anderen Industriezweigen, wo Rohrleitungstransport von zerkleiner-

ii ten Stoffen verlangt wirü. Anwendung finden.

Am erfolgreichsten kann die Erfindung in Anlagen zum Einblasen von Kohlenstaub in einen Hochofen bei der ii 35 Gußerschmelzung eingesetzt we: Jien. Die Erfindung kann auch zur Kontrolle eines technologischen Vorganges j| sowie in entsprechenden automatischen Regelungssystemen verwendet werden.

£ Die moderne Produktion ist oft mit der Anwendung oder der Herstellung von verschiedenen dispergierten

Ί 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

40 Produktion. Der Transport von dispergierten Stoffen in technologischen Anlagen erfolgt in der Äegel pneuma-

^: _;j tisch. Dabei entstehen Aerosolströme in Rohrleitungen.

■ί Die Kontrolle von Aerosolkenndaten in technologischen Rohrleitungen und in erster Linie von Massenkon-

j! zentration und Durchsatzmenge ist durch die ständige Automatisierung von Produktionsvorgängen und durch

i| die Erhöhung der Betriebsverläßlichkeit der Anlagen und der Verbesserung der Qualität der gefertigten Erzeug-

4? 45 nisse bedingt

■ Die Geber (Primärwandler) in verschiedenen Einrichtungen zur Messung von Aerosolmassenkonzentration

• ■ und Durchsatzmenge einer festen dispergierten Phase werden unmittelbar in technologischen Rohrleitungen

;: montiert.

^:\ Die abreibenden, oft auch explosionsgefährlichen Eigenschaften der Aerosole, Klebfähigkeit der dispergier-

,'■■; 50 ten Stoffe und starke Aggregatbildung erlauben es nicht, empfindliche Bauelemente des Gebers in den zu

ι untersuchenden Strom einzuführen. Die Geber sollen keinen mechanischen Widerstand fur den Strom bieten

; I und ihn nicht verzerren.

Infolge struktureller Komplexität des Kontrollobjektes und räumlicher und zeitlicher Ungleichartigkeit der Ströme ist es erforderlich, gleiche Empfindlichkeit an verschiedenen Punkten des Arbeitsbereiches des Gebers 55 zu gewährleisten.

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.

Die Methoden zur Stromdichte- und Durchflußmengenmessung, für deren Durchführung man empfindliche 60 mechanische Elemente in einen Strom einführt, können demzufolge nicht in den Transportlinien für feste dispefgiefte 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 Aerosolströmc kenn· μ zeichnenden Makrokonzentrationsbereich nicht anwendbar.

Dadurch, daß die Dielektrizitätskonstante von mehreren in der Industrie verwendeten dispergierten Stoffen sich von der Dielektrizitätskonstante der Luft oder eines anderen Gasträgers wesentlich unterscheidet, ist die Anwendung einer kapazitiven Methode, die mit Hilfe von kapazitiven Gebern und Meßschaltungen zur kapaz:·

tiven 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.

Die Dielektrizitätskonstante eines Aerosols steht mit dessen Massenkonzentration in folgendem Zusammenhang:

Τ/Γ

" 4 r \_ 4 A ι

Hierin ist:

Ea — Dielektrizitätskonstante des Aerosols;

K — Massenkonzen*ration des Aerosols;

vm — spezifische Teilchendichte des dispergierten Stoffes;

em — Dielektrizitätskonstante von Teilchen des dispergierten Stoffes;

eb — Dielektrizitätskonstante der Gasphase.

In der Regel erfolgt der Transport eines dispergierten Stoffes mit Hilfe von trockener Luft, demzufolge kann angenommen werden, daß e_fl= const= 1 ist Die Dielektrizitätskonstante eines Aerosols ist in einem genügend breiten Änderungsbereich der Massenkonzentration zu dieser proportional. Die Teilchendicht!' dnes in jedem technologischen Vorgang verwendeten Stof^fes 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 em 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 Anwendungsfall der kapazitiven Methode bestimmt werden kann.

Es sind kapazitive Geber für Kennwerte eines sich innerhalb von abgeschlossenen Rohren mit einem Kreisquerschnitt bewegenden Aerosols bekannt (SU-Urheberschein 4 98 544).

Die Elektroden des bekannten Gebers sind als gleichgroße Abschnitte eines zylinderförmigen Rohres ausgeführt und werden durch schraubenlinienförmig auf der Oberfläche des Rohres verlaufende Spalte voneinander getrennt.

Durch die Anordnung von Fühlgliedern (Elektroden), an die elektrische Spannung angelegt wird, auf der äußeren Oberfläche einer Buchse aus dielektrischem Material wird deren Kontakt mit dem zu kontrollierenden Strom verhindert, was eine Erhöhung der Abriebfestigkeit sowie der Betriebssicherheit des Gebers bei entsprechender Materialauswahl für die Buchse zur Folge hat.

Der bekannte Geber weist aber eine ungenügend gleichmäßige Verteilung des elektrischen Potentials im Arbeitsvolumen des Gebers auf, wodurch die Meßgenauigkeit der Stromparameter beeinträchtigt wird.

Ein kapazitiver Geber für Aerosolstromkennwerte ist auch aus dem SU-Urheberschein 523 340 bekannt.

Dieser Hpazitive Geber kann in Vorrichtungen zum Messen von Aerosolmassenkonzentration, Durchsatzmenge einer festen dispergierten Phase, chemischer Zusammensetzung dieser Phase, Feuchtigkeit u. ä. eingesetzt werden.

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 Buchse aus dielektrischem Material befestigt und bilden eine zylindrische Oberfläche, die durch schraubenförmig verlarifende Spalte aufgeteilt ist.

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 i'.r· gesamten Volumen des Gebers gewährleistet.

Die bekannten Geber für Aerosolstromkennwertc werden gewöhnlich in nicht temperaturstabilisierten Betriebsräumen montiert.

Die Temperatur derartiger Geber ändert sich abhängig von der Umgebungs- und der Transportlufttemperatur innerhalb weiter Grenzen. Die Temperaturänderung bejinfiußt ihrerseits die Meßgenauigkeit der zu kontrollierenden Kennwerte. Die Grundkomponente des Temperaturfehlers ist mit den Änderungen der geometrisehen Abmessungen und dielektrischen Eigenschaften von Bauelementen des Dekannten Gebers gekoppelt. Bei Verwendung einer 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 Meßgenauifkeit.

Die Umwandlung der Kapazität von Gebern für Aerosolstromkennwerte in ein elektrisches Signal erfolgt in speziellen Meßkreisen, wie sie beispielsweise in der US-PS 4 048 844 beschrieben sind.

In einigen Fällen, beispielsweise für schwer zugängliche Abschnitte und unter explosionsgefährlichen Bedingungen, is: eine Fernmessung der Aerosolstromkennwerte erforderlich.

Dabei werden der Meßkreis und Datenverarbeitungseinheiten in großer Entfernung (ca. 100 m) von den kapazitiven Gebern aufgestellt.

So ist aus einem Artikel von Karpow R. T. »Ismerenije bystroismenjajuschichsja jemkostej«. Pribory techniki experimenta, 1960, W" 2 eine Vorrichtung zur Fernmessung von Kapazitäten bekannt. Diese Vorrichtung enthält eine Meßbrücke aus zwei Induktivitäten. Geberkapazitäten und einem Drehkondensator, der zu einem

primären Brückenabgleich bestimmt ist.

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 Anfangsabstimrr.'ing der Brücke möglich, der Einfluß von Kapazitätsänderungen des Kabels infolge von Temperaturänderungen. Kabelverschiebungen, Vibrationen usw. kann aber nicht beseitigt werden.

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 ι ο Größenordnung, wie die Anfangskapazität des Gebers.

Eine Verringerung von Nutzänderungen der Kapazität und eine Verlängerung des Kabels führen zu groben Meßfehlern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen kapazitiven Geber für Aerosolstromkennwerte sowie Vorrichtungen zu deren Fernmessung zu schaffen, die durch eine Kompensation von Temperatureinflüssen eine Erhöhung der Meßgenauigkeit gewährleisten.

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.

Die Einführung einer zusätzlichen, in einem Befestigungsring aus dem Buchsenmaterial angeordneten Elektrode ermöglicht es. Änderungen der dielelektrischen Eigenschaften und der geometrischen Abmessungen der Buchse (des dielektrischen Abschnittes der Rohrleitung) bei einer Temperaturänderung zu kompensieren und demzufolge die Meßgenauigkeit zu erhöhen.

Es ist zweckmäßig, das Flächenverhältnis zwischen der zusätzlichen und einer der Potentialelektroden bei einem Verhältnis der Dielektrikumschichtdicke des Kompensationskondensators zum Außendurchmesser der Buchse aus dielektrischem Material von höchstens 2 mindestens zu 0,01 zu wählen.

Durch eine derartige Ausführung werden optimale Kompensationsbedingungen für die Grundkomponente des Temperaturfehlers des Gebers sowie die Stabilität von dessen technischen Kenndaten gewährleistet.

Durch eine derartige Ausführung der Vorrichtung werden eine hohe Meßgenauigkeit, Betriebsstabilität und -zuverlässigkeit bei großer Entfernung der Geber von den Meßkreisen gewährleistet. Ferner wird in der vorgeschlagenen Vorrichtung eine Fernmessung von kleinen (iti der Größenordnung von tausendstel pF) Kapazitätsänderungen infolge einer Erhöhung der Empfindlichkeit möglich.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Gesamtansicht eines Gebers;

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie I-I in F i g. 1 in der Richtung des Pfeiles A;

F i g. 3 den Schaltungsaufbau einer Vorrichtung zur Fernmessung von Aerosolstromkennwerten;
F i g. 4 eine Ausführungsform der Vorrichtung für die Umwandlung und Aufzeichnung vom Ausgangssignal des Gebers.

Der in F i g. 1,2 dargestellte Geber enthält in einem Schirm 1 angeordnete Potentialelektroden 2 und zwischen diesen mit einem Spalt angeordnet Nuiieiektroden 3.

Der Schirm 1 gewährleistet einen Schutz gegen den Einfluß von elektrostatischen Feldern und gegen mechanische Beschädigungen.

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

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 in der Mitte dieses Volumens und zur Beseitigung des Randeffektes bestimmt.

Die Nullelektroden 3 sind mit Ringbegrenzern 5 für den Randeffekt ausgeführt

Die Elektroden 2 und 3 sind an der Außenseite der Buchse 4 befestigt wodurch der Kontakt des Gebers so (Füllgliedes) mit dem zu untersuchenden dispergierten Medium, das Schleifwirkung aufweist und in einigen Fällen explosionsgefährlich ist, verhindert wird. Die Elektroden 2 und 3 werden an der Buchse 3 mit Hilfe eines Ringes 6 befestigt.

Der Geber enthält eine in Form einer Platte ausgeführte zusätzliche Elektrode 7 und einen die Elektrode 7 tragenden Befestigungsring 8.

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.

Der Geber kann in beliebige Differentialschaltungen, beispielsweise in eine Brückenschaltung, eingefügt werden. In diesem Fall werden der Kompensations- und Meßkondensator in die anliegenden Brückenarme eingefügt Das Verhältnis ihrer Anfangskapazitäten bestimmt das Verhältnis der anderen Arme der Brücke.

Bei einer leeren Rohrleitung ist das Signal am Ausgang der Brücke gleich Null.

Der Temperaturfehler wird durch eine phasengleiche Änderung der Kapazitäten der Kompensations- und Meßkondensatoren bei einer Änderung der Gebertemperatur beseitigt

Es wurde festgestellt daß die Meßgenauigkeit bei einer Temperaturänderung im wesentlichen durch eine Änderung des Buchsendurchmessers beeinflußt wird.

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.

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.

Bei einer Verringerung der Temperatur erfolgt eine gleichzeitige Vergrößerung der Kapazitäten des Meßkondensators und des Kompensationskondensators.

G^.imale Kompensationsbedingungen werden 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.

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 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.

Der 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 Umwandlern) aufgestellt.

Dabei überschreiten die Kapazitäten der Verbindungskabel die Anfangskapazität des erfindungsgemäßen Gebers um das Hundert- bis 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. m

In F i g. 3 ist eine Vorrichtung zur Fernmessung von Aerosolmassenkonzentration und Durchsatzmenge einer ',;:

festen dispergierten Phase dargestellt, die einen Geber 10 nach Anspruch 1 enthält, der über abgeschirmte 30 i!

Verbindungskabel 11 mit einer Meßbrücke 12 verbunden ist. Die Vorrichtung enthält auch einen Hochfrequenz-

generator 13 und eine Einheit 14 zur Umwandlung und Aufzeichnung eines Information über Aerosoikennwerte £5

tragenden Signals. ?]

Die Meßbrücke 12 wird durch zwei Sekundärwicklungen 15 und 16 eines Differentialtransformators 17, die |*

eine starke induktive Kopplung aufweisen, die Kapazität eines Brückenabstimmelements 18 (Differentialkon- 35 ?J

densators) und die Kapazitäten der Meß- und Kompensationskondensatoren des Gebers 10 gebildet. j>|

Eine Primärwicklung 12 des Transformators 17 ist an den Ausgang des Hochfrequenzgenerators 13 ange- r-4

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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.

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.

Eine Kapazität 22, die eine Summe von Störkapazitäten des Verbindungskabels und der Kapazität zwischen 50 j

der Elektrode 2b und dem Schirm 1 darstellt, liegt parallel zu dem Ausgang der Brücke 12

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 einer» von zwei hintereinander geschalteten Amplitudendetektoren 24 und 25 verbunden ist

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.

An den Verstärker 23, Former 27 und den Generator 13 wird eine Spannung von einer stabilisierten Stromquelle 29 angelegt. eo

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.

Die 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

Die Kapazitäten 20 und 21 beeinflussen die Genauigkeit der Abstimmung nicht Während des Betriebs erfolgt eine Änderung der Kapazitäten 20 und 21, die durch Temperaturänderungen, Verschiebungen, Vibrationen usw. bedingt ist Der Einfluß dieser Kapazitätsänderungen auf das Gleichgewicht der Brücke 12 wird aber durch eine

V3D

starke induktive Kopplung der Wicklungen 15 und 16 des Transformators 17 beseitigt. (Es ist zu bemerken, daß die Kapazität 22 die Gleichgewichtsbedingungen der Brücke 12 nicht beeinflußt.)

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, daß in der Einheit 14 weiterverarbeitet wird.

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 des Gebers

ίο 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.

Die Kapazität 22 überbrückt den Ausgang der Brücke 12, was zu einer Herabsetzung der Empfindlichkeit führt. 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.

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. Eine Frequenzstabiiität kann in der vorgeschlagenen Vorrichtung beispielsweise durch eine mehrschichtige Abschir mung der Primärwicklung 19 erreicht werden, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.

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

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.
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.

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. 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.

Somit weist das Äusgangssigna! des erfir.dur.gsgemäßer. Gebers eine hohe TemperaturstabiUtät 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 Vorrichtung gewährleistet eine hohe Empfindlichkeit auch bei großer Entfernung vom Geber. Dadurch, daf in der Vorrichtung der Einflub von Temperaturänderungen sowie Störkapazitäten des Kabels und Gebers bei den Fernmessungen beseitigt ist, kann die Meßgenauigkeit für die Aerosolstromkennwerte wie beispielsweise die 5 Aerosolmassenkonzentration und die Durchsatzmenge einer festen dispergierten Phase erhöht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kapazitiver Geber für Aerosolstromkennwerte mit Potentialelektroden, zwischen diesen mit einem Spalt angeordneten Nullelektroden und einer aus einem dielektrischen Material hergestellten Buchse, auf

s deren Außenseite die Potential- und Nullelektroden befestigt sind, die eine zylindrische Fläche, die durch Spalte entlang von Schraubenlinien aufgeteilt ist, und einen Meßkondensator bilden, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Elektrode(7), die in Form einer Platte ausgeführt ist und zusammen mit einer der Potentialelektroden (2) einen Kompensationskondensator bildet und durch einen Befestigungsring (8), weicher die zusätzliche Elektrode (7) trägt, an der Außenseite der zylindrischen Fläche (2,3) angeordnet is* und to aus dem gleichen Material besteht wie die Buchse (4).

2. Kapazitiver Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis der zusätzlichen und der Potentialelektroden mindestens 0,01 bei einem Verhältnis der Dielektrikumschichtdicke des Kompensationskondensators zum Außendurchmesser der Buchse von höchstens 2 beträgt

3. Vorrichtung zur Fernmessung von Aerosolstromkennwerten mit einem kapazitiven Geber nach Anis spruch 1 oder 2, einer Meßbrücke, die durch Wicklunfsinduktivitäten eines Differentialtransformators, die

Kapazität des mit Hilfe eines abgeschirmten Kabels in einen Zweig eingeschalteten Gebers und Abstimmelemente gebildet ist und einer Einheit zur Umwandlung und Aufzeichnung eines Information über Aerosolkennwerte tragenden Signals, die an den Ausgang der Meßbrücke angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Elektrode (7) und eine, der Elektroden (2) durch gleich lange Abschnitte des Kabels 20 (11) an den äußersten Punkten von Sekundärwicklungen (15,16) des Differentialtransformators (17) angeschlossen jind. die eine starke induktive Kopplung aufweisen, und daß an den gemeinsamen Punkt der Wicklungen (15,16) die Nullelektroden (3), ein Schirm (1) des Gebers (10) und ein Schirm des Kabels (11) angeschlossen sind.