DE4025841A1

DE4025841A1 - Anordnung zur kapazitiven bestimmung von massenkonzentrationen

Info

Publication number: DE4025841A1
Application number: DE19904025841
Authority: DE
Inventors: Rolf Wagner; Gunter Dipl Ing Zobel; Klaus Dipl Ing Loetsch; Roland Dipl Ing Bianchin; Klaus Hunger; Frank Winter; Hans-Joachim Dr Ing Heinrich
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Noell-Dbi Energie- und Entsorgungstechnik O- GmbH
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-08-16
Publication date: 1990-12-06
Also published as: DD301534A7

Description

Titel der Erfindung

Anordnung zur kapazitiven Bestimmung von Massenkonzentrationen in Rohrleitungen.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kapazitiven Bestimmung von Massenkonzentrationen pneumatisch bzw. hydraulisch bewegter feinkörniger dielektrischer Feststoffe in Rohrleitungen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Bestimmung der Massenkonzentration feinkörnigen Fördergutes in Rohrleitungen wird hauptsächlich radiometrisch, indem das För dergut mit Hilfe geeigneter Strahlenquellen durchstrahlt wird, oder durch Anwendung des kapazitiven Meßprinzips, vorgenommen.

Die DE-PS 30 49 035, welche sich auf den SU-UHS 5 22 340 bezieht, beinhaltet eine kapazitive Aerosolmassenkonzentrationsmessung für strömende Medien in Rohren. Die als kapazitive Sensoren fungierenden Elektroden sind um das Meßrohr schraubenförmig ange ordnet und sind außerdem in einem auf Massepotential angeordneten Schirm eingebettet. Diese 3 Elektroden sind an der Außenseite eines dielektrischen Rohres plaziert.

Durch diese Anordnung der schraubenförmig gewendelten Elektroden soll ein gewisser Ausgleich der Meßempfindlichkeit, die in einem ungewendelten Aufbau sehr ungleichmäßig über den Meßquerschnitt verteilt ist, erreicht werden. Nachteilig bei dieser Elektroden anordnung ist, daß die Forderung nach einer hohen Meßgenauigkeit bei der Bestimmung der Massenkonzentration nur annähernd erfüllt wird und daß das durch die räumlich ausgedehnten Elektroden ge bildete Ortsfrequenzfilter eine tiefe Grenzfrequenz besitzt, wo durch schnelle Meßsignaländerungen unterdrückt werden.

Eine weitere Sensoranordnung ist aus der DE-PS 28 06 153 bekannt. Das hier beschriebene kapazitive Meßverfahren und die Anordnung prägt dem strömenden Medium eine zyklische Folge von gegeneinan der versetzter elektrischer Spannungsfelder in verteilter, räum lich überlappender zeitsequentieller Form auf. Dieses Meßprinzip bedingt eine aufwendige elektronische Steuerung und Auswertung und erfüllt nicht die Forderung nach einer konstanten Meßempfind lichkeit über den Rohrquerschnitt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Elektrodenanord nung für einen kapazitiven Sensor zur relativ genauen Erfassung von pneumatisch bzw. hydraulisch geförderten Medien aus dielek trischen Material in Rohrleitungen. Aufgrund der von geförderten Medien im Meßkondensator hervorgerufenen absoluten Kapazitätsän derung, die proportional zu dessen Feststoffkonzentration und somit zur Dichte ist, sind bei einer weiteren Meßsignalverarbei tung ökonomische Kriterien bzw. sicherheitsabhängige verfahrens technische Parameter in Anlagen optimal zu beeinflussen möglich.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Realisierung einer Anordnung zur Mes sung der Massenkonzentration auf kapazitivem Weg, deren Meßem pfindlichkeit über den Rohrquerschnitt konstant ist, die räumlich eine geringe Ausdehnung in Fließrichtung besitzt und die technisch einfach zu realisieren ist.

Beim idealen Plattenkondensator (parallele Platten) verlaufen die Linien der elektrischen Feldstärke parallel und kreuzen die Äqui potentiallinie stets im rechten Winkel. Wird in einem solchen Kondensator das Dielektrikum gegen ein anderes mit der Dielektri zitätszahl ε _r + e _r ausgetauscht, so wird sich auch in der gleichen Weise die gemessene Kapazität zwischen den Platten ver ändern. Erfaßt die Störung nicht den gesamten Raum zwischen den Platten, sondern nur einen kleinen Teil, dann wird natürlich die Auswirkung auf die gemessene Kapazität kleiner sein, aber sie ist unabhängig vom Ort der Störung, das heißt, die Meßempfindlichkeit ist konstant über dem Querschnitt.

Bei einem kapazitiven Sensor hingegen sind die Kondensatorplatten der Form des Förderrohres angepaßt, so daß sich kein homogenes Feld ausbilden kann. Die Folge ist zwangsläufig, daß die Meß empfindlichkeit ortsabhängig wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mit einer speziellen Elektrodenform überraschend ein ausgeglichener Verlauf der Meßempfindlichkeit erzielt werden konnte. Dazu sind die Ge ber- bzw. Sensorelektrode längs in Förderrichtung angeordnet und auf einen jeweils bestimmten Rohrkreisbogenabschnitt in zwei oder mehreren Teilelektroden parzelliert, jedoch bleibt das entspre chende Spannungspotential durch eine elektrisch leitende Verbin dung dieser Elektrodenverbände untereinander auf gleichem Niveau. Wichtig ist, daß es zwischen den streifenförmigen Teilelektroden untereinander schlitzförmige elektrodenfreie Spalte gibt, deren Breite ein Vielfaches der Breite der Teilelektroden betragen kann. Dabei ist es möglich, durch gezielte Anordnung der Teil elektroden auch spezielle Gebiete des Rohrquerschnittes bevorzugt zu bewerten.

Zwischen den Sensorelektrodenverbänden sind mit einem Spalt ange ordnete Masseelektroden, die die Homogenität des elektrischen Feldes im Meßrohr gewährleisten. Die Verteilung über den Rohr kreisbogenabschnitt und die flächenhafte Ausdehnung bzw. Abmes sungen der Elektrodenstreifen ist so ausgelegt, daß der Einfluß der Feldverzerrung auf die gleichmäßige Erfassung des bewegten Mediums über den Rohrquerschnitt und somit auf die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigt wird. Somit können Anzahl der Teilelektroden der Elektrodenkonfigurationen bzw. deren aktive Meßflächen sich voneinander unterscheiden.

Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 1

Die Abb. 1 zeigt die schematische Darstellung des Meßsonden aufbaus und das stark verallgemeinerte Grundprinzip der zugehö rigen Signalauswertung. Der kapazitive Sensor besteht aus einem dielektrischen Meßrohr 2, einer Geberelektrode 4 und einer Sensor elektrode 5, die der Geberelektrode räumlich gegenüber angeordnet ist. Beide Elektroden 4; 5 bilden jeweils einen Elektrodenverband aus schmalen Elektrodenstreifen, die elektrisch leitend verbunden sind. Zwischen den Teilelektroden bestehen Spalte 7. Die Masse elektrode 6 bildet einen auf einer Ebene angelegten Schirm um die beiden Meßelektroden 4; 5. Die flächenhafte Ausdehnung der beiden Meßelektrodenverbände 4; 5 über den jeweiligen Rohrumfangsab schnitt ist auf eine gleichmäßige Feldliniendichte im Meßrohr ausgerichtet. Das den kapazitiven Sensor umfassende Gehäuse 1 der Sonde ist ebenfalls mit Massepotential verbunden und bildet so mit eine äußere Abschirmung. Ein Sinusgenerator 3 speist die Geberelektrode 4. Entsprechende Konzentrationsänderungen und das damit sich proportional verhaltene Dielektrikum eines zu transportierenden dispergierten Stoffes in der Meßsensoranordnung influenziert Verschiebungsströme an der Sensorelektrode 5, die mittels eines als Subtrahierverstärker geschalteten C/U-Wandlers 8 nach dem Ladungsverstärkerprinzip in eine proportionale Span nung umwandelt und die Grundkomponente (Gleichanteil) des La dungssignals eliminiert.

Aus der Querschnittsdarstellung gemäß Fig. 2 des Meßrohres 2 sind die schematischen Anordnungen der elektrisch leitend verbundenen Teilelektroden der entsprechenden Geber 4 bzw. Sensorelektrode 5 und der Masseelektroden 6 über den Rohrumfang zu erkennen. Die Masseringelektroden 6 nach Abb. 1 an den Rohrenden sind zur besseren Darstellung der hauptsächlichsten Elemente des kapaziti ven Sensors in Abb. 2 nicht dargestellt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 kapazitive Meßsonde
2 dielektrisches Meßrohr
3 Sinusgenerator
4 Geberelektrode
5 Sensorelektrode
6 Masseelektrode
7 Spalte
8 C/U-Wandler

Claims

1. Anordnung zur berührungslosen und gleichmäßigen Erfassung der Massenkonzentrationen eines bewegten Mediums im Förderrohr mittels kapazitiver Sonde mit Geber- und Sensorelektroden, die sich räumlich gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßelektroden längs in Förderrichtung angeordnet und auf einen jeweils bestimmten Rohrkreisbogenabschnitt in zwei oder mehrere Teilelektroden parzelliert, die untereinan der elektrisch leitend verbunden und durch Spalte von einer Breite, die ein Vielfaches der Breite einer Teilelektrode betragen, getrennt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Längsrichtung gesehen, zwischen den beiden Elektrodenkonfigu rationen jeweils eine auf Massepotential gelegte Elektrode angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenhafte Ausdehnung und die Verteilung der Elektroden streifen über den Kreisbogenabschnitt des Meßrohres der jewei ligen Meßelektroden unterschiedlich voneinander sein kann.