DE1698101C - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Luftverschmutzung, die von einer ein zigen Quelle erzeugt wird - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Messung der Luftverschmutzung, die von einer einzigen Quelle erzeugt wird.

Der Überwachung von Luftverschmutzungen wird immer stärkere Beachtung geschenkt. Wegen der großen Bedeutung sind zur Bekämpfung der Luftverschmutzung viele Lösungen vorgeschlagen und eine Reihe von Möglichkeiten realisiert worden.

Bei der Suche nach den Verschmutzungsquellen gilt die Aufmerksamkeit insbesondere der Industrie, namentlich großen Fabriken. In jedem Industriezweig sind verschiedene Vorrichtungen geschaffen worden, die auch laufend verbessert werden, mit deren Hilfe die bei den üblichen Produktionsverfahren anfallenden Abfallstoffe am Austritt in die Atmosphäre gehindert werden. Viele derartige Vorrichtungen, die ein gewisses Maß an Kontrolle ermöglichen, arbeiten recht zufriedenstellend.

Es sind auch bereits eine Reihe von Einrichtungen zur Messung des Ausmaßes der Luftverschmutzung bekannt. Ein grundsätzliches Problem besteht jedoch darin, das Ausmaß der Atmosphärenverschmutzung die durch eine Verschmutzungsquelle erzeugt wird, genau zu messen. Wird dieses Problem gelöst, dann kann nicht nur die Verschmutzungsquelle selbst schnell gefunden werden, sondern der Erfolg einer an der Verschmutzungsqueile installierten Reinigungsvorrichtuns; kann leicht und genau überwacht werden.

Bekannte Geräte zur Messung des Verunreinigungsgrades messen diese Verunreinigung der Luft übet lange Zeiträume ohne Rücksicht auf die Richtung, aus der die Verunreinigungen stammen. Wird also ein Meßgerät n^ben einer Fabrik aufgestellt, so wird eine Anzeige über die \o<\ der Fabrik erzeugt Verschmutzung nur dann erhalten, wenn der Wind in dei

ίο richtigen Richtung steht, d. h. unmittelbar von dei Fabrik weg und auf das Meßgerät zu gerichtet ist. Da: gleiche Meßgerät arbeitet weiter, wenn sich die Windrichtung ändert, und die am Ende der Meßperiode erha'tenen Werte sind ebenso auf andere, nicht zu dei betreffenden Fabrik gehörige Quellen zurückzuführen Es kann beispielsweise nicht festgestellt werden, wieviel tier gemessenen Verschmutzungsmenge von einei Fabrik stammt, welche mehrere Kilometer in der ent gegengesetzten Richtung liegt und wieviel von der un mittelbar neben dem Meßgerät befindlichen Fabrik stammt.

Es ist auch schon eine Vorrichtung bekannt (USA.-Patentschrift 2 699 679), bei der die Windrichtung erfaßt und berücksichtigt wird. Zu diesem Zweck ist die drehbare Vorrichtung mit Windfahnen versehen, die für eine der jeweiligen Windrichtung entsprechend« Ausrichtung der Vorrichtung sorgen. Auf diese Weis« lassen sich zwar richtungsabhängige Messungen durch führen, jedoch wird jeweils die gesamte Verunreinigung der Luft gemessen, so daß kein Aufschluß darübei möglich ist, von welcher bzw. welchen Quellen dies« Verunreinigungen stammen, ebenfalls läßt sich kein« Überwachung der von einer einzelnen Quelle verur sachten Luftverschmutzung durchführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eir Verfahren zu schaffen, das es gestattet, eine gezielt« Überwachung einer einzigen Luftveijchmutzungsquelk durchzuführen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß dieSchmutz·

-.■ο teile in einer atmosphärischen Windströmung, die übei jene Quelle bläst, kontinuierlich an Sammelstationer aufgefangen werden, die auf gegenüberliegenden Seiter der Quelle angeordnet sind und auf einen herankommenden Wind aus einer, in einem vorbestimmten Win kel zu einer Referenzlinie liegenden Richtung, der di< Sammelstationen und die Quelle passiert, ansprechen und daß der Unterschied der Beträge der Verunreini gungen gemessen wird, die an den Stationen innerhalt eines vorgeschriebenen Zeitintervalls aufgefangen wer den.

Dadurch, daß in einer Linie vor und hinter der ir Frage stehenden Quelle je ein Meßgerät angeordne ist, die nur dann angeschaltet werden, wenn der Wine parallel oder innerhalb eines bestimmten Winkel bereiches zu dieser Linie weht, läßt sich aus der Diffe renz der Meßergebnisse sehr genau die von der über wachten Quelle hervorgerufene Verschmutzung ermit teln.

Zur Durchführung dieses Verfahrens mittels minde

stens einer Verschmutzungsmeßeinrichtung und züge höriger Steuereinrichtung mit einem drehbaren Wind richtungssensor der mit einer Schalteinrichtung zu; Aktivierung der Meßeinrichtung verbunden ist, wem der Sensor innerhalb eines vorbestimmten Sektor:

seiner Drehung ausgerichtet ist, eignet sich besonder eine Vorrichtung, bei der mindestens ein Paar der Ver schmutzungsmeßeinrichtungen und ihrer Steuersy sterne so angeordnet ist, daß sich die Glieder de:

Paares auf gegenüberliegenden Seilen der Ver- >chmutzungsquelle befinden, und bei der die gegenüberliegend angeordneten Steuersysterne ihre /iinehöngen Meßeinrichtungen als Reaktion auf einen Wind aktivieren, der aus einem vorbestimmten Winkel zu einer Referenzlinie weht und die Steuereinrichtungen und die Quelle passiert.

Die mit den Meßvorrichtungen verbundenen Steuersysteme gewährleisten, daß die Meßeinrichtungen nur dann eingeschaltet werden, wenn infolge einer entsprechenden Windrichtung die eine Meßeinrichtung den Verschmutzungsgrad der Luft vor der überwachten Verschmutzungsquelle und die andere diesen selben Verschmutzungsgrad und zusätzlich den von der Quelle hervorgerufenen registriert. Dies is; immer dann der Fall, wenn der Wind parallel oder innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches zu der von dem Paar der Meßeinrichtungen gebildeten Linie weht.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines in dem erfindungsgemäßen System verwendeten Steuergerätes.

F i g. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles des in F i g. 1 dargestellten Gerätes,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung, die sich für das in F i g. 1 dargestellte Gerät eignet, und

F i g. 4 eine schematische Darstellung des Betriebs drs erfindungsgemäßen Gerätes.

Fife. 1 zeigt ein Steuergerät 10 mit einer Winufabne 12, einem Träger in Form einer Stange 14, die fest mit der Windfahne 12 verbunden ist, und einem Gehäuse 16. Die Stange 14 ist drehbar mit dem Gehäuse 16 durch Lager 13, 15 verbunden, die in F i g. 2 genauer dargestellt sind. Auf der Oberseite einer Platte 17, die innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet ist. ist eine Scheibe 18 befestigt, ferner ist ein Schaltarm 20, der in unmittelbarer Verbindung mit einem Kontaktring 21 steht, fest an der Stange 14, jedoch elektrisch von ihr isoliert, angebracht. Auf der Platte 17 ist eine Libelle 19 angeordnet, welche der Einstellung der Platte in die horizontale Lage dient, so daß eine bessere Meßgenauigkeit erzielt ν ird. Der Schaltarm bewegt sich parallel mit der Windfahne 12 und zeigt immer in dieselbe Richtung wie deren Spitze 22. In bestimmten Positionen um den Umfang der Scheibe 18 herum sind mehrere Kontakte 24 angeordnet. Leitungen 26, 28 sind elektrisch mit Relais 30, 32 verbunden, die am Gehäuse 16 montiert sind. Mit den Relais 30,32 sind weitere Leitungen 34,36 verbunden, die durch eine Öffnung 38 im Gehäuse 16 zu Kopfstücken 40, 42 führen, die auf den Verunreinigungs-Meßinstrumenten 44, 46 sitzen. Als Träger für das Steuergerät 10 dient eine Plattform 48.

Im Betrieb dreht der Wind, der auf das Steuergerät 10 einwirkt, die Windfahne 12 so, daß ihre Spitze 22 in die Richtung zeigt, aus der der Wind kommt. Gleichzeitig mit der Bewegung der Windfahne 12 bewegt sich der Schaltarm 20 entlang dem Umfang der Scheibe 18, bis die Windfahne in die Windrichtung zeigt: Der Schaltarm 20 liegt dann auf einem der Kontakte 24. Von einer in F i g. 3 dargestellten Stromquelle wird dann ein Signal über drn Schaltarm 20 zum Kontakt 24 übertragen. Liegt der betreffende Kontakt, auf dem der Schaltarm ruht, in einer Richtung auf der Scheibe, welche der gewünschtem Windrichtung entspricht, so wird das elektrische Signal durch die entsprechenden Leitungen 34, 36 zu einem der Relais 30, 32 geführt, so daC eines der Meßinstrumente 44. 46 eingeschaltet win!. Ändert sich die Windrichtung danach, so stellt sich die Windfahne 12 neu ein und bewegt den Schaliarm 20 auf einen anderen Kontakt 24, über den. wenn er sich nicht in der richtigen Lage befindet, kein Signal /u einem der Relais geführt wird, so daß die Meßinstrumente ausgeschaltet werden.

Die elektrische Schaltung der Vorrichtung nach F i g. ! sei an Hand des Schaltbildes der Fig. 3 erläutert. Der Schaltarm 20 ist mit einem der Kontakte 24 ausgelichtet: die verschiedenen Kontakte 24 sind elektrisch an ein Schaltbrett 50 angeschlossen. An verschiedenen Stellen 52, 54 sind einige Kontakte kurzgeschlossen. Leitungen 26, 28 verbinden die kur/geschlossenen Kontaktstücke mit Reiaisanschlüssen 31, 33 der Relais 30 bzw. 32. Eine Leitung 56 verbindet den Schaltarm 20 elektrisch mit dem positiven Pol einer Stromquelle 58, während eine Leitung 60 den anderen Pol der Stromquelle 5Γ nit den Anschlüssen 62, 64 der Relais 30, 32 verbindet. Dt negative Pol der Stromquelle 58 ist über Leitungen 34, 36 mit den Instrumenten 44, 46 und über eine Leitung 70 mit den Relaisanschlüssen 66, 68 verbunden. Die RelaisanschlLase 72, 74 sind über Leitungen 34, 36 mit den Inas strumenten 44, 46 verbunden. Die Relaisspulen 76, 78 der Relais 30, 32 liegen zwischen den Anschlüssen 31 und 66 bzw. 33 und 68. Jedes Relais hat einen Kontaktarm 80, 82.

In der gezeigten Lage führt der Schaltarm 20 das elektrische Signal vom positiven Pol der Stromquelle 58 über den Kontakt 24 zu den kurzgeschlossenen Anschlüssen 54 am Schaltbrett 50 und von diesem über die Leitung 28 zum Anschluß 33 des Relais 32. Da der Anschluß 68 immer mit dem negativen Pol der Stromquelle 58 verbunden ist, wird die Spule 78 erregt und der Kontaktarm 82 so betätigt, daß er den A nschluß 74 berührt, wie es dargestellt ist. In dieser Lage verbindet der Kontaktarm die Anschlüsse 64 und 74 und schließt damit den positiven Pol der Stromquelle an das Verschmutzungs-Meßinstrument 44 an, so daß nunmehr beide Batterieanschlüsse am Instrument liegen und dieses eingeschaltet ist.

Wenn der Schaltarm 20 sich in eine andere Lage, beispielsweise zum Kontakt 24', bewegt, dann wird keines der Meßinstrumente 44, 46 eingeschaltet, da keines mit dem positiven Pol der Stromquelle 58 verbunden ist. Bewegt sich der Schaltarm 20 wiederum in eine Lage, in der er einen der Kontakte 24 des kurzgeschlossenen Segmentes 52 berührt, dann wird dfii- Meßinstrument 26 über das Relais 32 eingeschaltet, indem der Kontaktarm 80 sich zum Kontakt 72 bewegt und so den positiven Pol der Stromquelle in der beschriebenen Weise an das Instrument 46 legt.

Es ist leicht einzusehen, daß ein Verschmutzungs- Meßinstrument in seiner Meßwirkung außerordentlich

selektiv gemaent werden kann, wenn es mit der erlin-

dungsgemäßen Steuervorrichtung zusammenarbeitet.

Wie die F i g. 1 und 2 veranschaulichen, kann das Steuergerät zwei oder mehr Meßinstrumente gleich-

zeitig bedienen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft,

wenn Luftverschmutzungen gemessen werden sollen,

die aus verschiedenen Richtungen stammen. Fig.

veranschaulicht dieses Prinzip.

In F i g. 4 sind Verschmutzungs-Meßinstrumente 84, ⁶S 86 auf einer Seite einer Industrie-Verschmutzungsquelle 88 angeordnet, während auf der anderen Seite dieser Quelle Meßinstrumente 90, 92 angeordnet sind. Jedes Paar Instrumente wird durch eine Steuereinrich-

tung 94, 96 betrieben. Die Steuereinrichtungen sind so Eingangswiderstand in Verbindung mit dem Steuer* ausgelegt, daß sie die Instrumente 84 und 90 dann ein· gerfil, so können die Schalter entfallen, schalten, wenn der Wind aus der Windrichtung A Es kann ferner jedes Vcrschmutzungs-MeBgerät verkommt, wie dies durch die Pfeile und durch den in ge· wendet werden, das die Luftverschmutzung innerhalb strichelten Linien angedeuteten Winkel *A* voran- S einer vorbestimmten Zeit mißt und durch (las Vorhan· schaulicht ist. Der Unterschied zwischen der durch das denscin bzw. Nichlvorhandcnsein eines elektrischen Instrument 90 und der durch das Instrument 84 ge- Signals ein-bzw. ausgeschaltet werden kann, messenen Luflvcrschmutzungsmcngc ergibt cine ge- Zur Prüfung der Wirksamkeit der Erfindung wurden

nauc Messung der Luftverschmutzung, welche der mehrere der vorgenannten Vcrschmutzung'-Mcßin-Qucllc 88 entstammt, da das Instrument VO zunächst \o slrumcntc in der Nähe einer Fabrik in New York die gleiche Luftverschmutzung aufnimmt, wie das In- 24 Stunden lang eingeschaltet. Gleichzeitig wurden strument 84. zusätzlich jedoch die von der Quelle 88 in einige andere dieser Instrumente, die zusammen mit die Luft entströmten Verunreinigungen. In gleicher dem erfindungsgemäßen Steuergerät betrieben wurden, Weise messen die Instrumente 92 und 86 zusammen die neben den erstgenannten Instrumenten in der in Luftverschmutzung, welche der Quelle 88 entstammt, 15 F i g. 4 dargestellten Weise aufgestellt. Die verwendcwenn die Windrichtung entgegengesetzt ist, wie dies ten Steuergeräte hatten eine Windfahne, v.ic sic F 1 g. 1 die Pfeile für die Windrichtung B anzeigen, welche dem zeigt, die aus weißem Pinienholz bestand und etwa Winkel *B* zugeordnet ist. 45 cm lang war, wobei der Schwanzteil etwa 10 cm

Der Winkel·/!« oder «Β* für die Windrichtung, hoch und der maximale Durchmesser etwa 3,5 cm beinnerhalb derer ein Steuergerät die Meßinstrumente ao trug. Der Stab war etwa 55 cm lang und bestand aus einschaltet, kann in Übereinstimmung mit vielen Lin- nichtrostendem Stahl. Das Gehäuse bestand in erster tliißgrößen, welche berücksichtigt werden müssen, über Linie aus Fiberglas, seine Abmessungen betrugen ungecinen weiten Bereich verändert werden. Wenn bei- fähr: Breite 12,5 cm, Tiefe 20 cm, Höhe 28 cm. Ms spielswcisc eine große Fabrik die Verschmutzungs- waren 12 Messingkontakte vorgesehen, die etwa je 28 quelle ist und die Meßinstrumente ziemlich dicht auf as des Scncibenumfangs bedeckten. Mine Spannungsbeiden Seiten der Vcrschmutzungsqucllc angeordnet quelle von UOV, die jedem Meßinstrument einen werden, dann ist ein kleiner Hnschaltwinkel erforder- Strom von etwa 8 Amp. zuführte, war innerhalb des lieh. In der umgekehrten Situation muß der Winkel Gehäuses angeordnet. Innerhalb jedes Steuergerätes gröber gewählt werden. waren elektromechanisch» Reis·· für 60 Hz, !?n hi«;

Der F.inschaltwinkel kann bei der crfindungsgc- 30 115 V und 25 Amp. montiert. Die Steuergeräte waren mäßen Vorrichtung sehr einfach verändert werden, in· so eingestellt, daß sie die Meßinstrumente nur dann dem lediglich mehr oder weniger Kontakte in der einschalteten, wenn der Wind aus Nordnordost wehte, Fig. 3 dargestellten Weise kurzgeschlossen werden. wobei die Abweichungsbereiche in der nachfolgenden Die Empfindlichkeit oder Selektivität des Gerätes kann Tabelle angeführt sind. Jedes Meßinstrument war mit noch vergrößert werden, wenn man die Anzahl der 3$ einem Zeitstcuergcrät für einen Bereich von 24 Stunden Kontakte am Umfang der Scheibe vergrößert. Verteilt ausgerüstet. Die nichtgesteuerten Meßinstrumente man 12 Kontakte gleichmäßig auf den Umfang, so ent- waren ständig während der 24 Stunden in Betrieb und spricht jeder Kontakt etwa einer Änderung der Wind- wurden einmal pro Tag abgelesen. Da die durch das richtung von 30". Der Abstund zwischen den Kon- erfindungsgemäße Gerät gesteuerten Meßinstrumente takten 24 ist in den F i g. 1 und 2 der deutlicheren Dar- 40 nur bei einer bestimmten Windrichtung eingeschaltet stellung halber übertrieben gezeigt: eine genügend ge- waren, verteilte sich die gleiche effektive Betriebszeil naue Steuerung läßt sich mit 12 Kontakten erreichen, von 24 Stunden etwa über 1 Monat, wenn jeder Kontakt so breit ist, daß der Abstand Jedes Meßinstrument war mit einem Standard-

zwischen den Kontakten nur sehr klein ist. Natürlich Fiberglasfilter von 10 zu 15 cm und einem Luftflußlassen sich an Stelle der Kontakte auch andere Anord- 45 messer ausgestattet. Die FluBmesser wurden innerhalt nungen verwenden, beispielsweise Schalter, die vor dem der 24stündigen Meßzeit periodisch abgelesen und di( Unterbrechen einen Kontaktschluß herstellen. mittlere DurchfluBmenge durch das Filter wurde er

Die Erfindung kann in vielfacher Weise abgewandelt rechnet Am Ende jeder Meßpericde wurde die in werden, beispielsweise braucht die Windfahne 12 nicht Filter hängengebliebene Sme gemessen om die in F i g. 1 dargestellte Form zu haben, sondern 50 mathematisch dutch die mittlere, durch das Filter hin kann aus irgendeinem Material bestehen, das genügend durch geströmte Luftaenge dividiert, so da£ die rela leicht ist, so daß es vom Wind leicht verdreht wird, und tive Verschmntzungsmengein MikrogrammproKubik kann irgendeine geeignete Farm haben, die sie für den meter Luft errechnet wurde. Die Abweichung diese vorgesehenen Zweck geeignet macht. Beispielsweise Messung unter den vereen Meßinstrument» können mehrere Segel oder Fahnen, die von der Stange 55 innerhalb einer Periode von mehreren 24stündigei nach außen ragen und am Umfang der Stange ange* Meßintervallen gibt eine gate Anzeige der Veründe ordnet sind, vorgesehen sein. rungen der Menge der Luftverunreinigungen fiber de

Die Ausbildung der Scheibe, des Schaltarmes und Betriebsbereich des Meßinens, der Kontakte kamt abgewandelt werden und beispiels- Die folgende Tabelle vergleicht die Verändertmge

weise durch handelsübliche Drehschalter mit mehreren 60 dieser Messung für Meßinstrumente, die durch das ei Stellungen ersetzt werden. Auch brauchen nicht unbe- findungsgetnäße Gerät gesteuert worden sind, und fS dingt Relais der beschriebenen Alt verwendet zu wer- nichtgesteuerte Instrumente. Der Abwekimngsfakto den; jeder steuerbare Schalter, wie Transistorschalter ist aus dem höchsten Meßwert (Mikrogramm pr oder andere Festkörperschalter können verwendet Kubikmeter) dividiert durch den niedrigsten Meßwei werden, die in entsprechender Weise arbeiten. Die 65 gebildet, der in jedem Meßinstrument wahrend de Schatter werden zweckmäßig so gewählt, daß möglichst Meßperioden erhalten wurde, während der MefJwmki keine Kontaktfunken auftreten. Verwendet man eine den Bereich der Windrichtungen angibt, innerhal elektrische Einrichtung sat esssss genügend hohen dessen das Meßinstrument g hat.

Tabelle

	Meßwinkel	Abweichungsfaktor
Meßinstrument
	nicht gesteuert	24stUndige Messung
1	nicht gesteuert	18,8
2	60"	12,0
3	90"	1,3
4	180"	1,9
5	210°	4,4
6	7

Die Tabelle läßt deutlich erkennen, dali der kleinere. Meßwinkel einen kleineren Abweichungsfaktor ergibt. Auf diese Weise kann die Menge der von einer einzigen Verschmutzungsquelle stammenden Verunreinigung leicht gemessen werden, wenn das erfindungsgemäße Steuergerät verwendet wird, da Verunreinigungen aus anderen Richtungen nicht mitgemessen werden. Solange die Verunreinigungsquelle selbst keine starken Abweichungen zeigt, sind auch Schwankungen dct Messung nicht zu erwarten. Eine verläßliche Messung der tatsächlichen Verunreinigungen, welche von einci einzigen Quelle stammen, wird erreicht, wenn man die Meßwerte subtrahiert, welche von zwei in gccignetci Weise angeordneten Instrumenten geliefert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Luftverschmutzung, die von einer ein/igen Quelle erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmutzteile in einer atmosphärischen Windströmung, die über jene Quelle bläst, kontinuierlich an Sammelstationen aufgefangen werden, die auf gegenüberliegenden Seiten der Quelle angeordnet sind und auf einen herankommenden Wind aus einer in einem vorbestimmten Winkel zu einer Referenzlinie liegenden Richtung, der die Sammelstationen und die Quelle passiert, ansprechen, und daß der Unterschied der Beträge der Verunreinigungen gemessen wird, die an den Stationen innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitintervalls aufgefangen werden.

2. Vo- "ttu.ij- zur Durchführung des Verfahrens nach Ai.Spruch 1 mittels mindestens einer Verschmutzungsmeßeinrichtung und zugehöriger Steuereinrichtung mit einem drehbaren Windrichtungssensor, der mit einer Schalteinrichtung zur Aktivierung der Meßeintichtung verbunden ist, wenn der Sensor innerhalb eines vorbestimmten Sektors seiner Drehung ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Paar der Verschmutzungsmeßeinrichtungen (44; 84/90; 86/92) und ihrer Steuersysteme (20; 94/96) so angeordnet ist, daß sich die Glieder des Paares auf gegenüberliegenden Seiten der Verscnmutz^ngsquelle (88) befinden, ui.d daß die gegenüberliegend angeordneten Steuersysteme (94/96) ihre zugehörigen Meßeinrichtungen (84/90; 86/92) als Reaktion auf einen Wind aktivieren, der aus einem vorbestimmten Winkel zu einer Referenzlinie weht und die Steuereinrichtungen (94/96) und die Quelle (88) passiert.