DE2416672A1 - DEVICE FOR MEASURING FLOWING SAMPLES - Google Patents
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Description
4. April 1974 Anw.-Akte: 27.6dApril 4, 1974 Application files: 27.6d
PATENTANMELDUNGPATENT APPLICATION
Anmelder: The Bailey Meter Company, 29'ύΟ] Euclid Avenue, Wickliffe, OHIO 44092 - USA - Applicant: The Bailey Meter Company, 29'ύΟ] Euclid Avenue, Wickliffe, OHIO 44092 - USA -
Titel: Vorrichtung zur Messung von strömenden Proben Title: Device for measuring flowing samples
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die an Ort und Stelle eine maßstabile Probe eines hindurchfließenden Mediums registriert, was eine wesentliche Voraussetzung um eine genaue einmalige"oder fortgesetzte Analyse eines Mediums in einen oder mehreren Bestandteile anzustellen Die Erfindung ist besonders für die Analyse von Abgasen anwendbar, wie sie aus Industrieprozessen und mit fossilem Brennstoff gefeuerten Brennkammern ins Freie austreten oder in Industrieprozessen erzeugt werden, wie z. B. Gase, die bei der Schwefelsäureherstellung, der Zellstofferzeugung und dergleichen anfallen. Eine solche Analyse kann dadurch vorgenommen werden, daß man einen Strahl aus einer ausgewählten elektromagnetischen oder Schallstrahlung von einem Geber durch die Probe strömenden Mediums zu einem Empfänger sendet. Das Verhältnis zwischen der gesendeten und der empfangenen Strahlung hängt dabei von einem oder mehreren Bestandteilen des zu analysierenden Mediums ab.The invention relates to a device that registers a dimensionally stable sample of a medium flowing through on the spot, which is an essential prerequisite for an exact one-off or continued analysis of a medium into one or more components to employ The invention is particularly applicable to the analysis of exhaust gases, such as those from industrial processes and with fossil fuel fired combustion chambers escape into the open or are generated in industrial processes, such as. B. gases that incurred in sulfuric acid production, pulp production and the like. Such an analysis can be made thereby be that a beam of a selected electromagnetic or acoustic radiation from a transducer through the sample Sending the flowing medium to a receiver. The relationship between the transmitted and received radiation depends on this on one or more components of the medium to be analyzed.
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Ein bekanntes Verfahren zur Analyse eines strömenden Mediums besteht darin, ein leichtes Rohr vorzusehen, das einen Schlitz hat, durch den ein Teil des Mediums strömt. Der Strahlungsgeber wird an einem äußeren Ende des Rohrs angeordnet und der Empfänger an dem anderen. Solche leichte Rohre ermöglichen keine genaue Analyse, da sie wegen der Diffusion des fließenden Mediums in dem leichten Rohr keine maßstabile Probe des strömenden Mediums erzeugen· Weiterhin führen beispielsweise Abgase in allgemeinen Schwebstoff-Teilchen mit sich, und es ist festgestellt worden, daß solche Teilchen in das leichte Rohr und gegen die Absperrfenster oder Linsen in dem Geber und Empfänger gelangen. Es sind Versuche angestellt worden, um diese Unzulänglichkeiten dadurch abzustellen, daß man ein Spülmedium, wie z. B. Luft, in das leichte Rohr einführte Es ist jedoch festgestellt warden, daß eine solche Maßnahme in den meisten Fällen erfolglos ist. Abgase werden gewöhnlich durch Kanäle abgeführt, deren Breite zwischen 30 oder 60 cm und aufwärts bis zu 450 cm oder mehr betragen kanno Ein leichtes Rohr, daß ausreichend steif ist, um von einer Seite des Kanals zur anderen zu verlaufen, muß aus einem starkwandigen Rohr hergestellt werden, das einen Innendurchmesser von 100 mm oder mehr hat. Die Einführung von Spülmedium in ein solches Rohr erzeugt nicht eine undurchlässige, stabile Grenze mit dem strömenden Medium an den Enden des Schützes. Weiterhin ist festgestellt worden, daß Änderungen der Spülmediummenge wesentlich die Maßstabilität der strömenden Probe des Mediums beeinträchtigen.One known method of analyzing a flowing medium is to provide a lightweight tube that has a slot through which a portion of the medium flows. The radiator is placed on one outer end of the tube and the receiver on the other. Such lightweight tubes do not allow for an accurate analysis because, because of the diffusion of the flowing medium in the light tube, they do not produce a scaled sample of the flowing medium the light pipe and against the shut-off window or lenses in the transmitter and receiver. Attempts have been made to remedy these shortcomings by using a flushing medium, such as. B. air, introduced into the light tube. It has been found, however, that such a measure is unsuccessful in most cases. Exhaust gases are usually removed through channels whose width is between 30 and 60 cm and up to 450 cm or may be more o A light pipe that is sufficiently stiff so as to extend from one side of the channel to the other, must be made of a thick-walled tube which has an inner diameter of 100 mm or more. The introduction of flushing medium into such a pipe does not create an impermeable, stable boundary with the flowing medium at the ends of the gate. It has also been found that changes in the amount of flushing medium significantly affect the dimensional stability of the flowing sample of the medium.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung einer maßstabilen Medium-Probe zu schaffen, die es gestattet, einmalige oder fortgesetzte Analysen des!durchströmenden Mediums vorzunehmen. Dabei soll die Verschmutzungsgefahr weitgehend ausgeschaltet werden.The invention is based on the object of creating a device for measuring a dimensionally stable medium sample which allows one-time or continuous analyzes of the ! the medium flowing through. The risk of soiling should be largely eliminated.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Tragrohr an jedem Ende des Schlitzes durch eine mit einer Blende versehenen Scheibe verschlossen ist, durch die das Spülmedium in das hindurchfließende zu messende Medium tritt.This object is achieved according to the invention in that the support tube is closed at each end of the slot by a disc provided with a screen, through which the flushing medium into the medium flowing through to be measured occurs.
Zur Überführung des Spülmediums zum Tragrohr ist ein besonderer Kanal vorgesehen, in welchem blenden angeordnet sind und ein Druckregeler dazu dient, den Druck auf der Eintrittsseite der Blende auf einem konstanten Druck oberhalb des kritischen Druckes aufrechtzuerhalten.To transfer the flushing medium to the support tube is a special one Channel provided in which screens are arranged and a pressure regulator is used to increase the pressure on the inlet side of the screen maintain a constant pressure above the critical pressure.
Zweckmäßigerweise umfaßt jede der Blenden eine Röhre, die Länger als zwei Blendendurchmesser ist, um eine geordnete Spülmediumsströmung vom Tragrohr in das fließende Medium sicherzustellen. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, als Spülmedium ein komprimierbares Gas zu verwenden.Each of the diaphragms expediently comprises a tube that is longer than two orifice diameters to ensure an orderly flow of flushing medium from the support tube into the flowing medium. It has proven to be useful to use a compressible gas as the flushing medium.
In einer praktischen AusfUhrungsform wird auf jeder Längsseite des Schlitzes eine flache Verstärkungsplatte von einem Ende zum anderen Ende des Schlitzes angebracht. Um die Steifigkeit des Tragrohres zu erhöhen, wird vorteilhaft der Schlitz in eine Anzahl Segmente unterteilt.In a practical embodiment, on each long side of the A flat reinforcement plate is attached from one end to the other end of the slot. To increase the rigidity of the support tube increase, the slot is advantageously divided into a number of segments.
Wenn die Verhältnisse es erfordern, wird die bei dem strömenden Medium liegende Fläche jeder der Blendenplatten in Richtung zur Strömung konisch ausgebildet.If the conditions so require, that will be the case with the flowing Medium-lying surface of each of the orifice plates is conical in the direction of the flow.
Um eine stabile Grenzfläche zwischen dem in den Schlitz eingeführten SpUlmedium und den durch den Schlitz fließenden Medium aufrechtzuerhalten, ist eine Vorrichtung vorgesehen, die die Spülmediummenge, die durch die Blende fließt, regelt. Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Spülmenge durch jede der Blenden größerTo create a stable interface between the one introduced into the slot To maintain flushing medium and the medium flowing through the slot, a device is provided which regulates the amount of flushing medium flowing through the diaphragm. Furthermore, a device is provided to increase the flush volume through each of the diaphragms
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als etwa 2,5 Kubikfuß pro Minute und Zollblendendurchmessers zu halten.than about 2.5 cubic feet per minute and inch orifice diameter keep.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, fortwährend eine maßstabile Probe zu messen und die Unzulänglichkeiten der bekannten Vorrichtungen auszuschalten.With the device according to the invention it is possible continuously measure a dimensionally stable sample and eliminate the shortcomings of the known devices.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben,, Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.
FIg0 1 eine Seitenansicht einer ÄusfUhrungsform, teilweise im Querschnitt,FIG. 0 1 is a side view of an embodiment, partially in cross section,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 der Fig. 1 in Richtung der Pfeile,FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1 in the direction of the arrows,
Fig. 3 eine andere Anordnung zur Aufgabe von SpUlmedium in die strömende Probe,3 shows another arrangement for feeding flushing medium into the flowing sample,
Fig. 4 eine teilweise Draufsicht auf einen in Segmente unterteilten Schlitz,4 is a partial plan view of a slit divided into segments;
Fig. 5 eine Graphik fUr die Beschreibung bestimmter Gesichtspunkte der Erfindung.Fig. 5 is a graph used for describing certain aspects of the invention.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform für die Probeentnahme eines Abgases, wie z. B. von Rauchgas, das aus einer mit fossilem Brennstoff betriebenen Feuerung ausgeworfen wird. Solche Gase werden normalerweise durch einen Kanal mit Wänden 2 abgezogen.Figure 1 shows an embodiment for sampling an exhaust gas, such as. B. of flue gas that is ejected from a fossil fuel furnace. Such gases are normally drawn through a duct with walls 2.
Durch den Kanal verläuft ein Tragrohr 4, das in zweckmäßiger Weise z. B. aus einem ICX) mm Rohr gefertigt werden kann. Es wurde fest-A support tube 4 extends through the channel, which is expediently z. B. from an ICX) mm pipe can be made. It was fixed-
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gestellt, daß ein solches Tragrohr eine ausreichende Steifigkeit hat, um eine optische Ausrichtung zwischen einem Strahlungsempfänger und einem Strahlungsgeber fUr Kanäle zu gewährleisten, deren Breiten man in den meisten industriellen Einsatzfällen vorfindet. Es ist jedoch klar, daß das Gewicht und die Größe des Tragrohrs im erforderlichen Maße vergrößert werden können, um den Bedingungen eines jeweiligen FqIIs GenUge zu tun. Weiterhin hat ein solches Tragrohr gewöhnlich eine ausreichende Steifigkeit, um die Notwendigkeit auszuschalten, das leichte Rohr innerhalb des Kanals zu unterstützenprovided that such a support tube has sufficient rigidity to allow optical alignment between a radiation receiver and a radiation transmitter for channels to ensure their Width is found in most industrial applications. It is clear, however, that the weight and size of the support tube can be enlarged to the extent necessary to meet the conditions of a respective FqIIs. Still has such a support tube usually has sufficient rigidity to eliminate the need for the lightweight tube within of the channel
Das Tragrohr 4 weist einen Schlitz 6 auf, durch den ein Teil des Abgases strömtp wodurch die Menge der Probe festgelegt wirdc Es ist klar, daß die Länge des Schlitzes im erforderlichen Maße geändert werden kann, um jeweils den Erfordernissen eines Falls zu entsprechen.The support tube 4 has a slot 6 through which a part of the exhaust gas flows p, thereby determining the amount of the sample c It will be understood that the length of the slot can be changed as necessary to meet the requirements of a case.
So kann fUr einen Strahl mit einer bestimmten Intensität die Schlitzlänge so eingestellt werden, daß die erwartete Schwebstoff-Teilchenmenge und die Undurchlässigkeit des Gases fUr das zur Verwendung kommende Strahlungsband berücksichtigt werden. FUr Kanäle von gewöhnlicher Breite wurde festgestellt, daß ein kontinuierlicher Schlitz nicht wesentlich die Steifigkeit des Tragrohrs beeinträchtigt; wie jedoch in Figur 4 dargestellt, kann bei Kanälen mit einer ver-Thus, for a beam with a certain intensity, the slit length can be be adjusted so that the expected amount of suspended matter and the impermeability of the gas for the use coming radiation band must be taken into account. For channels of ordinary Width, it has been found that a continuous slot does not significantly affect the stiffness of the support tube; However, as shown in Figure 4, canals with a different
hältnismäßig größeren Breite der Schlitz in Segmente aufgeteilt werden. Falls erforderlich, kann eine zusätzliche Steifigkeit des Tragrohrs 4 dadurch erreicht werden, daß man Seitenplatten (Figur 2) dargestellt sind, an die Innenwand des Tragrohrs schweißt oder sonstwie befestigt, und zwar auf der Länge des Schlitzeso proportionately larger width of the slot can be divided into segments. If necessary, additional rigidity of the support tube 4 can be achieved by the fact that side plates (Figure 2) are shown, welded to the inner wall of the support tube or otherwise fastened, specifically along the length of the slot or the like
In zweckmäßiger Weise kann das Tragrohr 4 in den Kanalwänden 2 gelagert und unterstützt werden, an welchen es durch Schweißen oder durch ein anderes geeignetes Mittel abgedichtet wird. DasIn an expedient manner, the support tube 4 can be stored and supported in the channel walls 2, on which it is welded or sealed by some other suitable means. That
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Tragrohr ist mit Flanschen TO und 12 versehen, um eine Befestigungsmöglichkeit für geflanschte Paßstücke 14 und 16 zu bieten, an denen ein Geber IB und ein Empfänger 20 durch geeignete lösbare Vorrichtungen (nicht dargestellt ) befestigt sind, um die Fenster besichtigen und notfalls reinigen zu können, die gewähnlich bei typischen Geber- und Empfängergeräten vorgesehen sindo Ein Spülmedium, wie z. B. Luft, wird in die Paßstücke 14 und 16 durch geeignete Anschlüsse 21 bzwο 22 eingeführt. Die Spülluft strömt durch das Tragrohr 4 und wird in den Schlitz 6 abgeführt.The support tube is provided with flanges TO and 12 in order to provide an attachment option for flanged fittings 14 and 16, to which a transmitter IB and a receiver 20 are attached by suitable detachable devices (not shown) in order to be able to inspect the windows and, if necessary, to clean them which are provided in typical gewähnlich donor and recipient devices o A flushing medium, such. B. air is introduced into the fittings 14 and 16 through suitable connections 21 or ο 22. The scavenging air flows through the support tube 4 and is discharged into the slot 6.
Wie bereits zuvor erwähnt, erzeugt eine Anordnung nach dem bekannten Stand der Technik nicht eine strömende Probe, die Maßstabilität aufweist. Diesen Mangel überwindet die Erfindung dadurch, daß das Spülmedium durch Blenden austritt, die an jedem Ende des Schlitzes 6 vorgesehen sind. In Figur 1 ist eine Scheibe 24 dargestellt, die an dem Geberende des Schlitzes liegt, und eine gleiche Scheibe 26, die an den Empfängerende des Schlitzes liegt. Jede Scheibe ist mit einer Blende 29 ausgestattet, die im Vergleich zum Tragrohr einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser hat. Un eine Vorstellung von der Größenordnung zu geben, kann man sagen, daß bei einem 100 mm Tragrohr die Blenden einen Durchmesser von 50 mm oder weniger haben. Wie in Figur 1 dargestellt, strömt die durch die Blenden abzuführende Spülluft zunächst durch Röhren 28 und 30, deren Länge mindestens zweimal so groß wie der Blendendurchmesser ist, um eine Laminar- oder zumindest eine geordnete Strömung zu ergeben. Es wurde festgestellt, daß eine solche Ausfuhrung eine stabile Grenzfläche zwischen der Spülluft und dem entnommenen Medium ergibt, wodurch man eine maßstabile fließende Probe erhält, während man verhindert, daß die Schwebstoffteilchen und das Probegas in das leichte Rohr eintreten.As mentioned above, an arrangement according to the known state of the art does not produce a flowing sample which has dimensional stability. The invention overcomes this deficiency in that the flushing medium exits through apertures which are provided at each end of the slot 6. In Figure 1, a disk 24 is shown lying on the donor end of the slot and a similar disk 26 lying on the receiving end of the slot. Each disc is equipped with a diaphragm 29 which has a relatively small diameter compared to the support tube. To give an idea of the order of magnitude, one can say that with a 100 mm support tube the diaphragms have a diameter of 50 mm or less. As shown in FIG. 1, the scavenging air to be discharged through the diaphragms first flows through tubes 28 and 30, the length of which is at least twice as large as the diaphragm diameter, in order to produce a laminar or at least an orderly flow. It has been found that such an arrangement provides a stable interface between the purge air and the withdrawn medium, thereby providing a dimensionally stable flowing sample while preventing the particulate matter and sample gas from entering the lightweight tube.
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In Figur 5 ist eine typische Beziehung zwischen der Spülluftmenge und dem Verhältnis aus der effektiven und der beobachteten Konzentration eines gemessenen Bestandteils des Probegases gezeigt. Man wird feststellen, daß oberhalb einer Spülluftmindestmenge das Verhältnis konstant bleibt. Somit wird die Maßstabilität des Probemediums ohne Rücksicht auf Schwankungen bei der Spülmediummenge aufrechterhalten. Als eine Verfeinerung umfaßt die Erfindung auch die Aufrechterhaltung einer konstanten Spülmediummenge in den Fällen, in denen ein komprimierbares Gas, wie ζ. B. Luft, verwendet wird; dies geschieht dadurch, daß man das SpUlmedium durch die Blenden 32, 34 einführt und auf der Eintrittsseite einen Druck aufrechterhält, der oberhalb des kritischen Drucks liegt. Der konstante Eintrittsdruck wird durch Druckregler 36f 3ö aufrechterhalten.FIG. 5 shows a typical relationship between the amount of purge air and the ratio of the effective and the observed concentration of a measured component of the sample gas. It will be found that the ratio remains constant above a minimum amount of scavenging air. The dimensional stability of the sample medium is thus maintained regardless of fluctuations in the amount of flushing medium. As a refinement, the invention also includes maintaining a constant amount of flushing medium in cases where a compressible gas such as ζ. B. air is used; this is done by introducing the flushing medium through the diaphragms 32, 34 and maintaining a pressure on the inlet side which is above the critical pressure. The constant inlet pressure is maintained by pressure regulator 36 f 3ö.
Für 2-zöllige Blenden wurde festgestellt, daß Spülmengen oberhalb Kubikfuß pro Minute und Blende ein konstantes Verhältnis zwischen beobachteter und effektiver Konzentration ergeben. Das heißt, daß ein Wert von 7 Kubikfuß pro Minute und Blende in vorteilhafter Weise gewählt werden kann, um in breiten Bereichen eine Unabhängigkeit von der Spülmenge oder der Probegasmenge zu erreichen. Für 1.1/2 -zöllige Blenden wurde festgestellt, daß Spülmengen oberhalb 3,5 Kubikfuß pro Minute ein konstantes Verhältnis ergeben. Somit beträgt die Mindestspülmenge für ein konstantes Verhältnis zwischen beobachteter und echter Konzentration etwa 2,5 Standard-Kubikfuß pro Minute und Zoll Blendendurchmessers.For 2-inch orifices it was found that flush volumes above Cubic feet per minute and orifice result in a constant ratio between observed and effective concentration. It means that a value of 7 cubic feet per minute and orifice can be chosen in an advantageous manner in order to achieve independence from the flush volume or the sample gas volume over a wide range. For 1.1 / 2-inch orifices have been found to provide a constant ratio of flush rates above 3.5 cubic feet per minute. Thus, the minimum flush for a constant ratio between observed and true concentration is approximately 2.5 standard cubic feet per minute per inch of orifice diameter.
In Figur 3 ist eine andere Form der Blendenanordnung für die Einführung des SpUlmediums in die Schlitzenden gezeigt. Bei dieser Anordnung wird ein Paßstück 40 vorgesehen, das Flansche 42 und 44 besitzt. Nach Einbau in das Tragrohr kann der Flansch 44, der an dem Schlitz liegt, an der Innenwand des Tragrohrs abgedichtet werdeno Gemäß Darstellung ist die zum Schlitz liegende Fläche desFIG. 3 shows another form of diaphragm arrangement for the introduction of the flushing medium into the slot ends. At this A fitting 40 having flanges 42 and 44 is provided. After installation in the support tube, the flange 44, which is attached to o According to the illustration, the surface of the
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Flansches 44 konisch ausgebildet. Die Konizität kann bis zu 15° betragen. Die Flansche 42, 44 sind durch eine Röhre 46 getrennt, die ausreichend lang ist - etwa zweimal Innendurchmesser der Röhre - , um eine geordnete Spülmediumströmung in den Schlitz herzustellen. Es wurde festgestellt, daß eine solche Ausbildung die Maßstabilität der fließenden Probe etwa innerhalb des gleichen Spülmediums- und Probegasmengebereichs hält wie die in Figur 1 dargestellt Anordnung.Flange 44 is conical. The conicity can be up to 15 °. The flanges 42, 44 are separated by a tube 46, which is long enough - about twice the inner diameter of the tube - to allow an orderly flow of flushing medium into the slot to manufacture. It has been found that such a design increases the dimensional stability of the flowing sample approximately within the holds the same flushing medium and sample gas volume range as the arrangement shown in FIG.
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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