CH637768A5 - Messwertgeber zur lichtelektrischen abtastung der abmessungen und anzahl von in einem gasstrahl enthaltenen teilchen. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Messwertgeber zur lichtelektrischen Abtastung der Abmessungen und Anzahl von in einem Gasstrahl enthaltenen Teilchen unter Abgabe von elektrischen Impulsen, mit einer einen Einlass (19) und einen Auslass (2)'für einen die Teilchen enthaltenen Aerosolstrahl aufweisenden Messkammer (1), die mit einer Lichtquelle (3) zur Erzeugung eines auf den Aerosolstrahl in der Messkammer (1) gerichteten konvergierenden Lichtstrahles und einem Fotoempfänger (4) verbunden ist, wobei sich die optischen Achsen der Lichtquelle (3) und des Fotoempfängers (4) zueinander und mit der Achse des Aerosolstrahles jeweils in einem rechten Winkel in der Messkammer (1) schneiden, mit einem zwischen der Lichtquelle (3) und dem Fotoempfänger (4) angeordneten, zur Übertragung eines Teiles des Lichtstrahles bestimmten Lichtkanal, der eine Blende (16) und einen mechanischen Verschluss (17) zur Erzeugung eines Lichtimpulsmusters aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtkanal zwei innerhalb der Messkammer (1) angeordnete Umlenkspiegel (14, 15) aufweist, von denen der eine (14) in der optischen Achse der Lichtquelle (3) hinter dem Schnittpunkt der optischen Achsen und der andere

(15) in der optischen Achse des Fotoempfängers (4) hinter dem Schnittpunkt angeordnet ist, und dass sowohl die Blende

(16) wie auch der Verschluss (17) zwischen den beiden Spiegeln (14,15) angeorndet sind, wobei der Verschluss (17) ein mit einem Antrieb (18) verbundenes, hin- und herbewegbares Verschlusselement aufweist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Messwertgeber nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein solcher Messwertgeber dient insbesondere zur Untersuchung der dispersen Zusammensetzung von in der Luft enthaltenen Verunreinigungen, wie beispielsweise Aerosole und Pulver. Besonders zweckmässig ist die Verwendung des Messwertgebers in Einrichtungen zur Messung der Luftverstaubung.

Bei der lichtelektrischen Analyse der dispersen Zusammensetzung von Aerosolen ist es wichtig, die Abmessungen jedes Teilchens ermitteln zu können. Die Amplitude der elektrischen Impulse am Ausgang des Messwertgebers ist proportional zu den Abmessungen der Teilchen. Ferner wird die Amplitude und damit auch die Empfindlichkeit des Messwertgebers von einer Änderung der Spannungen beeinflusst, welche die Lichtquelle und den Fotoempfänger speisen. Auch die Umgebungstemperatur kann einen Einfluss auf die Amplitude ausüben.

Eine Änderung der Amplitude der elektrischen Impulse infolge einer Änderung der Empfindlichkeit des Messwertge-bers führt zu einem Fehler in der Ermittlung der Teilchen-Abmessungen.

Zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Messung der dispersen Zusammensetzung der zu messenden Teilchen muss eine Eichung der Empfindlichkeit des Messwertgebers vorgenommen werden.

Aus der Druckschrift «Elektronika SWTSCH», 1970, Nr. 10, Seite 92, ist unter dem Titel «Lichtelektrischer Teilchenzähler A3-5» ein Messwertgeber der im Oberbegriff des. Patentanspruchs angegebenen Art bekanntgeworden. Bei diesem bekannten Messwertgeber ist der zur Übertragung eines Teiles des Lichtstrahles bestimmte Lichtkanal ausserhalb der Mess-kam'mer angeordnet und als Lichtleitung ausgeführt. Die Einrichtung zur Erzeugung eines Lichtimpulsmusters besteht aus einer am Eingang der Lichtleitung angeordneten Blende und einem als Scheibe mit einem Spalt ausgeführten mechanischen Verschluss. Der mechanische Verschluss ist mit einem in einem Gehäuse mit der Lichtleitung untergebrachten Drehantrieb verbunden.

Der Lichtkanal des bekannten Messwertgebers ist relativ lang und kompliziert aufgebaut, so dass infolge einer ungenü-5 genden Stabilität die Einhaltung einer konstanten Amplitude der zu Eichzwecken benötigten Lichtimpulse nicht gewährleistet ist.

Ferner erschwert der Drehantrieb des bekannten Messwertgebers die Synchronisierung der geeichten Lichtim-lo pulse mit den elektrischen Steuerimpulsen, die im elektronischen Teil der Einrichtung, zu welcher der Messwertgeber gehört, erzeugt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Messwertgeber zur lichtelektrischen Abtastung der Abmessunis gen und Anzahl von in einem Gasstrahl enthaltenen Teilchen zu schaffen, bei dem der zu Eichzwecken bestimmte Lichtkanal die Einhaltung einer stabilen Amplitude der Lichtimpulse gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im 20 kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemässe Messwertgeber gestattet es, die Stabilität der zu Eichzwecken dienenden Lichtimpulse und damit die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen. Darüber 25 hinaus wird die Zuverlässigkeit des Messwertgebers erhöht und dessen Fertigung vereinfacht.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den prinzipiellen Aufbau 3o eines Messwertgebers zur lichtelektrischen Abtastung der Abmessungen und Anzahl von in einem Gasstrahl enthaltenen Teilchen und

Fig. 2 eine Schnittansicht nach der Linie II-II in der Figur 1.

Der dargestellte Messwertgeber weist eine Messkammer 1 35 mit einem Austrittsstutzen 2 auf. Die Messkammer 1 ist optisch einerseits mit einer Lichtquelle 3 und andererseits mit einem Fotoempfänger 4 verbunden. Die Lichtquelle 3 erzeugt einen konvergierenden Lichtstrahl, der auf einen die Messkammer 1 durchströmenden Aerosolstrom gerichtet ist. Die 40 Messkammer 1 schützt den zugeführten Aerosolstrom und den Fotoempfänger 4 gegen äussere Lichtquellen. Die Lichtquelle 3 und der Fotoempfänger 4 sind in bezug auf die Messkammer 1 derart angeordnet, dass sich deren optische Achsen untereinander und mit der Achse des Aerosolstromes jeweils in einem 45 rechten Winkel zueinander in der Messkammer 1 schneiden. Die Lichtquelle 3 weist ein Gehäuse 5 auf, in welchem hintereinander in Richtung des Lichtstromes eine Lampe 6, eine erste Sammellinse 7, eine Blende 8 und eine zweite Sammellinse 9 untergebracht sind. Die Lichtquelle 3 kann auch eine 50 Lampe 6 mit einem Reflektor und eine Blende aufweisen oder als ein beliebiges Beleuchtungssystem ausgebildet sein, welches einen konvergierenden Lichtstrahl erzeugt.

Der Fotoepfänger 4 weist ein Gehäuse 10 auf, in welchem hintereinander in Richtung des Lichtstromes eine Sammellinse 5511, eine Blende 12 und ein Fotoelement 13 angeordnet sind. Der Fotoempfänger 4 kann auch als Linsensystem mit einer Blende und einem beliebigen lichtempfindlichen Element, beispielsweise einem Fotoelektronen-Vervielfacher einer Fotodiode, einem Fotowiderstand usw. ausgeführt sein. Der Foto-60 empfänger 4 ist dazu bestimmt, die von jedem im Gasstrom enthaltenen Teilchen ausgehenden Lichtimpulse in elektrische Impulse umzuwandeln. Die Lichtimpulse entstehen beim Auftreffen des von der Lichtquelle 3 ausgesendeten Lichtstrahles im Kreuzungspunkt zwischen dem Lichtstrahl und dem Gases strahl, in dem das Licht von den Teilchen über einen Winkel von 360° zerstreut wird, wovon der Lichtempfänger 4 lediglich den um 90° in seine Richtung abgelenkten Anteil des zerstreuten Lichtes empfängt.

Innerhalb der Messkammer 1 sind zwei Umlenkspiegel 14 und 15 angeordnet, durch welche ein zur Übertragung eines Teiles des Lichtstrahles von der Lichtquelle 3 auf den Fotoempfänger 4 bestimmter Lichtkanal gebildet ist. Der eine Spiegel 14 liegt in der optischen Achse der Lichtquelle hinter dem Schnittpunkt der sich um 90° kreuzenden optischen Achsen, und der andere Spiegel 15 liegt in der optischen Achse des Fotoempfängers 4 ebenfalls hinter dem Schnittpunkt der beiden optischen Achsen, vom Fotoempfänger 4 aus betrachtet. Zwischen den beiden Spiegeln 14 und 15 sind im Verlauf des Lichtkanals zur Erzeugung eines Lichtimpulsmusters eine Blende 16 und ein mechanischer Verschluss 17 angeordnet. Die beiden Spiegel 14 und 15 sind dabei derart ausgerichtet, dass sie den von der Lichtquelle 3 kommenden Lichtstrahl durch zweifache Umlenkung in Richtung des Lichtempfängers 4 weiterleiten. Der Verschluss 17 weist ein in die Messkammer 1 hineinragendes, durch einen Antrieb 18 hin- und herbewegbares Verschlusselement auf, welches beispielsweise eine zylindrische Stange, eine Leiste oder eine Platte sein kann. Die zwischen den beiden Spiegeln 14 und 15 angeordnete Blende" 16 weist ebenso wie die Blende 8 der Lichtquelle 3 und die Blende 12 des Fotoempfängers 4 eine runde Öffnung auf. Die Blende 16 dient zur Begrenzung des vom Spiegel 14 reflektierten Lichtstrahles der Lichtquelle 3. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verschluss 17 in Richtung des Lichtstromes vor der Blende 16 angeordnet, jedoch ist es auch möglich, ihn nach der Blende 16 anzuordnen.

Aus der Figur 2 ist ersichtlich, dass die Messkammer 1 dem Auslass-Stutzen 2 gegenüberliegend einen düsenartigen Einlass 19 aufweist, welcher den zugeführten Gasstrom strahlartig auf den Kreuzungspunkt der beiden optischen Achsen der Lichtquelle 3 und des Fotoempfängers 4 richtet. Anstelle einer konischen Düse kann der Einlass 19 auch ab Kapillare ausgebildet sein oder eine andere beliebige Form aufweisen, um den Aerosolstrom entsprechend zu richten.

Der vorstehend beschriebene Messwertgeber funktioniert folgendermassen :

Der von der Lampe 6 ausgehende Lichtstrom wird von der ersten Sammellinse 7 in der Ebene der Öffnung der Blende 8 gesammelt. Der die Öffnung der Blende 8 passierende Lichtstrom wird von der zweiten Sammellinse 9 im Innern der Messkammer 1 gesammelt, um den durch den Einlass 19 zugeführten Aerosolstrom zu beleuchten. Das durch die einzelnen in den konvergierenden Lichtstrom der Lichtquelle geratene Teilchen im Aerosolstrom zerstreute Licht wird von der Sammellinse 11 des Fotoempfängers 4 in der Ebene der Blende 12 gesammelt. Der von der Blende 12 hindurchgelassene Lichtstrom gelangt zum Fotoelement 13, welches die von den Teilchen im Aerosolstrom ausgehenden Lichtimpulse in elektrische Impulse umsetzt.

Der von der Lichtquelle 3 ausgesendete Lichtstrom wird ferner vom ersten Spiegel 14 reflektiert und gelangt durch die Öffnung der Blende 16 zum zweiten Spiegel 15, welcher den Lichtstrom in Richtung des Fotoempfängers 4 lenkt. Die

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Blende 16 begrenzt den von der Lichtquelle 3 ausgesendeten Lichtstrom, während der Verschluss 17 durch hin- und hergehende Bewegungen zu Eichzwecken dienende Lichtimpulse bestimmter Frequenz und Dauer formiert, die in den nichtdar-gestellten elektronischen Einheiten der Einrichtungen ausgewertet werden.

Der Durchmesser des ersten Umlenkspiegels 14 ist derart bemessen, dass der von ihm reflektierte Lichtstrom die Öffnung der Blende 16 voll ausleuchtet. Der Durchmesser des zweiten Umlenkspiegels 15 ist etwas grösser als der Durchmesser des von der Blende 16 begrenzten Lichtbündels.

Die Amplitude der zum Eichen bestimmten Lichtimpulse wird durch den Durchmesser der Öffnung der Blende 16 bestimmt. Der Weg des Verschlusselementes 17 ist derart gewählt, dass die Blende 16 in der einen Endstellung des Verschlusselementes vollständig geöffnet und in der anderen Endstellung vollständig geschlossen ist.

Bei geschlossener Blende 16 findet eine Registrierung und Messung der Teilchengrösse statt, welche Betriebsart dem ■ Messbetrieb entspricht, während bei offener Blende 16 auf den Eingang des Fotoempfängers 4 der vorgegebene Teil des Lichtstromes der Lichtquelle 3 gegeben wird, welche Betriebsart dem Eichbetrieb entspricht. Hierbei findet in den nichtdar-gestellten elektronischen Einheiten der Einrichtung eine Unterscheidung der Eichimpulse von den Messimpulsen statt, so dass während des Eichbetriebes die Registrierung und Mes- ' sung der Teilchengrösse unterbrochen ist.

Der Antrieb 18 des Blendenverschlusselementes 17 wird von einem nichtdargestellten Impulsspannungsgenerator angesteuert, der auch die erwähnten elektronischen Einheiten synchronisiert. Die zu Eichzwecken dienenden Lichtimpulse werden in elektrische Eichimpulse umgesetzt, welche zu den Lichtimpulsen proportional sind. Frequenz, Amplitude und Dauer der Eichimpulse werden ausgehend von der Bedienung berechnet, dass die sich aus der Amplitude und Dauer der Eichimpulse ergebende Impulsfläche wesentlich grösser ist als die Impulsfläche aller während einer Messperiode registrierten Teilchen. Die Masseinheit der Impulsfläche ist die Voltsekunde, da die Impulsfläche der Voltsekundenfläche entspricht.

Es ist auch eine andere Betriebsart des lichtelektrischen Wandlers möglich, bei welcher die Eichung des Messwertgebers vor der Messung vorgenommen wird. Hierbei wird in den elektronischen Einheiten der Einrichtung ein elektrischer Impuls erzeugt, der einen geeichten Lichtimpuls vor dem Beginn der Messung formiert. Das dem geeichten Lichtimpuls proportionale elektrische Eichsignal am Ausgang des lichtelektrischen Wandlers gelangt zu den elektronischen Einheiten der Einrichtung, in welchen es für die gesamte Messzeit gespeichert wird.

Das während des Messvorganges gemessene Teilchenmass ist dem Halbmesser eines gedachten kugelförmigen Eichteilchens gleichzusetzen.

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1 Blatt Zeichnungen