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Messmethoden zum Erfassen der Ladungstrennung beim Versprühen von Wasser unter hohem Druck

01.12.2020

Normales Leitungswasser besitzt als polare Flüssigkeit die Eigenschaft elektrische Doppelschichten zur umgebenden Luft auszubilden. Die negative Ladung dieser Doppelschicht ist in der äußeren Schicht des Tropfens zu finden. Die positive Ladung zeigt in das Tropfeninnere. Die Bildung von Überschussladungen erfolgt, wenn die äußere negative Schicht vom Tropfenrumpf abgerissen wird. Die abgelösten feinen Tropfen (Aerosol) besitzen eine negative Überschussladung. Der verbleibende Tropfenrumpf besitzt eine positive Überschussladung [1].

Die beschriebene Ladungstrennung wird durch das Hochdruckversprühen von Wasser hervorgerufen. Im Behälter sind aufgrund dessen immer positiv und negativ geladene Tropfen zu finden. Feldstärkenmessgeräte besitzen eine mit dem Abstand zum Messobjekt größer werdende kreisrunde Messfläche [3]. In Abhängigkeit der Düsenausrichtung resultiert eine Mittelung aus den in der Messfläche befindlichen Überschussladungen:

 

Die alleinige Messung der elektrischen Feldstärke kann die lokalen Max- bzw. Minima dieser räumlich getrennten Potentiale nicht erfassen. Für eine sicherheitstechnische Betrachtung ist die alleinige Messung der elektrischen Feldstärke nicht ausreichend. Um zu verstehen, wo die räumliche Trennung erfolgt, ist eine ortsaufgelöste Messung der Potentiale nutzbar.


[1] Lüttgens, G., Schubert, W., Lüttgens, S., von Pidoll, U., Emde, S. (2019). Statische Elektrizität Durchschauen-Überwachen-Anwenden. Erste Auflage. Wiley-VCH Verlag, Weinheim.

[2] Schierding, C., Möckel, D., Thedens, M., Beyer, M. (2019). Neueste Erkenntnisse bei der Charakterisierung der berührungslosen Messung elektrostatischer Aufladung mittels Feldmühlen. 15. BAM-PTB-Kolloquium, DOI: 10.7795/210.20190521C