DE3524118C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feinstaubmessung nach der Streulichtmethode (Tyndallometer) für unter Tage, z. B. im Berg- und Tunnelbau, mit einer stationären röhrenförmigen oder halbröhrenförmigen Streulichtmeßkammer mit Signalausgang und mit einer die Innenwand durch einen aus einer Ringspaltdüse austretenden Reinluftstrom schützende Reinhaltevorrichtung, sowie einer den Meßwert verarbeitenden Zentralanlage und einer Eich- und Nullpunktkontrolle.

Die Streulichtmethode zur Feinstaubmessung wird im untertägigen Berg- und Tunnelbau eingesetzt, weil sie gegenüber der gravimetrischen Methode den Vorteil hat, daß sie das Ergebnis sofort zur Verfügung stellt, auch als elektrisches Signal, das dann für Auswerte- und Regelungszwecke zur Verfügung steht. Derartige Vorrichtungen werden als Tyndallometer bezeichnet, die bisher fast ausschließlich als tragbare Geräte zur Verfügung stehen, von daher also nur zur überwachenden Messung des Feinstaubes Verwendung finden. Es gibt aber auch bereits Versuche, ein derartiges Streulichtfotometer zu einem stationären Gerät umzufunktionieren, wobei zur Sicherung des Meßteils gegen Verschmutzung ein Reinluftstrom an der Innenwand der Meßkammer vorbeigeführt wird. Dadurch wird es möglich, die Wartung in größeren Zeitabschnitten durchzuführen, so daß ein derartiges stationäres Tyndallometer einen einigermaßen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht. Die Daten eines solchen Gerätes sind dann über Kabel einer Zentralanlage zugeführt worden und zur Schaltung von Düsenanlagen zur Staubbekämpfung eingesetzt worden. Die Versuchsergebnisse haben allerdings ergeben, daß eine solche Vorrichtung für Dauerbetrieb nicht geeignet ist, weil sie im Aufbau und in der Handhabung zu kompliziert und bezüglich der notwendigen Wartungen zu aufwendig ist. Insbesondere kommt es bei hoher Staubbelastung und bei Wassertropfenanfall zu erheblichen Schwierigkeiten, die eine häufige Wartung erfordern. Außerdem entsprechen die Signalausgänge nicht der Bergbaunorm, so daß die Kopplung mit anderen Anlagen und Übertragungssystemen, wenn überhaupt, nur mit erheblichem Aufwand möglich ist.

Aus der DE-PS 6 61 589 ist ein Rauchdichtemesser bekannt, bei dem Gase auf ihren Gehalt an festen Bestandteilen überwacht werden sollen. Dabei wird der aus dem Kamin entnommene Gasstrom vor den Linsen so umgelenkt, daß die Linsen selbst damit nicht in Berührung kommen. Durch eine ringförmige Düse nach Art der Venturi-Düsen wird dabei Luft an den Linsen vorbei durch den entstehenden Unterdruck gesaugt, so daß der Reinluftstrom am Ende dieser Düsenanordnung mit dem zu überwachenden Staubluftstrom abgeleitet und in den Kamin zurückgeleitet wird.

Ein entsprechender Spülluftvorsatz ist beispielsweise auch aus dem DE-GM 19 93 225 bekannt, wo ein gesonderter Kanal geschaffen ist, durch den der Reinluftstrom geführt und dann umgelenkt und in das Meßrohr hineingeführt wird. Ähnlich wie bei dem Gerät nach der DE-PS 6 61 589 geht es auch hier darum in einem Rauchgaskanal Messungen durchzuführen. Besondere Maßnahmen zur gezielten Führung des Luftstromes innerhalb des Rohres sind nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zur Staubmessung dienende, stationär und wartungsarm arbeitende Vorrichtung zu schaffen, über die gleichzeitig Staubbekämpfungsmaßnahmen bzw. entsprechende Anlagen gesteuert werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Einlauf und am Auslauf der Streulichtmeßkammer Ringspaltdüsen mit den Ringspalten aufeinander zuweisen und axial korrespondierend angeordnet sind, daß die Zentralanlage einen Mikroprozessor mit Digitalteil und Hauptverstärker aufweist, die über Kabel mit einem dem Empfänger der Streulichtmeßkammer zugeordneten Vorverstärker verbunden sind, und daß zur Eich- und Nullpunktkontrolle Sender- und Empfängertubus über einen Primärlicht führenden Lichtleiter mit mechanischem Unterbrecher miteinander in Verbindung stehen.

Eine derartige Vorrichtung eignet sich sowohl für die notwendigen Feinstaubmessungen für Überwachungsmaßnahmen wie auch für solche Messungen für Steuerungsmaßnahmen. Dabei wird durch die Ringspaltdüsen ein Luftstrom erzeugt, bei dem Wirbel nicht auftreten, so daß Meßfehler vorteilhaft unterbleiben. Hierzu dient vor allem das Merkmal, nach dem am Einlauf und am Auslauf der Streulichtmeßkammer Ringspaltdüsen mit den Ringspalten aufeinander zuweisend und axial korrespondierend angeordnet sind. Die weiteren Merkmale, nach denen die Zentralanlage einen Mikroprozessor mit Digitalteil und Hauptverstärker aufweist, die über Kabel mit einem dem Empfänger der Streulichtmeßkammer zugeordneten Vorverstärker verbunden sind, dient der einwandfreien Übertragung der entsprechenden Meßdaten, die nun ausgewertet und zu sicheren Steuerungsmaßnahmen benutzt werden können. Durch die weiteren Merkmale ist jeweils die genaue Einstellung und eine Einstellungskontrolle gesichert, wodurch sichergestellt ist, daß jeweils die zur Steuerung benutzten Meßdaten auch eine reguläre Vergleichsbasis berücksichtigen.

Eine weitere Möglichkeit, die gestellte Aufgabe zu lösen, ist die, daß ein sich an den Ringspalt der Ringspaltdüse anschließendes und als Lochblech ausgebildetes Leitblech vorgesehen ist, daß die Zentralanlage einen Mikroprozessor mit Digitalteil und Hauptverstärker aufweist, die über Kabel mit einem dem Empfänger der Streulichtmeßkammer zugeordneten Vorverstärker verbunden sind, und daß zur Eich- und Nullpunktkontrolle Sender- und Empfängertubus über einen Primärlicht führenden Lichtleiter mit mechanischem Unterbrecher miteinander in Verbindung stehen. Damit ist eine in der Geschwindigkeit dem staubhaltigen Luftstrom kongruenter Leichtstrom zu erzeugen, so daß genaue Meßwerte gesichert sind.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ringspaltdüsen einstellbar ausgebildet sind. Damit kann der Reinluftstrom jeweils korrigiert werden, wenn sich dies als notwendig erweisen sollte. Vorteilhaft ist, daß für diesen Reinluftstrom bzw. Reinluftmantel nur geringe Luftmengen benötigt werden, weil durch die gezielte Ausbildung auch bei den geringen Luftmengen eine ausreichende Stabilität des gesamten Luftstroms gewährleistet ist. Zwischen den beiden Luftströmen, d. h. dem Reinluftstrom und dem Gasstrom kann es nicht zu Verwirbelungen kommen, weil der Luftstrom über die zweite Ringspaltdüsenreihe wieder abgesaugt wird.

Die für den Reinluftmantel benötigte Luftmenge wird vorteil­ haft zur Verfügung gestellt, indem der dem Einlauf zugeordneten Ringspaltdüse ein kleinbauender, eigensicher ausgeführter Ventilator mit vorgeschaltetem Partikelfilter zugeschaltet ist. Letztlich kann dabei mit dem gleichen Aggregat Reinluft zugeführt und abgesaugt werden, so daß sowohl der Strombedarf wie auch der Platzbedarf für diese Einrichtung ausgesprochen gering ist.

Bei Einsatz des als Lochblech ausgebildeten Leitbleches bei relativ hohen Windgeschwindigkeiten ist es von Vorteil, wenn die Löcher des Lochbleches einen Luftaustritt unter 45° ermöglichend ausgebildet sind. Gerade bei größeren Windgeschwindigkeiten wird dabei über die Länge der Innenwandung gesehen an mehreren Stellen der Luftmantel durch neu eingeführte Reinluft stabilisiert, wobei sich die ausströmende Luft asymtotisch an die durch die Meßkammer streichende staubhaltige Luft anlegt.

Durch Ablagerungen von Staub auf den optischen Bauteilen und an der Innenwandung verändern sich bekanntlich die optischen Eigenschaften des Systems, so steigt das Kammerrauschen an und die Durchlässigkeit der Linsen vor dem Sender und Empfänger verändern sich. Bei der dann erforderlichen Reinigung der Vorrichtung ergeben sich wiederum Änderungen, die die Einstellung des Gerätenullpunktes erfordern. Dieses wird bei den routinemäßigen Wartungen vorgenommen, wobei diese Arbeiten erfindungsgemäß dadurch erleichtert werden, daß der Lichtleiter ein Gaslichtleiter ist. Diese Anordnung liefert eine konstante Anzeige auch bei Langzeitbetrieb und unterschiedlichen Temperaturen und ist relativ unempfindlich. Auftretende Abweichungen vom Sollwert können durch die Verwendung des Glaslichtleiters erheblich reduziert werden, insbesondere weil der Glaslichtleiter gegen Temperaturschwankungen annähernd unempfindlich ist.

Der Elektronik- bzw. Digitalteil ist über ein Kabel mit der Meßkammer verbunden, so daß der Signalaustausch unkompliziert ist. Vorteilhafterweise sind die für den Digitalteil benötigten Einzelteile in modularer Bauweise ausgeführt, so daß die einzelnen Elektronikgruppen sogar im Austausch verwendet werden können. Dadurch, daß dem Digitalteil ein Mikroprozessor zugeordnet ist, ist es möglich, die Momentanwerte ohne weiteres sofort anzuzeigen oder sie zu Mittelwerten zu verarbeiten, die einerseits jederzeit abgerufen werden können, andererseits aber vorteilhaft eine Grundlage für die Steuerung von Anlagen zur Staubbekämpfung bilden können. Zweckmäßigerweise verfügt der Mikroprozessor dazu über einen Analog-Digitalwandler und eine Digitalanzeige. Damit können die unterschiedlichen Untersuchungen und Steuerungen vorgenommen werden, wobei es durch Zuordnung eines Tastenfeldes auch möglich ist, gewünschte Parameter einzugeben, die dann die Meß- und Steuerungsabläufe beeinflussen und regeln.

Der technische Fortschritt der vorliegenden Erfindung ist ins­ besondere darin zu sehen, daß ein den besonderen Bedingungen des untertägigen Bergbaus vollständig angepaßtes stationäres Tyndallo­ meter geschaffen ist, das auch für längere Betriebszeiten ohne weiteres geeignet ist, da die Meßkammer praktisch wartungsfrei arbeitet. Die Meßkammer kann dabei unmittelbar beim Elektronik- bzw. Digitalteil oder aber in Entfernung dazu angeordnet sein, je nachdem, wie die untertägigen Gegebenheiten vorgefunden wer­ den. Die ermittelten Signale, d. h. Meßwerte, können als einzelne oder als addierte Mittelwerte zur Steuerung von Staubbekämpfungs­ einrichtungen oder auch anderen Anlagen verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des in Meßkammer und Signalübertragung geteilten Staubmeßgerätes,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Elektronik,

Fig. 3 eine Meßkammer im Schnitt, in zwei Ausbildungen,

Fig. 4 eine nach unten offene Meßkammer und

Fig. 5 die Kalibriervorrichtung in einer vereinfachten Prinzip­ skizze.

Das Staubmeßgerät 1 ist bei Fig. 1 durch einen einfachen Kasten wiedergegeben und mit TM stationär bezeichnet, d. h. als statio­ näres Tyndallometer wiedergegeben. Mit 2 ist der UF-Wandler und mit 3 die Fernübertragungsanlage bezeichnet. Damit ist die Über­ tragung des Meßwertes bei Ausgabe der Modulationsfrequenz bzw. bei Ausgabe des Analogwertes verdeutlicht.

Fig. 2 gibt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Elektronik wieder, wobei der Vorverstärker 4, wie angedeutet, dem Empfänger 26 des Staubmeßgerätes 1 zugeordnet ist. Dieser Vorverstärker 4 ist über ein Kabel 5 mit dem Hauptverstärker 6 verbunden, der Teil des in einiger Entfernung zur Meßkammer angeordneten Elek­ tronikteils ist. Der Hauptverstärker 6 seinerseits ist mit dem Digitalteil 7 und zugeordnetem Mikroprozessor 13 verbunden. Er weist Steuereingänge 11 und Datenausgänge 12 sowie den speziellen Signalausgang 8 auf, der getrennt dazu als Modul vorgesehen ist. Über den Signalausgang werden die Grenzwertgeber oder auch andere Bauteile angesteuert, und zwar in bergbaunormgerechter Form.

Die Stromversorgung erfolgt über das untertägige Grubennetz, wo­ bei die 0 bis 12 Volt und 0 bis 1 Ampere Stromversorgung mit 10 und die Spannungsanpassung mit 9 bezeichnet ist.

Die in Fig. 3 wiedergegebene Streulichtmeßkammer 15 ist röhren­ förmig ausgebildet und verfügt, wie üblich, über den Einlauf 16 und den Auslauf 17 für die staubhaltige Luft. Außerdem wird bei der im oberen Teil wiedergegebenen Ausbildung über die Ringspalt­ düsen 19 ein Reinluftstrom eingebracht, der gezielt an der Innen­ wandung 18 entlang geführt wird, um hier Ablagerungen von Staub zu vermeiden. Dieser Reinluftstrom wird dadurch stabilisiert, daß im Bereich des Auslaufes 17 eine zweite Ringspaltdüse 20 angeord­ net ist, über die die Reinluft wieder abgesaugt wird. Mittig der röhrenförmigen Streulichtmeßkammer 15 liegt die Meßzone 22, die gesondert markiert ist. Am unteren Bildrand ist eine zweite Aus­ bildungsmöglichkeit für die Reinhaltevorrichtung wiedergegeben. Hier ist parallel zur Innenwandung 18 ein Lochblech 23 vorgesehen, über die die von der Ringspaltdüse 19′ eingeführte Reinluft über die Länge gesehen an mehreren Stellen austritt, um so den stabilen Reinluftmantel zu erzeugen. Diese Ausbildung ist insbesondere für hohe Wettergeschwindigkeiten vorgesehen und geeignet.

Fig. 4 zeigt eine nach unten offen ausgebildete Streulicht­ meßkammer 15, wobei der Sender mit 25 und der Empfänger mit 26 bezeichnet sind, die Lichtfallen mit 27 am unteren Ende der Streulichtmeßkammer 15.

Die vereinfachte Kalibrierung wird anhand der Fig. 5 verdeut­ licht. Hier ist gezeigt, daß über den Lichtleiter 30 Primärlicht aus dem Sendertubus 29 entnommen und über einen mechanischen Unterbrecher 31 in den Empfängertubus 32 geführt ist. Diese An­ ordnung erbringt konstante Anzeigen auch bei Langzeitversuchen und starken Temperaturänderungen, beispielsweise zwischen 0 und 40°C. Hier haben sich Abweichungen von weniger als 10% vom Sollwert ergeben. Die Abweichungen sind noch geringer, wenn als Lichtleiter 30 ein Glaslichtleiter verwendet wird. Die ge­ samte Vorrichtung 29, 30, 31, 32 ist mit der Streulichtmeßkam­ mer 15 fest verbunden. Die Lichtleiter 30 sind gegen Positions­ änderungen durch Erschütterungen oder Vibrationen gesichert. Der mechanische Unterbrecher 31 ist hier als mechanischer Drehschalter ausgelegt. Es ist auch möglich, ferngesteuerte Irisblenden oder einen Kameraverschluß einzusetzen, insbeson­ dere dann, wenn der Elektronikteil in einer größeren Entfer­ nung von der Streulichtmeßkammer 15 aufgebaut ist.

 1 Staubmeßgerät
 2 UF-Wandler
 3 Fernübertragungsanlage
 4 Vorverstärker
 5 Kabel
 6 Hauptverstärker
 7 Digitalteil
 8 Signalausgang
 9 Spannungsanpassung
10 Stromversorgung
11 Steuereinlauf
12 Datenausgang
13 Mikroprozessor
15 Streulichtmeßkammer
16 Einlauf - staubh. Luft
17 Auslauf
18 Innenwandung
19 Ringspaltdüse
20 Ringspaltdüse
22 Meßzone
23 Lochblech
25 Sender Licht
26 Empfänger Licht
27 Lichtfalle
29 Sendertubus
30 Lichtleiter
31 Unterbrecher
32 Empfängertubus

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Feinstaubmessung nach der Streulichtmethode (Tyndallometer) für unter Tage, z. B. im Berg- und Tunnelbau, mit einer stationären röhrenförmigen oder halbröhrenförmigen Streulichtmeßkammer mit Signalausgang und mit einer die Innenwand durch einen aus einer Ringspaltdüse austretenden Reinluftstrom schützender Reinhalteeinrichtung, sowie einer den Meßwert verarbeitenden Zentralanlage und einer Eich- und Nullpunktkontrolle, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlauf (16) und am Auslauf (17) der Streulichtmeßkammer (15) Ringspaltdüsen (19, 20) mit den Ringspalten aufeinander zuweisend und axial korrespondierend angeordnet sind, daß die Zentralanlage einen Mikroprozessor (13) mit Digitalteil (7) und Hauptverstärker (6) aufweist, die über Kabel (5) mit einem dem Empfänger (26) der Streulichtmeßkammer zugeordneten Vorverstärker (4) verbunden sind und daß zur Eich- und Nullpunktkontrolle Sender- (29) und Empfängertubus (32) über einen Primärlicht führenden Lichtleiter (30) mit mechanischem Unterbrecher (21) miteinander in Verbindung stehen.

2. Vorrichtung zur Feinstaubmessung nach der Streulichtmethode (Tyndallometer) für unter Tage, z. B. im Berg- und Tunnelbau, mit einer stationären röhrenförmigen oder halbröhrenförmigen Streulichtmeßkammer mit Signalausgang und mit einer die Innenwand durch einen aus einer Ringspaltdüse austretenden Reinluftstrom schützenden Reinhalteeinrichtung, sowie einer den Meßwert verarbeitenden Zentralanlage und einer Eich- und Nullpunktkontrolle, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich an den Ringspalt der Ringspaltdüse (19) anschließendes und als Lochblech (23) ausgebildetes Leitblech vorgesehen ist, daß die Zentralanlage einen Mikroprozessor (13) mit Digitalteil (7) und Hauptverstärker (6) aufweist, die über Kabel (5) mit einem, dem Empfänger (26) der Streulichtmeßkammer zugeordneten Vorverstärker (4) verbunden sind und daß zur Eich- und Nullpunktkontrolle Sender- (29) und Empfängertubus (32) über einen Primärlicht führenden Lichtleiter (30) mit mechanischem Unterbrecher (31) miteinander in Verbindung stehen.

3. Tyndallometer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspaltdüsen (19, 20) einstellbar ausgebildet sind.

4. Tyndallometer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Einlauf (16) zugeordneten Ringspaltdüse (19) ein kleinbauender, eigensicher ausgeführter Ventilator mit vorgeschaltetem Partikelfilter zugeordnet ist.

5. Tyndallometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher des Lochbleches (23) einen Luftaustritt unter 45° ermöglichend ausgebildet sind.

6. Tyndallometer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (30) ein Glaslichtleiter ist.

7. Tyndallometer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (13) über einen Analog-Digitalwandler und eine Digitalanzeige verfügt.