DE3714755C2

DE3714755C2 - Meßgerät zur Größenbestimmung von Flocken in einer Strömung in einem Förderrohr

Info

Publication number: DE3714755C2
Application number: DE19873714755
Authority: DE
Inventors: Joachim Friedrich Knauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-02
Filing date: 1987-05-02
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2007-05-03
Also published as: DE3714755A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Größenbestimmung von Flocken in einer Strömung in einem Förderrohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten (DE-OS 21 58 007) Meßgerät dieser Art durch quert der Strahlengang der Meßeinrichtung das Rohr und wird der Un terschied zwischen dem Zustand, bei dem eine Flocke den Strahlengang passiert, und dem Zustand, bei dem keine Flocke den Strahlengang pas siert, festgestellt und wird die Resttrübe bei diesem zweitge nannten Zustand gemessen. Bei diesem Meßgerät muß die Rohr-Quer schnittsfläche relativ klein sein, damit zu einer bestimmten Zeit jeweils nur eine Flocke, deren Größe gemessen werden soll, den Strahlengang passiert. Deshalb ist das Rohr in der Regel ein Meßrohr, das von einem Förderrohr abzweigt. Dieses Meßgerät mißt die Trübe des Fluidums zwischen den Flocken und soll nicht feststellen, wie groß sämtliche vorhandenen Flocken sind. Die Größe der Flocken ist aber ein Maßstab für den jeweils vorliegenden Flockungsgrad.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Meßgerät der ein gangs genannten Art zu schaffen, mit dem die Größe der Flocken in einfacher Weise und schnell ermittelt werden kann.

Das erfin dungsgemäße Meßgerät weist, diese Aufgabe lösend, die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.

Die den Meßkanal passierende Strömung enthält Flocken, welche die Neigung haben, so tief als möglich zum Kanal-Winkel hin in den Meßkanal einzutreten. Je größer die Flocke ist, desto weniger tief kann sie in den Meßkanal eintreten und desto größer ist der Abstand zwischen der Flocke und dem Kanal-Winkel. Es läßt sich also aus diesem Abstand eine Angabe über die Größe der Flocke ge winnen. Die Meßeinrichtung stellt auf der dem Kanal-Winkel zuge wandten Seite der Flocke am Übergang von der Flocke zum Fluidum der Strömung ein Helligkeits-Profil fest, das je nach Größe der Flocke in einem bestimmten Abstand vom Kanal-Winkel liegt. Somit läßt sich durch das Überprüfen der Helligkeitsverteilung entlang der Abtastlinie ein Helligkeitssprung ermitteln und daraus eine direkte Angabe über die Größe der Flocke gewinnen.

Unter Flocken werden hier z.B. alle Arten von weichen Flocken gemeint, die durch Zugabe von Flockungsmitteln in trübem Wasser, z.B. bei der Klärschlamm- oder der Kohleschlammaufbereitung an fallen. Das erfindungsgemäße Meßgerät läßt sich bei der Papier herstellung anwenden, soweit dort Flocken bzw. zusammengeballte Teile in einer demgegenüber klaren Strömung auftreten. Wenn in einer Luftströmung zusammengeballte Teile in Form von harten Kör nern, z.B. Zuckerkörnern, vorhanden sind, läßt sich die Korngröße mit dem erfindungsgemäßen Meßgerät ermitteln. Das erfindungsge mäße Meßgerät kann auch zur Bestimmung von Korngrößen in einer Gasströmung Verwendung finden, wobei die Geschwindigkeit der Kör ner keinen Einfluß auf das Meßergebnis hat. Aufgrund der sehr hohen Strahlenauflösung des Strahlungsempfängers, der z.B. ein CCD-Sensorelement ist, und aufgrund eines Linsensystemes können auch Qualitäts-Selektierungen von Serienteilen vorgenommen werden, sofern diese Serienteile fortlaufend durch den Meßkanal bewegt werden.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es, wenn der Win kel kleiner als 45° ist. Diese Winkelgröße ist auf die in Betracht zu zie henden Durchmesser von Flocken und Abstände zum Kanal-Winkel gün stig abgestimmt.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es dabei, wenn der Winkel 30° beträgt. Dies ergibt einen rechnerisch günstigen Zusammenhang zwischen Kanal-Winkel und Abstand bis zu dem ermittelten Helligkeitssprung in einem rechtwinkeligen Drei eck. Diese Winkelgröße ist auch auf die in Betracht zu ziehenden Durchmesser von Flocken und Abstände zum Kanal-Winkel vorteilhaft abgestimmt.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es ebenso, wenn der Meß kanal von einem durchsichtigen Kanalteil gebildet ist. Dieses Kanalteil wird von der Strahlung passiert und die Durchsichtig keit des Kanalteiles erleichtert die Anordnung der Meßeinrichtung in Beziehung zum Meßkanal.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es noch, wenn ein den Meßkanal bildendes Kanalstück den Kopf einer in die Wand des För derrohres eingesetzten und in dieses hineinragenden länglichen Meßsonde bildet. Dies ergibt einen verbesserten Einsatz des Meß gerätes, das ganz allgemein nicht in einer abgezweigten Meßströ mung, sondern unmittelbar in der eigentlich interessierenden Strömung mißt.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es sodann, wenn zwischen der Abtastlinie und dem Strahlungsempfänger eine strahlensammelnde Linse angeordnet ist. Hierdurch wird der auf den Meßkanal abge stimmte Strahlungsquerschnitt an den für den Strahlungsempfänger abgestimmten Stahlungsquerschnitt angepaßt.

In dem Winkel des Meßkanales lagern sich leicht Verunreinigungen ab. Deshalb ist es besonders zweckmäßig und vorteilhaft, wenn in den Winkel des Meßkanales eine Sprühdüse gerichtet ist. Vor Be ginn einer Meßreihe läßt sich der Meßkanal reinigen, indem Spül wasser durch die Spüldüse in den Winkel des Meßkanales gespritzt wird.

Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn die Meßeinrichtung und der Meßkanal in einem Grundkörper vorgesehen sind und der Grundkörper mit einem Fenster zur Betrachtung des von dem Strahlengang durchquerten Bereichs des Meßkanales versehen ist. Durch die ses Fenster läßt sich beobachten, ob der Meßkanal entsprechend sauber für korrekte Messungen ist, und es können die vorbeifließen den Flocken beobachtet und bewertet werden.

Da die Verhältnisse sich im Meßkanal dauernd ändern, läßt sich durch Messen nur eines Momentanzustandes nicht immer eine brauch bare Angabe über die Flockengröße gewinnen, zumal die Flocken selbst verschieden groß sind, wobei aber bei einem bestimmten Flockungsgrad die Mehrzahl der Flocken eine Größe in einem be stimmten Bereich aufweist. Deshalb ist es besonders zweckmäßig und vorteilhaft, wenn die Auswerteinrichtung einen Prozeß-Rechner zur Speicherung einer Folge von Augenblicks-Helligkeitsvertei lungen aufweist, und dem Prozeß-Rechner ein Rechner zur Ermitt lung eines Durchschnittswertes nachgeschaltet ist. Mit einer solchen an sich bekannten Auswerteinrichtung lassen sich stets verläßliche Meßwerte des Flockungsgrades gewinnen. Die in Folge ermittelten Statistik-Helligkeitsverteilungen werden nach einem Statistik-Rechenprogramm zu einem Mittelwert aufgearbeitet. Die se Prozedur wird innerhalb von ca. zwei Sekunden abgewickelt und das Ergebnis steht dann als aktuelle Bildwert-Führungsgröße für rege lungstechnische Verfahrensabläufe zur Verfügung.

Eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung liegt vor, wenn die beiden geschlossenen Seitenflächen des Meßkanales von zwei voneinander gesonderten Wandungen gebildet sind, die gegeneinander auf verschiedenen Abstand ver stellbar sind. Die Verschmutzung des Meßkanales kann in sehr kurzer Zeit erfolgen, weshalb einfache Mittel zur raschen Reini gung erwünscht sind und durch die Öffenbarkeit des Meßkanales gegeben sind.

Die den Meßkanal begrenzenden beiden geschlossenen Seitenflächen werden z.B. von zwei Linsen-Glaskörpern gebildet, die sich fron tal gegenüberstehen und voneinander wegbewegt werden können. Da mit zwei Linsen-Glaskörpern zwei Meßkanäle gebildet sind, erfolgt die Größenbestimmung der Flocken in beiden Meßkanälen. In der Regel wird nur eine der beiden geschlossenen Seitenflächen verfah ren, wozu sie mit einer Schubstange verbunden ist, an die ein Stellmotor angekoppelt ist.

Es läßt sich der enge Winkel des Meßkanales freifahren, so daß angesetzte Verschmutzung weggespült wird. Weiterhin läßt sich mit der stufenlosenen Einstellbarkeit des Meßkanales ein optima ler Durchlaß für die jeweilige Flockengröße einstellen. Z. B. wird bei großen Flocken der Meßkanal soweit wie möglich geöffnet, da mit sich keine Verschmutzung ansetzen kann. Beide Vorgänge, das Reinigungs-Freifahren und die Meßspaltoptimierung, lassen sich vom Prozeß-Rechner bestimmen.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Meßgerätes für Flocken in einer Strömung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines zweiten Meßgerätes für Flocken in einer Strömung und

Fig. 4 einen Längsschnitt eines dritten Meßgerätes für Flocken in einer Strömung.

Das Meßgerät gemäß Fig. 1 und 2 besitzt eine Meßeinrichtung 1, die in ein nur teilweise dargestelltes Förderrohr 2 eingesetzt ist, das einen im Vergleich zum Meßgerät sehr großen Durchmesser aufweist. Die Meßeinrichtung 1 besitzt einen Grundkörper 3, der durch einen Durchbruch des Förderrohres 2 gesteckt und gegenüber dem Durchbruchrand durch Dichtungen 4 abgedichtet ist. Die Meß einrichtung 1 ist als längliche Meßsonde ausgebildet, die eine axial verlaufende Bohrung 5 aufweist, in die eine strahlensam melnde Linse 6 eingesetzt ist. An dem äußeren Ende der Bohrung 5 ist als Strahlungsempfänger 7 ein CCD-Element angeordnet, das ein elektronisches Bau teil ist und zur Feststellung des Helligkeits-Profils entlang dem sensiblen Bereich dieses Elementes dient. Dieses CCD-Element ist an sich bekannt und in nicht näher gezeigter Weise an eine nicht gezeigte Auswerteinrichtung mit Prozeß-Rechner angeschlos sen.

Am inneren Ende des Grundkörpers 3 ist ein durchsichtiges Kanal stück 8 aus Glas befestigt, das ein LED-Element als Strahlungssender 9 aufnimmt, das ein elektronisches Bauteil ist und zur Bildung eines im Querschnitt linienförmigen Strahlengangs 10 geeignet ist. Von dem LED-Element gehen elektrische Leitungen 11 aus, die aus dem Grundkörper 3 außerhalb des Förderrohres 2 austreten. Der Strahlengang 10 durch tritt das Kanalstück 8 und gelangt in die Bohrung 5, die von dem Kanalstück 8 abgeschlossen ist. Das Kanalstück 8 bildet einen im Querschnitt dreieckigen Meßkanal 12, der in Richtung der Längs achse des Förderrohres 2 verläuft, einen von zwei geschlossenen Seitenflächen gebildeten Winkel 13 (Kanal-Winkel) von ca. 30° aufweist und auf der dem Winkel 13 gegenüber liegenden Seite zum Inneren des Förderrohres 2 hin offen ist.

Eine in dem Förderrohr 2 strömende Strömung enthält Flocken 14, die sich auch entlang dem Meßkanal 12 bewegen und dazu neigen, sich entsprechend ihrer Größe so eng als möglich zum Winkel 13 zu drängen. Somit ist der von Flocken 14 freie Abstand zwi schen innerer Flocke und Winkel 13 ein Maß für die Größe der Flocke. Die vom Winkel 13 ausgehende, zum Strahlengang 10 rechtwin kelig verlaufende Gerade kann als Abtastlinie 24 bezeichnet wer den. Es ist eine Anordnung des Meßkanales 12 mit Abstand zum Förderrohr 2 und radial verlaufender offener Seitenfläche vorgesehen. Dies erleichtert nicht nur die Ausbildung der Meßeinrichtung, sondern ergibt auch eine günstige Zuordnung des Meßkanales 12 zur Strömung im Förderrohr 2. Zur Verbesserung des laminaren Strömungsverhaltens innerhalb des Förderrohres im Bereich der Meßeinrichtung sind Strömungskörper eingebaut, die bei unter schiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten ein möglichst gleich mäßiges Fließverhalten sicherstellen.

Die Beschreibung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 paßt in einem weiten Umfang auch auf die Ausführungsform gemäß Fig. 3, weshalb auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 bildet der Grundkörper 3 einen Teil eines Kanalstückes 8, zu dem eine durchsichtige Rot-Kunst stoffplatte 15 und eine weitere durchsichtige Kunststoffplatte 16 gehören, die den Meßkanal 12 begrenzen. Anschließend an die Rot- Kunststoffplatte 15 ist der Strahlungssender 9 vorgesehen und an schließend an die weitere Kunststoffplatte 16 beginnt die Boh rung 5 für den Strahlengang.

Die Linse 6 sitzt an einem Rohrstück 17, das Bestandteil des Grundkörpers 3 ist, und das CCD-Element ist mit einem Kabel 18 verbunden, das aus dem Grundkörper 3 heraustritt. In dem Winkel 13 mündet eine Spüldüse 19, die über einen Spülkanal 20 von einem Anschluß 21 her gespeist wird. Die Spüldüse 19 ist schräg in den Meßkanal 12 gerichtet, um die Reinigungswirkung zu erhöhen. Von der Bohrung 5 für den Strahlengang geht im Grund körper 3 ein Durchbruch 22 aus, der an der Außenseite des Grund körpers 3 mit einem Fenster 23 endet. Durch dieses Fenster 23 läßt sich prüfen, ob das Kanalstück 8 im Meßkanal 12 und ins besondere im Winkel 13 sauber ist.

Durch den Einsatz des sehr schnellen und hoch auflösenden CCD- Elementes können die Flockenstrukturen während des kon tinuierlichen Strömungsflusses innerhalb des Meßkanales erfaßt werden. Das Erfaßte wird nach der Bildauswertung direkt als Meß- bzw. Führungsgröße für regelungstechnische Verfahrensabläufe ein gesetzt. Die Lichtquellen-Sendeleistung wird in Abhängigkeit von der empfangenen Licht-Intensität auf der Abtastlinie gesteuert, so daß eine optimale Auswertung der Flockenbilder sichergestellt ist.

Das Meßgerät gemäß Fig. 4 besitzt eine Meßeinrichtung 1, die in ein Förderrohr 2 eingesetzt ist. Die Meßeinrichtung 1 ist zwei teilig und beide Teile stecken jeweils in einem Durchbruch des Förderrohres 2, das mit je einer Muffe 31 pro Teil versehen ist. In jeder Muffe 31 sitzt ein Grundkörperteil 25, 26, wobei das eine Grundkörperteil 25 rohrartig ausgebildet ist und nach außen hin mit einem Deckel 27 verschlossen ist, in dem ein Fenster 23 seitlich angeordnet ist. Nahe dem Deckel 27 weist die Meßeinrich tung als Sensor bzw. Strahlungsempfänger ein CCD-Element auf, vor dem sich ein Rohrstück 28 befindet, an dessen radial innenliegenden Ende eine Linse 6 vorgesehen ist, welche den von dem CCD-Element zu empfangenden Strahlengang bündelt.

Etwa in der Mitte des Förderrohres 2 sind zwei Meßkanäle 12 ge bildet, indem zwei Kanallinsen 29, 30 mehr oder weniger dicht aneinandergefahren sind, wobei sich dort, wo sich die Kanallinsen am nächsten sind, ein Winkel 13 (Kanal-Winkel) befindet und der Meßkanal 12 Flocken 14 aufnimmt. Die eine Kanallinse 29 sitzt am Ende des rohrförmigen Grundkörperteiles 25. Die zweite Kanallinse 30 sitzt an einem Gleitstück 32, das hinter der Kanallinse als Strahlungssender 9 ein LED-Element aufnimmt. Das Gleitstück 32 ist in einer Höhlung des zweiten Grundkörperteiles 26 untergebracht und in Fig. 4 links in kanalbildender Stellung und rechts in zurückgefahrener Stellung gezeigt. Zum Hin- und Herfahren ist an dem Gleitstück 32 eine Schubstange 33 vorgesehen, die über eine Dichtung 34 nach außen und zu einem nicht gezeigten Stellmotor geführt ist.

Claims

1. Meßgerät zur Größenbestimmung von Flocken in einer Strömung in einem Förderrohr, mit einer einen Strahlungssender und einen Strahlungsempfänger umfassenden Meßeinrichtung, deren Strahlengang in einer rechtwinklig zur Strömung liegenden Ebene verläuft, und mit einer dem Strahlungsempfänger nachgeordneten Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung (1) zum Einsatz in dem Förderrohr (2) einen in der Ebene rechtwinklig zur Strömung einen dreieckigen Querschnitt mit zwei geschlossenen und einer offenen Seitenfläche aufweisenden Meßkanal (12) bildet,
daß der von den beiden geschlossenen Seitenflächen des gedachten Dreiecks gebildeten Winkel (13) kleiner als 90° ist,
daß die von den beiden geschlossenen Seitenflächen und der offenen Seitenfläche begrenzte Querschnittsfläche des Meßkanals (12) relativ zur Querschnittsfläche des Förderrohrs (2) klein ist,
daß die Meßeinrichtung (1) mit quer zu den geschlossenen Seitenflächen verlaufenden Strahlengang (10) angeordnet ist und
daß die Meßeinrichtung (1) zur Feststellung der Helligkeitsverteilung entlang einer vom Scheitel des Winkels (13) zur offenen Seitenfläche hin verlaufenden Abtastlinie (24) ausgebildet ist.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (13) kleiner als 45° ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (13) 30° beträgt.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (12) von einem durchsichtigen Kanalteil (Kanalstück (8; Rot-Kunststoffplatte 15, Kunststoffplatte 16) gebildet ist.

5. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Meßkanal (12) bildendes Kanalstück (8) den Kopf einer in die Wand des Förderrohres (2) eingesetzten und in dieses hineinragenden länglichen Meßsonde bildet.

6. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (12) von zwei lichtdurchlässigen planparallelen Flächen begrenzt ist.

7. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abtastlinie (24) und dem Strahlungsempfänger (7) eine strahlensammelnde Linse (6) angeordnet ist.

8. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Winkel (13) des Meßkanales (12) eine Spüldüse (19) gerichtet ist.

9. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (1) und der Meßkanal (12) an einem Grundkörper (Kanalstück 8) angeordnet sind und der Grundkörper (Kanalstück 8) mit einem Fenster (23) zur Betrachtung des von dem Strahlengang (10) durchquerten Bereiches des Meßkanales (12) versehen ist.

10. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkanal (12) mit Abstand zur Wand des Förderrohres (2) und mit radial verlaufender offener Seitenfläche angeordnet ist.

11. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung einen Prozeß-Rechner zur Speicherung einer Folge von Augenblicks- Helligkeitsverteilungen aufweist, und dem Prozeß- Rechner ein Rechner zur Ermittlung eines Durchschnittswertes nachgeschaltet ist.

12. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Strahlungssenders (9) in Abhängigkeit von der vom Strahlungsempfänger auf der Abtastlinie (24) empfangenen Intensität steuerbar ist.

13. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden geschlossenen Seitenflächen des Meßkanales (12) von zwei voneinander gesonderten Wandungen (Kanallinsen 29, 30) gebildet sind, die gegeneinander auf verschiedenen Abstand verstellbar sind.