DE2061650B2

DE2061650B2 - Einrichtung zur Messung der elektrostatischen Ladung eines durch eine Förderleitung strömenden Materials

Info

Publication number: DE2061650B2
Application number: DE2061650A
Authority: DE
Inventors: Maurice Sydney Bradford York Beck
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1970-12-15
Publication date: 1981-04-09
Also published as: GB1335963A; JPS4930477B1; DE2061650C3; US3753102A; DE2061650A1

Description

Die Erfindung betrifft eine- Einrichtung zur Messung der elektrostatischen Ladung eines ν arch eine Förderleitung strömenden Materials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß verschiedene Materialien sich während des Strömens durch eine Förderleitung elektrostatisch aufladen können und, wenn sich eine starke Ladung anhäuft, dies zur Explosions- bzw. Brandgefahr führen kann, beispielsweise in einem Lagerbehälter, in welchen das strömende Material hineingeleitet wird. Zur Überwachung einer möglichen Gefahr ist es daher wünschenswert, die elektrostatische Aufladung in einem durch eine Förderleitung strömenden Material zu messen.

Aus der US-PS 24 91 445 ist bereits eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt, deren Elektrode Ladungsträger aus dem durch die Förderleitung strömenden Medium auffängt Das Meßprinzip der bekannten Einrichtung beruht auf einer unmittelbaren Messung der durch Auffangen von Ladungsträgem aus dem strömenden Medium sowie durch etwaige Influenzerscheinungen an der Elektrode erzeugten Spannung. Dabei wird sowohl die den größeren Teil ausmachende Gleichspannungskomponente als auch eine turbulenzbedingte, durch statistische Schwankungen der Materialkonzentration in der Förderleitung hervorgerufene Wechselspannungskomponente der an der Elektrode erzeugter; Spannung bei der Messung berücksichtigt. Die bekannte Einrichtung arbeitet jedoch infolge von unvermeidbaren Ableitungswiderstandänderungen sehr ungenau, insbesondere, wenn sie in Industrieanlagen in schmutziger Umgebung eingesetzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine größere Meßgenauigkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebene Ausbildung der Meßeinrichtung gelöst,
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird im Gegensatz zur oben beschriebenen bekannten Meßeinrichtung der zeitliche Mittelwert (Gjeichspannungskomponente) des auf der Elektrode erscheinenden Potentials überhaupt nicht berücksichtigt, sondern es

ίο wird nur die Wechselspannungskomponente ausgewertet, indem die Gleichspannungskomponente durch Verwendung einer Spahnungsmeßschaltung mit Bandpaßcharakteristik aiisgefiltert wird. Der im Anspruch 3 genannte Durchlaßbereich der Spannungsmeßschaltung Entspricht dabei dem Frequenzspektrum der Wechselspannungskomponente des auf der Elektrode erscheinenden Potentials. Anspruch 2 gibt eine bevorzugte Anordnung der Spannungsmeßschaltung an.
Der durch die Erfindung erzielte technische Fortschritt, nämlich eine größere Genauigkeit der Messung, beruht auf der Eleminierung der Gleichspannungskomponente des auf der Elektrode influenzierten Signals, deren Messung, wie oben erwähnt, dem Einfluß von Störfaktoren besonders ausgesetzt ist

Die Erfindung beinhaltet die Erkenntnis, daß die Größe der Wechselspannungskomponente vom Mittelwert der elektrostatischen Ladungskonzentration in dem strömenden Material und von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit abhängig ist Bei konstanter mittlerer Strömungsgeschwindigkeit stellt also die Größe der Wechselspannungskomponente direkt ein Maß für den Mittelwert der elektrostatischen Ladungskonzentration dar.
Zum Stand der Technik ist zu ergänzen, daß es aus der DE-PS 5 57 258 bekannt ist, Aufladungen eines bewegten bandförmigen Mediums mittels einer Elektrode mit nachgeschaltetem Verstärker und Lautsprecher hörbar zu machen. Diese eine andere als die vorliegende Aufgabe lösende bekannte Anordnung erfaßt zwar grundsätzlich Wechselkomponenten, jedoch stellt die Anordnung weder darauf ab, die bei turbulenten, nichtleitenden strömenden Medien ausgeprägten Wechselkomponenten auszuwerten, noch ist die hierzu wesentliche Bandbegrenzung vorgesehen. Der sehr einfache Verstärker weist vielmehr darauf hin, daß vor allem Entladungsgeräusche und Sprüherscheinungen erfaßt werden sollen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher

5G beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung elektrostatischer Ladung in einem Pulvermaterial, das pneumatisch durch eine Förderleitung transportiert wird, und

F i g. 2 ein Ersatzschaltbild der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung.

Durch eine Förderleitung wird Pulvermaterial pneumatisch zu einem Schüttgutbehälter gefördert Der Förderleitung ist eine Meßeinrichtung zur Messung der

μ elektrostatischen Aufladung des Pulvers zugeordnet, um kontinuierlich die Gefahr einer Explosion im Schüttgutbehälter infolge Aufladung des Pulvers abschätzen zu können.
Gemäß F i g. 1 ist ein Teil der zylindrischen Metallwand 1 der Förderleitung derart herausgeschnitten, daß eine halbzylindrische öffnung in der Nähe des Förderleitungsendes gebildet ist. Innerhalb dieser öffnung ist eine Elektrode 2 in Gestalt eines

halbzylindrischen Metallblephes angeordnet, das der Form der Förderleitungswand 1 angepaßt ist. Ein zwischen der Elektrode 2 und der Wand 1 gebildeter, mit einem Isolierstoß 3 ausgefeilter Spalt isoliert die Elektrode 2 von der Wand 1,

Die elektrostatische Ladung auf dem durch die Förderleitung strömenden Pulvermaterial influenziert auf der Elektrode 2 mit Bezug auf die Wand 1 ein Potential. Das influenzierte Potential hat eine Gleichspannungskomponente, deren Größe von der mittleren to elektrostatischen Ladungskonzentration in der Nähe der Elektrode 2 abhängig ist, sowie eine durch Turbulenzen in dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Pulver hervorgerufene Wechselspannungskomponente, die Rauschcharakter hat und deren Größe ebenfalls von der mittleren elektrostatischen Ladungskonzentration in der Nähe der Elektrode 2 abhängig ist Typischerweise beträgt der Effektivwert der Wechselkomponente etwa 30% der Größe der Gleichkomponente.

Die Größe der Wechselkomponeate wird mittels einer Wechselspannungsmeßschaltung 4 gemessen. Diese weist einen aus Widerständen 3" und 6 bestehenden Eingangsspannungsteiler auf, zu welchem eine Neonröhre 7 parallelgeschaltet ist, die als Überspannungsableiter dient Der Widerstand 6 ist veränderbar, so daß die Empfindlichkeit der Spannungsmeßschaltung 4 einstellbar ist Der Widerstand 5 hat beispielsweise einen Wert von 10 M Ω und der Widerstand 6 einen Maximalwert von 100 M Ω. Die Wechselkomponente der an dem Widerstand 5 anliegenden Spannung wird von einem Wechselspannungsverstärker 8 verstärkt, der einen Durchlaßbereich von 1 Hz bis 4000 Hz aufweist und derart ausgelegt ist, daß er in diesem Frequenzbereich einen hohen Eingangswiderstand, z. B. größer als 1 M Ω, hat Das Ausgangssignal des Verstärkers 8 wird durch eine Gleichrichterschaltung 9 gleichgerichtet, deren Ausgangssignal einem Gleichspannungsmesser 10 zugeführt wird, dessen Anzeige ein Maß für die elektrostatisehe Ladungskonzentration am Auslaß der Förderleitung ist

Das Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung 9 wird außerdem über ein einstellbares Potentiometer 11 einer Schwellenwertschaltung 12 zugeleitet, weiche, wenn ihre Eingangsspannung einen -bestimmten, einem Sicherheitsgrenzwert in bezug auf die Explosionsgefahr entsprechenden Grenzpegel übersteigt, einen Alarm und/oder eine automatische Unterbrechung der Strömung des Pulvers in der Förderleitung eine Befeuchtung so der Luft sn der Förderleitung auslöst Die Gleichrichterschaltung 9 weist eine Glättungszeitkonstante von etwa 5 s auf, so daß kurzfristige Unregelmäßigkeiten in der Ladungskonzentration in der Förderleitung kein falsches Ansp?echen der Schwellenwertschaltung t2 bzw, keine unstetige Anzeige des Gleichspannungsmessers 10 verursachen.

In F i g. 2 ist die Ersatzschaltung der oben beschriebenen Anordnung dargestellt, wobei Vi bzw. Vt die Gleichbzvv. Wechselkomponente der durch die Ladung erzeugten Spannung, Q bzw. C₂ die effektive mittlere Kapazität zwischen dem Pulvermaterial und der Elektrode 2 bzw. die Kapazität zwischen der Elektrode 2 und der Wand 1, Rt das Zusammenwirken der durch direkte Ableitung durch die Luft übertragenen Ladung und der durch geladene, gegen die Elektrode 2 stoßende Teilchen übertragenen Ladung darstellt, während R₂ die gemeinsame Wirkung des der Kapazität Ci zugeordneten Ableitwiderstandes und des Eingangswiderstandes der Spannungsmeßschaltung 4 darstellt Es ergibt sich, daß bei einer gegebenen Größe von Vi die Größe der Wechselkomponente der an der Kapazität Ci erscheinenden Spannung Vz von den Werten von Ci, Ci und Rz abhängig ist Bei Frequenzen, die ausreichend hoch sind, so daß die Impedanzen der Kapazitäten C\ und Ci jeweils klein im Vergleich zu den Widerständen R. und Ä2 sind, was in dem gesamten bzw. beinahe in dem gesamte.) Frequenzdurchlaßbereich des Verstärkers 8 der Fall ist, können die Widerstände R\ und R2 vernachlässigt werden, so daß die Genauigkeit der Messung einfach von den Werten dar Kapazitäten G und Ci abhängig ist Der Wert von Ci ist eigenstabil, während der Wert Ci dann stabil ist wenn die mittlere Teilchendichte über den Querschnitt des Förderers gleich ist bzw. sogar dann stabil ist, falls sich bei ungleicher Dichteverteilung diese nicht mit der Zeit ändert

Damit steht die beschriebene Meßeinrichtung im Gegensatz zu der eingangs angesprochenen bekannten Meßeinrichtung, bei welcher zur Messung von V\ ein Gleichspannungsmesser vorhanden ist. Dort brauchen daher die Kapazitäten Ci und Ci nicht berücksichtigt zu werrlen, so daß dort die Meßgenauigkeit allein von den Werten der Widerstände R\ und Rz abhängig ist Da sich jedoch R\ mit der Luftfeuchtigkeit ändern kann und da Ri klein gegenüber R\ ist und sich mit der Luftfeuchtigkeit und mit dem Sauberkeitszustand der Isolation der Meßelektrode ändern kann, kann die Messung dort stark fehlerbehaftet sein.

Die Anwendbarkeit der Meßeinrichtung nach der Erfindung ist nicht auf Gas/Feststoffsysteme beschränkt, sondern auch bei Systemen gegeben, bei welchen das strömende Material eine flüssige Phase aufweist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Einrichtung zur Messung der elektrostatischen Ladung eines durch eine Förderleitung strömenden Materials, mit einer der Förderleitung zugeordneten Elektrode, auf welcher jeweils in Abhängigkeit von der elektrostatischen Ladungskonzentration in dem strömenden Material ein Potential erscheint, und mit einer der Elektrode nachgeschalteten Spannungsmeßschaltung mit Verstärker und anschließendem Anzeige- oder Auswertegerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsmeßschaltung (4) eine Bandpaßcharakteristik mit einem Durchlaßbereich aufweist, welcher dem Frequenzspektrum der durch zufällige Ladungskonzentrationsschwankungen aufgrund von Turbulenzen im strömenden Material bedingten Wechselspannungskomponente des auf der Elektrode (2) influenzierten Potentials entspricht

2. Einrichfing nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ά&Β der Verstärker der Spannungsmeßschaltung (4) ein Bandpaßverstärker (8) und diesem eine Gleichrichterschaltung (9) nachgeschaltet ist, deren Ausgangssignal ein Anzeigeinstrument (10) oder ein Signalauswertegerät (12) speist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Barchlaßbereich der Spannungsmeßschaltung (4) 1 Hz bis 4000 Hz beträgt