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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Größenverteilung
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von in Fluiden susPendierten Teilchen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Größenverteilung
von in Fluiden, insbesondere in Flüssigkeiten, suspendierten Teilchen sowie auf
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei vielen Herstellungsverfahren, wie z.B. in der Zement-, Farben-
oder Lebensmittel-Industrie, hängt die Qualität der Erzeugnisse wesentlich von der
Teilchen- oder Korngrößenverteilung ab. In solchen Fällen muß daher die Teilchengrößenverteilung
laufend überwacht werden um ggf. den Produktionsprozeß korrigieren zu können. Die
hierzu bisher bekannt gewordenen Neßverfahren bzw. Meßgeräte sind Jedoch aufwendig
in Anschaffung und/oder Betrieb und daher für einen Dauereinsatz kaum geeignet.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen
der Teilchen- oder Korngrößenverteilung anzugeben, das sich einfach, d.h. mit geringem
Aufwand durchfUhren läßt und eine Meßgenauigkeit aufweist, die zumindest für Betriebsmessungen
und/oder Produkt i onsüberwachungen vollkommen ausreichend ist. Darüber hinaus soll
sich das Verfahren an die verschiedenen Meßaufgaben leicht anpassen lassen und Jeweils
über längere Zeiträume, wie z.B. 3 Monate, wartungsfrei arbeiten.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß Proben
des Fluids durch Jeweils ein Sieb einer Anzahl von Sieben mit unterschiedlicher
Maschenweite geleitet, Trübungsmessungen unterworfen und die Meßergebnisse erfaßt
werden, wobei die sich aus den Proben ergebende Trübungsverteilung als Maß für die
Größenverteilung der Teilchen benutzt wird.
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Es werden also Proben des zu überwachenden Fluids durch Jeweils ein
Sieb eines Satzes von Sieben geleitet, welches gegenüber den anderen Sieben eine
andere Maschenweite aufweist, so daß die Teilchengrößen in den durchgeleiteten Fluiden
Jeweils zwischen dem Wert Null und einem Höchstwert liegen, welcher der Maschenweite
des Jeweiligen Siebes entspricht.
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Die auf diese Weise vorbehandelten Proben werden nun Trübungsmessungen
unterworfen. Da die Trübungen der einzelnen Proben abhängig sind von der Anzahl
der jeweils in den Proben enthaltenen Teilchen, ergibt sich bei konstanter Zusammensetzung
des zu überwachenden Fluides eine bestimmte Trübungsverteilung. Diese bestimmte
Trübungsverteilung ist sozusagen das Kennzeichen des zu überwachenden Fluids. Andert
sich dieses Kennzeichen, co bedeutet dies eine Ärderung in der Teilchengrößenverteilung
des zu überwachenden Fluids.
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Es leuchtet ein, daß die Maschenweiten der Siebe so gewählt sein müssen,
daß die Teilchen der einzelnen Proben in der gewünschten Abstufung durchgelassen
werden. Je mehr Siebe eingesetzt werden, desto besser ist das Meßergebnis.
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Da selbst das automatische und kontinuierliche Durchleiten der Proben
durch Siebe mit unterschiedlicher Maschenweite sowie die anschließende Trübungsmessung
der einzelnen Proben keinen großen Aufwand erfordert und technisch keinerlei Schwierigkeiten
bereitet, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Weg gezeigt, wie insbesondere
die tiberwachung der Teilchengrößenverteilung in Fluiden auf einfache und somit
kostensparende Weise durchgeführt werden kann.
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Unter dem Begriff "Sieb" soll hier Jeder Körper verstanden sein, der
eine definierte Porosität aufweist, so daß nur Teilchen durchtreten können, die
kleiner sind als die Porenweite, wobei im Falle eines Siebes die Porenweite der
Maschenweite entspricht.
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Um die Aussagekraft der Meßergebnisse zu erhöhen, besteht eine vorteilhafte
Weiterbildung der Erfindung darin, daß die Meßergebnisse für die Bildung einer zur
Verteilungssummenkurve der Teilchen;korrelferenden Trübungsverteilungskurve des
Typus Ji = f f benutzt werden, worin Ji das Maß der Jeweiligen Trübung, xi die Jeweilige
Maschenweite und somit die durchgelassene maximale Teilchengröße des Siebes und
n die Anzahl der Siebe bedeutet. Zur Definition der Verteilungssummenkurve ist zu
bemerken, daß diese Kurve aussagt, welcher Mengenanteil einer Probe feiner ist als
der dazugehörige Wert der Maschenweite xi.
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Um nun auch etwas über die Verteilungsdichte der Teilchen aussagen
zu können, wird zur Bildung einer Verteilungsdichtekurve der Trübung, die zur Verteilungsdichtekurve
der Teilchen korreliert, die Trübungsverteilungskurve vorzugsweise selbsttätig differenziert.
Die Verteilungsdichtekurve der Trübung hat etwa die Form einer Glocté,und aus dem
mathematischen Zusammenhang zwischen beiden Kurven ergibt sich, daß Jeweils ein
Maximum der Verteilungsdichtekurve der Trübung einem Wendepunkt der Trübungsverteilungskurve
zugeordnet ist. Es kann daher bereits aus der Trübungsverteilungskurve auf das Maximum
der Verteilungsdichtekurve der Trübung geschlossen werden, das sehr gut zur mittleren
Teilchengröße korreliert.
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Um die Trübungsmessungen mit geringstmöglichem Aufwand durchfUhren
zu können, empfiehlt es sich, ein Streulichtmeßgerät zu benutzen. Hierbei ist es
an sich gleichgültig, ob dieses Streulichtmeßgerät für Vorwärts-, 90°- oder Rückwärts-Streulichtmessung
ausgerüstet ist. Vorzugsweise wird man jedoch ein Rückwärts-Streulichtmeßgerät einsetzen,
da hierbei ein stabförmiger Meßfühler verwendet werden kann.
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Da sich in Fluiden sehr häufig die Gesamttrübung bei gleichbleibender
Teilchengrößenverteilung ändert, besteht eine andere hevorzugte Weiterbildung der
Erfindung darin, daß die Gesamttrübung des zu messenden Fluids erfaßt und der Quotient
oder die Differenz zwischen der Gesamttrübung und den Trübungen der einzelnen Proben
nach den Siebdurchläufen gebildet und als Meßergebnis benutzt wird. Auf diese Weise
werden Änderungen der Gesamttrübung selbsttätig berücksichtigt.
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In vorteilhafter Weise ändern sich die Maschenweiten der Siebe jeweils
um den gleichen Betrag von Sieb zu Sieb. hierdurch wird die Größenunterteilung der
Teilchen sehr gleichmäßig erfaßt.
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Um nun den Einfluß von streuenden Meßwerten auszuschalten, empfiehlt
es sich, zur Erhöhung der Genauigkeit der gemessenen Teilchengrößenverteilung die
Reihe der beobachteten Trübungswerte der äquidistanten Teilchenbereiche (I4aschenweiten)
durch eine Ausgleichsrechnung selbsttätig zu glätten.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemkßen Verfahrens
mit einem für das zu messende Fluid vorgesehenen Behälter ist dadurch gekennzeichnet,
daß am Behalter Probenentnahmeöffnungen anbeordnet sind, die über jeweils ein swischengeschaltetes«Meßstellen-Umschaltorgan
an ein erstes Trübungsmeßgerät angeschlossen sind, wobei die Maschenweiten benachbarter
Siebe verschieden sind. Die Probenentnahme-Öffnungen sind hierbei vorzugsweise in
einer Reihe hintereinander angeordnet und das zwischengeschaltete Neßstellen-Umschaltorgan
weist einen Antrieb, z.B. in Form eines Getriebemotors mit regelbarer Drehzahl auf.
Dieser Antrieb bewirkt, daß die einzelnen Pr ob enentnahme -Öf fnungen in gleichmäßiger
Reihenfolge und in gleichmäßigen Zeitabständen nacheinander an das erste Trübungsmeßgerät
angeschlossen werden.
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Zur einfachen sicheren Probennahme ist es vorteilhaft, daß die Probenentnahme-Öffnunge
Jeweils miÇeiner Haube abgedeckt sind, in deren Anschlußbereich an den Behälter
jeweils * Sieb uiid ein afischengeschaltetes
das Sieb angeordnet
ist und anderen Innenraum Jeweils das Neßstellen-Umschaltorgan angeschlossen ist.
Die vorgenannte Ausftihrungsform hat den Vorteil, daß die Anzahl der Probenentnahme-Öffnungen
auch nachträglich leicht vergrößert werden kann.
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Kommt eine nachträgliche Vergrößerung der Anzahl der Probenentnahme-Öffnungen
nicht in Frage, so ist es vorteilhafter, wenn die hauben zu einer Baueinheit zusammengefaßt
sind, die zur Bildung der Probenentnahme-Öffnungen auf einer Öffnung des Behälters
befestigt ist. Die einzelnen Hauben sind also zu einer Baueinheit mit vorzugsweise
einem gemeinsamen Außenmantel zusammengefaßt und auf einer Öffnung des Behälters
befestigt, die auf die Größe der Baueinheit abgestimmt ist. Hierdurch sind die Befestigungs-
und Abdichtprobleme vereinfacht.
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Zur Reinigung der Siebe ist es am einfachsten, wenn die Siebe Jeweils
aus einem Siebband bestehen, das in Längsrichtung bewegbar ist. Das Siebband wird
hierbei durch einen Antrieb vorzugsweise gleichmäßig einer Vorratsrolle entnommen,
an der Probenentnahme-Öffnung vorbei und nach außen abgeführt. Hierdurch werden
die Proben immer durch sauberes Siebband mit bekannter Maschenweite abgezogen.
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Eine andere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit einem für das zu messende Fluid vorgesehenen Behälter ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter eine Probenentnahme-Öffnung aufweist, gegen die ein mit einer Förderrichtung
vorzugsweise gleichmäßig bewegbares Siebband
mittels eines ersten
Stempels gedrückt ist, der eine Entnahme-Öffnung aufweist, an die das erste Trübungsmeßgerät
angeschlossen ist, wobei das Siebband hintereinander angeordnete Bereiche mit verschiedener
Maschenweite aufweist, welche die einzelnen Siebe bilden. Bei dieser Ausoührungsform
ist also nur eine einzige Probenentnahme-Öffnung vorgesehen, an der ein Siebband
vorbei bewegt wird, das Bereiche aufweist, die verschiedene Maschenweiten aufweisen.
Da die Proben durch das bewegte Siebband abgezogen werden, enthält der dem Trübungsmeßgerät
zufließende Probenstrom nacheinander verschiedene Teilchengrößen.
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Für eine gleichmäßige tiberwachung des gesamten Größenbereichs der
Teilchen ist es vorteilhaft, wenn die Maschenweiten der einzelnen Siebe so gewählt
sind,daß der gesamte zu erfassende Bereich der Teilchengrößen in etwa gleich große
Einzel-Bereiche aufgeteilt ist.
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Für die Senkung der Betriebskosten ist es günstig, wenn das Siebband
zu einer endlosen Schleife verbunden ist. Hierbei können die einzelnen Siebe vorteilhaft
zu Gruppen zusammengefaßt und das Siebband aus solchen Gruppen gebildet sein.
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Auch istes empfehlenswert, das Siebband vor seiner Wiederverwendung
über ein Reinigungsgerät zu führen.
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Ein solches, in seinem Aufbau einfaches und empfehlenswertes Reinigungsgerät
kann von einer im Behälter vorgesehenen Öffnung sowie von einem das Siebband gegen
die Öffnung drükkenden zweiten Stempel gebildet sein, der eine Zuflußöffnung für
ein Reinigungsmittel aufweist.
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Um nun das zu messende Fluid durch das Reinigungsmittel nicht zu verdünnen
und somit die Größenverteilung der Teilchen zu verfälschen, kann eine Weiterbildung
der Erfindung darin bestehen, daß die Zuflußöffnung für die Zufuhr eines gasförmigen
Reinigungsmittels, vorzugsweise Luft, ausgebildet ist.
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Ist der Behälter Jedoch für den Durchfluß des zu messenden Fluids
vorgesehen, so ist es am einfachsten, wenn die Reinigungsöffnung stromab der Probenentnahme-Öffnung
angeordnet und die Zuflußöffnung für die Zufuhr eines gasförmigen oder flüssigen
Reinigungsmittels ausgebildet ist. Hierdurch ist man in der Wahl des Reinigungsmittels
nicht beschränkt, und im Falle eines flüssigen Reinigungsmittels besteht nicht die
Gefahr einer Meßwertverfälschung.
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In Fällen, in denen das Siebband nur geringe Festigkeit aufweist,
wie das z.B. bei einem aus Filterpapier hergestellten Siebband der Fall sein könnte,
empfiehlt es sich, das Siebband zwischen einem Trägerband und einem Deckband zu
führen.
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Hierbei ist es am einfachsten, das Siebband einer Vorratsrolle zu
entnehmen, d.h. das Siebband ist nur für einmaligen Gebrauch vorgesehen.
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Um nun eine Meßwertverfälschung durch das Deck- und Trägerband zu
vermeiden, ist es vorteilhaft, wenigstens das Deckband über die Reinigungsvorrichtung
zu führen. Auf eine Reinigung des Trägerbandes kann unter Umständen verzichtet werden,
falls dessen Maschenweite größer ist als die maximale Naschenweite des Siebbandes.
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Um schließlich eine gute und dichte Führung der Bänder im Bereich
der Probenentnahme-Öffnung und der Reinigungsöffnung zu erreichen, ist es vorteilhaft,
die Stempel dem Umriß der Öffnungen anzupassen und eine Führung sowie gegebenenfalls
eine Dichtung für die Bänder vorzusehen.
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Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen
hervor. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
im Schnitt, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand der Figur 1 gemäß der
Schnittlinie II - II, Fig. 3 den Bereich der Probenentnahme-Öffnungen der Figur
1 als Ausführungsvariante, Fig. 4 die vom Schreiber der Vorrichtung gemäß Figur
1 aufgezeichnete Trübungsverteilung, Fig. 5 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung
gemäß Figur 1 und Fig. 6 eine Ausführungsvariante der Vorrichtung gemäß Figur 5.
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Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Gemäß den Figuren 1 und 2 sind in einer für den Durchfluß des zu überwachenden
oder zu messenden Fluids vorgesehenen Durchflußküvette oder in einem das Fluid enthaltenden
Behälter 10 eine Reihe von etwa rechteckigen Probenentnahme-Öffnungen 12 in Form
von Fenstern, vorzugsweise in einer Linie nebeneinander ausgespart. Die Fenster
sind Jeweils
von einer aufgesetzten kegelförmigen Haube 14 abgedeckt.
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Wie insbesondere im Querschnitt nach Figur 2 zu ersehen, ist Jede
Probenentnahme-Offnung 12 im Anschlußbereich der Hauben 14 an den Behälter 10 Jeweils
mit einem Sieb 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 abgedeckt. Diese Siebe bestehen
vorzugsweise Jeweils aus einem Siebband 33 gleichbleibender Naschenweite, das quer
zum Behälter 10 über die Probenentnahme-Öffnung 12 bewegt werden kann, so daß diese
immer von neuem, unverstopftem Siebband abgedeckt ist. Die Siebe 16, 18, ... sind
vorzugsweise bündig mit der Innenwand des Behälters 10 geführt.
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Die Maschenweiten der Siebe 16 bis 32 sind von Sieb zu Sieb verschieden
und sie überdecken den gesamten Bereich der zu erfassenden Teilchengrößen. Die Siebe
sind hierbei nach fallender oder steigender Maschenweite angeordnet. Soll z.B.
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die Teilchengrößenverteilung bis 450 ym erfaßt werden, so wird man
z.B. das Sieb 16 mit einer Maschenweite von 50 pm, das Sieb 18 mit einer Maschenweite
von 100 pm, das Sieb 20 mit einer Maschenweite von 150(rm und so weiter und das
Sieb 32 schließlich mit einer Maschenweite von 450 P m ausrüsten.
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Ist eine feinere Unterteilung erwünscht, so ist dies ohne weiteres
möglich, indem man die Anzahl der Probenentnahme-Öffnungen 12 erhöht und dementsprechend
die Möglichkeit für weitere Siebe und somit für eine feinere Unterteilung hat.
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Jede der Hauben 14 ist über eine Leitung 34 Jeweils mit einem Eingangskanal
42 eines Meßstellen-Umschaltorgans 36 verbunden, dessen Ausgang über eine Leitung
50 an ein erstes
Trübungsmeßgerät 38, vorzugsweise in Form eines
Rückwärts-Streulicht-Trübungsmeßgerätes, angeschlossen ist. Das Meßstellen-Umschaltorgan
36 weist ein im Querschnitt kreisringzylindrisches Gehäuse 40 auf, das von den Eingangskanälen
42, welche gleichen Winkelabstand zueinander aufweisen, radial durchdrungen ist.
Die Anzahl dieser Eingangs kanäle 42 entspricht der Anzahl der Probenentnahme-Offnungen
12 und der Innenraum jeder der Hauben 14 ist Jeweils an einen Eingangskanal 42 mittels
einer Leitung 34 angeschlossen, wobei die Reihenfolge der Anschlüsse - wie aus Figur
1 ersichtlich -nach der Maschenweite der Siebe 16 bis 32 geordnet ist. Im Inneren
des Meßstellen-Umschaltorgans 36 ist ein im Querschnitt ebenfalls kreisringzylindrißches
Absperrteil 44 gelagert,das eine radiale Öffnung 46 zum Innenraum 48 aufweist. Dieses
Absperrteil 44 ist im Körper 40 um eine vertikal zur Zeichenebene angeordnete Achse
drehbar,so daß die Eingangskanäle 42 durch Drehung des Absperrteils nacheinander
mit dem Innenraum 48 verbunden werden können.
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Der Innenraum 48 ist schließlich über eine Leitung 50 mit dem ersten
Trübungsmeßgerät 38 verbunden, die Ausgangsleitung des Trübungsmeßgeräts weist noch
eine Pumpe 52 auf, welche das Fluid aus dem Behälter ansaugt. Der Signalausgang
des Trübungsmeßgerätes 38 ist an einen Signalverstärker 54 angeschlossen, der mit
einem Schreiber 56 verbunden ist, welcher die vom Trübungsmeßgerät 38 abgegebenen
Signale aufzeichnet.
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Schließlich ist noch ein zweites Trübungsmeßgerät 58 vorgesehen, dessen
Signalausgang ebenfalla an den Signalverstärker 54 angeschlossen ist. Dieses zweite
Trübungsmeßgerät 58
ist über eine Rohrleitung 60 unmittelbar,d.h.
ohne Zwischenschaltung eines Siebes, an den Innenraum des Behälters 10 angeschlossen.
Zur Förderung des Fluides ist auch hier eine Pumpe 52 vorgesehen. Steht das Fluid
im Behälter 10 unter Überdruck, so kann auf die Pumpen gegebenenfalls verzichtet
werden.
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Während des Betriebs wird das Absperrteil 44 des Meßstellen-Umschaltorgans
36 in Richtung des Pfeiles 62 in gleichmäßigen Schritten derart selbsttätig gedreht,
daß die einzelnen Eingangskanäle 42 über die radiale Öffnung 46 nacheinander mit
dem Innenraum 48 verbunden werden. Das heißt, durch die Pumpe 52 werden dem Behälter
10 nacheinander Proben über die Siebe 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 entnommen,
die Trübung dieser Proben wird Jeweils vom Trübungsmeßgerät 38 erfaßt und das der
Trübung entsprechende Signal im Signalverstärker 54 verstärkt und vom Schreiber
56 aufgezeichnet.
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Im zweiten Trübungsmeßgerät 58 wird die Gesamttrübung des zu überwachenden
Fluids gemessen und im Signalverstärker die Differenz oder vorzugsweise der Quotient
zwischen den Trübungen der einzelnen Proben und der Gesamttrübung gebildet.
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Diese Maßnahme ist deshalb erforderlich, weil sich sehr oft die Gesamttrübung
von Fluiden bei gleichbleibender Teilchengrößenverteilung ändert wogegen die vorgenannte
Differenz oder der Quotient der Trübungen weitgehend unbeeinflußt bleibt.
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Das vom Trübungsmeßgerät 38 abgegebene Signal bildet sich im Schreiber
56 als Treppenkurve 64 ab. Die Höhe z.B. der Treppenstufe 66 - gemessen von der
Null-Linie - entspricht der Trübung, die jene Probe aufweist, welche durch das Sieb
16
dem Trübungsmeßgerät zugeführt wurde, die Höhe der Treppenstufe
68 entspricht der Trübung, welche Jene Probe aufweist, die durch das Sieb 18 dem
Trübungsmeßgerät 38 zugeführt wurde und so weiter und schließlich entspricht die
Höhe der Treppenstufe 82 der Trübung, die jene Probe aufweist, welche durch das
Sieb 32 dem Trübungsmeßgerät 38 zugeführt wurde (vgl.
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Figur 4). Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Sieb 16 eine
Maschenweite von 50 M m hat, enthält die Probe, welche durch dieses Sieb 16 abgezogen
wurde, sämtliche Teilchen mit einer Größe von 0 bis 50 C1 m und die Höhe der Treppenstufe
66 stellt somit die Trübung dar, die von den Teilchen mit einer Größe zwischen 0
und 50 r m verursacht wird. Entsprechendes gilt für sämtliche weiteren Treppenstufen.
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Die Gesamthöhen der einzelnen Treppenstufen - gemessen von der Null-Linie
an - sind somit ein Maßstab für die Größenverteilung der Teilchen des Fluids.
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Da während des Betriebs der Absperrteil 44 des Meßstellen-Umschaltorgans
36 fortwährend gleichmäßig und vorzugsweise schrittweise umläuft,werden vom Schreiber
56 fortlaufend Treppenkurven 64 aufgezeichnet, wie dies in Figur 1 angedeutet ist.
Ändert sich nun die Teilchengrößenverteilung des zu überwachenden Fluids, so macht
stich dies in einer Veränderung der Treppenkurve bemerkbar, so daß beim Einsatz
der Vorrichtung zu überwachungszwecken gegebenenfalls Regelschritte ausgelöst werden
können. torzugsweise wird der Anstieg der Kurve im Wendepunkt überwacht. (vgl. Fig.
4) In Figur 3 ist der Bereich der Probenentnahme-Öffnungen 12 der Figur 1 als Ausführungsvariante
dargestellt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind hier die einzelnen Hauben 14
quaderförmig ausgebildet und zu einer Baueinheit 15 zusammengefaßt.
Diese
Baueinheit 15 ist auf einer entsprechend großen Öffnung des Behälters 10 befestigt.
Bezüglich der Ausbildung und Anordnung der Siebe 16 bis 32 gilt auch hier das zu
den Ausführungsbeispielen gemäß der Figur 1 und 2 gesagte. Zu erwähnen ist noch,
daß das zweite Trübungsmeßgerät 58 mittels seiner Leitung 50 ebenfalls an eine Haube
14 angeschlossen ist, wobei die Haube Jedoch kein Sieb aufweist. Um Schmutzablagerungen
zu vermeiden, ist die Öffnung zum Innenraum des Behälters abgerundet. Auf die gleiche
Weise wird man auch die Probenentnahmeöffnungen 12 gemäß Fig. 1 abrunden, dies ist
in Fig. 1 Jedoch nicht dargestellt.
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In Figur 4 ist die vom Schreiber 56 aufgezeichnete Treppenkurve 64
in größerem Maßstab dargestellt. Wie bereits im Vorangegangenen erläutert, ist auf
der Ordinate des Schreiberdiagrammes die TrübunTE/F (Trübungseinheiten Formazin)
aufgetragen, die im Falle eines Streulichttrübungsmeßgerätes die Intensität des
Streulichtsdarstellt, wogegen auf der Abszisse die Zeit aufgetragen ist. Da jede
Treppenstufe von der Maschenweite der Jeweils von der Probe durchströmten Siebe
abhängt, kann der Abszisse auch die Maschenweite der Siebe zugeordnet werden, die
im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit 9 Sieben mit Jeweils 50y m Maschenweitendifferenz
zwischen 50 M m und 450 cm liegt (vgl. Fig. 4).
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Verbindet man nun die zu den einzelnen Maschenweiten gehörenden Meßpunkte
der Trübung, so erhält man die TrUbungsverteilungskurve 84, welche die Treppenkurve
64 einhüllt. Ordnet man der maximalen Trübung, «ie durch Jene Proben, welche durch
das Sieb mit der größten Maschenweite, nämlich 450 Mm, verursacht wurde, den Wert
1 zu, so kann aus der Trübungsvcrteilungskurve 84 abgelesen werden, daß z.B. die
Teilchen mit einer Größe zwischen 0 und 250 Km eine Trübung verursachen, welche
di Halfte der mxtimalen Trübung beträgt.
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Diese Trübungsvertdlungskurve 84 korreliert nun zur Verteilungssummenkurve
des Fluids. Die Verteilungssummenkurve sagt aus, welcher Mengenanteil Q der Probe
feiner ist als der zugehörige Wert der Maschenweite (vgl. Mitteilungen der Deutschen
Pharmazeutischen Gesellschaft", 39. Jahrgang, 1969/4, Seiten 34 bis 36). Es kann
also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diese Verteilungssummenkurve des untersuchten
Fluids auf einfache Weise nachgebildet werden.
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Zur selbsttätigen Bildung der Trübungsverteilungskurve 84 geht man
am besten so vor, daß man eine sehr große Anzahl von Sieben mit sehr fein abgestufter
Maschenweite benutzt, so daß die Breite der einzelnen Stufen in Richtung der Zeitachse
gesehen, sehr klein wird, d.h., daß die Treppenkurve 64 im Grenzfall in die Trübungsverteilungskurve
84 übergeht.
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Differenziert man nun die so gewonnene Trübungsverteilungskurve 84,
was vorzugsweise selbsttätig, æ.B. elektronisch, geschieht, so erhält man die Verteilungsdichtekurve
86 der Trübung, die in Figur 4 ebenfalls eingezeichnet ist. Die Verteilungsdichtekurve
86 der Trübung weist ein glockenförmiges Profil auf und hat aufgrund des wathematischen
Zusammenhangs mit der Trübungsverteilungskurve 84 an Jenen Stellen ein Maxilqym
M, an der die Trübungsverteilungskurve 84 einen Wendepunktvhat, so daß bereits aus
der Trübungsverteilungskurve 84 das Maximum der Verteilungsdichtekurve 86 der Trübung
erkennbar ist.
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Da nun auch die Verteilungsdichtekurve 86 der Trübung zur Verteilungsdichtekurve
der Teilchen korreliert, lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die wesentlichsten
Merkmale von Suspensionen ohne großen Aufwand kontinuierlich und selbsttätig erfassen.
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In Figur 5 ist eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Diese weist ebenfalls einen Behälter 10 in Form einer Durchflußküvette
auf, der zur einfachen Montage mit anderen Elementen Anschlüsse 88 aufweist. Das
zu messende Fluid wird in Richtung des Pfeiles 90 durch den Behälter 10 geführt.
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Der Behälter 10 weist eine einzige Probenentnahme-Öffnung 12 auf,
an die mittels eines ersten Stempels 94 ein vorzugsweise endloses Siebband 96 mit
gleichmäßigem Druck gepreßt wird. Der erste Stempel 94 ist mit einer Öffnung 92
versehen, die über eine Leitung 98 zum Trübungsmeßgerät 38 führt, welches, wie beim
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, über den Signalverstärker 54 mit dem Schreiber
56 verbunden ist.
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In Strömungsrichtung gesehen vor der Probenentnahme-Öffnung 12 ist
eine Leitung 60 angeschlossen, die genau wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur
1 zum zweiten Trübungsmeßgerät 58 führt, dessen Signalausgang an den Signalverstärker
54 angeschlossen ist.
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Das Siebband 96 ist zusammengesetzt aus Gruppen von einzelnen Sieben
16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 und 32, wobei sich diese Gruppen über die gesamte
Länge des Siebbandes laufend wiederholen. Auch hier ist, genau wie beim Ausführungsbeispiel
nach Figur 1, die Maschenweite der einzelnen Siebe 1C bis 32 abgestuft, so daß z.B.
das Sieb 16 die Maschenweite 50 Km, das Sieb 18 die Maschenweite 1000 m, das Sieb
20 die Maschenweite 150 tcm und so weiter und schließlich das Sieb 32 die Maschenweite
450 z m aufweist. Das so zusammengesetzte Siebband 96 ist über Umlenkrollen 100,
Spannrollen 102, Antriebsrollen 104 und Trocknungsrollen 106 im Kreislauf
an
der Entnahme-Öffnung 92 vorbei geführt. Hierbei ist stromabwärts der Probenentnahme-Öffnung
12 eine Reinigungsöffnung 108 im Behälter vorgesehen, gegen die das Siebband 96
mittels eines zweiten Stempels 110 gedrückt ist. Dieser zweite Stempel 110 ist mit
einer Zuflußöffnung 112 versehen, über die eine Reinigungsflüssigkeit oder Druckluft
durch das Siebband zeführt werden kann.
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Für die Messung wird das Siebband 96 über die Antriebsrollen 104 und
einen nicht dargestellten Motor in gleichmäßige Bewegung versetzt, so daß die einzelnen
Siebe 16 bis 32 in Pfeilrichtung an den Öffnungen 12 und 108 vorbei laufen.
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Hierbei werden durch die Leitung 98 Proben des zu messenden Fluids
durch das Siebband 96 gesaugt, dem ersten Trübungsmeßgerät 38 zugeführt und die
den einzelnen Sieben entsprechenden Signale im Signalverstärker 54 verstärkt und
im Schreiber 56 als Stufenkurve aufgezeichnet. Zur Bildung des Differenz-bzw. Quotientensignals
wird gleichzeitig im zweiten Trübungsmeßgerät 58 die Gesamttrübung des zu messenden
Fluids erfaßt, wobei die Proben für diese Messung über die Leitung 60 entnormen
werden.
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Die Geschwindigkeit des Siebbandes und die Länge der einzelnen Siebe
sind so aufeinander abgestimmt, daß die Proben Jeweils für die Dauer von ca. 10
bis 100 s durch Jeweils ein Sieb geführt werden. Dieser Richtwert gilt auch für
die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 bis 3.
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Gleichzeitig wird über die Zuflußöffnung 112 Druckluft oder eine Reinigungsflüssigkeit
zugeführt, welche durch das Siebband 96 strömt, über die Reinigung-öffnung 108 in
den Behälter 10 eintritt und von hier abgeführt wird. Auf diese
Weise
wird eine einfache selbsttätige Reinigung des umlaufenden Siebbandes 96 erreicht.
Die sich in Laufrichtung des Siebbandes anschließenden Trocknungsrollen 106 saugen
evtl.
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am Siebband haftende Flüssigkeit auf, so daß das Siebband im trockenen
Zustand der erneuten Benutzung zugeführt wird.
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Handelt es sich bei der Teilchengrößenanalyse um ein Medium, das durch
die Reinigungsflüssigkeit nicht verunreinigt werden darf, muß die Reinigung in analoger
Weise separat durchgeführt werden.
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Eine Vorrichtung gemäß Figur 5 mit einem Siebband, das aus einzelnen
Sieben zusammengesetzt ist, empfiehlt sich dann, wenn eine sehr feine Aufteilung
des zu überwachenden Bereichs erforderlich ist, d.h., wenn sehr viele Siebe mit
verschiedener Maschenweite vorgesehen sind. In diesem Falle wäre eine Vorrichtung
gemäß Figur 1, bei der Jeder Maschenweite eine besondere Probenentnahme-Öffnung
zugeordnet sein muß, zu aufwendig.
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Figur 6 ist eine Ausführungsvariante der Vorrichtung nach Figur 5,
die sich nur lediglich bezüglich der Ausbildung des Siebbandes und des Bandtransportes
von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 unterscheidet. Trübungsmeßgeräte, Signalverstärker
und Schreiber sind daher der Übersicht wegen in Figur 5 nicht eingezeichnet, sie
sind hier entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 5 angeordnet.
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Das Siebband 114 weist auch hier einzelne Teile auf, welche die Siebe
16 bis 32 bilden. Das Siebband 114 ist Jedoch nicht, wie im Ausführungsbeispiel
nach Figur 5, zu einem endlosen, im Kreislauf geführten Band zusammengefügt, sondern
es wird
im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Vorratsrolle
116 entnommen und nach Gebrauch auf eine Spule 118 gewickelt, das Siebband wird
also nur einmal benutzt. Diese Ausführung könnte man natürlich anstelle des endlosen
Siebbandes auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 verwenden.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist das Siebband
114 zwischen einem Trägerband 120 und einem Deckband 122 geführt, wobei Träger-
und Deckband Jeweils zu einer geschlossenen Schleife zusammengefügt sind, so daß
beide endlos umlaufen. Das Trägerband 120 wird hierbei von der Rolle 124 angetrieben,
die synchron läuft mit den Antriebsrollen 104 für das Deckband 122. Zur Umlenkung
des Trägerbandes 120 sind noch Umlenkrollen 126 vorgesehen.
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Für die Auswahl von Trägerband 120 und Deckband 122 ist zu beachten,
daß diese Bänder keine die Messung beeinflussende Siebwirkung aufweisen dürfen,
d.h. sie müssen als Siebbänder mit entsprechender Maschenweite ausgebildet sein.
Andererseits ist Jedoch zu erwähnen, daß man Trägerbänder und Deckbänder nur dann
einsetzen wird, wenn das Siebband geringe Festigkeit aufweist, wie das bei Filterbändern
aus Papier oder ähnlichem der Fall ist. Zu solchen Filterbändern muß man dann greifen,
wenn sehr geringe Maschenweiten gewünscht sind.
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Siebbänder lassen sich nämlich nur bis zu einer kleinsten Maschenweite
von etwa 10 C7cm herstellen, wogegen Filterbänder aus Papier oder ähnlichem mit
Maschenweiten, d.h. Poren, bis zu 2 m hergestellt werden können.
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Wie aus Figur 6 ersichtlich, wird das Deckband 122 durch eine Reinigungsvorrichtung
geführt, die aus einem zweiten Stempel 110, einer Zuflußöffnung 112 für ein Reinigungsmittel
oder Druckluft besteht, und die genau wie die entsprechende Reinigungsvorrichtung
gemäß Ausführungsbeispiel Figur 5 ausgebildet ist.
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L e e r s e i t e