DE29804156U1 - Meßsonde zur in-line-Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit bewegter Partikeln in transparenten Medien - Google Patents

Description

Dr.-Ing. Günther H. Körtel

Patentanwalt

European Patent & Trademark Attorney
im Technologie Centrum Chemnitz (TCC)
Anneberger Str. 240'09126CHEMNITZ

Tel/Fax: 0371-5347560, Funktet. 0177-2406332

Anmelder: Parsum - Gesellschaft für Partikel-, Strömungs- und Umweltmeßtechnik m. b. H., Chemnitz

Meßsonde zur in-line- Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit bewegter Partikeln in transparenten Medien

Die Erfindung betrifft eine Meßsonde zur in-line-Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit bewegter Partikeln in transparenten Medien, mit einem in das Medium hineinragenden, rohrförmigen Meßsondenkörper und einer in diesem angeordneten optischen Meßstelle, bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung und einer zugeordneten Ortsfrequenzfilteranordnung mit einem zusätzlichen lichtwellenleitenden Element, die mit einer optoelektronischen Wandleranordnung in Verbindung steht, wobei sich die Partikelströmung zwischen Beleuchtungseinrichtung und Ortsfrequenzfilteranordnung befindet.

Anwendbar ist die Erfindung zur Ermittlung der Größe und der Geschwindigkeit von Partikeln, d. h. von festen, flüssigen oder gasförmigen Teilchen, die sich in strömenden Flüssigkeiten oder Gasen befinden oder die sich in einem transparenten Medium bzw. im Vakuum selbst bewegen. Die Meßsonde erlaubt die kontinuierliche Messung ohne Probennahme innerhalb des Prozesses mit einer hohen Datenrate.

Nach DE-PS 196 28 348 ist bereits eine Meßsonde gemäß Gattungsbegriff bekannt. Sie enthält einen rohrförmigen Meßsondenkörper, der in einen Prozeß- bzw. Meßraum hineinragt, in dem sich eine Partikelströmung befindet. Am vorderen Ende des Meßsondenkörpers ist eine parallelflächige Aussparung vorgesehen, in deren Bereich die optische Meßstelle mit Beleuchtungseinrichtung und Ortsfrequenzfilteranordnung angeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung befindet sich teilweise im vorderen Endteil des Meßsondenkörpers und besteht aus einer in einem Gehäuse

außerhalb des Meßsondenkörpers untergebrachten Lichtemissionsdiode, die über eine teilweise durch den rohrförmigen Meßsondenkörper führende Lichtleitfaser auf eine optische Einrichtung zur Erzeugung eines parallelen Lichtbündels geführt ist. Infolge der Anordnung der Lichtaustrittsfläche der Beleuchtungseinrichtung im vorderen Endteil des Meßsondenkörpers bei Unterbringung der Lichtquelle außerhalb des Meßsondenkörpers ist eine Umlenkung der Lichtwirkungsrichtung um ca. 180 ° erforderlich, so daß die Lichtleitfaser im Bereich des vorderen Endteils des Meßsondenkörpers um ca. 180 ° gebogen werden muß. Bedingt durch den begrenzt zulässigen Krümmungsradius der Lichtleitfaser verläßt deshalb die Lichtleitfaser vor Erreichen der Aussparung den rohrförmigen Meßsondenkörper und tritt nach reichlich halbkreisförmiger Biegung im Bereich des Endteils wieder in den Meßsondenkörper ein. Die Folge ist ein rohrförmiger Meßsondenkörper mit seitlich überstehender Lichtleitfaser im Bereich des vorderen Endteils mit allen damit verbundenen Nachteilen.

So ist einerseits die Meßsonde bei Montagearbeiten u. ä. an dieser Stelle besonders leicht verletzbar, indem die überstehende Lichtleitfaser beschädigt oder abgerissen werden kann. Andererseits ist die Meßsonde nur über eine spezielle Halterung in einen Meßraum (z. B. Rohr, Behälter, Reaktor) einführbar, so daß deren nachträglicher Einbau in bestehende Anlagen immer mit erhöhten Aufwendungen verbunden ist.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, vorstehende Nachteile zu vermeiden und eine Meßsonde der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei Vermeidung von durch Umlenkung der Lichtwirkungsrichtung verursacht überstehenden Elementen weniger leicht beschädigbar und einfach sowie ohne großen Aufwand - auch nachträglich - in Prozeß-/Meßräume einfügbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 dargelegten Merkmalen gelöst, wobei die zusätzlichen Ansprüche 2-9 weitere vorteilhafte Ausgestaltungen beinhalten.

Die erfindungsgemäß ausgestaltete Meßsonde besitzt eine geschlossene, kaum beschädigbare Form. Infolge ihrer zylindrischen Grundform ist sie nahezu an jeder Stelle vorhandener Anlagen einfügbar, wobei die Einfügung in Stopfbuchsen oder

• ·

Standardverschraubungen u. dgl. möglich ist. Die Herstellung einer sondenspezifischen Halterung ist nicht mehr erforderlich. Dieses gestattet eine erste Ausführungsvariante (Ansprüche 1, 3-5), bei der die Beleuchtungseinrichtung komplett im vorderen Endteil des Meßsondenkörpers untergebracht ist, so daß eine Umlenkung der Lichtwirkungsrichtung mit allen nachteiligen Folgen vermieden ist. In einer weiteren Ausführungsvariante (Ansprüche 1, 6 - 8) ist die Beleuchtungseinrichtung dagegen im hinteren Teil des Meßsondenkörpers bzw. teilweise außerhalb angeordnet, so daß gleichfalls eine Umlenkung der Lichtwirkungsrichtung vermeidbar ist.

Beide Ausführungsvarianten sind auch mit einem einseitig offenen Durchbruch nach Anspruch 2 und jeweils mit elektrischer oder mit optischer Signalübertragung gemäß Anspruch 9 ausführbar, wobei die letztgenannte infolge Vermeidung von elektrischen Komponenten an bzw. nahe der Meßsonde besonders für explosionsgefährdete Umgebungen geeignet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Ansicht einer Meßsonde,

Fig. 2 die vergrößerte Ansicht in Richtung des Pfeils „A" in Fig. 1,

Fig. 3 die vergrößerte Ansicht in Richtung des Pfeils „B" in Fig. 1,

Fig. 4 eine Ausführungsvariante.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1-3) enthält die Meßsonde ein Gehäuse 1, an dem ein rohrförmiger Meßsondenkörper 2 befestigt ist. Die Meßsonde ist an einer Wand 3 (z. B. Rohrwandung oder Wand eines Behälters) so angebracht, daß sie diese durch eine zylinderförmige Bohrung durchdringt und in einen Prozeßbzw. Meßraum 4 hineinragt, in dem sich die zu messenden Partikeln bewegen.

Der Meßsondenkörper 2 ist als geschlossenes zylindrisches Rohr ohne überstehende Teile ausgebildet. Im Bereich seines vorderen Endes 2.1 (vorderes Endteil) enthält der Meßsondenkörper 2 einen Durchbruch 5, der symmetrisch zur Längsachse des Meßsondenkörpers 2 angeordnet ist und einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Dieser Durchbruch 5 bildet/bestimmt das (beleuchtete) Meßvolumen mit den zu messenden Partikeln. Demgemäß enthält der Durchbruch 5 die optische Meß-

stelle, bestehend aus Beleuchtungseinrichtung 6 und faseroptischer Ortsfrequenzfilteranordnung 7 mit zusätzlichem lichtwellenleitendem Element. Die rechtwinklig zur Längsachse des Meßsondenkörpers 2 verlaufende Durchbruchsfläche 5.1 soll als vordere Durchbruchsfläche 5.1 bezeichnet sein, da sie sich näher dem vorderen Ende 2.1 des Meßsondenkörpers 2 befindet als die hintere Durchbruchsfläche 5.2. In der vorderen Durchbruchsfläche 5.1 ist die Lichtaustrittsfläche 6.1 der Beleuchtungseinrichtung 6 angeordnet, welche selbst mit Hilfe miniaturisierter Bauweise komplett im vorderen Endteil 2.1 untergebracht ist. Beispielsgemäß besteht ihre Lichtquelle aus einer Lichtemissionsdiode mit einer vorgeordneten Einrichtung zur Erzeugung eines parallelen Lichtbündels (nicht gezeichnet). In einer Variante ist als Lichtquelle auch der Einsatz einer Laserlichtquelle möglich (nicht gezeichnet).

Der Lichtaustrittsfläche 6.1 in der vorderen Durchbruchsfläche 5.1 gegenüber sitzt in der Durchbruchsfläche 5.2 die faseroptische Ortsfrequenzfilteranordnung 7. Sie besteht bekanntlich beispielsweise aus flexiblen Lichtleitfasern, deren vordere Stirnflächen gitterartig in der optischen Wirkungsfläche münden und deren Enden auf eine spezielle optoelektronische Wandleranordnung geführt sind, die beispielsgemäß im Gehäuse 1 untergebracht ist und die mit einer Analyse- und Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit und der Größe von sich im Meßvolumen bewegenden Partikeln in Verbindung steht.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel (nicht gezeichnet) ist die Meßsonde äußerlich analog zum ersten Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 gestaltet. Jedoch befindet sich in der vorderen Durchbruchsfläche 5.1 die faseroptische Ortsfrequenzfilteranordnung 7, während die Lichtaustrittsfläche 6.1 der Beleuchtungseinrichtung 6 in der hinteren Durchbruchsfläche 5.2 sitzt. Die Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung 6 besteht aus einer im Gehäuse 1 untergebrachten Lichtemissionsdiode, welche mittels einer Lichtleitfaser auf die Lichtaustrittsfläche 6.1 (unter Vorschaltung einer optischen Einrichtung zur Erzeugung eines parallelen Lichtbündels) geführt ist. In einer Variante ist als Lichtquelle eine Laserlichtquelle einsetzbar, welche im Gehäuse 1 angeordnet ist. Ein im Meßsondenkörper 2 vorgesehener Strahlenkanal führt unmittelbar auf die Lichtaustrittsfläche 6.1.

In einer speziellen Ausführungsvariante (Fig. 4) zu beiden Ausführungsbeispielen ist der Durchbruch 5.0 einseitig in radialer Richtung offen. Bei dieser Durchbruchsgestaltung sind die erfindungsgemäßen Merkmale analog realisierbar, ohne daß es einer näheren Beschreibung bedarf.

Beide Ausführungsbeispiele gingen von einem am Meßsondenkörper 2 befestigten Gehäuse 1 für die Aufnahme einer optoelektronischen Wandleranordnung aus, wobei deren elektrische Ausgangssignale auf eine (entfernte) Analyse- und Auswerteeinrichtung übertragen werden. Entsprechend ist für bestimmte Anwendungsfälle auch die Unterbringung der Analyse- und Auswerteeinrichtung direkt im Gehäuse 1 möglich. Insbesondere in explosionsgefährdeten Umgebungen ist dagegen eine Übertragung der optischen Ausgangssignale der Ortsfrequenzfilteranordnung 7 über Lichtwellenleiter o. ä. zu einer entfernt angeordneten optoelektronischen Wandleranordnung mit Analyse- und Auswerteeinrichtung zweckmäßig und realisierbar.

Claims (9)

Schutzansprüche

1. Meßsonde zur in-line-Bestimmung von Größe und Geschwindigkeit bewegter Partikeln in transparenten Medien, mit einem in das Medium hineinragenden, rohrförmigen Meßsondenkörper und einer in diesem angeordneten optischen Meßstelle, bestehend aus einer Beleuchtungseinrichtung und einer zugeordneten Ortsfrequenzfilteranordnung mit einem zusätzlichen lichtwellenleitenden Element, die mit einer optoelektronischen Wandleranordnung in Verbindung steht, wobei sich die Partikelströmung zwischen Beleuchtungseinrichtung und Ortsfrequenzfilteranordnung befindet,

dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Meßsondenkörper (2) als geschlossenes zylindrisches Rohr ohne überstehende Elemente ausgebildet ist und im Bereich seines vorderen, im Meßraum befindlichen Endes (2.1) einen Durchbruch (5) mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt zur Aufnahme der optischen Meßstelle aufweist, wobei in den rechtwinklig zur Rohrachse gebildeten Durchbruchsflächen (5.1; 5.2) jeweils die Beleuchtungseinrichtung (6) und die Ortsfrequenzfilteranordnung (7) mit zusätzlichem lichtwellenleitenden Element angeordnet sind.

2. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch (5; 5.0) einseitig offen ist.

3. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung (6) im vorderen Endteil (2.1) des Meßsondenkörpers (2) sitzt und aus einer Lichtquelle zur Erzeugung eines parallelen Lichtbündels besteht, deren Lichtaustrittsfläche (6.1) in der vorderen Durchbruchsfläche (5.1) angeordnet ist, wobei das Lichtbündel auf die gegenüber angeordnete Ortsfrequenzfilteranordnung (7) gerichtet ist.

4. Meßsonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle aus einer Lichtemissionsdiode besteht.

5. Meßsonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Laserlichtquelle ist.

6. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortsfrequenzfilteranordnung (7) in der vorderen Durchbruchsfläche (5.1) angeordnet ist, während die Lichtaustrittsfläche (6.1) der Beleuchtungseinrichtung (6) in der gegenüber befindlichen Durchbruchsfläche (5.2) sitzt.

7. Meßsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung (6) eine Laserlichtquelle ist, welche vorzugsweise außerhalb des Meßsondenkörpers (2) untergebracht ist.

8. Meßsonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung (6) eine Lichtemissionsdiode ist, welche vorzugsweise außerhalb des Meßsondenkörpers (2) untergebracht ist, und die mittels Lichtwellenleiters mit der Lichtaustrittsfläche (6.1) verbunden ist.

9. Meßsonde nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Anwendbarkeit auf elektrische oder optische Signalübertragung, wobei bei elektrischer Signalübertragung die optoelektronische Wandleranordnung in dem unmittelbar am Meßsondenkörper (2) befestigten Gehäuse (1) untergebracht ist, während bei optischer Signalübertragung die optischen Signale über Lichtwellenleiter zur entfernt installierten optoelektronischen Wandleranordnung geführt werden.