DE3211005A1

DE3211005A1 - Fluidisch-elektrischer sensor zur bestimmung der zusammensetzung von gasgemischen

Info

Publication number: DE3211005A1
Application number: DE19823211005
Authority: DE
Inventors: Lutz Dipl.-Ing. DDR-8019 Dresden Dorfmüller; Reinhard Dr.-Ing. DDR-8053 Dresden Schumann; Lothar Dr.-Ing. DDR-8023 Dresden Zipser
Original assignee: Reglerwerk Dresden VEB
Current assignee: Reglerwerk Dresden VEB
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1982-03-25
Publication date: 1983-03-17
Also published as: FR2509468A1; SU1180781A1; DD207643A3; GB2102572A

Description

Fltjidiseh-elektrischer Sensor zur Bestimmung des? Zusammensetzung von Gasgemischen
Mwendungagebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen fluidisch-elektrischen Sensor zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemiaeh©a₉ der auch bei ' Temperaturen über 100 ⁰C und bei versehmutzten Gases, einsetzbar ist und vorzugsweise zur Biessmg des JPeuchtegeJhaltee von verschmutzter Abluft von industriellen froctawigeanlagen genutzt werden kann·

Charakteristik der bekann ten ^technischen Keungea,

Bekannt sind Sensoren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen auf der Basis fluldischer Oszillatoren» die zur Erfassung der Druckschwingungen in den Oszillatoren Bait elektrischen Druckaufnehmern versehen sind«

Zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen werden fluidlsche Ossiilatoren mit äußerer Rückführung benutzt, bei denen nach DE-OS 2 448 783, DD-PS 115 206 und US-PS 4.007.625 jeweils ein Oszillatorausgaag mit einem piezoel®ktrie@läen Druckaufnehmer verschlossen ist oder nach US-PS 3 273»377 und US-PS 4.150,561 ein Druckauf nahmer an einem Oszillatorauegang in nicht näher beschriebener Weise angeordnet ist© lach US-PS 3.756.068 werden zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen zwei gleichartige Oszillatoren mit innerer Rückführung benutzt. Die Druokschwingungen dieser Oszillatoren werden mit einer akustischen Leitung aus jeweils einer Resonanzkammer der Oszillatoren herausgeführt und zu einem gemeinsamen Druckaufnehmer übertragen·

Bei einem weiteren Sensor zur Bestimmung des Meoliiaagsverhält™ nlsaes von Gasen nach US-PS 3*392,571 wird ein Sohneidentonoszillator benutzt, der akustisch mit zur Usagebxmg offenen Resonanzkammern gekoppelt ist. in einer Resonaaalsammep grenzt ein Druckaufnehmer zur Erfassung von Druckschwingungen an, oder er ist an der Umgebungsöffnung einer Resonanakaoamer angeordnet. Nachteilig ißt bei allen bekannten fluidisoh-elektriachen Sensoren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen^ daß bei den gwählten Anordnungen der Druckaufnehmer im Oszillator

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die Druckaufnahmeflächen nicht so groß, z.B. größer als 150 mm² gewählt werden können, daß bei Anwendung aktiver Druckaufnehmer (z.B. piezoelektrischer Druckaufnehmer) das gewandelte elektrische Abbildsignal hinreichend leistungsstark und jitterarm ist, um ohne zusätzliche Verstärkung und Signalformung Über Entfernungen bis zu 100 m über übliche Übertragungsleitungen übertragen und anschließend von üblichen elektrischen Funktionseinheiten erfaßt und verarbeitet werden zu können. Die Wandlung der Drucksohwingungen in elektrische Abbildsignale mit aktiven (z.B. piezoelektrisohen)Druckaufnehmern ist vorteilhaft, da für diese Wandlung keine zusätzliche Hilfsenergie erforderlich ist.

Die Übertragung der Abbildsignale vom Sensor zu entfernten elektrischen Funktionseinheiten ist erforderlich, wenn die Bestimmung der Gaszusammensetzung unter extremen für elektrische Funktionseinheiten unzulässige Bedingungen erfolgen muß, oder aus anderen Gründen eine Trennung von Sensor und elektrischen Verarbeitungseinrichtungen zweckmäßig ist.

Bei den bekannten fluidisch-elektrischen Sensoren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen können die Druckaufnahmeflächen der Druckaufnehmer deshalb nicht so weit vergrößert werden, daß leistungsstarke und jitterarme Abbildsignale entstehen, weil dann die parasitären Volumina vor den Druckaufnahmeflächen die Oszillatorschwingungen in unerwünschter Weise in ihrer Frequenz ändern, dämpfen oder Oberwellen erzeugen (akustische Fehlanpassung). Andererseits können die Oszillatorabmessungen auch nicht beliebig vergrößert und damit an große Druckaufnahmeflächen angepaßt werden, weil die Oszillatoren dann entweder nicht schwingungsfähig sind oder sehr niedrige Offsetfrequenzen und damit sehr niedrige Meßempfindlichkeiten haben.

Ein weiterer Bachteil der bekannten Sensoren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen besteht darin, daß sie über keine Mittel verfügen, mit denen ihre Offsetfrequenz justiert -werden kann.

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j·^ Eine Jus tage der Offsetfrequenz solcher Sensoren ist z.B. %*l erforderlich, wenn sie bei unterschiedlichen Temperaturen

>;;-i^ oder Drücken betrieben werden sollen und ihre Abbildsignale für eine elektronische Erfassung mit üblichen Funktionsein-. heiten erforderliche z.B. nach TGL 32 863 standardisierte - Frequenzwerte haben müssen.

Ziel der Erfindung

'$■'' Ziel der Erfindung ist es, einen Sensor zur Bestimmung der j Zusammensetzung von Gasgemischen zu schaffen, der auch unter • extremen Bedingungen, beispielsweise bei Temperaturen über ^V*ί 100 ⁰C und bei verschmutztem Gas zulässig ist und wartungsarm ^ arbeitet und vorzugsweise benutzt werden kann, um die Messung , des Feuchtegehaltes in der Abluft industrieller Trocknungs- \A anlagen zu vereinfachen. Die Messung der Abluftfeuchte von.

f"^! industriellen Trocknungsanlagen ist zur Minimierung des Energiebedarfs solcher Anlagen erforderlich. ^rm

■■',■, Darlegung dea Wesens der Erfindung

}t|: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor zur /-"■S? Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen, vorzugsweise

i,- zur Messung des Feuchtegehaltes von Luft zu schaffen, der es ·,>'■ ermöglicht, das Mischungsverhältnis von Gasen auch unter extre-%>j| men Bedingungen, beispielsweise bei Temperaturen über 100 0 I sowie bei verschmutzten Gasen zuverlässig und wartungsarm zu messen und die Meßinformation als elektrische frequenzanaloge jitterarme Abbildsignale abzugeben, die ohne zusätzliche Verstärkung über mindestens 100 m über übliche Übertragungsleitungen übertragen werden können und wobei die Signalparameter Amplitude und Frequenz der Abbildsignale in bestimmten, falls erforderlich standardisierten (z.B. nach TGL 32863) Wertebereichen liegen, bo daß die übertragenen Abbildsignale unmittelbar von üblichen elektrischen Funktionseinheiten (z.B. elektronischen Zählern) erfaßt und weiterverarbeitet werden können. Erfindungogemäß wird die Aufgabe daduroh gelöat, daß der Sensor aus mindestens einem flächenhaften fluidiechen Oszillator besteht, bei dem eine Einlaufdüse über mindestens eine Resonanz-

kammer mit einer Auslaufdüse gekoppelt ist. In der Einlaufdüse sind Mittel zur Beruhigung des aus der Einlaufdüse austretenden Strahls vorhanden. Diese Mittel können u.a. aus einem kegelförmigen Einlauf u.yö. aus Beruhigungskammern bestehen. Hierdurch wird das Jittern der Druckschwingungen im Oszillator vermindert. Mindestens eine zur Oszillatorebene parallele Begrenzungsfläche mindestens einer der Resonanzkammern ist teilweise oder ganz als möglichst große Druckaufnahmefläche eines elektrischen Druckaufnehmers ausgebildet und senkrecht zur Oszillatorebene teilweise oder ganz verstellbar. Die große Druckaufnahmefläche führt einerseits zu einer hohen Wandlungsempfindlichkeit und damit zu leistungsstarken elektrischen Abbildsignalen, deren Amplitude auch nach einer Übertragung über 100 m lange übliche Übertragungsleitungen noch bestimmte, falls erforderlich standardisierte Werte aufweist. Andererseits wird überraschender Weise das Signal durch die große Fläche integriert, wodurch das Jittern des gewandelten Abbildsignals reduziert wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die elektrischen Druckaufnehmer vorteilhaft aktive Druckaufnehmer sind, die keine elektrische Hilfsenergie benötigen· In weiterer Auskleidung der Erfindung ist der Sensor aus zwei gleichen Oszillatoren der o.g. Art aufgebaut, die thermisch gekoppelt Bind und deren Einlaufdüsen oder Auslaufdüsen an die gleiche Pumpe angeschlossen sind.

AusführungBbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Flg. 1 Perspektivische Ansicht eines fluidisch-elektrischen Sensors zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen

Pig. 2 Ansicht einer Oszillatorplatte Pig. 3 Ansicht einer Kanalplatte

Nach PIg. 1 kann ein Sensor zur Bestimmung der Zuaammonaetzurn; von Gasgemischen aus einer Grundplatte 1 , einer Kanalplatte

einer Oszillatorplatte 3 , einer Deckplatte 4 , zwei Drucklauf auf nehmern 5 und 6 sowie einem Ejektor 7 bestehen·

Fig. 2 zeigt die Oszillatorplatte 3 , in der zwöi gleiche flächenhafte Oszillatoren mit innerer Rückführung ausgebildet sind. Die Einlauf düsen 3·1 der Oszillatoren verjüngen sich anfangs und behalten anschließend über eine längere Strecke einen konstanten Querschnitt. Dadurch wird erreicht, daß ein aus der Einlauf düse austretende Strahl weitgehend beruhigt ist, d.h. einen geringeren Turbulenzgrad hat. Die Resonanzkammern 3·2 der Oszillatoren sind so ausgebildet, daß bei einer bestimmten erwünschten Offsetfrequenz der Oszillatoren eine möglichst große mindestens 150 mm betragende kreisförmige Druckaufnahmefläche eines piezoelektrischen Druckaufnehmers eingeführt werden kann.

Der Eingang der Auslaufdüse 3·3 ist mit scharfen Kanten versehen. Diese Kanten dienen zur Anregung der Oszillatorschwingungen.

Fig. 3 zeigt eine Kanalplatte 2 . Sie dient dazu, den im Ejektor 7 erzeugten Unterdruck gleichmäßig an die Auslaufdüsen zu übertragen. Durch diesen Unterdruck wird durch einen Oszillator das Gas gesaugt, dessen Zusammensetzung bestimmt werden soll. z.B. feuchte Luft, während durch den anderen Oszillator ein Vergleichsgas (z.B. trockene Luft) gesaugt wird. Die Frequenz der Oszillatoren hängt außer von der Zusammensetzung des sie durchströmenden Gases auch von der Gastemperatur und dem Unterdruck an der Auslaufdüse ab. Die Temperatur der Gase wird durch thermische Kopplung der beiden Oszillatoren in einer räumlichen Einheit gleich groß gehalten.

Bei gleicher Temperatur der Gase, bei gleichem Unterdruck an den Auslaufdüsen und bei konstanter Zusammensetzung des Vergleichgases (trockene Luft) hängt die Differenz der Frequenzen beider Oszillatoren in erster Näherung von der Zusammenstzung des zu messenden Gases ab. Durch dieses Differenzverfahren werden Meßfehler, die durch Temperatur- und Unterdruckschwankungen entstehen können weitgehend vermieden· Dio piezoelektrischen Druckaufnohmer 5 und 6 lassen sich von der Deckplatte 4 aus in die Reaonam-.kammern der

Oszillatoren einschrauben. Dadurch läßt sich erfindungagemäß
die Offsetfrequenz der Oszillatoren ändern und damit bestimmte, falls erforderlich,standardisierte irequenzwerte zur Erfassung der Abbildsignale mit üblichen elektrischen Funktionseinheiten (z.B, elektronischen Zählern) einstellen.

Claims

Erfindungsanspruch

·] Pluidisch-elektrischer Sensor zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasgemischen, vorzugsweise zur Messung des Feuchtegehaltes von Luft, bestehend aus mindestens einem fluidischen Oszillator, bei dem eine Einlaufdüse über mindestens eine Resonanzkammer mit einer Auslaufdüse gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der fluidlsche Oszillator flächenhaft ausgeführt ist, in der Einlaufdüse (3*1) Mittel zur Beruhigung des aus der Einlaufdüse (3*1) austretenden Strahle vorhanden sind, mindestens eine zur Oszillatorebene parallele Begrenzungsfläche mindestens einer der Resonanzkammern (3*2) teilweise oder ganz als möglichst große Druckaufnahmefläche eines elektrischen Druckaufnehmers (5;6) ausgebildet ist und senkrecht zur Oszillatorebene teilweise oder ganz verstellbar ist·

2» Pluidisch-elektrischer Sensor nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Druckaufnehmer (5;6) aktive Druckaufnehmer sind, die keine elektrische Hilfsenergie benötigen.

3. Pluidisch-elektrischer Sensor nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus zwei fluidischen Oszillatoren besteht, die thermisch gekoppelt sind und deren Einlaufdüsen (3.1) oder Auslaufdüsen (3*3) an die gleiche Pumpe angeschlossen sind.