DE2360872A1

DE2360872A1 - Opazitaetsmessgeraet

Info

Publication number: DE2360872A1
Application number: DE2360872A
Authority: DE
Inventors: William S Marks
Original assignee: BALDWIN ELECTRONICS Inc
Current assignee: BALDWIN ELECTRONICS Inc
Priority date: 1972-12-07
Filing date: 1973-12-06
Publication date: 1974-06-12
Also published as: CA1026582A; JPS4990583A; IT1028517B; FR2212929A5; US3838925A; GB1448286A

Description

Dr. tr?!r.-.ui Späth

82öj l-.c-^sheim/Gi*.

Max-Jossfs-PIatz 6

Deutschland

63 P 5

Baldwin Electronics, Inc.

Opazitätsmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein OpazitätsmeJ3gerät zur Messung der Opazität von Rauch, in einem RauchschäiÄfeoder einer anderen Strömungsleitung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Paares abzubauender Kammern_r von denen eine eine kollimierte:Lichtquelle und die andere eine photoelektrische Lichtfühleinrichtung enthält. Die Kammern können an getrennten Stellen ,beispielsweise eines Rauchschachtes, befestigt v/erden, v/όbei jede Kammer mit ihrem eigenen Kunststoff-Fenster (Eylar-Fenster) versehen ist, um die Kammer gegenüber dem Rauch in dem Schacht zu isolieren, wodurch.man ein stets-klares Fenster erhält.

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Jede Kammer ist in dem Sinne integriert, daß jede unabhängig von der anderen vollständig wirksam ist, wenn ein Anschluß an eine Wechseletrumleitung erfolgt. Jede Kammer v/eist. Einrichtungen zur statischen Rauchreinigung auf, uu statischen Rauch von den optischen ¥egen durch Reinigung zu entfernen, und zwar gemöß einem wahlweisen Merkmal der Erfindung. Beide Kamraern, die Lichtquellenkammer und die Lichtfühlkammer, sind insofern vollständig, als sie jeweils einen Zeitgeber- oder Schrittschaltmotor umfassen, um ihr bandförmiges Kunststoff-Fenster zu bewegen. Die Lichtfühleinheit umfaßt einen Differenzverstärker, v/elcher auf sein Paar von Photozellen anspricht, wobei jede Einheit ihre eigene geregelte Energisversorungseinheit aufweist. Der Differenzverstärker kann an ein Heßinstrument oder einen Streifenaufzeichner angeschlossen sein, wie dies üblich ist. . .

Die Erfindung schafft ein Opazitätsmeßgerät einschlieflieh einer Lichtquellenkammer und einer Lichtfühlkammer, welche vermöge entsprechender Anbringung einen Rauchschacht zu überbrücken vermögen, der strömende Gase aufnimmt, wobei.jsde Kammer ein bandförmiges Kunststoff-Penster umfaßt, das den Innenraum*der Kammern gegenüber dem Rauch im Schacht isoliei^. Hierbei sind.Kittel vorgesehen, um das inaktive Volumen des Probenrohres für statischen Rauch zu reinigen, wobei jede Einheit betriebsmäßig in sich selbst vollständig und in dem System austauschbar ist. -

Die Erfindung schafft also ein Opazitätsineßgerät, bei welchem Licht von einer Lichtquellenkammer durch den Rauch oder das strömende Fluid, zu einer Kammer übertragen wird, die eine photoelektrische Fühleinrichtung aufweist; hierbei werden bandartige Kunststoff-Fenster ständig entlang Durchtritten der Licht- und Fühlkammer bewegt, um eine ständige Isolation

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dieser Kammer gegenüber dem Rauch oder dem Strötnungsfluid · über ein stets klares Fenster in den oder aus dem Schacht zu ermöglichen, so daß Verunreinigungen verhindert werden, welche Fehler in die Öpazitätsmesning einführen könnten. Licht wird über zwei'^Tiege von'einer gemeinsamen Lichtquelle in einer Kammer zu zwei benachbarten Photozellen in einer anderen Kammer gerichtet, '-^robei ein Veg durch den Rauch oder das strömende riedium und der andere über ein faseroptisches Lichtrohr unter Ausschluß des Rauches oder strömenden Fluids verlaufen j die ' Ausgangsgrößen der beiden Photozellen v/erden in einem Differenzverstärker verglichen, um eine genaue Kessung der Opazität zu gewinnen, die hinsichtlich Änderungen in der Intensität der Lichtquelle kompensiert sind> wobei der Verstärker durch eine geregelte Spannungsversorgungseinheit betrieben ist, wie dies auch für die Lichtquelle zutrifft, um die Genauigkeit der Messung trotz, normaler Netzs-uannungsschwankungon aufrecht zu erhalten, - *

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher er-' läutert. Es zeigen:

Fig.- 1 ein Ausführungsbeispial eines erfindungsgemäßen Gerätes bei Anbringung an einem Rauchschacht^ in Seitenansicht sowie teilweise aufgebrochen,

Fig. 1a ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes in demgegenüber vereinfachte-r Darstellung,-- -

Fig. 2 eine auszubauende Spule für ein bandartiges Kunststoff-Fenster, wie sie in dein Gerät von Fig. 1 bzw. la verwendet wird, in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Lichtquelleneinheit

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nach der Erfindung in Ansicht von vorn,

Fig. 4 die Lichtquelleneinheit von Fig. 3 in Seitonansicht,

Pig. 5 die Lichtquelleneinheit von Pig, 3 in Seitenansicht von links,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines gegenüber von Fig. 1 abgewandelten Gerätes im 'Axialschnitt.

Gemäß Fig. 1 verläuft durch einen aufgebrochen dargestellten Rauchschacht 10 oder eine andere Strömungsleitung ein Probenrohr 11, das an jedem Ende ein Gewinde aufweist und Schlitze 18 enthält, durch welche Strörauhgsfluid in das und aus dem Probenrohr zu strömen vermag. Die 'Schlitze sind insgenant als der Prob':nschlitz bezeichnet. Das Probonrohr 11 verläuft gänzlich durch den Bauchschacht und ist an einem Ende in eine Lichtquellenkanrüier und atn anderen Ende in eine Lichtanzeigokarnmer 13 geschraubt. Die Lichtauellenkaiamer 12 umfaßt eine Deckplatte 14. zum Zwecke eines leichten Zuganges sowie innen eine spannungsgeregelte Energieversorungseinheit 15, die mit Not:·, wechselstrom betrieben ist. Die Einheit 15 beaufschlagt eine Lampe 16, welche Licht über eine KoMmatorlinse17 durch das Rohr 11 wirft, .Obei der Lichtstrahl durch das strömende Fluid abgeschwächt wird und auf eine erste Photoselle 18 in der Kammer 13 fällt. Licht wird auch unmittelbar von der Lampe 16 über ein faseroptisches Lichtrohr 19 übertragen, das außerhalb des Rauchschacht.-„s 10 zu einer zweiten Photozelle 20 verläuft. Licht in dem Lichtrohr 19 ist keiner Schwächung durch das strömende Fluid unterworfen und dient zum "Vergleich des Lichtes, das durch das Fluid abgeschwächt \mrde, und dem nicht abgeschwächten Licht.

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Die Photozellen T8,. 20 erzeugen ein Signal für· einen Differenzverstärker 21, dessen; Ausgangsgröße einen Streifenauf zeichner 22 antreibt; der Differenzverstärker 21 ist mit einer spanrmngsgerekelten Stromversorgungseinheit 25 versehen. Die Verwendung der spannungsgeregelten Energieversorungseinheiten stellt sicher,, daß Änderungen der Wechselspannung nicht die Streif enablesungen, beeinfluss an. Die Verwendung zweier. ¥ege, nämlich einer über das strömende Fluid und einer unabhängig von dem strömenden Fluid,, stellt sicher,, daß eine Alterung der Lampe 16 oder deren Austausch- nebst entsprechender Änderung der üehtausgangsgröße keinen Einfluß auf.die Streifenablesungen hat.

Jede der Kammern 12, 13 ist wasserdicht, kann also auch im Freien angewendet werden; jede der Kamuern ist gegenüber dem strömenden Fluid durch ein sich bewegendes bandartiges Kunststoff -Fenster isoliert. G-emäß Fig. 1,2 .verläuft ein dünnes Kunststoffband 23 von einer Vorratsspule 2:6 zu einer Aufnahmespule 27 über Rollen 28, 29, 30 sowie über eine Eührungsfeder 32:, welche einen zentralen Durchtritt 33 aufweist, der den Austritt und Eintritt von Eieht zu dem Inneren der Kammern gewährleistet. Die Führungen 28,. 29,, 30 sind an einer gemeinsamen Anbringungsplatte 3S "befestigt, welche auch die Vorratsspule 26 über einen Stift 34 lagert; ferner sitzt, auf: der Platt3 auch di ^N Aufnahmespule 27.113 letztere umfaßt: eine SchlüsseXloehbohrung 27a_t um eine: Kopplung mit einem Zeitgeberöder: Stufenmotor herbeizuführen.,

Gemäß Fig. 3-5 kann der Antriebsmotor H der Spule 36 ein Zeitgeber- oder Schrittmotor sein.; und außerdem ist .dort das Kunststoffband 25 zu sehen,, das in Fig. 3 unterbrochen dargestellt ist. Die spannungsgeregelte .Energieversorungseinheit einschließlieh deren Transforinatpr 42 sowie Eilterkondensator 4-3 sind auf der gleichen Platte 44 vrie die Optischen Elemente

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und die Antriebs- sowie Führungselemente für das Kunststoffband angeordnet.

Die Platte 35 ist als eine Einholt abzubauen und wird durch drei Schnappstifte 31, 34,- 35a gelagert, die in Eingriff mit einer Feder stehen,beispielsweise einer Feder 34a von Fig. 5, wenn die Platte πich in Anordnungsstellung befindet j ähnliche Federn sind für die. Stifte 35^a> 31 vorgesehen, so daß die Platte 35 und die Spulen 27, 34 sowie das Kunststoffband 35 und ferner die Stifte 28, 29, 30 als eine Einheit einsetzbar oder herausnehmbar sind, um ein von Hand erfolgendes Herausnehmen eines alten Bandes und Ersatz durch ein neues Brvnd zu erleichtern, ohne daß die Entfernung von Bolzen oder die Anwendung von Werkzeugen notwendig ist.

Die optischen Elemente des Sjrstems, im Falle der !lichtquellen kammer 12 eine Hauptlinse 17 und eine Lampe 16, sind an der Platte 44 durch Schrauben 45 befestigt, deren "Einstellungen zur Zapfenlagerung der Anbringungsplatte 46 dienen, die auf einer Kugel 47 zentral zapfengelagert ist: hierbei kann der Lichtstrahl gesteuert werdeii, der über die Kammer 12 auf die Photozalle 18 geworfen wird. Von der Anbringungsplatte 44 ver läuft ein L-fömiger Bügel 48, an dem die Lichtquelle 16 sowie die Linse 17 befestigt sind; die Linse selbst ist in einem hohlen metallischen Gehäuse 49 angeordnet.

Die Detektoreinheit 13 ist nicht in Einzelheiten dargestellt und besehriebon, da. gleiche aufbaumäßige Merkmale sowohl für die Lichtquelleneinheit 12 als auch für die Detektoreinheit treffen, -johui lediglich Photozellen und ein Differenzverstärker an Stelle der Linse und der Lichtquelle von Fig. 3-6 sind.

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Ura eine Isolation der Kammern 12, 13 gegenüber don Probcnrohr 11 zu erzielen (Fig. 1) und ferner gegenüber dem Schacht 10 im Falle; von Fig. 1a, ist eine Dichtung 65 in Form eines zu-, sannnendrückbaren Ringes vorgesehen, welcher eine mit Kunststoff (Mylar) beschichtete innere Fläche aufweist, die gegen da.s Kunststoffband (Mylar-Pand) 25 an der Öffnung 33 anliegt, um eine Reibung zu reduzieren. Daher kann kein Rauch in die Kammern unter normalen Bedingungen austreten. Die zentrale Öffnung 66 in dem Ring 65 ermöglicht den Austritt und Eintritt von Licht, dichtet jedoch rund um die Kante der Öffnung 30 ab, so daß der Ring 65 zusawrnen mit dem sich bewegenden Kunststoffband 25, welches die Öffnung 30 überdeckt, eine solide rauchundurchlässige Wand bildet, zumindest dort, wo sich der Schacht 10 nicht unter beträchtlichem Druck befindet.

Die Lampe 16 und die Linse 17 sind innen in einem Gehäuse 63 innerhalb der Kammer 12 befestigt, welches in -Fig. 1 nicht dargestellt ist, in Einzelheiten jedoch aus Fig. 6 zu ersehen ist. Das G-ehäuse 63 weist ein offenes Ende 64 auf, vor welchem sich' das Kunststoffband 25 bewegt. Ein ähnlicher Aufbau ergibt, sich in der Kammer 13, um die Photozellen zu isolieren.

Der. gesamte Aufbau des Gerätes kann demjenigen folgen, der in Verbindung mit Fig. 1 erläutert wurde, oder einem hierzu parallelen Aufbau, welcher in Fig. 1a veranschaulicht ist ; der einzige Unterschied zwischen- den beiden Systemen liegt darin, daß gemäß Fig. 1 ein Probenrohr 11 verwendet wird, welches in Fig. 1a weggelassen ist. In dem letzteren Fall sind die KaTarriern 12, 13 direkt an der Fluidleitung 10 über Gewindenippel 60, 61 befestigt. Gemäß Fi-g.1 sind die Lampe..16. und die Kollimr·torlinse 17 innerhalb der Schlaufe verriegelt, die.durch das Kunststoffband 25 und die Führungsplatte .32 jnit-. deren Fenster 33 gebildet ist. "Dia Lampe 16 und deren Kolli-

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matorlinse 17 sind hinsichtlich ihrer Ausrichtung einstellbar, um einen Lichtstrahl zu erzeugen, welcher zentral nach unten in dem Probonrohr 11 zu der Photozelle 18 verläuft, die zur Intensitätsabfühlung des Lichtstrahles dient und ein entsprechendes Ausgangssignal zu einer Seite eines Differer xvev stärkers 21 in der Kammer 13 führt. Licht wird unmittelbar von der Kammer 16 rohrmäßig zu einer zweiten Photozelle 20 über ein faseroptisches Lichtrohr geführt, wobei die letztgenannte Photozelle ein elektrisches Signal erzeugt, das der Intensität der Lichtausgangsgröße der Lampe 16 entspricht und zuar unabge-· schwächt von einem Durchtritt durch das strömende Fluid. Das letztgenannte Signal wird der anderen Seite dos Differenzverstärkers 21 zugeführt, \/obei dieser ein verstärktes Difforenzsignal zu dem angetriebenen Streifenaufzeichner 22 lieferte 'Venn die Intensität der Lichtausgangsgröße der Lampe 16 einer Änderung, beispielsweise infolge Altorung dor Larnpe, unterworfen ist, so treten entsprechende Unterschiede des Aungangssignals bei den Photozellen 18, 20 auf, so dai3 die Differenz zwischen den beiden Signalen im wesentlichen derjenigen entspricht, welche auf der ^r.^rirkung des strömend en Fluids allein beruht.

Die Lichtquelle mit der Lampe 16 wad' der Xollimatorlinse 17 (im Falle der Kammer 12) und die Photozellen 18, 20 (im Fall der Kammer 13) sind gegenüber einer direkten Freilegung zu dem Fluid durch die beweglichen Kunststoff-Fenster 25 bzw. 27 abgeschirmt, wobei der Kunststoff sich mit genügender Geschwindigkeit bewegt, um zu jedem Zeitpunkt ein klares Fenster freizulegen.

Gemäß Fig. 1 sind Querschlitze 41, 42 an der Unterseite des Frobenrohres außerhalb des Schachtes vorgesehen. Sin Zug in dem Schacht zieht außenseitige Luft durch die ochlitze 41, 42

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nach, innen und bewirkt eine Reinigung hinsichtlich statischen Staubes von dem inaktiven Teil des Probenrohres, wobei auch ein Luftvorhang geschaffen wird, welcher wärmemäßig die Gerät eköpfe gegenüber dem heißen Fluidgas in dem Schacht isoliert. Ersichtlicherweise tritt die Punktion nicht in einem mit positivem Druck arbeitendem Schacht auf. In dem wahlweisen Fall müssten die Schlitze 41, 42 durch Paßstücke 41a, 42a (Fig. 6) ersetzt werden, um eine Verbindung von unter Druck stehenden Gasleitungen zu ermöglichen und entweder kontinuierlich oder intermittierend eine Reinigung durchzuführen, wobei dann auch die wärmemäßige Isolierung herbeigeführt wird. Die Gerätegehäuse müßten auch bis zu dem in dem Schacht herrschenden Druck unter Druck gesetzt werden, lim ein Austreten von Rauch in die Baueinheiten zu verhindern.

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Claims

Patentansprüche

Überwachungsgerät für strömendes Fluid in einer Leitung, gekenriZGich.net durch eine erste Kammer (12) r.iit einer Lichtquelle für kollimiertes Licht (Lampe 16, Kollimatorlinse 17), eine zveite Kammer (13) mit einer Photozellen-Detektoreinhoit (Photozelle 18) und getrennte isolierende Elemente (Kunstatoff-"band 25)innerhalb jeder der Kammern zur Schaffung eines gesonderten, durchlässigen, ständig erneuerton Fluid-Isolierfensteis zum Zuführen von Licht von der Ouelleneinheit zu dor Photozellen-Detektoreinheit, während der Eintritt des Fluids verhindert wird.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Inolierelemente einen Isolierrin^ (65) umfaßt, v/elcher gegen das isolierende Fenster (Kunststoffbahn25) anliegt, wobei der Isolierring zur Verhinderung des Eintrittes von Fluid in eine der Kammern vorgesehen ist, wahrend ein Lichtveg durch das gegenüber dem Fluid isolierende Fenster geschaffen \/ird.
3. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ständig erneuerton Fenster bev/o^tü Kunststoff bändor (Hvlar-Bänder) sind.
4. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine optische-Fasorleitung (Lichtrohr 19), v/elcho von der Quelle für kolliniertes Licht (lamp·" 16, Kollimatcrlinse 17) zu der Photozollen-Detektoreinheit (Photozelle 18) verläuft, und daß die Photozöllon-Dotüktoreinhoit zuoi Photosollnn (18, 20) umfaßt, von denen die eine (20) lediglich auf Licht anspricht,

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welches ub.iT die faseroptische Lichtleitung geführt wurde, vährend die andere (18) lediglich auf Licht anspricht, das üb* er das Fluid aufgenommen wurde, wobei-ein Differenzverstärker (21) zum differcntiellen Verstärken der Ausgangsgrößen der Photozellen und eine Anzeigeeinrichtung (22) vorgesehen sind, wobei die Anzeigeeinrichtung mit dem Differenzverstärker verbunden ist.
5«.Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Elemente (41,. 42) zum Durchspülen statischen· Fluids von den optischen liegen innerhalb der Kammern (12, 13).
6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für kollimiertes Licht (Lampe 16, Kollimatorlinse 17) eine elektrische Lampe (16) umfaßt und daß die erste Kammer (12) eine erste spannungsgeregelte Energieversorungseinheit (15) zum Betrieb der Lampe aufweist.
7. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine aweite spa.nnungsgeregelte Energieversorungseinheit (23) innerhalb der zweiten Kammer (13) sowie Verbindungen zwischen der zweiten spannungsger-;gelten Energieversorgungseinheit und dem Differenzverstärker(21) zur Zuführung einer konstanten Betriebsspannung zu dem Differenzverstärker trotz Änderungen der Netzspannungen.
8. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (12) ein Gehäuse (49) für die Lampe (16) und eine Kollimatorlinse (17) innerhalb des Gehäuses umfaßt, wobei das Gehäuse eine Öffnung umfaßt, die den Kunststoffbändern (25) zugewendet ist, wobei ferner Elemente zur Zuführung einer Luftströmung in das Gehäuse vorgesehen sind, um einen Luftvorhang gegenüber dom statischen Fluid sowie zu dessen Entfernung zu gewährleisten.

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9. Gerät nach Anspruch. 8, gekennzeichnet durch Elemente zur Entfernung der Luft aus dem Gehäuse (49) wobei eine kontinuierliche Luftströmung In das Gehäuse sowie aus demselben vorgesehen ist,
10-Anwendung des Gerätes nach einem der Ansprüche 1-9 zur Opazitätsmessung eines in einem Schacht befindlichen strömenden Fluids, wobei die beiden Kammern (12, 13).zu beiden Seiten des Schachtes (10) vorgesehen sind und die in den Kammern vorgesehenen Öffnungen in den Schacht hinein koaxial gegenüberliegend ausgerichtet sind, so daß der Lichtstrahl von der ersten Kammer durch das in dem Schacht befindliche Fluid in die zweite Kammer zu fallen vermag,, um die durch das Fluid hervorgerufene Lichtschwächung zu bestimmen«,
11. Gerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Elemente

zur Einführung von unter Druck befindlicher Luft in die Kammern (12, 13) zwecks Bildung einer Luftdruckschranke gegenüber dem Eintritt dos Fluids entlang den Dichtungen und den Kunststoffbändern (25).

12, Gerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Elemente zur Entfernung der unter Druck stehenden Luft zur gleichzeitigen Entfernung statischen Fluids von den Lichtwegen in den Kammern (12, 13).

13* Gerät nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch auf den Zug in dem Schacht (10) ansprechende Elemente zum Strömenlassen von Luft durch die Kammern (12, 13) zwecks reinigenden Austreibens des statischen Fluids von dem Probenrohr (11) sowie zur Schaffung eines luftvorhanges zwecks wärmemäßiger Isolierung der Kammern gegenüber dem Schacht»

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