Markus Speletz,
"Entwicklung eines kapazitiven Sensorensystems zur Erkennung dynamischer Flammenausbreitung in Rohren"
, 2023
Original Titel:
Entwicklung eines kapazitiven Sensorensystems zur Erkennung dynamischer Flammenausbreitung in Rohren
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Derzeit wird für die Prävention von Staubexplosionen hauptsächlich eine Kombination aus optischen Sensoren und Drucksensoren eingesetzt. Drucksensoren finden dabei ihr Einsatzgebiet meistens direkt im Behälter. Für die Erkennung in den Rohrleitungen sind dagegen optische Sensoren besser geeignet. Für eine zuverlässige Erkennung werden diese
Sensoren immer in Kombination miteinander verwendet. Da die Kosten der Sensoren sehr hoch sind, soll in dieser Arbeit ein alternatives Sensorprinzip untersucht werden.
Untersucht wird eine mögliche alternative Sensorlösung mittels kapazitiver Flammenerkennung. Zu Beginn wird mit einer Finite Elemente Simulation (FEM-Simulation) eine
geeignete Elektrodenkonfiguration gesucht. Die Basis dafür bildet ein bereits vorhandener ähnlicher Aufbau. Dieser wird in seinen Dimensionen verkleinert um für Versuche mit
anorganischem Material geeignet zu sein. Das Funktionsmuster wird über einem PVC-Rohr aufgebaut. Um praktische Versuche
durchzufuhren, wird eine Stichflamme über eine Staubexplosion erzeugt. Die Stichflamme wird dabei im Rohr mit Hilfe eines Zündmechanismus erzeugt. Anschließend wird
eine Kapazitätsänderung aufgrund der Flamme gemessen. Die Versuche werden mit verschiedenen pulverförmigen (organischen und anorganischen) Chemikalien durchgeführt.
Zusätzlich wird der grundlegende Effekt der Kapazitätsänderung genauer untersucht. Dabei wird auf die Frequenzabhängigkeit der Permittivität der gemessenen Flamme näher
eingegangen. Durch Auswertung der Messungen mit zwei verschiedenen Frequenzen wird
dabei über die Kapazität auf die Permittivität und Leitfähigkeit der Flamme zurück gerechnet. Der Zusammenhang wird auch formelmäßig hergeleitet und in einer Simulation
nachgewiesen. Abschließend werden weitere Messungen mit chemischen Zundern aus der Pyrotechnik durchgeführt. Dabei wird die minimale Erkennungsgrenze des Sensors bestimmt.
Forschungs-