ISBN 978-3-8439-2129-9

978-3-8439-2129-9, Reihe Messtechnik

Christoph Baer
Massendurchflussmessung von pneumatisch geförderten Feststoffen auf Basis von hochpräzisen FMCW-Radarsystemen

159 Seiten, Dissertation Ruhr-Universität Bochum (2015), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die präzise messtechnische Erfassung von Durchflüssen spielt bei der Automatisierung und Regelung von komplexen Industrieanlagen eine wichtige Rolle, um Materialströme zu steuern und Prozesse zu optimieren. Eines der weitverbreitesten Transportverfahren für diese Schüttgüter ist die pneumatische Förderung, bei der das Schüttgut mit Hilfe von Gasströmungen fortbewegt wird. Die Erfassung des so erzeugten Massenstroms ist schwierig, da mehrere Messgrößen parallel berücksichtigt werden müssen. Für die echtzeitfähige Massendurchflussbestimmung von pneumatisch geförderten Schüttgütern müssen zwei physikalische Parameter kontinuierlich, parallel und mit höchster Präzision aufgenommen werden, um einen verlässlichen Messwert zu erhalten. Die angesprochenen physikalischen Größen sind der Feststoffvolumenanteil des geförderten Schüttguts sowie dessen Transportgeschwindigkeit.

Im Rahmen der vorgelegten Arbeit wird ein auf Millimeterwellen beruhendes Radarverfahren entwickelt, welches diese anspruchsvolle messtechnische Aufgabe löst. Um eine vollständige Modellbildung des Messverfahrens zu ermöglichen, werden alle Einfluss nehmenden Parameter hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Ausbreitungseigenschaften elektromagnetischer Wellen untersucht. Es werden Mischungsformeln für dielektrische Mischmaterialien analysiert, welche eine effektive Mischpermittivität aus zwei Materialien in Abhängigkeit ihrer Volumenanteile berechnet. Um aus der Mischpermittivität des Förderstroms den Volumenanteil des Schüttguts zu bestimmen, wird ein Festziel-Radarverfahren entwickelt. Hierzu wird das herkömmliche kopolare Radarverfahren auf ein polarimetrisches Radarverfahren erweitert. Messungen an einer eigens entwickelten pneumatischen Kreisförderanlage verifizieren die Anwendbarkeit des Pseudotransmissionsverfahrens zur Volumenanteilsbestimmung des geförderten Schüttguts.

Um eine radar-basierte Geschwindigkeitsmessung der Strömung vorzunehmen, wird ein auf der Kreuzkorrelation zweier Pseudotransmissionsmessstellen beruhendes Messkonzept entworfen. Das entwickelte Verfahren wird sowohl in Strömungssimulationen als auch an der Versuchsanlage messtechnisch verifiziert. Aufgrund desselben, grundlegenden physikalischen Messeffektes der beiden entwickelten Messverfahren ist eine redundante Anordnung von modifizierten Radargeräten ausreichend, um eine präzise Erfassung des Massendurchflusses von pneumatisch geförderten Schüttgütern zu ermöglichen.