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Neueste Erkenntnisse bei der Charakterisierung der berührungslosen Messung elektrostatischer Aufladung mittels Feldmühlen

25.11.2019

Die Zündfähigkeit einer Entladung, ausgehend von einer aufgeladenen Oberfläche, hängt mit der während des Durchbruches der Gasstrecke übertragenen Impulsladung zusammen. Neben der Impulsladung wird unter anderem der Oberflächenwiderstand oder die Fläche als Kriterium für die sicherheitstechnische Bewertung verwendet. Die Messung der elektrischen Feldstärke mittels Feldmühlen kann berührungslos erfolgen, ohne die Aufladung des Materials zu beeinflussen und ohne eine Entladung zu verursachen. Kann letzteres in jedem Anwendungsfall gewährleistet werden, so wäre das Messverfahren gefahrlos in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbar.

Um die Feldmühle als Messgerät zu etablieren, sind genaue Kenntnisse der Messmethode, die Charakterisierung der Einflussgrößen auf die Messung und die Rückführbarkeit der Messwerte auf nationale Normale erforderlich. Für die messtechnische Charakterisierung der berührungslosen Messung elektrostatischer Aufladungen wurde ein Messaufbau entwickelt, der die zu untersuchenden Parameter darstellt. Erste Ergebnisse der Charakterisierung unter idealisierten Bedingungen (homogene E-Feldkonfigurationen) zeigten, dass die Messgenauigkeit in Bezug auf Abstandsabhängigkeit und Messobjektgröße bestimmt werden können. Zusätzlich wurde eine simulationsbasierte Charakterisierung berücksichtigt. Durch Simulationen konnte ein kegelförmiges Erfassungsverfahren des Feldmühlenmesskopfes nachgewiesen werden. Hierbei wird der Messkegel durch den Messwinkel α und den betrachteten Abstand a definiert. Im nächsten Schritt wird eine messtechnische Methodik zur Bestimmung des Messwinkels α entwickelt. Das Prinzip der entwickelten Methodik ist in Abbildung 1 dargestellt. Basierend auf Mess- und Simulationsergebnissen konnte die Methodik verifiziert werden. Des Weiteren konnte der Messwinkel α = 45 °± 3 ° für die untersuchte Feldmühle ermittelt werden.

Abb. 1: Prinzip der Methodik zur messtechnischen Bestimmung des Messwinkels α (vgl. [1]) (hier: xm =
           1,11 bei a = 130 mm; dFM = 55 mm, dge = 400 mm, dHVe = 300 mm)

Referenz:

[1]    Opens external link in new windowdoi.org/10.7795/210.20190521C