DE3220785A1

DE3220785A1 - Dampffeuchtigkeits-messeinrichtung

Info

Publication number: DE3220785A1
Application number: DE19823220785
Authority: DE
Inventors: Takeshi Hitachi Sato; Kengo Hitachi Shigeta; Syogo Katsuta Tsuji; Akira Mito Uenishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-06-03
Filing date: 1982-06-02
Publication date: 1983-01-05
Also published as: US4497577A; JPS57199943A; JPH0256623B2; DE3220785C2; CA1179776A

Description

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HITACHI, LTD., Tokyo,
Japan

Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen der Feuchtigkeit in einem Dampfstrom, die durch eine Zustandsänderung des Dampf bedingt ist, also der Dampffeuchtigkeit, in einer Dampf verwendenden Vorrichtung, z. B. einer Dampfturbine.

Die Feuchtigkeit im Dampf liegt in Form von Wassertröpfchen mit sehr kleinem Durchmesser im Bereich von weniger als 1 ;um bis zu einigen /am vor, und die Anzahl Wassertropfenteilchen für jeden Durchmesser ist als eine bestimmte Art der Teilchengrößen-Verteilungsfunktion gegeben. Der eine solche Feuchtigkeit enthaltende Dampf wird als Naßdampf bezeichnet. In Geräten und Maschinen, die Dampf verwenden, ergeben sich verschiedene Nachteile mit steigender Feuchtigkeit des Naßdampfs, d. h. mit zunehmender Massenkonzentration der Wassertröpfchen. Im Fall einer Dampfturbine korrodieren oder erodieren die Turbinenschaufeln und die Dampfleitungen, und die Ausgangsleistung der Turbine wird verringert. Es ist

daher wichtig, die Feuchtigkeit an verschiedenen Stellen des DampfStroms in der Turbine zu messen bzw. zu erfassen und Maßnahmen zu treffen, um schädliche Erscheinungen auszuschalten, während der Zustand des Dampfs in Verbindung mit den Betriebsbedingungen der Turbine überwacht wird.

Konventionelle Verfahren zum Messen der Dampffeuchtigkeit sind das Drosselkalorimeter-Verfahren, bei dem von dem zu messenden Naßdampf eine Probe entnommen und der Druck vermindert wird, sowie ein Wärmebilanz-Verfahren, bei dem die Naßdampfprobe erhitzt wird, um die Feuchtigkeit zu verdampfen, und die Feuchtigkeit aus der Wärmebilanz errechnet wird. Diese Verfahren weisen z. B. die Nachteile auf, daß es schwierig ist, in der Dampfleitung die örtliche Feuchtigkeit zu messen, und daß die Messung vergleichsweise lang dauert und es somit nicht möglich ist, eine kontinuierliche Messung der momentanen Feuchtigkeit vorzunehmen. Es ist eine Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung bekannt, die auf der Grundlage von Laserlicht-Dämpfung arbeitet (vgl. "Moisture Measurements in a Low Pressure Steam Turbine Using a Laser Light Scattering Probe" von J.S. Wyler et al., Transaction of the ASME, vol. 100, Oktober 1976, S. 544-548). Diese Meßeinrichtung ist so aufgebaut, daß ein Lichtsignal eines durch den zu messenden Naßdampf geschickten Lichtstrahls mit einem Lichtsignal eines Lichtstrahls verglichen wird, der keinen Naßdampf durchsetzt hat. Diese Meßeinrichtung kann jedoch keine hohe Feuchtigkeits-Meßgenauigkeit erzielen, wenn nicht der Sautersche mittlere Durchmesser der Wassertröpfchen als Konstantwert von 0,3/am oder weniger angenommen wird, so daß die Genauigkeit der Feuchtigkeitsmessung im Fall eines Naßdampfs mit einem Sauterschen mittleren Durchmesser von mehr als 0,3 /am stark verschlechtert wird. Z. B. kann diese Meßeinrichtung die

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Feuchtigkeit eines Naßdampfs mit einem Sauterschen mittleren Durchmesser von 10-30 pm und einer Feuchtigkeit in der Größenordnung von 5-15 %, der in Dampfturbinen ein Problem darstellt, nicht mit ausreichender Genauigkeit messen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung, die die örtliche Feuchtigkeit eines NaßdampfStroms kontinuierlich und momentan und ferner innerhalb eines weiten Bereichs messen kann.

Gemäß der Erfindung wird ein von einem Lichtleiterbündel übertragener einfallender Lichtstrahl von Wassertröpfchen in einem Naßdampf, der einen Meßraum eines Detektors durchströmt, gestreut, und die resultierenden Streulichtstrahlen werden von Lichtleiterbündeln empfangen und einem lichtelektrischen Umsetzerteil zugeführt, und vom Umsetzerteil erzeugte Signale, die auf der Intensität der Streulichtstrahlen basieren, werden verarbeitet, um die Dampffeuchtigkeit zu bestimmen.

Im allgemeinen ist die Dampffeuchtigkeit, d. h. die Massenkonzentration von Wassertröpfchen in einem Naßdampfstrom, gleich der Trübung, und daher ist die Beziehung zwischen der Intensität Jo eines einfallenden Lichtstrahls und der Intensität J eines übertragenen oder eines gestreuten Lichtstrahls gegeben als:

J - _Ω
= e

Jo

mit 'Tl = die Trübung und

1 = die Länge des Lichtwegs.

Wenn die Intensität Jo des einfallenden Lichtstrahls in dieser Gleichung als konstant angenommen wird, kann die der Dampffeuchtigkeit äquivalente Trübung dadurch bestimmt werden, daß die Intensität des übertragenen oder des Streulichtstrahls erfaßt wird. Zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit aus der Beziehung von Gleichung (1) muß sich die Dampffeuchtigkeit mit der Menge gleichförmiger Wassertröpfchen gleichen Durchmessers ändern. In einem tatsächlichen Naßdampfstrom wird jedoch für verschiedene Tropfenteilchendurchmesser eine bestimmte Teilchengrößen-Verteilung gebildet entsprechend der Form des Strömungskanals, der Strömungsgeschwindigkeit u. dgl., Bei der Messung eines vielfachdispersen Teilchensystems wie z. B. eines Naßdampfstroms, in dem verschiedene Tröpfchengrößen und -mengen verteilt sind, muß daher zuerst die Teilchengrößen-Verteilung ermittelt und dann die Massenkonzentration, d. h. die Feuchtigkeit, auf der Grundlage der Teilchengrößen-Verteilung bestimmt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Teilchengrößen-Verteilung aus der Intensität von Streulichtstrahlen bestimmt, und das Resultat wird zur Ermittlung der Dampffeuchtigkeit verwendet.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A ein Ausführungsbeispiel der Dampffeuchtig-

keits-Meßeinrichtung nach der Erfindung, wobei ein Detektor im Schnitt und eine elektrische Vorrichtung in Form eines Blockschaltbilds dargestellt sind;

Fig. 1B den Detektor von Fig. 1A längs dem Pfeil IB;

-·# w n

Fig.	3B
Fig.	4Ά
Fig.	4B
Fig.	5

Fig. 2 eine Schnittansicht der wesentlichen Teile des Detektors eines weiteren Ausführungsbeispiels der Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung;

Fig. 3A ein Diagramm, das den Aufbau zur Messung des Dampfstromdrucks bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1A und 1B zeigt; eine Schnittansicht IIIB-IIIB von Fig. 3A; ein Diagramm, das den Aufbau zur Messung der Dampfstromtemperatur bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1A und 1B zeigt; eine Schnittansicht IVB-IVB von Fig. 4A; ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1A und 1B und erläutert;

Fig. 6 ein der Fig. 1A ähnliches Diagramm, das ein

weiteres Ausführungsbeispiel der Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung zeigt;

Fig. 7 zeigt die wesentlichen Teile von Fig. 6 in vergrößerter Darstellung; und

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum

Bestimmen der Dampffeuchtigkeit bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 erläutert.

Die Fig. 1A und 1B zeigen ein Ausführungsbeispiel der Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung. Ein Detektor 1 ist im wesentlichen zylindrisch, und sein Vorderende 2 (Meßende) ist in den zu messenden Dampfstrom eingesetzt und definiert einen Meßraum A. Der Dampf strömt senkrecht zu der Zeichenebene von Fig. 1A, d. h. längs Pfeilen von Fig. 1B. In dem Detektor 1 ist ein Lichtleiterbündel 6 angeordnet, das einen auf den Meßraum A des Dampfstroms abzustrahlenden Licht-

strahl leitet; ferner sind darin Lichtleiterbündel 11 und angeordnet, die von den Wassertropfen im Dampf gestreute Lichtstrahlen (Streulichtstrahlen) zu Lichtempfangselementen 12 und 16 leiten, die von fotoelektrischen Umsetzungselementen, z. B. Fotodioden, gebildet sind. Der vordere Endabschnitt 2 enthält ein Prisma oder einen Reflektor 7 in Kontakt mit einem Ende des Lichtleiterbündels 6, so daß der Lichtstrahl (der einfallende Lichtstrahl) von Lichtquellen 3, 3' und 3" über einen optischen Schalter 23 durch das Lichtleiterbündel 6 geführt wird und dieser Lichtstrahl auf den Meßraum A in eine Richtung abgestrahlt wird, die in bezug auf den Übertragungsweg des Lichtleiterbündels 6 um 90° abgelenkt ist; ferner ist ein Prisma oder ein Reflektor 9 an einem Ende des Lichtleiterbündels 11 angeordnet, so daß der durchtretende Lichtstrahl, also der die gleiche Richtung wie der einfallende Lichtstrahl aufweisende Streulichtstrahl, gerade durch den Meßraum A zum Lichtempfangselement 12 geleitet wird. Ferner wird der senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl verlaufende Streulichtstrahl durch ein Lichtempfangsfenster 14 und das Lichtleiterbündel 15 zum Lichtempfangselement 16 geleitet. Verschiedene Streulichtstrahlen können als der senkrecht zum einfallenden Lichtstrahl verlaufende Streulichtstrahl angesehen werden, und anstelle des in der Zeichnung gezeigten, zum einfallenden Licht senkrechten Streulichtstrahls kann ein Streulichtstrahl verwendet werden, der zur Zeichenebene von Fig. 1 senkrecht verläuft, und das Lichtempfangsfenster 14 und das Lichtleiterbündel 15 können dementsprechend angeordnet sein. Die Messung der Dampffeuchtigkeit wird durch die Richtung des jeweils verwendeten senkrechten Streulichtstrahls nicht beeinträchtigt. Zur Vereinfachung des Aufbaus werden bevorzugt, wie in der Zeichnung gezeigt, die Streulichtstrahlen verwendet, die in einer zum Dampfstrom senkrechten Ebene

liegen. Um zu verhindern, daß Wassertröpfchen an der Oberfläche des Lichtaufnahmefensters 14 und der Reflektoren oder Prismen 7 und 9, die mit dem Dampfstrom im Meßraum A in Kontakt gelangen, haften, was die Übertragung des einfallenden Lichtstrahls und der Streulichtstrahlen nachteilig beeinflussen würde, wird in den hohlen Abschnitt 17 des Detektors 1 und durch in der Innenfläche gebildete Löcher zur Einführung der Lichtleiterbündel am vorderen Endabschnitt 2 ein Spülgas längs den Oberflächen der Prismen 7 und 9 und des Lichtaufnahmefensters 14 eingeblasen. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des auf die Prismen 7 und 9 und das Lichtaufnahmefenster 14 geblasenen Spülgases zu hoch ist, wird der Naßdampfstrom im Meßraum A gestört, so daß eine fehlerfreie Messung der Feuchtigkeit unmöglich gemacht wird. Der Druck des Spülgases 18 wird daher nach Maßgabe des Dampfdrucks im Meßraum A in geeigneter Weise eingestellt.

Um die Lichtquellen und die Lichtempfangselemente vor der Hitze des Dampfstroms zu schützen, wird dem hohlen Abschnitt 21 Kühlwasser 20 zugeführt. Die Anzahl Lichtquellen ist nicht auf drei begrenzt, sondern es können viele Lichtquellen verwendet werden, deren jede Licht von jeweils unterschiedlicher Wellenlänge aussendet, z. B. Leuchtdioden oder Laserdioden. Diese Lichtquellen werden sequentiell dadurch eingeschaltet, daß ihnen Spannung von einer Spannungsversorgung 4 über einen Spannungsumschalter 25 zugeführt wird, der durch ein Befehlssignal von einer Steuereinheit 24 aktiviert wird, so daß der Lichtstrahl der jeweils eingeschalteten Lichtquelle von dem optischen Schalter 23, der synchron mit dem Umschaltvorgang des Umschalters 25 betätigt wird, dem Lichtleiterbündel 6 zugeführt wird. Der von dem Lichtleiterbündel 6 auf diese Weise geleitete Lichtstrahl bildet den

einfallenden Lichtstrahl 5 zum Naßdampfstrom in dem Meßraum A. Der Lichtstrahl 13, der von den Wassertropfen im Meßraum A gestreut wird und der senkrecht zu dem einfallenden Lichtstrahl verläuft, wird dem Lichtempfangselement 16, z. B. einer Fotodiode, durch das Lichtleiterbündel 15 zugeführt und in ein Spannungsignal I_g umgewandelt. Der Streulichtstrahl 10, der in die gleiche Richtung wie der einfallende Lichtstrahl 5 verläuft, erreicht dagegen das Prisma 9 und wird von dem Lichtleiterbündel 11 zu dem Lichtempfangselement 12 geleitet, das die gleiche Charakteristik wie das Lichtempfangselement 16 aufweist, und wird in ein Spannungssignal I_m umgewandelt. Die so erhaltenen Signale I_m und Ig werden von Spannungsverstärkern 22 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt und einer Signalverarbeitungseinheit 27 zugeführt. Die Steuereinheit 24 dient der Erzeugung eines Spannungsversorgungs-Schaltsignals, das an den Spannungs-ümschalter 25 angelegt wird aufgrund eines Befehlssignals von der Signalverarbeitungseinheit 27, wobei gleichzeitig der Signalverarbeitungseinheit durch eine Synchronisiereinheit 26 ein Synchronisiersignal zugeführt wird. Die Verarbeitungseinheit 27 diskriminiert somit unterschiedliche Wellenlängen der Lichtstrahlen von den Lichtquellen und speichert in einem Speicher die Signale Ig und Im für jede Wellenlänge. Eine Ausgangseinheit 28 hat die Funktion, eine Sichtanzeige der Teilchengröße-Verteilung und der Dampffeuchtigkeit zu liefern, die von der Signalverarbeitungseinheit 27 erhalten werden. Ein Temperatursignal 40 und ein Drucksignal 41 werden später erläutert.

Die Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung nutzt die Abhängigkeit der Intensität der Lichtstrahlen, die an den Wassertröpfchen im Naßdampfstrom im Meßraum A gestreut werden, von der Wellenlänge, oder sie nutzt die Tatsache, daß sich die

Intensität der Streulichtstrahlen in Abhängigkeit von der Wellenlänge des einfallenden Lichtstrahls nach Maßgabe der Teilchengrößen-Verteilung der Wassertropfchen ändert. Durch eine Analyse der Signale I_T und I_s bei jeder Wellenlänge in der Signalverarbeitungseinheit 27 kann die Teilchengröße-Verteilung der Wassertröpfchen ermittelt werden. Die Signalverarbeitungseinheit 27 enthält einen üblicherweise verwendeten elektronischen Rechner, der eine Software-Funktion zur Bestimmung der Teilchengröße-Verteilung durch Analyse der Signale speichern kann und die Dampffeuchtigkeit aus der Teilchengröße-Verteilung berechnen kann.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert. Dieses umfaßt eine Modifikation des Aufbaus der Lichtleiterbündel für den einfallenden Lichtstrahl 5 sowie die Streulichtstrahlen 10 und 13 und des Aufbaus des vorderen Endabschnitts 2 der Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung von Fig. 1; dabei ist das Lichtempfangselement 16 bezüglich seiner Lage mit den Lichtquellen 3, 3' und 3" und dem optischen Schalter 23 von Fig. 1 vertauscht. Im übrigen sind Aufbau und Funktionen genau die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1. In Fig. 2 ist ein Lichtleiterbündel 52 zum Leiten des einfallenden Lichtstrahls 55 im Mittelabschnitt des zylindrischen Detektorgehäuses angeordnet, und ein Lichtleiterbündel 53 zum Leiten des Streulichtstrahls 56 zum Lichtempfangselement sowie ein Lichtleiterbündel 54 zum Leiten des Streulichtstrahls 57 zum Lichtempfangselement sind zu beiden Seiten des Lichtleiterbündels 52 angeordnet. Am vorderen Endabschnitt 51 ist die Endfläche 60 des Lichtleiterbündels 53 zum Leiten des vorderen Streulichtstrahls 56 so angeordnet, daß sie der Endfläche 61 des Lichtleiterbündels 54 zum Leiten des rückwärts gestreuten Lichtstrahls 57 durch den

Meßraum B gegenüberliegt, so daß der Vorwärtsstreulichtstrahl 57, der aus dem in den Meßraum B eintretenden und von den Wassertropfen im Meßraum B (dem Naßdampf, der senkrecht zur Zeichenebene vo Fig. 2 strömt) gestreut wird, resultiert, erfaßt werden kann. Zu diesem Zweck ist das Lichtleiterbündel 53 U-förmig ausgebildet (vgl. 62 in Fig. 2). Das Vorderende des Lichtleiterbündels 52 ist unter einem Winkel θ zu der Linie 63 geneigt, die die Endflächen 60 und 61 verbindet, und damit ist die Endfläche 64 des Lichtleiterbündels 52 so geneigt, daß der einfallende Lichtstrahl 55 in den Raum B aus der Richtung des Winkels θ zur Linie 63 eintritt. Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der einfallende Lichtstrahl 55 durch Leuchtdioden oder Laserdioden erhalten, die Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren und die sequentiell geschaltet werden, und der Vorwärtsstreulichtstrahl 56 sowie der Rüokwärtsstreulichtstrahl 55 werden den Lichtempfangselementen durch die Lichtleiterbündel 53 bzw. 54 zugeführt, so daß Signale I und I_c entsprechend denjenigen von Fig. 1A aus dem Streulichtstrahl 56 bzw. dem Streulichtstrahl 57 abgeleitet werden.

Der Winkel Θ steht nicht in Beziehung mit der Messung der Dampffeuchtigkeit und kann in erwünschter Weise nach Maßgabe der erwünschten Form des vorderen Endabschnitts 51, also des Meßteils, bestimmt werden. Ferner können Streulichtstrahlen jeder Richtung verwendet werden. Wenn man annimmt, daß die Streulichtstrahlen 10 und 13 von Fig. 1A dem Vorwärtsstreulichtstrahl 56 und dem Rückwärtsstreulichtstrahl 57 entsprechen, kann das Ausführungsbeispiel der Fig. 1A und 1B als eine spezielle Form des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 angesehen werden, wobei der Meßteil anders ausgebildet ist. Wenn die Form des Meßteils nach Fig. 2 erwünscht ist, kann der Winkel Θ ζ. Β. zwischen 10 und 30° gewählt werden.

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Um die Dampffeuchtigkeit aus der Teilchengrößen-Verteilung zu bestimmen, müssen der Druck und die Temperatur des Dampfstroms gemessen und die spezifischen Gewichte des Gases und der Wassertröpfchen aus dem Druck und der Temperatur bestimmt werden. Der Aufbau zur Messung von Druck und Temperatur des Dampfstroms wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B erläutert.

Der Aufbau zur Messung des Drucks ist in den Fig. 3A und 3B gezeigt. Am Außenumfang des vorderen Endabschnitts 2 sind Druckmeillöcher 105, 106 und 107 ausgebildet, die mit Druckmeßrohren 108, 109 und 110 kommunizieren, die ihrerseits an entsprechende Druckerfasser in einem Rohranschlußstück 111 durch den hohlen Abschnitt 17 des Detektors 1 angeschlossen sind. Die Druckerfasser dienen zum Umsetzen des Drucks in ein elektrisches Signal derart, daß aufgrund eines Signals 112 der Druckumsetzer 113 die Beziehung zwischen Druck und Spannung in eine Digitalinformation umsetzt, die als Signal 41 der Signalverarbeitungseinheit 27 zugeführt wird. Nach Fig. 3B sind die Druckmeßlöcher 105, 106 und 107 relativ zueinander so angeordnet, daß, wenn das Druckmeßloch 105 der Richtung a des DampfStroms direkt gegenüberliegt, die Druckmeßlöcher 106 und 107 unter einem Winkel von 42° zum Druckmeßloch 105 am Rand des vorderen Endabschnitts 2 positioniert sind. Drei Druckmeßlöcher sind vorgesehen, damit einerseits durch Ausgleichen der Drücke der Druckmeßlöcher 106 und 107 miteinander die Richtung des DampfStroms im Meßraum A unter einem rechten Winkel zur Strahlungsrichtung des Lichtstrahls gekreuzt werden kann und andererseits im Fall des Einsatzes eines Pitotrohrs mit zylindrischen Löchern, das normalerweise für die Messung von Fluiddrücken verwendet wird, der Druck des Druckmeßlochs 105 einen Gesamtdruck und die Drücke der Druckmeßlöcher 106 und 107 einen statischen Druck liefern.

Ί7 -

Die Fig. 4A und 4B zeigen den Aufbau für die Temperaturmessung. Wie im Fall der Druckmessung weist derjenige Teil des vorderen Endabschnitts 2, der in den Zylinder des Detektors 1 eingesetzt ist, ein Loch 115 auf, und das Vorderende eines Thermoelements 116 ist in das Loch 115 vom hohlen Abschnitt 17 des Detektors 1 her so weit eingesetzt, daß es die
Außenrandflache des Detektors 1 beinahe erreicht. Eine
Spannung in Form einer thermoelektrischen Kraft wird von
einem Temperaturumsetzer 119 als äußeres Signal 118 erfaßt, und nach digitaler Umsetzung wird das Signal 40 zur Signalverarbeitungseinheit 27 übertragen.

Nachstehend wird eine Methode zum Verarbeiten der Meßsignale und zum Berechnen der Teilchengrößen-Verteilung und der
Dampffeuchtigkeit unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 1A und 1B sowie 2 erläutert.

Diese Methode basiert auf der Grundgleichung

_ K-C -1

I = exp (- I ^-)

* ^U32

/^mK(a₃rn,) V-N(D)-CiD

J ]l·'.N(D)-UIi ο

/^roD³-N(D)-dD
_D = _^ (it)

³^ / d2.N(D)-CiD

mit I = Intensität eines Streulichtstrahls, K = Streukoeffizient, ^D32 ⁼ Sauterscher mittlerer Durchmesser von

Wassertröpfchen, = TT D/A , = Teilchengrößen-Verteilungsfunktion von

Wassertröpfchen, 1 = Länge des Lichtwegs, m. = Brechzahl eines Wassertröpfchens, λ = Lichtwellenlänge und Cv = Volumenkonzentration von Wassertröpfchen.

(X
N(D)

In dieser Gleichung seien die Wellenlänge des einfallenden Lichtstrahls A₁, A₂ und A₃, die Streukoeffizienten für die jeweiligen Wellenlängen der einfallenden Lichtstrahlen K₁ , K₂ und K₃ und die Intensität der Streulichtstrahlen 1(A₁), 1(A₂) und 1(A₃). Es wird die folgende Beziehung erhalten:

^Kl = -i = C

K„

Jl_n[I(X₁)]

K-

'23

(5)

L= c

Die vorliegende Erfindung verwendet die vorstehenden Gleichungen (2) und (5).

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von Fig. 5 die Erläuterung fortgesetzt. In Schritt 501 werden die Vorwärtsstreulichtintensität I_, und die Rückwärtsstreulichtintensität I_g entsprechend den einfallenden Lichtwellenlängen ^₁, A₂ und A₃ als Meßinformation abgerufen, und Verhältnisse Im(A₁), Im(A₂) und Im(A₃) zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsstreulichtintensität werden aus den jeweiligen Wellenlängen abgeleitet. In Schritt 502 wird die Teilchengrößen-Verteilungsfunktion N(D) angenommen. N(D) hat verschiedene Verteilungsformen einschließlich der Gammaverteilung, der logarithmischen Normalverteilung und der oberen Grenzverteilung, von denen jede entsprechend der Art der Strömung in dem Weg, in dem die Feuchtigkeit zu messen ist, ausgewählt werden kann. In Schritt 503 wird aus dem angenommenen N(D) der Sautersche mittlere Durchmesser D₃₂ errechnet. In Schritt 504 werden C-.-> C₂₃ und C₃₁ von Gleichung (5) in bezug auf die Gleichungen (2) und (3) berechnet, und die Beziehung von ^C12' ^C23 ^{und C}31 ^{2U D}32 ^w*^rd bestimmt. In Schritt 505 werden auf der Grundlage von Im(A₁), Im(A₂) und Im(A^)/ die aus den Meßdaten erhalten wurden, C₁₂' ^c ₂3 und C₃₁ entsprechend der Gleichung (5) berechnet, wodurch Sautersche mittlere Durchmesser für die entsprechenden Wellenlängen (D₃₂)A₁, (D₃₃)A₂ und (D₃₂)A₃ auf der Grundlage der in Schritt 504 bestimmten Beziehung erhalten werden. In Schritt 506 wird D₃₃, das in Schritt 503 erhalten wurde, mit (D₃₂)A₁, (D₃₂)A₂ und (D₃₂)A₃ verglichen, um dadurch den Wahrscheinlichkeitsfehler £ zwischen diesen Werten zu ermitteln. In Schritt 507 wird bestimmt, ob der Wahrscheinlichkeitsfehler £

- 20 -

innerhalb des Toleranzwerts £ . liegt, und wenn ε _ab < £, so geht der Prozeß zu Schritt 508, in dem der Parameter der Teilchengrößen-Verteilungsfunktion N(D) korrigiert wird, wodurch die Teilchengrößen-Verteilung geändert wird; darauf folgt die wiederholte Durchführung der Schritte 503-507. Wenn dann in Schritt 507 die Beziehung £_ab > £ erhalten wird, geht der Prozeß zu Schritt 509 weiter. In Schritt 509 werden Κ*-·., κλ, und KA₃ auf der Grundlage der so bestimmten Teilchengrößen-Verteilungsfunktion N(D) berechnet, und es wird der Mittelwert K erhalten. In Schritt 510 wird aus der Gleichung (2) auf der Grundlage von D^ und K die Tröpfchenvolumenkonzentration Cv berechnet. In Schritt 511 werden das spezifische Gewicht Pj der Wassertröpfchen und das spezifische Gewicht ρ des Gases aus den Druck- und Temperatur-Meßdaten errechnet, wodurch die Feuchtigkeit Y aus der folgenden Gleichung bestimmt werden kann:

Mit der Durchführung der vorgenannten Prozeßschritte werden die Teilchengrößen-Verteilung N(D) und die Feuchtigkeit Y bestimmt.

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wird die Tatsache, daß die Intensität des von den Wassertröpfchen gestreuten Lichtstrahls von der Wellenlänge abhängt, dazu genutzt, die Teilchengrößen-Verteilung der Wassertröpfchen zwecks Bestimmung der Dampffeuchtigkeit zu berechnen. Da die Intensität des von den Wassertröpfchen im Naßdampf gestreu-

ten Lichtstrahls sich mit dem Winkel in bezug auf den einfallenden Lichtstrahl ändert, ist es jedoch möglich, die Teilchengrößen-Verteilung dadurch zu berechnen, daß die Änderung der Intensität der Streulichtstrahlen in Abhängigkeit von deren Winkel in bezug auf den einfallenden Lichtstrahl erfaßt wird, d. h., daß die Position der Streulichtstrahlen erfaßt wird, ohne daß die Wellenlänge des einfallenden Lichtstrahls geändert wird. Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung, die diese Abhängigkeit der Intensität des Streulichtstrahls von dem Streuwinkel nutzt.

Die Einrichtung nach Fig. 6 umfaßt eine einzige LED oder Laserdiode 81, die von einer Spannungsversorgung 4 gespeist wird und einfallendes Licht zum Meßraum C liefert. Der von der Diode 81 ausgehende Lichtstrahl wird durch ein Lichtleiterbündel 82, das im inneren Hohlraum des Zylindergehäuses 85 des Detektors 1 angeordnet ist, zu einem Strahlungsfenster 83 geleitet, so daß der einfallende Lichtstrahl in den Meßraum C abgestrahlt wird. Im Meßraum C strömt der Wassertröpfchen enthaltende Naßdampf in einer zur Zeichenebene von Fig. 6 senkrechten Richtung, so daß der in den Meßraum C abgestrahlte Lichtstrahl von den Wassertröpfchen gestreut wird? die Streulichtstrahlen werden von einer Mehrzahl Lichtempfangsfenstern 86, 87, 88 und 89 empfangen, die unter verschiedenen Winkeln zur Richtung des einfallenden Lichtstrahls positioniert und auf einer im vorderen Endabschnitt 84 vorgesehenen Oberfläche, die mit dem Meßraum C in Kontakt steht, vorgesehen sind. Die an den Lichtempfangsfenstern 86, 87, 88 und 89 empfangenen Streulichtstrahlen haben unterschiedliche Intensität entsprechend der Teilchengrößen-Verteilung in dem Wassertröpfchen enthaltenden Naßdampf, und die an den jeweiligen Lichtempfangsfenstern empfangenen

Streulichtstrahlen werden durch Lichtleiterbündel 90, 91, und 93, die jeweils mit den Lichtempfangsfenstern verbunden und im inneren Hohlraum des Zylindergehäuses 85 untergebracht sind, einem optischen Schalter 95 zugeführt. Die Steuereinheit 24 erzeugt ein Schalter-Umschaltsignal aufgrund eines Befehls von der Signalverarbeitungseinheit 27, und der optische Schalter 95 schaltet die von den Lichtleiterbündeln 90, 91, 92 und 93 kommenden Lichtstrahlen in regelmäßigen Intervallen nach Maßgabe des Schalter-Umschaltsignals von der Steuereinheit 24 um. Der so geschaltete Lichtstrahl wird einem Lichtempfangselement 97 zugeführt, das dem Lichtempfangselement 12 oder 16 von Fig. 1A ähnlich ist, so daß der Lichtstrahl in eine Spannung umgesetzt wird. Die Spannung vom Lichtempfangselement 97 wird im Verstärker 22 verstärkt und der Signalverarbeitungseinheit 27 zugeführt. Das Schalter-Umschaltsignal von der Steuereinheit 24 wird andererseits einer Synchronisiereinheit 26 zugeführt, die ein Synchronisiersignal an die Signalverarbeitungseinheit 27 anlegt, so daß synchron mit der Aktivierung des optischen Schalters 95 die Ausgangssignale der Lichtempfangsfenster 86, 87, 88 und 89, die am Lichtempfangselement 97 in eine Spannung umgesetzt werden, unter Klassifizierung jedes Lichtempfangsfensters im Speicher der Signalverarbeitungseinheit 27 gespeichert werden. Das Spülgas 18 und Kühlwasser 20 werden in der gleichen Weise wie bei der Einrichtung nach den Fig. 1A und 1B zugeführt. Außerdem ist der Aufbau zur Druck- und Temperaturmessung des Dampfstroms im wesentlichen gleich demjenigen nach den Fig. 3A und 3B, und das Drucksignal 41 sowie das Temperatursignal 40 werden der Signalverarbeitungseinheit 27 zugeführt.

Der Streulichtstrahl jeder Richtung kann in erwünschter Weise gewählt werden. Dabei müssen jedoch die Winkel Θ. bis θ^ der Streulichtstrahlen relativ zur Richtung des einfallenden Lichtstrahls beachtet werden. Angesichts des einfachen Aufbaus des Meßteils und der Beachtung der Winkel ^₁ bis Θ4 werden jedoch bevorzugt die Streulichtstrahlen in einer zum Dampfstrom senkrechten Ebene, die die Richtung des einfallenden Lichtstrahls enthält, benützt. Ferner werden bevorzugt mindestens drei Streulichtstrahlen verwendet, d. h., es werden mindestens drei Lichtempfangsfenster vorgesehen.

In Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. und 7 wird nachstehend eine Methode zur Berechnung der Teilchengrößen-Verteilung und der Dampffeuchtigkeit erläutert. Die Intensität 1(0) eines Streulichtstrahls unter einem winkel θ zur Richtung des einfallenden Lichtstrahls ist gegeben als:

1(0) = /°°AN(a)[sin²(a0)/e²]da (7)

mit c< - Tr D/λ. ,

A = eine Konstante, D = Wassertröpfchen-Durchmesser und N(oc) = Teilchengrößen-Verteilungsfunktion der Wassertröpfchen.

Wenn, wie bei diesem Ausführungsbeispiel, die Wellenlänge ^- des einfallenden Lichtstrahls konstant ist, wird die Beziehung von Gleichung (7) allgemein wie folgt ausgedrückt;

Ι(θ) = K/^<"i(e₎D,in_i)N(D)dD W

mit m. = Brechzahl der Wassertröpfchen und i(9,D,m_i) = Mie-Streufunktion.

Im Bereich der Teilchengrößen-Verteilungsfunktion N(D) wird der Bereich des Tröpfchendurchmessers D in η Bereiche unterteilt, und die Intensität I_k(ö_M) des Streulichtstrahls für jeden Bereich von D wird aus der Gleichung (8) berechnet. I_k(6_M) bezeichnet die Intensität des Streulichtstrahls unter einem Winkel ©_M für den Wert D_k des Tröpfchendurchmessers im k-ten Bereich von D. Die Beziehung zwischen den Messungen I_1n(Q₁ ), Ij_n(B₂), I_1n(O₃) und I_m(6₄) der Intensität der Streulichtstrahlen, die bei den Winkeln Q^, ©₂, θ₃ und Q₄ (vgl. Fig. 7) erfaßt wird, und dem Wert Ii-(ö_M) wird wie folgt bestimmt:

mit I_m(ö_M) = ein allgemeiner Ausdruck für

W' W ^etc·'

M = Anzahl Streulichtstrahlen, deren

Intensitäten zu messen sind, oder die Anzahl Winkelpositionen von Streulichtstrahlen, und

Cj^. = ein Faktor, der die Teilchengrößen-Verteilung bestimmt.

Aus der Gleichung (8) ergibt sich andererseits
als

mit N]j.(D) = die Teilchengrößen-Verteilung im k-ten

Bereich von D.

Somit wird die tatsächliche Teilchengrößen-Verteilungsfunktion N(D) wie folgt geschrieben:

N(D) = ? C. -N₁(D)
k=l ^{K K}

Da die Tröpfchengrößen-Verteilungsfunktion N(D) aus den
Gleichungen (10) und (11) bestimmt wird, wird die Dampffeuchtigkeit Y aus der folgenden Gleichung (12) errechnet, und zwar in der gleichen Weise, wie sie unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 1A und 1B sowie 2 erläutert wurde.

ι +

In diesem Ausführungsbeispiel werden gemäß den Fig. 6 und 7 Streulichtstrahlen unter vier verschiedenen Winkeln θ^ bis ©₄ verwendet, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anzahl Streulichtstrahlen begrenzt. Bevorzugt werden jedoch mindestens drei Streulichtstrahlen unter verschiedenen Winkeln verwendet, um C, zu optimieren.

Nachstehend wird das Ablaufdiagramm von Pig. 8 erläutert. In Schritt 801 wird die MKeßinformation I_m(6_M) abgerufen. In Schritt 802 wird der Anfangswert von C, eingesetzt, um die Teilchengrößen-Verteilung N(D) vorläufig zu bestimmen. In Schritt 803 wird der Bereich des Wassertröpfchendurchmessers D in η Bereiche unterteilt, und der Wert D, des Tröpfchendurchmessers im k-ten Bereich von D wird bestimmt. In Schritt 804 wird aus Gleichung (8) I_k(O«) im Bereich von D^ berechnet. In Schritt 805 werden C_k.I_k(0_M) in Gleichung (9) und C, .N,(D) in Gleichung (10) berechnet. Die Schritte 804 und 805 werden entsprechend der Anzahl η Unterteilungen von D wiederholt. In Schritt 806 werden _k^1 C_k . !^(©m) -A von Gleichung (9) und k*1 ^Ck*^Nk^ ^{s B von G}l^ei^cnun9 (1°) errechnet. Die

k kk

Schritte 803 bis 806 werden entsprechend der Anzahl M von Winkelpositionen wiederholt in bezug auf die jeweiligen Winkelwerte der Streulichtstrahlen. Danach wird in Schritt 807 C_k um AC_k geändert. Die Schritte 803-807 werden L-mal (mehrmals) wiederholt. In Schritt 808 wird der Optimalwert C, . von C_k bestimmt unter Nutzung der Optimierungstechnik auf der Grundlage einer M χ L-Matrix der in Schritt 806 berechneten Werte A und B. In Schritt 809 wird N(D) aus der Gleichung (11) unter Nutzung des Werts von ^Ck opt ^Derecnnet· in Schritt 810 wird aus dem so bestimmten Wert N(D) die Volumenkonzentration Cv der Wasssertröpfchen berechnet. In Schritt 811 werden p_f und P berechnet, und die Dampffeuchtigkeit Y wird entsprechend der Gleichung (12) bestimmt.

Wie oben erläutert, wird eine Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung geschaffen, die die Dampffeuchtigkeit aus der Beziehung zwischen der Wellenlänge des einfallenden Lichts oder dem Streuwinkel des Streulichtstrahls nach Maßgabe der Teilchengrößen-Verteilung von Wassertröpfchen, wenn das auf die Wassertröpfchen im Dampfstrom strahlende Licht gestreut wird, bestimmt. Ein Vergleich dieser Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung mit der konventionellen Feuchtigkeits-Meßeinrichtung, bei der unter Anwendung der Drosselkalorimeter-Methode von dem zu bestimmenden Naßdampf eine Probe entnommen und der Dampfdruck vermindert wird, oder mit dem Wärmebilanz-Verfahren, bei dem der untersuchte Naßdampf erhitzt wird, um die Feuchtigkeit zu verdampfen und so die Feuchtigkeit aus der Wärmebilanz zu bestimmen, zeigt die Vorteile der hier angegebenen Meßeinrichtung wie folgt auf: (1) Es wird ein Meßraum in den Naßdampfstrom eingebracht, so daß keine Probeentnahme erforderlich ist. (2) Der Lichtstrahl wird als ein Medium eingesetzt, das ohne Probeentnahme eine Hochgeschwindigkeitsübertragung ermöglicht, so daß die Feuchtigkeit unmittelbar gemessen werden kann, ohne daß der Dampf durch Druckminderung oder Erhitzen des Naßdampfs verarbeitet werden muß. (3) Da ein kleiner Meßraum vorgesehen ist, kann die örtliche Feuchtigkeit bestimmt werden. Angesichts dieser Vorteile ist die angegebene Meßeinrichtung in weitem Umfang für die Messung der Feuchtigkeitsverteilung über die Länge der statischen und der umlaufenden Schaufel einer Dampfturbine sowie für die Messung der Feuchtigkeit der Strömungswege einer Dampfturbine einsetzbar. Wenn die Meßeinrichtung an einer bestimmten Stelle im Dampfweg der Dampfturbine angeordnet ist, kann sie auch als Detektor zur Überwachung der Betriebszustände der Dampfturbine eingesetzt werden.

Die Feuchtigkeits-Meßeinrichtung ist hauptsächlich dafür gedacht, die Feuchtigkeit von Naßdampf zu messen, sie kann aber auch zum Messen der Flüssigkeitsmenge, die in Form von Tröpfchen in einem Fluidgemisch aus Gas und Flüssigkeit enthalten ist, eingesetzt werden.

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Claims

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Telex 5 22 048 - Telegramm Allpat München - Dipl.-Ing. R, BEETZ Sen.

Dr.-Ing. R. BEETZ jun. 1-33.76oP (33. 76 IH) Dr.-Ing.W.TIMPE

Dipl.-Ing. J. SIEGFRIED

Priv.-Doz. Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. W. SCHMITT-FUMIAN

Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT 11981
2. Juni 1982

Ansprüche

Ί J Dampffeuchtigkeits-Meßeinrichtung, gekennzeichnet durch eine Lichterzeugungseinheit (3, 3", 3"); einen Abschnitt, der einen Meßraum (A) bildet, wenn die Einrichtung in einen Dampfstrom eingesetzt ist;

— eine lichtelektrische ümsetzereinheit (12,16);

- eine Übertragungseinheit (6, 7) für einen einfallenden Lichtstrahl, die diesen von den Lichtquellen zu dem Meßraum überträgt;

- Übertragungseinheiten für Streustrahlen, mit mehreren Lichtübertragungselementen (11, 15) zum Übertragen mehrerer Streulichtstrahlen mit unterschiedlichen Streuwinkeln, die durch Bestrahlen des Meßraums (A) mit dem einfallenden Lichtstrahl erzeugt werden, zu der lichtelektrischen ümsetzereinheit (12,16);

— eine Druckerfassungseinheit (105-107, 113), die den Druck des Dampfstroms erfaßt und ein diesem Druck zugeordnetes elektrisches Signal erzeugt;

- eine Temperaturerfassungseinheit (115-117, 119), die die Temperatur des Dampfstroms erfaßt und ein dieser Temperatur zugeordnetes elektrisches Signal erzeugt; und

— eine Verarbeitungseinheit (27), die die Teilchengrößen-

81-A 6704-02-Schö

Verteilung der Wassertröpfchen im Dampfstrom auf der Grundlage der von der lichtelektrischen Umsetzereinheit (12,16) erzeugten elektrischen Signale (I_g/ i_T) nach Maßgabe der Intensität der Streulichtstrahlen berechnet und die Dampffeuchtigkeit (Y) auf der Grundlage der Teilchengrößen-Verteilung und der von der Druck- und der Temperaturerfassungseinheit erzeugten elektrischen Signale (40, 41) berechnet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

— daß die Streustrahlen-Übertragungseinheiten zwei Streulichtstrahl-Übertragungselemente (11, 15) aufweisen, daß die Lichterzeugungseinheit lichtemittierende Elemente (3, 3¹, 3") zum Aussenden mehrerer Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen sowie einen Umschalter (23) zur sequentiellen Zuführung der mehreren Lichtstrahlen zu der Übertragungseinheit (6, 7) für den einfallenden Lichtstrahl aufweist, und

— daß die lichtelektrische Umsetzereinheit mehrere Umsetzerelemente (12, 16) entsprechend den Streulichtstrahlen-Übertragungselementen (11, 15) aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

— daß die Übertragungseinheit für den einfallenden Lichtstrahl ein Lichtleiterbündel (6) zum Übertragen des einfallenden Lichtstrahls von der Lichterzeugungseinheit (3, 3', 3") zu dem Meßraum (A) sowie ein Lichtweg-Umschaltelement (23) zum Abstrahlen des einfallenden Lichtstrahls auf den Meßraum (A) in einer vorbestimmten Richtung aufweist,

— daß das eine Streulichtstrahl-Übertragungselement ein Lichtleiterbündel (11) zum Übertragen des Streulichtstrahls der vorbestimmten Richtung sowie einen Lichtweg-Umschalter zum Richten des Streulichtstrahls vorbestimmter Richtung auf den Lichtempfangsteil (12) des Lichtleiterbündels (11) aufweist, und

— daß das andere Streulichtstrahl-Übertragungselement ein Lichtleiterbündel (15) mit einem Lichtempfangsteil (16) zum Empfang des Lichtstrahls, der im wesentlichen senkrecht zu der vorbestimmten Richtung gestreut ist, und zum Übertragen dieses senkrecht gestreuten Lichtstrahls aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

— daß die Übertragungseinheit für den einfallenden Lichtstrahl ein Lichtleiterbündel (52) zum Übertragen des einfallenden Lichtstrahls von der Lichterzeugereinheit zu dem Meßraum (B) und zum Richten des einfallenden Lichtstrahls auf den Meßraum (B) in einer vorbestimmten Richtung aufweist,

— daß das eine Streulichtstrahl-Übertragungselement ein Lichtleiterbündel (53) zum Empfangen und Übertragen des Streulichtstrahls unter einem vorbestimmten Winkel (O) zu der vorbestimmten Richtung aufweist, und

- daß das andere Streulichtstrahl-Übertragungselement ein Lichtleiterbündel (54) zum Empfangen und Übertragen des Streulichtstrahls entgegengesetzt zu der Richtung des unter dem vorbestimmten Winkel zu der vorbestimmten Richtung übertragenen Streulichtstrahls aufweist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch

— eine Steuereinheit (24), die ein Steuersignal zur Steuerung der Lichterzeugerelemente (3, 3¹, 3") und des Umschalters (23) der Lichterzeugereinheit aufgrund eines Befehls von der Verarbeitungseinheit (27) erzeugt,

— und eine Synchronisiereinheit (26) zum Erzeugen eines Synchronisiersignals für die Verarbeitungseinheit (27) aufgrund des Steuersignals, wodurch die Verarbeitungseinheit (27) elektrische Signale, die den Intensitäten der Streulichtstrahlen bei jeweiligen Wellenlängen des einfallenden Lichtstrahls entsprechen, speichert.
6. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

— daß die Streulichtstrahlen-Übertragungseinheit mindestens drei Streulichtstrahl-Übertragungselemente (90-93) zum Empfang von mindestens drei Streulichtstrahlen unter verschiedenen Winkeln zur Richtung des einfallenden Lichtstrahls, der durch die Übertragungseinheit für den einfallenden Lichtstrahl auf den Meßraum (C) gerichtet wird, aufweist,

— daß die Lichterzeugereinheit ein Lichterzeugerelement (81) aufweist, das einen Lichtstrahl vorbestimmter Wellenlänge aussendet, und

— daß die lichtelektrische Umsetzereinheit ein lichtelektrisches Umsetzerelement (97) zum Empfang der Streulichtstrahlen von den Streulichtstrahl-Übertragungselementen (90-93) sowie einen Umschalter (95) aufweist, der sequentiell die Streulichtstrahlen umschaltet, so daß diese nacheinander auf das lichtelektrische Umsetzerelement (97) gerichtet werden.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

— daß die Übertragungseinheit für den einfallenden Lichtstrahl ein Lichtleiterbündel (82) zum Übertragen des einfallenden Lichtstrahls von der Lichterzeugereinheit zu dem Meßraum (C) und zum Richten des einfallenden Lichtstrahls auf den Meßraum in einer vorbestimmten Richtung aufweist, und

— daß jede Streulichtstrahl-Übertragungseinheit ein Lichtleiterbündel (90-93) aufweist, das den Streulichtstrahl empfängt und ihn unter dem jeweiligen Winkel (Θ..-Θ4) zu der vorbestimmten Richtung überträgt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch

— eine Steuereinheit (24), die ein Steuersignal zur Steuerung des Umschalters (95) der lichtelektrischen Umsetzereinheit (97) aufgrund eines Befehls von der Verarbeitungseinheit (27) erzeugt, und

— eine Synchronisiereinheit (26), die ein Synchronisiersignal für die Verarbeitungseinheit (27) aufgrund des Steuersignals erzeugt, so daß die Verarbeitungseinheit (27) elektrische Signale, die den Intensitäten der Streulichtstrahlen für die jeweiligen Winkel {Θ,-Θλ) der Streulichtstrahlen entsprechen, speichern kann.