DE1115477B

DE1115477B - Ortsfestes, industrielles Aerosolmessgeraet

Info

Publication number: DE1115477B
Application number: DEL36755A
Authority: DE
Inventors: Dr Josef Priebsch; Dr Arno Reitz; Dr Hans Rohatschek; Dr Georg Stetter
Original assignee: Lentia GmbH
Current assignee: Lentia GmbH
Priority date: 1959-08-12
Filing date: 1960-08-04
Publication date: 1961-10-19

Description

Ortsfestes, industrielles Aerosolmeßgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein ortsfestes industrielles Aerosolmeßgerät zur Bestimmung einer für die Konzentration von Schwebeteilchen in von Wandungen umschlossenen Industriegasen charakteristischen Meßgröße. Die Bestimmung erfolgt mit Hilfe von Streulicht.
Es gibt eine Reihe bekannter Streulichtmethoden und Geräte, die entweder auf der Basis empirischer, sich jedoch von Fall zu Fall ändernder Eichung oder aber - unter Beachtung theoretischer Zusammenhänge - nur für homogene Schwebstoffsuspensionen brauchbare Ergebnisse liefern. Industrielle Stäube und Aerosole enthalten aber fast stets Korngrößengemische, deren Größenverteilung außerdem meist vom Betriebszustand abhängig ist, so daß die erwähnten Methoden, insbesondere für betriebsmäßige Bestimmungen, wenig geeignet sind.
Bei der Wahl angemessener Methoden hat man von den Korngrößenklassen der vorliegenden Schwebstoffgemische auszugehen. Sie überdecken vielfach einen sehr weiten Bereich. Bei Zerkleinerungsstäuben, wie sie etwa in Steinbrüchen, Berg- und Schotterwerken oder Mühlenräumen vorliegen, überwiegen die gröberen Teilchen - von einigen Mikron aufwärts -, so daß der Feinanteil für eine Mengen-oder Konzentrationsbestimmung wegen der Proportionalität zu d3 (d = Durchmesser des als kugelförmig gedachten Teilchens) außer acht bleiben kann. Die Messung hoher Konzentrationen, z. B. in Förderleitungen, kann mittels Abscheider und Filter erfolgen. Niedere Konzentrationen interessieren meist in der Atemluft. Dies ist nun eine Domäne der Streulichtmessung, sie erfolgt mit tragbaren und ortsveränderlichen Geräten, wobei Lichtquelle und Streulichtempfänger - meist kombiniert - in den Meß-und Beobachtungsraum gebracht werden. Für die Lichtstreuung an den hier maßgebenden Teilchen gilt die klassische Theorie (Fresnel, Fraunhofer, Kirchhoff), die auch den bereits bekannten Methoden und Geräten zugrunde gelegt ist.
Ganz anders liegen die Verhältnisse bei den Abgasen hinter modernen Filteranlagen oder bei jenen feinsten Aerosolen, wie sie etwa als Produkt oder Nebenprodukt chemischer Prozesse entstehen und sich meist vom Einzelmolekül her aufbauen (z. B.
Ruß bei der Methanspaltung). Hier hat man es mit Durchmesser unter 1 bis höchstens 21l zu tun, und zwar herab bis zur Größenordnung von etwa 10 5cm.
Hier gilt für die Lichtstreuung die Miesche Theorie.
Die noch kleineren Teilchen (Rayleigh-Bereich) im Rahmen der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung zu berücksichtigen, erübrigt sich, da solche im Be- reich der industriell in Betracht kommenden Konzentrationen äußerst kurzlebig sind und innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde zu Agglomeraten des vorerwähnten Größenbereiches zusammentreten.
Die Messung des Schwebstoffgehaltes mit Hilfe von Streulicht in Aerosolen des Teilchengrößenbereiches von etwa 10-3 cm bis 1, höchstens 2>, insbesondere soweit sie in industriellen Gasräumen, Rohrleitungen, Reaktoren usw. eingeschlossen sind oder dort geführt werden, ist Gegenstand der Erfindung.
Setzt man als Primärlicht ein Parallelstrahlenbündel wenigstens innerhalb des Streuraumes gleichbleibenden Querschnittes voraus, dann würde man bei unbeschränkter Gültigkeit der klassischen Theorie für jede beliebige Korngrößenverteilung eine dem Gesamtstaubvolumen proportionale Meßgröße erfassen können, wenn man den außerhalb dieses Parallelstrahlenbündels angebrachten Streulichtempfänger so einrichtet, daß er alle Streuwinkel von Null aufwärts erfassen kann.
Aus technischen Gründen läßt sich aber ein so großer Winkelbereich nicht simultan durch eine einzige Optik erfassen. Die meist giftigen und/oder aggressiven Industrie- und Reaktionsgase sind allgemein in Behältern, Reaktoren oder Rohrleitungen eingeschlossen, die insbesondere bei herrschenden höheren Temperaturen durch Isolationen und Ausmauerungen geschützt sind, und es besteht keine ungefährliche Möglichkeit, Projektor und Empfänger in solchen Räumen aufzustellen. Alle Zugänge zu solchen Räumen müssen bei optischen Beobachtungen durch Schaugläser abgedeckt und überdies durch Schieber gesichert sein, wobei die zulässigen Nennweiten naturgemäß beschränkt sind (z. B. NW 100); mit den erwähnten erheblichen Bautiefen (Schieber, Ausmauerungen) ergeben sich nur sehr kleine Aperturen für die Strahlenbündel der Beobachtungsapparatur. So verbleibt schließlich nur ein Winkelbereich zwischen einerseits 1 und 2s und andererseits 6 und 10 oder durchschnittlich 80 erfaßbar, zumal man wegen der Vorwärts streuung im Interesse ausreichender Streulichtintensität die kleineren Streuwinkel bevorzugen muß. Man gelangt zu einer prinzipiellen Anordnung von Streuraum, Lichtquelle, Schaugläsern und Streulichtempfänger, wie sie beispielsweise in der später erläuterten Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
Mit Hilfe einer solchen Anordnung ließe sich auf der Basis der klassischen Theorie kein konzentrationsproportionaler Streulichtmeßwert gewinnen, sondern vielmehr nur ein von den vierten Potenzen der Teilchendurchmesser abhängiger Wert, weil die spezifische Streufunktion etwa dem Radius proportional wird. Wie oben erwähnt, gilt aber für die durch ein erfindungsgemäßes Gerät zu erfassenden Aerosole die Streulichttheorie nach Mi e und nicht mehr die sogenannte klassische nach Fresnel. Zu den Erscheinungen des Mie-Effektes gehört eine gegenüber der klassischen Theorie verstärkte Streuung infolge der Resonanz zwischen den Wellenlängen des die Streuung erregenden Primärlichtes und den Dimensionen der die Streuung auslösenden Aerosolteilchen vergleichbarer Größenordnung; er bringt dank der unter industriellen Bedingungen stets gegebenen Inhomogenität der Aerosole eine auch erfahrungsgemäß ausreichende Konstanz der spezifischen Streufunktion im interessierenden Korngrößenbereich mit sich, die durch die Benutzung von weißem oder wenigstens nicht monochromatischem Primärlicht noch verbessert werden kann. Kurzwelliges Primärlicht (UV-durchlässige Optik) erweitert den Anwendungsbereich des Gerätes in Richtung auf kleinere Teilchen.
Die so erhaltenen Meßwerte sind dann auch - und dies bestätigt wieder die Erfahrung - nur von der Konzentration des Aerosols und in den in Betracht kommenden Bereichen nicht von den zulässigen Schwankungen der sonstigen B etriebsbedingungen abhängig.
Es wurde schon darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Meßgerät oder seine Teile wegen der Giftigkeit und/oder Aggressivität der meisten Industriegase nicht im Inneren des Meßraumes zur Aufstellung gebracht werden darf. Eine allenfalls leichter durchzuführende Messung im Nebenschluß ist abzulehnen, weil Abzweigen von Teilströmen bekanntlich bei Schwebstoffen zu einer mehr oder minder ausgeprägten Verfälschung der Meßgröße führt.
Schließlich erfordert die kontinuierliche Beschaffung eines registrierfähigen Betriebskennwertes unter den angedeuteten schwierigen Bedingungen ein ortsfestes, stabil montiertes und nicht, wie bisher bekannt, ein tragbares Gerät.
Hier schafft nun die Erfindung dadurch Abhilfe, daß die Lichtquelle für das Primärlicht und der Empfänger für das Streulicht außerhalb des nach außen dicht abgeschlossenen Meßraumes an den Wandungen desselben stationär und justierbar angeordnet und daß mindestens an zwei gegenüberliegenden Seiten der den Meßraum nach außen abschließenden Wandungen Schaugläser vorgesehen sind.
Die Hauptprobleme, die bei einem Gerät gemäß der Erfindung auftreten und die einer besonderen Beachtung bedürfen, sind einerseits die Justierung des Gerätes und andererseits die Verhinderung des Auftretens von Falschlicht bzw. Vorkehrungen, um dieses von der Photozelle des Empfängers für das Streulicht abzuhalten. Insbesondere entstehen durch das Anbringen von Schaugläsern Schwierigkeiten optischer Natur, die durch spezielle Einrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung überwunden werden. Bei den tragbaren bekannten Geräten sind diese Probleme von geringerer Bedeutung, da einerseits deren Abmessungen kleiner sind, so daß sich Justierfehler weniger bemerkbar machen, und andererseits Konstruktionsteile vermieden werden können, welche die Ursache von Falschlicht sind.
Die Erfindung ist in ihrem Wesen in den Patentansprüchen definiert und hinsichtlich der konstruktiven Lösung in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 ist schematisch ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anlage, bei welcher das zu untersuchende Industriegas durch eine Rohrleitung verhältnismäßig großen Querschnittes strömt. Fig. 2 zeigt ebenfalls zum Teil im Querschnitt und schematisch eine konstruktive Lösung des erfindungsgemäßen Gerätes. Fig. 3 ist eine Detailzeichnung der Fig. 2 und stellt den Projektor im Schnitt dar. Fig. 4 zeigt den Anschluß des Projektors nach Fig. 3 an den Meßraum in Seitenansicht. Ebenso sind die Fig. 5 und 6 Detailzeichnungen der Fig. 2 und stellen in einem teilweisen Vertikalschnitt und einer Draufsicht, zum Teil geschnitten, den Empfänger für das Streulicht dar. Weitere Details aus Fig. 2 zeigen die Fig. 7 und 8, und zwar Vorrichtungen zum Reinhalten der Schaugläser, in zwei erfindungsgemäßen Ausführungen.
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Gerätes. Der Meßort liegt hier in einem nach außen hin dicht abgeschlossenen, im Querschnitt dargestellten Rohrl, welches z. B. von einem Industriegas durchströmt wird, dessen Gehalt an Schwebeteilchen (Staub, Rauch, Ruß od. dgl.) zu messen ist. An der einen Seite der Rohrwandung 1 ist ein Projektor 2 stationär angebracht. Dieser steht mit einem Konstanthalter3 für die Speisespannung der Lichtquelle des Projektors in Verbindung.
An der dem Projektor 2 gegenüberliegenden Seite der Rohrwandung 1 ist der Streulichtempfänger 4 mit Optik und photo elektrischem Wandler (Photozelle od. dgl.) ebenfalls stationär angeordnet. Im Streulichtempfänger 4 können auch bereits die ersten Stufen des elektronischen Verstärkers angeordnet sein. Im Falle des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 ist der Hauptverstärker 5 außerhalb des Streulichtempfängers angeordnet. Ebenso sind ein Anzeigegerät 6, ein Registriergerät 7 und der Konstanthalter 8 für die Speisespannung der Verstärker in 4 und 5 vorgesehen.
Der aus verfahrenstechnischen und Sicherheitsgründen gasdicht verschlossene Meßraum wird durch Schaugläser 9 und 10 für das aus dem Projektor 2 kommende und den Meßraum durchsetzende Primärlicht und zur Beobachtung des Streulichtes mit Hilfe des Empfängers 4 optisch zugänglich gemacht. Der Eintritt des störenden, im Schauglas 9 entstehenden »falschen« Streulichtes in den Empfänger 4 wird durch ein justierbar angeordnetes Abschirmblech 11 verhindert.
Konstruktive Lösungen des in der Fig. 1 schematisch dargestellten Gerätes sind in den Fig. 2 bis 8 gezeigt. In Fig. 2 fällt auf, daß die Schaugläser 9 und 10 nicht unmittelbar an der Rohrwandung 1 angeordnet sind, sondern in einem gewissen Abstand davon. Zwischen der Rohrleitung 1 und den Schaugläsern 9 und 10 sind Absperrschieber 12 und 13 angeordnet, welche geschlossen werden, wenn die Schaugläser auszuwechseln bzw. zu reinigen sind.
Der Projektor 2 und der Empfänger 4 sind an Trägerplatten 14 bzw. 15 montiert, die unmittelbar außerhalb der Schaugläser 9 bzw. 10 liegen und von Tragstützen 16 an der Rohrwandung 1 gehalten werden.
In Fig. 3 soll der Projektor für das Primärlicht näher beschrieben werden. In diesem Projektor wird ein Lichtbündel erzeugt, welches beim Ausführungsbeispiel mit übereinander angeordneten Primär- und Streustrahlbündeln einen Querschnitt in Form eines liegenden Rechtecks aufweist. Diese Lage ist jedoch nicht zwingend vorgeschrieben. Streng begrenzt wird dieser Lichtbalken am Austritt aus dem Projektor durch eine Blende 17 und in der Nähe des empfängerseitigen Schauglases 10 dadurch, daß dort ein ebenso großes Bild einer (im Inneren des Projektors befindlichen) Zwischenblende 18 entworfen wird. Die Größe des Querschnittes wird dadurch beschränkt, daß durch die empfängerseitige Schauglasöffnung Primär- und Streulichtbündel unter Wahrung eines ausreichenden Abstandes hindurchtreten müssen. Der Projektor besteht aus dem Lampengehäuse 19 und einem Tubus verstellbarer Länge 20 mit Flansch 21.
Zur Vereinfachung der nachfolgenden Verstärkung und der Unterdrückung von störendem Gleichlicht (Tageslicht oder Glühlicht in hochtemperierten Apparaturen) wird mit Wechsellicht normaler Frequenz gearbeitet. Dies ist möglich, weil der Meßort nach außen hin vollkommen abgeschlossen und optisch praktisch nur für den Projektor und den Streulichtempfänger zugänglich ist, so daß Störungen durch fremdes Wechsellicht (künstliche Beleuchtung) ausscheiden. Lichtquelle ist beispielsweise eine übliche Quecksilberdampflampe 22, mit einem zur Intensitätserhöhung dahinter justierbar angebrachten Hohlspiegel 23 im Gehäusel9 in vertikaler Brennerlage montiert. Durch entsprechende Öffnungen kann Kühlluft durchströmen. Die Lampenfassung kann mit Hilfe von drei verstellbaren Schrauben 24 zentriert werden.
Die Aufgabe des Projektors besteht darin, ein quasi paralleles Strahlenbündel mit im Bereich der Schaugläser nahezu gleichen, wohldefinierten Querschnitten zur Verfügung zu stellen. In Fig. 3 ist das im speziellen Falle angewendete Abbildungsverfahren dargestellt; doch ist jede Anordnung, die ein Parallelbündel nach der vorstehenden Definition erzeugt, im Sinne des Verfahrens gleichwertig. Eine Linse 25 am Tubusende, die durch die Blende 17 auf den Lichtb alkenquerschnitt abgeblendet ist, entwirft auf der Empfängerseite das Bild der Rechteckblende 18, auf die das Licht durch den zweilinsigen Kondensol 26 konzentriert wird. Verstellbar sind die Lage des Kondensors 26, der Rechteckblende 18 und die Tubuslänge.
In jenen Fällen, in denen eine besonders hohe Primärlichtstärke der Anordnung anzustreben ist - z. B. bei besonders großer Bautiefe infolge Behälterausmauerung -, empfiehlt es sich, die Rechteckblenden 17 und 18 parallel zum Entladungsbogen der Quecksilberdampflampe, die erfahrungsgemäß nur in aufrechter Stellung mit einer für die vorliegenden Meßzwecke ausreichenden Konstanz zu bremsen vermag, d. h. mit ihrer längeren Kante vertikal zu stellen; das Primärstrahlenbündel erhält in diesem Falle also einen Querschnitt in Form eines aufrecht stehenden Rechtecks, und das zur Messung heranzuziehende Streustrahlenbündel muß daneben angeordnet werden. Die sich daraus ergebenden konstruktiven Konsequenzen enthalten nichts -wesentlich Neues und sind ohne weiteres aus den Angaben über die beispielsweise beschriebene Anordnung abzuleiten.
Ein Blauglas 27 schwächt den langwelligen Teil des Spektrums. Unmittelbar an der Projektionslinse 25 kann eine Mattscheibe 28 in den Strahlengang eingeklappt werden, die für Kontrollzwecke bewirkt, daß das gerichtete in diffus gestreutes Licht verwandelt wird.
Der Streulichtempfänger 4 ist an Hand der Fig. 5 und 6 erläutert. Der Empfänger besteht aus dem Tubus 29 mit der Optik und aus dem Elektronikgehäuse 30, das die Photozelle 31 und die beiden ersten Verstärkerstufen enthält. Das Gehäuse wird mittels Zugschraube 32 gegen den Tubus und die Fußschrauben 33 gedrückt. Aus Gründen der Justierbarkeit liegt der Ring 34 mit einer kugelförmig abgedrehten Fläche auf dem Tubus 29 auf.
Das am Aerosol gestreute Licht kann durch eine dem Lichtbalkenquerschnitt zweckmäßigerweise angepaßte, z. B. rechteckige Blende 35 vor der Frontlinse 36 eintreten. Vom Unterrand dieser Öffnung ab kann der Tubus gegebenenfalls schräg abgeschnitten sein, da bei der endgültigen Einstellung (Kippen in Pfeilrichtung; Fig. 5) der primäre Lichtbalken, der durch die untere Hälfte der Schauglasöffnung aus dem Rohr austritt, ungehindert passieren können muß.
Gehäuse und Tubus können gemeinsam um die Achsstummel 37 an der an der Grundplatte 15 befestigten Trägerplatte 38 (Fig. 6) nach oben geschwenkt und durch Schrauben 39 mit Muttern in einem Kreisbogenschlitz in passender Lage festgehalten werden; die Optik des Empfängers »blickt« dann von oberhalb des Primärlichtbündels etwa gegen die Mitte des beleuchteten, aerosolführenden Raumes.
Unmittelbar an der Eintrittsblende 35 befinden sich eine Frontlinse 36, in ihrer Brennebene eine Blende 40, dahinter ein infrarotabsorbierendes Schutzglas 41 und ein Abbildungssystem 42. Der Eintritt in das gas dicht abgeschlossene Elektronikgehäuse wird durch das Schutzglas 43 ermöglicht.
Die Frontlinse 36 vereinigt in ihrer Brennebene Strahlen, die in die gleiche Richtung gestreut werden. Das Linsensystem 42 bildet die Eintrittsblende 35 auf die Photozelle 31 ab, die in der verlängerten Tubusachse sitzt.
Zum Zwecke der Justierung und gegebenenfalls zum Reinigen und Austauschen von Konstruktionsteilen ist es notwendig, daß sowohl der Projektor als auch der Empfänger auf einfache und rasche Weise montiert werden können. Die Montierung des Projektors geht dabei wie folgt vor sich: Der Flansch 21 des Projektorgehäuses (Fig. 2, 3 und 4) wird - in seiner Lage mit drei Distanzschrauben 44 justierbar - von drei Halteschrauben 45 gegen eine Tragplatte 46 gedruckt; diese wieder ist mit zwei Schrauben 47 an einer mit dem Rohr fest verbundenen Grundplatte 14 befestigt. Trag- und Grundplatten sind durch eingedrehten Sitz 48 und außerdem durch Angeln 49 und Zapfen 50 miteinander verbunden. Sind die Befestigungsschrauben 47 gelöst, kann man die Tragplatte samt Projektor an zwei Handgriffen 51 aus dem Sitz und um die Zapfen 50 beiseite schwenken oder auch herausheben.
So werden die Schaugläser zugänglich, ohne daß die einmal erfolgte Justierung beeinträchtigt wird.
Analog erfolgt die Befestigung der Tragplatte 38 (Fig. 2, 5 und 6) für den Empfänger auf der zugehörigen Grundplatte 15. Letztere sitzt auf drei Schraubenspindeln 52 und kann mittels der Sechskantmuttern 53 in ihrer Neigung um eine horizontale wie um eine vertikale Achse eingestellt werden.
Als eines der Hauptprobleme des erfindungsgemäßen Gerätes wurden eingangs die Verhinderung des Auftretens von Falschlicht bzw. Vorkehrungen zum Abhalten des Falschlichtes von der Photozelle des Empfängers für das Streulicht erwähnt. Nur im Idealfall tritt ein geordnetes Parallelstrahlenbündel aus dem Projektor 2 in den Meßraum innerhalb von 1 ein, während zur Photozelle auch nur in diesem Falle ausschließlich das an den Schwebeteilchen im Meßraum gestreute Licht gelangen kann. Jedes andere Licht gleicher Wechselfrequenz, das die Photozelle erreicht, erhöht als Falschlicht die Leeranzeige.
Falschlicht kann entstammen: a) den durch Reflexionen im Projektor 2 diesen schräg verlassenden Lichtstrahlen, b) der Streuung im Schauglas 9 bzw. in der Frontlinse 25, c) der Reflexion des vom Schauglas 10 zurückgeworfenen Strahles am Schauglas 9 und verschiedenen Stellen der Innenwandungen, d) der Streuung am Schauglas 10.
Die Entstehung falsch gerichteten Lichtes im Projektor 2 wird durch Einbau von Kreisringblenden 54 in den Projektortubus 20 (Fig. 3) und einwandfreie Schwärzung aller Metallteile verhindert.
Die Streuung am projektorseitigen Schauglas 9 läßt sich nicht völlig verhindern, doch kann dieses Streulicht, wie aus Fig. 2 ersichtlich, infolge der Anordnung eines an einer »Lanze« 55 befestigten Abschirmbleches 11 nicht in die Eintrittsblende 35 des Empfängers 4 gelangen. Die Lanze 55 ist durch einen Schieber 56 geführt. Das Abschirmblech 11 muß knapp an den Lichtbalken herangebracht werden können, darf aber auch nicht in den Strahl eintauchen, weil sonst an der Kante Licht gebeugt würde. Die nötige Feineinstellung 57 (Fig. 2) ist nach dem Prinzip der Mikrometerschraube ausgeführt.
Es ist auch denkbar, daß das Abschirmblech 11 aus verschiedenen verfahrenstechnischen Gründen im Gasraum fest angeordnet werden muß. In diesem Falle ergibt sich die Notwendigkeit, die im dargestellten Anwendungsbeispiel vorgesehene Verstellbarkeit des Abschirmbleches 11 durch eine entsprechende Verstellbarkeit des Projektors oder/und des Empfän- gers, das ist in der zur Kante des Abschirmbleches senkrechten Richtung, zu ersetzen.
Die Aufhellung der Innenwände des Schiebers 12 durch das am Schauglas 9 entstehende Streulicht wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mit Hilfe einer zwischen diesem Schieber und dem zugehörigen Blockflansch eingebauten Rechteckblende 58 a unschädlich gemacht. Größere Intensitäten dieses Streulichtes führen zu störenden Beugungserscheinungen an der Kante des Bleches 11, weshalb diese Intensität zweckmäßig durch besonders sorgfältige Oberflächenbehandlung (Vergütung) des möglichst schlierenfreien Schauglases tunlichst niedrig gehalten wird.
Die teilweise Reflexion des Lichtbalkens am Schauglas 10 kann zu störenden Aufhellungen (Schauglas 9, Innenwände des Schiebers 13, Lanze 11, 55, Innenwand des Rohres 1 usw.) führen, die sich dadurch unschädlich machen lassen, daß man sie so legt, daß ihr Licht nicht in die Photozelle 31 gelangen kann. Zweckmäßig wird hierzu das Schauglas 10 um eine horizontale Achse so weit nach außen geneigt (Fig. 2), daß die Lichtreflexe nach oben (und zwar höher, als der Stellung des Bleches 11 entspricht) abgelenkt werden, wodurch sie außerhalb des Gesichtsfeldes zu liegen kommen. Auch eine Vergütung des Schauglases 10 kann zur Reflexverminderung in Frage kommen. Damit in den Empfänger nicht falsches Streulicht, das im empfängerseitigen Schauglas 10 entsteht, eindringen kann, wird die Eintrittsöffnung des Empfängers möglichst dicht an das davor liegende Schauglas herangebracht.
Eine weitere Ursache von Störungen stellt die Absorption an den Schaugläsern infolge ihrer Verschmutzung dar. Da nämlich das Rohrinnere meist wärmer ist als die Umgebung, neigen die Schaugläser dazu, sich mit Kondensat und infolge Thermodiffusion mit Staub zu belegen.
Zum Zwecke der Reinhaltung der Schaugläser 9, 10 ist an ihrer dem Meßort zugekehrten Seite eine Gasspülung vorgesehen (Fig. 2, 7 und 8). Jedes der beiden Schaugläser 9, 10 sitzt in einem dem Flansch der Schieberl2 bzw. 13 aufliegenden Spülring58 bzw.
59, der auf der Empfängerseite (59) dem Schauglas 10 die erforderliche geneigte Lage zu geben gestattet ünd der auf der dem Gasraum zugekehrten Seite einen Ringkanal 60 mit Spülgaszuführung enthält, aus dem das Spülgas in einer dem Schauglas anliegenden, konzentrisch gerichteten Strömung durch Verteilungsorgane austreten und das staub- und feuchtigkeitsbeladene Produktionsgas verdrängen kann. In einfachen Fällen genügt ein Ringspalt 61 als Verteilungsorgan (Fig. 8); bei schwierigeren Verhältnissen empfiehlt es sich, das Spülgas aus dem Ringkanal in breiterer Form austreten zu lassen und durch Zwischenschalten einer Packung 62 feiner Drahtnetze oder eines anderen ringförmigen porösen Körpers (nicht dargestellt) eine Schleichströmung zu erzeugen, um die Ausbildung von Turbulenz zu behindern (Fig. 7).
Die Wirkung der Gasspülung läßt sich durch Anbringen eines konischen Schutzbleches 63, dessen Konus querschnitt sich gegen den Meßort zu verjüngt, wesentlich steigern, indem dadurch die Verdrängungszone vom Schauglas abgerückt und in einen Bereich minimalen Querschnittes verlegt sowie das seitliche Herandrängen von Produktionsgas in Schauglasnähe verhindert wird.
Es kann unter Umständen vorkommen, daß die Schaugläser stark verschmutzen, beispielsweise bei Betriebsstörungen, so daß durch die beschriebene Gasspülung eine Reinhaltung nicht mehr möglich ist.
In diesem Falle muß eine gründliche Reinigung der Schaugläser vorgenommen werden. Die oben beschriebenen konstruktiven Maßnahmen zur Montage der Schaugläser erleichtern dies weitgehend.
In jenen Fällen, in denen höhere Meßgenauigkeit angestrebt oder aber die Eigenabsorption im Aerosol bemerkbar wird - dieser Effekt wächst mit steigender Konzentration des Aerosols und mit zunehmender Länge der benutzten Lichtwege, wird es notwendig, einen Schwundausgleich vorzusehen. Hierzu erfaßt man Störungen infolge Intensitätsschwankungen der Lichtquelle, geringfügige und gleichmäßige Beschlagung der Schaugläser sowie Schwächung durch die Eigenabsorption mit Hilfe eines Photozellenverstärkers in dem aus dem empfängerseitigen Schauglas austretenden Primärstrahl und schaltet den Ausgang elektronisch als Störwert auf die Anzeige .des Streulichtempfängers auf.
Für die Kontrolle, ob sich das Gerät in einem für die exakte Messung geeigneten Zustand befindet, sind folgende Möglichkeiten vorgesehen: a) Messung der Intensität des Primärlichtes mit Hilfe eines Photoelementes, dessen Gehäuse in einer speziellen Ausführung am Empfängergehäuse fallweise angebracht werden kann; mit dieser Messung werden gleichzeitig änderungen der Intensität der Lichtquelle und der Durchlässigkeit der Schaugläser erfaßt; b) verschiedene Teilkontrollen, die im Verstärker eingebaut sind und sich auf die Elektronik beziehen; c) eine Gesamtkontrolle, zu deren Durchführung im Falle des ausgeführten Anwendungsbeispiels das Abschirmblech 11 zurückgezogen, die Mattscheibe 28 (Fig. 3) am Ende des Projektors in den Strahlengang geklappt und eine weitere Mattscheibe vor der Blende 35 des Empfängers aufgesteckt wird. Auf diese Weise erhält man - bei positivem Ausfall der Kontrolle a) - Bezugsstreulicht von konstanter Intensität, das bei einwandfreiem Zustand der Gesamtanlage zu einem stets gleichen Ausschlag des Anzeigegerätes führen muß.
Im Falle eines feststehenden Abschirmbleches 11 oder bei Verwendung eines Schwundausgleiches wird die Gesamtkontrolle in der Weise modifiziert, daß in der Ebene der Blende 17 eine zusätzliche Öffnung freigegeben wird, aus der dem Empfänger eine der Streulichtintensität vergleichbare Bezugsintensität zugestrahlt werden kann, während gleichzeitig der Eintritt des Streulichtes in den Empfänger durch Betätigen eines entsprechenden Abschirmorgans verhindert wird. Dieses Abschirmorgan kann ein Diaphragma im Bereich der Blende 17 bzw. der Projektionslinse 25 sein, das den Primärstrahl während der Eichung abzudecken gestattet.
Das Abschirmorgan kann aber auch - vorzugsweise bei vorgesehenem Schwundausgleich -aus einem Diaphragma mit passend angebrachten Öffnungen bestehen, das knapp hinter der hinteren Brennebene der Eintrittslinse 36 des Empfängers 4 eingeschoben wird, wo die Strahlengänge von Streulicht und Bezugslicht örtlich getrennt verlaufen, so daß wahlweise je nach Stellung des Diaphragmas oder der Wechsel scheibe entweder nur Streulicht oder nur Bezugslicht zur Photozelle und damit zur Messung zugelassen werden können.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel soll die Erfindung in keiner Weise einschränken. So muß der Meßraum nicht unbedingt eine von einem Industriegas durchströmte Rohrleitung sein. Man kann die wesentlichen Teile des erfindungsgemäßen Gerätes z. B. auch an den Wänden einer Kammer anbringen, in welcher ein Gas mit Schwebeteilchen enthalten ist, um die für die Konzentration dieser in der Kammer enthaltenen Schwebeteilchen charakteristische Meßgröße zu ermitteln. In diesem Falle kann sich die schon obenerwähnte Notwendigkeit ergeben, Primärstrahl und Streulichtbündel durch getrennte Schaugläser 10 und 10' aus dem Meßraum austreten zu lassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Ortsfestes industrielles Aerosolmeßgerät zur Bestimmung einer für die Konzentration von Aerosolteilchen des Größenbereiches von 0,05 bis 2F, vorzugsweise von 0,1 bis 1,5 y, charakteristischen Meßgröße in abgeschlossenen industriellen Gasräumen mit Hilfe von Streulicht eines den Gas- bzw. Meßraum mit gleichbleibendem Querschnitt durchsetzenden Primärstrahlenbündels und unter Benutzung eines außerhalb des Gasraumes angeordneten Projektors als Primärlichtquelle sowie eines ebenfalls außerhalb des Gasraumes befindlichen Streulichtempfängers samt elektrischer Anzeigeeinrichtung, dadurch gekeunzeichuet, daß nur an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen der Wandung (1) des Gas- bzw. Meßraumes diese gasdicht abschließenden Schaugläser (9, 10) angeordnet sind, vor denen sowohl der Projektor (2) des Primärlichtes als auch der Empfänger (4) für das am Meßort des Gasraumes erzeugte Streulicht als gesonderte Bauteile an der Wandung (1) des Meßraumes justierbar, herausschwenk- und/oder weghebbar, im übrigen aber ortsfest angebracht sind, und daß das empfängerseite Schauglas (10) vorzugsweise sowohl das Primärlichtbündel als auch das von einem annähernd zentral gelegenen Meßort aus dem Primärlichtbündel abgelenkten Streulichtbündels des Winkelbereiches von 1 bis 120, vornehmlich von 2 bis 90, erfaßt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaugläser (9, 10) an den Begrenzungswandungen (1) des Meßraumes mittelbar unter Zwischenschaltung von Absperrschiebern (12, 13) angebracht sind.
3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Projektor (2) als Primärlichtquelle als auch der Streulichtempfänger (4) mittelbar oder unmittelbar auf Grundplatten (14, 15) montiert sind, welche mit den Begrenzungswandungen (1) des Meßraumes mechanisch starr verbunden sind.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Projektor (2) als auch der Empfänger (4) auf Trägerplatten (46, 38) montiert sind, welche ihrerseits um Gelenke (49, 50) schwenk- und/oder abhebbar an den mit den Begrenzungswandungen (1) des Meßraumes fest verbundenen Grundplatten (14, 15) angeordnet sind.
5. Gerät nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reproduzierbarkeit der gegenseitigen Lage von Träger- und Grundplatten (46 und 14 bzw. 38 und 15) im Betriebszustand durch Schrauben (47) und durch eingedrehte Sitze (48) in den Grundplatten (14, 15) gewährleistet wird, in welche die Trägerplatten (46, 38) eingreifen.
6. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor (2) mittels Distanz- und Halteschrauben (44 bzw. 45) justierbar an der Grundplatte (14) oder an der Trägerplatte (46) montiert ist.
7. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (4) um Bolzen (37) schwenkbar auf der mit der Begrenzungswand (1) des Meßraumes verbundenen Grundplatte (15) oder auf der Tragplatte (38) gelagert ist.
8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektor (2) für das Primärlicht eine mit Wechselstrom normaler Frequenz gespeiste Gasentladungslampe (22) enthält.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Photozelle (31) des Empfängers (4) für das Streulicht nachgeschaltete elektronische Verstärkeranordnung (4, 5, 8) in an sich bekannter Weise so ausgestaltet ist, daß sie nur das durch das Wechsellicht der Gasentladungslampe (22) des Projektors erregte Streulicht zur Anzeige bringt.
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Messung der Primärlichtintensität nach dem Austritt aus dem empfängerseitigen Schauglas (10) eine Photozelle oder ein Photoelement vorgesehen ist, dessen Meßwert in an sich bekannter Weise, z. B. über eine Regelröhre, dem elektrischen Streulichtsignal an geeigneter Stelle als Störwert zwecks Schwundausgleich aufgeschaltet ist.
11. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Optik der Apparatur, nämlich im Projektor (2) und Empfänger (4) einschließlich der Glasfilter (27, 41, 43) und der Schaugläser(9, 10) aus ultraviolettdurchlässigem Material, z. B. Quarzglas od. dgl., hergestellt ist.
12. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abhaltung des am projektorseitigen Schauglas (9) im direkten Strahlengang entstandenen Falschlichtes vom Empfänger (4) ein Abschirmblech (11) im Meßraum angebracht ist, das auf der dem Empfänger (4) zugekehrten Begrenzungsfläche des Primärstrahlenbündels so aufsitzt, daß alle bereits am Projektorschauglas (9) primär ausgelösten Streulichtstrahlen, die die Empfängeroptik (36) treffen könnten, gerade noch abgehalten werden.
13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmblech (11) in einer zum Primärstrahlenbündel senkrechten Richtung beweglich angeordnet ist und zur Freigabe der Sicht aus dem Empfänger (4) zur Öffnung der Austrittsblende (17) des Projektors fallweise zurückgezogen werden kann.
14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Abschirmblech (11) an einer durch einen Absperrschieber (56) an der Außenseite der Wandung (1) des Meßraumes geführten, längsbeweglichen und in an sich bekannter Weise mittels Gewindetrieb (57) feineinstellbaren Lanze (55) befestigt ist.
15. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (11) starr angebracht und die für die Feinjustierung erforderliche relative Beweglichkeit gegenüber dem Primärlichtstrahl durch an sich bekannte Vorkehrungen zur Parallelverschiebung vom Empfänger (4) und/oder Projektor (2) samt Trägerplatten (46, 38) in der Richtung vom Primärstrahl zur Abschirmung (11) und umgekehrt gegeben ist.
16. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vergütete Schaugläser (9, 10) verwendet werden.
17. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Ausschaltung weiterer Falschlichtquellen das empfängerseitige Schauglas (10) schräg zur Achse des Primärlichtbündels gestellt ist.
18. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung des Eindringens von am empfängerseitigen Schauglas (10) infolge Streuung an diesem auftretendem Falschlicht in den Empfänger (4) dessen Eintrittsblende (35) möglichst dicht am empfängerseitigen Schauglas (10) angeordnet ist.
19. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reinhaltung der Schaugläser (9, 10) an den dem Meßvolumen zugewendeten Seiten Gasspülungen vorgesehen sind.
20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasspülung der Schaugläser (9, 10) mit Hilfe je eines das Schauglas tragenden Spülringes (58 bzw. 59) bewirkt wird, der einen Ringkanal (60) mit Gaszuführung aufweist, aus welchem vorzugsweise vorgewärmtes Spülgas durch einen Ringspalt (61) an die Schauglasoberfläche tritt.
21. Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Erzeugung eines breiteren, aber möglichst wirbelarmen Spülgasstromes ein Ringkanal (61) in eine Diffusoreinrichtung, z. B. eine ringförmige, poröse Schicht oder Drahtnetzpackung (62), übergeht.
22. Gerät nach den Ansprüchen 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der Schauglasspülung durch gegen das Meßvolumen hin konvergierende, trichterförmige Organe(63) an den Spülringen (58, 59) verstärkt wird.
23. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Projektionslinse (25) des Projektors eine in den Strahlengang einschwenkbare Mattscheibe (28) für Eichzwecke vorgesehen ist.
24. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der einschwenkbaren Mattscheibe (28) in den Blenden im Bereich der Projektionslinse (25) seitliche Öffnungen für den Durchtritt eines für die Empfängeroptik sichtbaren Eichlichtes vorgesehen ist.
25. Gerät nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Eichlichtes mit Hilfe von Filtern oder Blenden auf den Meßbereich der Betriebsmessung abgestimmt ist.
26. Gerät nach den Ansprüchen 12 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Dimension des Abschirmbleches (11) in der vom Primärstrahl wegführenden Richtung so bemessen ist, daß das Blech (11) trotz Erfüllung seiner Abschirmwirkung die Sicht von der Empfängeroptik (36) zur seitlichen Austrittsöffnung für das Eichlicht im Bereich der Projektionslinse (25) freigibt.
27. Gerät nach Anspruch 24 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Projektionslinse (25) eine Klappe oder Wechselscheibe zur wahlweisen Freigabe entweder der zentralen Öff- nung für den Durchtritt des Primärlichtstrahles oder des seitlichen Weges für das Eichlicht vorgesehen ist.
28. Gerät nach Anspruch 24 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Zwischenblende (40) der Empfängeroptik (36 bis 42) ein Diaphragma eingeschoben ist, das den Zutritt zur Photozelle (31) je nach Stellung entweder im Betriebszustand für das Streulicht oder - bei Eichung - für das außerhalb des Streulichtstrahlenganges zur Abbildung gelangende Eichlicht freigibt.