Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 1714
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Pranz Meyers
vom Landesamt für Forschung, Düsseldorf
Prof. Dr.-lng. Theodor Gast
Lehrstuhl und Institut für Meß- und Regelungstechnik
Techn. Universität Berlin, im Auftrage des Vereins
Deutscher Ingenieure- Kommission Reinhaltung der Luft- Düsseldorf
Forschungsarbeiten zur Entwicklung eines
gravimetrischen, automatisch registrierenden
Konzentrationsmeßgerätes für den Feststoffgehalt
in Rauch- und Abgasen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-663-06314-8 ISBN 978-3-663-07227-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07227-0
Verlags-Nr. 011714
© 1 96 6 b y Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen 1966.
Inhalt
Einleitung 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7
Wirkungsweise der Abgasstaubwaage 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8
10 Der Wägeteil 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9
20 Der Ansaug- und AbscheideteiL 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12
201 Der Ansaugteil 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12
2o2 Der Regler 0 o 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13
2o3 Die Abscheidekammer 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 16
30 Der mechanische Teil 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17
301 Aufgabe des mechanischen Teils 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 17
3o2 Ablauf der mechanischen Vorgänge o o 0 o o o o o o o o 0 o o 0 o o o o o o 0 o o o o o o 18
3o3 Das Schaltventil o o o o o o 0 0 o 0 o o 0 0 o 0 0 0 o 0 0 0 0 0 o 0 0 o 0 o o 0 0 0 0 0 0 0 0 o o 0 0 0 0 24
40 Die Steuerung o o o o o 0 0 o 0 o o 0 0 0 0 o o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 25
Beschreibung der Funktionen des Photozellenverstärkers 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 29
Wirkungsweise der automatischen Tariervorrichtung 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 31
Ergebnisse und Erfahrungen bei der vorliegenden Forschungsarbeit 0 0 0 0 0 0 32
1. Der Wägeteil o o o o o o 0 0 o o o o 0 0 0 0 o o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 32
2o Der Ansaug- und Abscheideteilo 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 32
30 Die Abscheidekammer 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 33
40 Der mechanische Teil 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 33
50 Die Steuerung o o 0 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 33
Gesamtsituation 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 34
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Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1. Literaturverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2. Technische Daten der Abgas-Staubwaage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3. Teile der Konstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Tafeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
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Einleitung
Beim Versuch, die für den Bergbau entwickelte registrierende Staubwaage zur
Staubmessung in heißen Abgasen zu verwenden, ergaben sich Schwierigkeiten,
die zunächst nur zum Teil behoben werden konnten.
Es gelang zwar, die erforderliche Temperaturbeständigkeit der Abscheidevor
richtung und der Waage zu erreichen und die elektronische Einrichtung ein
schließlich des Hochspannungsgenerators in einem besonderen, auf Raum
temperatur befindlichen Gehäuse unterzubringen, ebenso bot der automatische
Ablauf der zur Messung notwendigen Vorgänge keine grundsätzlichen Schwierig
keiten. Es zeigte sich jedoch beim Versuch an einer technischen Kraftwerksanlage
mit Schmelzkessel, daß der Staubniederschlag auf dem Meßplättchen des Waage
balkens sehr fest haftete und durch die in der Staubwaage wirksame sanfte me
chanische Reinigung nicht entfernt werden konnte. Das Prinzip der abwechseln
den Beladung und Abreinigung mußte daher für den vorliegenden Anwendungs
zweck aufgegeben werden.
Es wurde dann versucht, den Wirkungsablauf der Staubwaage derart abzuändern,
daß für jeden neuen Meßpunkt ein Metallplättchen aus einem Vorrat entnommen
und nach der Messung verworfen wurde. Dabei ergab sich, daß die hierzu er
forderliche Mechanik recht kompliziert und durch ihre zierlichen Bauteile stör
anfällig war.
Es wurde daher beschlossen, von der zugrunde liegenden Konstruktion ganz ab
zugehen und insbesondere die Abmessungen, den Luftdurchsatz und die zu wägen
den Mengen erheblich zu vergrößern. Die hierfür erforderlichen Arbeiten waren
Gegenstand der Forschungsaufgabe, über deren Ergebnisse berichtet wird. Der
Verfasser möchte für die Förderung dieser Arbeit durch den Ministerpräsidenten
des Landes Nordrhein-Westfalen-Landesamt für Forschung- über die VDI
Kommission Reinhaltung der Luft seinen Dank aussprechen.
Der Bericht enthält eine Beschreibung der Wirkungsweise und des Aufbaues der
registrierenden Staubwaage und eine Zusammenfassung der bei der Entwicklung
gewonnenen Erkenntnisse. An der Durchführung der Arbeit waren beteiligt die
Herren Dipl.-Ing. D. ÖzGÜR, Dipl.-Geophys. W. THELEN, Dipl.-Ing. W. FuNK,
Ing. E. FREY, cand.-Ing. L. LASKUS, Mechanikermeister A. MössrNGER und Fein
mechaniker R. JÄGER, denen für ihre Mitarbeit gedankt sei. Der Bergwerks
gesellschaft Walsum, insbesondere deren technischem Vorstand, Bergassessor
Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. HERBERT BARKING möchte der Verfasser für erwiesene
Unterstützung danken.
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Wirkungsweise der Abgasstaubwaage
Die Staubwaage zur Bestimmung des Staubgehaltes der heißen Abgase ist ein
registrierendes Instrument (Abb. 1) . Sie arbeitet intermittierend. Von einer Rolle
her wird eine Folie durch Walzen zugeführt und ein Abschnitt von ihr durch eine
Schere abgeschnitten. Der Abschnitt wird alsdann gewogen und die Gewichts
anzeige automatisch auf Null tariert. Dann wird auf ihm der Staub aus einem be
stimmten Luftvolumen abgeschieden. Anschließend wird die Folie mit dem Staub
gewogen und schließlich abgeworfen. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig.
Die Waage, die Staubabscheidekammer und die meisten der mechanischen Teile
befinden sich in einem doppelwandigen Gehäuse. Das Innere des Gehäuses wird
elektrisch auf 110-120°C erwärmt, um die Kondensation des in Abgasen vor
handenen Wasserdampfes zu vermeiden. Zwischen den Wänden des Gehäuses be
findet sich eine Wärmeisolation.
Die Staubwaage kann man als aus vier Teilen bestehend betrachten:
1. der Wägeteil, 3. der mechanische Teil,
2. der Ansaug- und Abscheideteil, 4. die Steuerung.
Abb. 1 Zusammenstellung der Bausteine einer Staubwaage
(Von links nach rechts: Elektronischer Teil, eigentliche Staubwaage, Gehäuse
mit daraufgestelltem Stromversorgungsteil für die elektrische Steuerung.)
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1. Der Wägeteil
Eigenschaften und Aufbau der Waage:
Die Wägung geschieht durch eine elektronische Waage, die speziell für den vor
liegenden Anwendungszweck entwickelt worden ist (Abb. 2). Die Nullpunkt
konstanz der Waage liegt unter optimalen Bedingungen zwischen 10-5 und 10-6 g.
Der Waagebalken hat die Form einer Leiter. Er besteht aus zwei dünnwandigen
Aluminiumrohren, die durch Traversen verbunden sind und ist in der Mitte an
Spannbändern aufgehängt, um den Drehpunkt definiert zu halten und Coulomb
sehe Reibung zu vermeiden. An der Gewichtsseite des Hebelarmes befindet sich
ein Gehänge zur Aufnahme der Last, das durch einen Hubmagneten mit Dämp
fungsglied arretiert werden kann (Abb. 3).
Abb. 2 Elektromagnetische Waage
(Man erkennt rechts das Spulensystem, in der Mitte die federnde Spannbancl
befestigung und weiter links den Dämpfermagneten Zl'r Beruhigung von
Pendelschwingungen. Unten ist das Gegengewicht sichtbar, das den Folien
träger aufrecht stellt. Ganz links befinden sich Arretiermagnet und Öldämpfer.)
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Abb. 3 Elektromagnetische Waage
(An der mit X bezeichneten Stelle ist das vordere Hängeband des Lastgehänges
erkennbar.)
Die Funktion der Waage:
Die Waage arbeitet analog zur bereits früher beschriebenen elektrischen Mikro
waage [1], von der sie vor allem in konstruktiver Hinsicht abweicht. Der elek
trische Teil der Waage besteht grundsätzlich aus drei Teilen:
1. Einer Kombination von zwei zylindrischen Ferritmagneten, die axial
magnetisiert und mit gleichnamigen Polen einander genähert sind. Diese
Gruppe ist gehäusefest (Abb. 4).
2. Zwei Feldspulen, die jeweils auf die Kerne gewickelt sind.
3. Einer am Balken befindlichen Schwcnkspule, die um die Spannbandachse
drehbar ist.
Die Schwenkspule wird mit Gleichstrom erregt, um den Waagebalken bei Be
lastung in Mittellage zu halten. Die Feldspulen werden mit hochfrequentem
Wechselstrom gespeist. Dieser Wechselstrom induziert in der Drehspule eine
Wechselspannung, deren Amplitude von der Schwenkung abhängig ist.
In den Drehspulenkreis muß eine elektrische Weiche eingeschaltet werden, die es
gestattet, die induzierte Spannung auszukoppeln, zu verstärken, gleichzurichten
und einem Regelverstärker zuzuleiten (Abb. 5 und 6), dessen Ausgangssignal in die
Schwenkspule zurückgeführt wird. So entsteht in der Spule ein magnetisches
Moment, und dieses bewirkt in dem stark inhomogenen Magnetfeld zwischen den
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