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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trübungsmessung
in einem Messmedium umfassend eine Sonde und ein Verfahren zur Trübungsmessung
mittels einer derartigen Vorrichtung.
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Trübung
entsteht in Gasen oder Flüssigkeiten durch die Anwesenheit
disperser Stoffe. Die Trübung kann durch die Wechselwirkung
zwischen elektromagnetischer Strahlung mit dem Messmedium bestimmt
werden, zum Beispiel entweder durch Messung der Intensitätsschwächung
eines das Medium durchdringenden Lichtsignals (Turbidimetrie) oder durch
Messung der Intensität des an den dispersen Teilchen gestreuten
Lichtsignals (Nephelometrie). Bei der Nephelometrie wird die Intensität
des gestreuten Lichtsignals in einem Winkel zu einem von einem Lichtsender
ausgestrahlten Messlichtstrahl bestimmt.
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Unter „Licht” wird
hier und im Folgenden nicht nur elektromagnetische Strahlung des
sichtbaren Spektralbereichs, sondern elektromagnetische Strahlung
jedweder Wellenlänge, insbesondere im infraroten Wellenlängenbereich
verstanden.
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Es
ist in diesem Zusammenhang bekannt, als Lichtsender und als Lichtempfänger
Dioden einzusetzen. Dabei wird beispielsweise als Lichtsender eine
Leuchtdiode zur Erzeugung eines in einem geeigneten Wellenlängenbereich
liegenden Messlichtsignals (z. B. Infrarotstrahlung zwischen 800
und 900 nm) verwendet. Als Lichtempfänger können
entsprechend eine oder mehrere Photodioden eingesetzt werden, die
aus dem empfangenen gestreuten Sendersignal ein Empfängersignal,
beispielsweise einen Photostrom oder eine Photospannung, erzeugen. Die
Signalstärke des Empfängersignals, hier die Photostromstärke
bzw. die Größe der Photospannung, hängt
von der auf die Detektordiode auftreffenden Lichtintensität,
also bei der Nephelometrie von der Streulichtintensität
ab. Diese korreliert wiederum unmittelbar mit der Teilchengröße
und der Konzentration der dispersen Stoffe. Bei der Trübungsmessung
in Suspensionen wird meist als Messgröße der Feststoffgehalt
in g/l bestimmt.
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Herkömmliche
Sonden zur Trübungsmessung weisen einen festen Signalpfad
mit einer festgelegten Länge auf, entlang dessen ein von
einem Lichtsender ausgesendetes Sendersignal zu einem Lichtempfänger
gelangt. Bei einem nach einem Mehrstrahlwechsellicht-Verfahren arbeitenden
Trübungssensor sind mehrere solcher festen Signalpfade
vorgesehen. Dies ermöglicht die Erfassung von Referenzsignalen,
die dazu verwendet werden können, Störgrößen
wie Bauteilschwankungen oder Verschmutzungen einzelner Lichtsender
oder Lichtempfänger zu eliminieren. Das Empfängersignal
wird über eine Sensorschaltung erfasst, digitalisiert und an
eine Auswerteeinheit zur Bestimmung des Trübungswerts,
insbesondere des Feststoffgehalts, weitergegeben.
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Eine
Sonde zur Trübungsmessung mit festen Signalpfaden ist in
der Regel für einen begrenzten Wertebereich des Feststoffgehalts
ausgelegt. Liegt im Messmedium ein Feststoffgehalt vor, der diesen Wertebereich überschreitet,
kann der Lichtempfänger entweder kein Signal mehr detektieren,
oder das den Empfänger erreichende Lichtsignal ist so schwach,
dass die Auswertung des Signals mit einer nicht tolerierbaren Messunsicherheit
behaftet ist. Liegt im Messmedium andererseits ein so geringer Feststoffgehalt
vor, dass der begrenzte Wertebereich der Sonde unterschritten wird,
besteht die Gefahr, dass das Empfängersignal den dynamischen
Bereich der Sensorschaltung überschreitet, so dass das
Signal nicht mehr ausgewertet werden kann.
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Eine
aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme zur Erhöhung
der Dynamik von Trübungssensoren mit festen Signalpfaden
ist es, das Empfängersignal durch Verstärkerschaltungen
oder durch Integration, z. B. mittels einer Integratorschaltung
nach Bedarf zu verstärken. Trotzdem ist der Messbereich
derartiger Trübungssensoren begrenzt.
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Es
ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Trübungsmessung
in einem Messmedium anzugeben, die universell für Messmedien
mit Feststoffkonzentrationen eines sehr großen Wertebereichs
verwendet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Trübungsmessung
in einem Messmedium umfassend eine Sonde mit einem Sondenkopf, welcher
während der Messung von Messmedium umgeben ist, wobei im
Sondenkopf mindestens ein erster Lichtsender und ein erster Lichtempfänger
aufgenommen sind, wobei der Lichtsender dazu ausgelegt ist, bei
Anregung ein Sendersignal in Form eines Strahlenbündels
mit einem Hauptstrahl zu emittieren,
wobei der erste Lichtempfänger
in einem Winkel zum Hauptstrahl des Sendersignals ausgerichtet ist,
um ein aus dem Sendersignal im Messmedium erzeugtes Streulichtsignal
zu empfangen,
wobei im Sondenkopf mindestens ein zweiter Lichtempfänger
in einem größeren Abstand zu dem ersten Lichtsender
aufgenommen ist als der erste Lichtempfänger, wobei der
zweite Lichtempfänger im gleichen Winkel zum Hauptstrahl
des Sendersignals ausgerichtet ist wie der erste Lichtempfänger.
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Ein
in einem bestimmten Winkel zum Hauptstrahl ausgerichteter Lichtempfänger
ist derart positioniert, dass eine Normale seiner lichtempfindlichen Oberfläche
mit dem Hauptstrahl des Sendersignals diesen Winkel einschließt.
Der Hauptstrahl ist der zentrale Strahl des Strahlenbündels.
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Indem
zwei Lichtempfänger vorgesehen sind, die im gleichen Winkel
zum Hauptstrahl des Sendersignals ausgerichtet sind wie der erste
Lichtempfänger, die aber unterschiedliche Abstände
zum Lichtsender aufweisen, so dass zwei Signalpfade unterschiedlicher
Länge vorgesehen sind, kann je nach Höhe eines
im Messmedium vorliegenden Feststoffgehalts derjenige Lichtempfänger
bzw. derjenige Signalpfad zur Auswertung und zur Bestimmung der Trübung
ausgewählt werden, dessen Empfängersignalstärke
optimal zur weiteren Verarbeitung durch die Sensorschaltung und/oder
Auswertung durch die Auswerteeinheit ist. Auf diese Weise kann ein
und dieselbe Sonde für einen breiten Trübungsbereich, insbesondere
einen breiten Wertebereich des Feststoffgehalts, eingesetzt werden.
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In
einer Ausgestaltung sind im Sondenkopf ein zusätzlicher
zweiter Lichtsender, ein zusätzlicher dritter Lichtempfänger
und mindestens ein zusätzlicher vierter Lichtempfänger
gegenüber dem ersten Lichtsender, dem ersten Lichtempfänger
und dem zweiten Lichtempfänger spiegelsymmetrisch bezüglich
einer Sonden-Symmetrieebene angeordnet.
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In
dieser Ausgestaltung werden zwei weitere Signalpfade zur Messung
eines Streulichtsignals zur Verfügung gestellt. Durch die
spiegelsymmetrische Anordnung des zweiten Lichtsenders und des dritten und
vierten Lichtempfängers gegenüber dem ersten Lichtsender
und dem ersten und zweiten Lichtempfänger sind die zusätzlichen
Signalpfade äquivalent zu den ersten Signalpfaden vom ersten
Lichtsender zum ersten bzw. zweiten Lichtempfänger. Die
ersten Signalpfade und die zusätzlichen Signalpfade können
somit gegenseitig als Referenzpfade herangezogen werden.
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In
einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung weist der Sondenkopf mindestens
eine ebene Frontfläche mit Aufnahmen für den ersten
und zweiten Lichtsender und den ersten, zweiten, dritten und vierten
Lichtempfänger auf, wobei die Sonden-Symmetrieebene senkrecht
zu der ebenen Frontfläche verläuft.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung sind der
dritte und vierte Lichtempfänger im gleichen Winkel zum
Hauptstrahl eines bei Anregung des zweiten Lichtsenders emittierten
Sendersignals in Form eines Strahlenbündels ausgerichtet wie
der erste und zweite Lichtempfänger zum Hauptstrahl des
Sendersignals des ersten Lichtsenders.
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In
einer zweiten Ausgestaltung weist der Sondenkopf neben einer ersten
ebenen Frontfläche eine weitere zweite ebene Frontfläche
auf, welche sich mit der ersten ebenen Frontfläche in einer Schnittgeraden
schneidet, und wobei in der zweiten Frontfläche ein zusätzlicher
fünfter Lichtempfänger im gleichen Winkel zum
Hauptstrahl eines vom ersten Lichtsender emittierten Sendersignals
ausgerichtet ist wie der erste und zweite Lichtempfänger,
um ein aus dem Sendersignal des ersten Lichtsenders im Messmedium
erzeugtes Streulichtsignal zu empfangen, und wobei in der zweiten
Frontfläche ein zusätzlicher sechster Lichtempfänger
in einem Winkel zum Hauptstrahl eines vom zweiten Lichtsender emittierten
Sendersignals ausgerichtet ist wie der dritte und vierte Lichtempfänger,
um ein aus dem Sendersignal des zweiten Lichtsenders im Messmedium
erzeugtes Streulichtsignal zu empfangen.
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Diese
zweite gegenüber der ersten Frontfläche geneigte
Frontfläche dient zur Abschattung des fünften
und sechsten Lichtempfängers gegen unerwünschtes
Streulicht.
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In
einer Weiterbildung ist der zusätzliche fünfte
Lichtempfänger spiegelsymmetrisch gegenüber dem
sechsten Lichtempfänger bezüglich der Sonden-Symmetrieebene
angeordnet.
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In
einer Weiterbildung bildet die Schnittgerade der ersten Frontfläche
und der zweiten Frontfläche eine Normale der Sonden-Symmetrieebene.
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Die
zweite Ausgestaltung erlaubt wiederum die Eliminierung von Störeffekten
bei der Auswertung der Empfängersignale, da der Signalpfad
vom ersten Lichtsender zum fünften Lichtempfänger äquivalent zu
dem Signalpfad vom zweiten Lichtsender zum sechsten Lichtempfänger
ist. Somit kann das eine Empfängersignal als Referenz für
das andere Empfängersignal herangezogen werden.
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In
einer Weiterbildung der ersten oder zweiten Ausgestaltung ist im
Sondenkopf zwischen der Aufnahme für den ersten Lichtsender
und mindestens einer der Aufnahmen für den dritten, vierten
oder sechsten Lichtempfänger mindestens eine erste Bohrung
vorgesehen, und im Sondenkopf zwischen der Aufnahme für
den zweiten Lichtsender und mindestens einer der Aufnahmen für
den ersten, zweiten oder sechsten Lichtempfänger ist mindestens
eine zweite Bohrung vorgesehen, so dass mindestens ein Teil des
bei Anregung des ersten Lichtsenders emittierten Sendersignals durch
die erste Bohrung zum dritten, vierten und/oder sechsten Lichtempfänger gelangt,
und mindestens ein Teil des bei Anregung des zweiten Lichtsenders
emittierten Sendersignals durch die zweite Bohrung zum ersten, zweiten und/oder
fünften Lichtempfänger gelangt.
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Mit
dieser Ausgestaltung können zusätzliche Referenzsignale
zur Verfügung gestellt werden, die auf direktem Weg ohne
Einfluss des Messmediums vom jeweiligen Lichtsender zu einem Lichtempfänger gelangen.
Diese Referenzsignale können dazu verwendet werden, Einflüsse
von Bauteilschwankungen der Lichtsender oder Lichtempfänger
festzustellen und bei der Bestimmung des Feststoffgehalts des Messmediums
zu eliminieren.
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In
einer Weiterbildung aller hier beschriebenen Ausgestaltungen sind
der erste und der zweite Lichtsender abwechselnd betreibbar.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung sind der erste und/oder der zweite
Lichtsender derart bezüglich der ersten Frontfläche
ausgerichtet, dass das von dem ersten und dem zweiten Lichtsender
emittierte Sendersignal in Form eines Strahlenbündels einen Hauptstrahl
aufweist, welcher mit der Flächennormalen der ersten Frontfläche
einen Winkel von mindestens 65° einschließt. Der
Sender ist also so ausgerichtet, dass der Hauptstrahl die Frontfläche
der Sonde in einem flachen Winkel überstreicht. Auf diese Weise
ist der Signalpfad des an dispersen Teilchen im Messmedium gestreuten
Lichtsignals bis zu einem in einer Frontfläche des Sondenkopfes
aufgenommenen Empfänger kurz gehalten, so dass auf die Lichtempfänger
auch bei starken Trübungen eine möglichst hohe
Lichtintensität auftrifft.
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In
einer Weiterbildung sind der erste, der zweite und/oder der fünfte
Lichtempfänger bezüglich des Hauptstrahls eines
vom ersten Lichtsender emittierten Sendersignals in einem Winkel
ausgerichtet, der unter Berücksichtigung der Brechung des
Sendersignals im Messmedium und an gegebenenfalls vorgesehenen Fenstern
und/oder optischen Elementen derart gewählt ist, dass der
erste, der zweite und/oder der fünfte Lichtempfänger
ein in einem Winkel von im Wesentlichen 90° im Messmedium
gestreutes Lichtsignals empfängt, und der dritte, der vierte
und/oder der sechste Lichtempfänger sind bezüglich
des Hauptstrahls eines vom zweiten Lichtsender emittierten Sendersignals
in einem Winkel ausgerichtet, der unter Berücksichtigung
der Brechung des Sendersignals im Messmedium und an gegebenenfalls
vorgesehenen Fenstern und/oder optischen Elementen derart gewählt
ist, dass der dritte, der vierte und/oder der sechste Lichtempfänger ein
in einem Winkel von im Wesentlichen 90° im Messmedium gestreutes
Lichtsignal empfängt. Ist die Brechung im Messmedium und
an gegebenenfalls im Signalpfad vorhandenen Fenstern und/oder optischen
Elementen vernachlässigbar, sind der erste, zweite und/oder
fünfte Lichtempfänger bezüglich des Hauptstrahls
eines vom ersten Lichtsender emittierten Sendersignals im Wesentlichen
in einem Winkel von 90° ausgerichtet und der dritte, vierte
und/oder sechste Lichtempfänger sind bezüglich
des Hauptstrahls eines vom zweiten Lichtsender emittierten Sendersignals
im Wesentlichen in einem Winkel von 90° ausgerichtet.
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In
einem Verfahren zur Trübungsmessung mit der zuvor beschriebenen
Vorrichtung wird mindestens einer der Lichtsender zur Emission eines Sendersignals
angeregt, wobei mindestens ein Empfängersignal, welches
von einem Lichtempfänger bei Empfang des im Messmedium
gestreuten Sendersignals erzeugt wird, zur Ermittlung eines Trübungswertes
verwendet wird, wobei derjenige Lichtempfänger, dessen
Empfängersignal zur Ermittlung des Trübungswertes
verwendet wird, in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt des
Messmediums ausgewählt wird.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das zur Ermittlung des Trübungswertes
verwendete Empfängersignal auf ein Referenzsignal bezogen, wobei
als Referenzsignal ein Signal eines Lichtempfängers dient,
welcher einen Teil des Sendersignals des angeregten Lichtsenders
durch die Bohrung zwischen der Aufnahme für den Lichtsender
und der Aufnahme für den Lichtempfänger empfängt.
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Für
die Trübungsmessung in einem Messmedium mit einem hohen
Feststoffgehalt, insbesondere von mehr als 600 FNU oder 80 bis 150
g/l, werden vorteilhafterweise die Empfängersignale mindestens
eines der den Lichtsendern am nächsten liegenden Lichtempfänger
zur Ermittlung des Trübungswertes verwendet.
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Die
Einheit FNU (Formazine Nephelometric Units) ist eine Kalibriereinheit
gemäß der Norm ISO 7027 für
Trübungsmessungen im Streulichtverfahren, bezogen auf eine
Formazin-Kalibrierlösung. Der Text dieser internationalen
Norm „Water quality; Determination of turbidity” (Wasserbeschaffenheit;
Bestimmung der Trübung) ist in der deutschen Norm DIN
38404 Teil 2 und ihrer europäischen Version EN 27027 enthalten.
Sie enthält eine detaillierte Vorschrift zur Herstellung
der Formazin-Lösung und zur Kalibrierung der Trübungsmessgeräte.
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Die
Einheit g/l ist bezogen auf eine Kalibriersuspension, die einen
entsprechenden Kieselgur-Gehalt pro Liter Wasser enthält.
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Für
die Trübungsmessung in einem Messmedium mit einem niedrigen
Feststoffgehalt, insbesondere 0 bis 20 FNU oder 0 bis 12 g/l, werden
vorteilhafterweise die Empfängersignale mindestens eines
der in der zweiten Frontfläche angeordneten Lichtempfänger
zur Ermittlung des Trübungswertes verwendet.
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Für
die Trübungsmessung in einem Messmedium mit einem mittleren
Feststoffgehalt, insbesondere von 20 bis 600 FNU oder 12–80
g/l, werden die Empfängersignale derjenigen in der ersten
Frontfläche angeordneten Lichtempfänger zur Auswertung ausgewählt
werden, welche ein Empfängersignal von gerade noch auswertbarer
Intensität erzeugen.
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Der
Wertebereich in dem die beschriebene Vorrichtung zur Trübungsmessung
betrieben werden kann, bzw. mit dem beschriebenen Verfahren betrieben
wird, umfasst aufgrund der zur Verfügung stehenden mehreren
zur Messung auswählbaren Signalpfade unterschiedlicher
Länge Werte zwischen 0 und mehr als 1000 NTU bzw. 0 bis
mehr als 100 g/l.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
beschrieben und erläutert. Es zeigt die einzige
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Fig.
eine schematische Darstellung der Aufsicht auf den Sondenkopf.
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Der
in der Fig. schematisch in Aufsicht dargestellte Sondenkopf 1 weist
eine ebene erste Frontfläche 3 und eine dazu geneigte
ebene zweite Frontfläche 5 auf. In der ersten
Frontfläche 3 sind zwei Lichtsender S1 und S2,
sowie vier Lichtempfänger E1, E2, E3 und E4 aufgenommen.
Die Lichtsender sind als getaktete Infrarot-Leuchtdioden ausgestaltet, welche
bei Anregung ein Lichtsignal einer Wellenlänge von ca.
880 nm emittieren. Die Lichtempfänger sind Silizium-Photodioden
mit Tageslichtsperrfiltern.
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Der
Lichtsender S1 und die Lichtempfänger E3 und E4 sind gegenüber
dem Lichtsender S2 und den Lichtempfängern E1 und E2 spiegelsymmetrisch bezüglich
der Sonden-Symmetrieebene SE angeordnet. In der Darstellung in 1 verläuft
die Sonden-Symmetrieebene SE senkrecht zur Zeichenebene und zur
Frontfläche 3. Die Lichtsender S1 und S2, die
Lichtempfänger E1 und E3 sowie die Lichtempfänger
E2 und E4 liegen sich jeweils spiegelbildlich gegenüber.
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Dabei
bezieht sich die Sonden-Symmetrieebene SE im Wesentlichen auf die
Anordnung der Lichtsender und der Lichtempfänger. Der Sondenkopf 1 kann
insgesamt ebenfalls spiegelsymmetrisch zur Sonden-Symmetrieebene
SE gestaltet sein. Es beeinträchtigt die Trübungsmessung
jedoch nicht, wenn beispielsweise die Form des Sondenkopfes 1 von
der Spiegelsymmetrie abweicht, so lange die Lichtsender und Lichtempfänger
spiegelbildlich zur Sonden-Symmetrieebene SE angeordnet sind.
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Eine
zweite ebene Frontfläche 5 schneidet die erste
Frontebene 3 in einer Schnittgeraden 11, welche
senkrecht zur Sonden-Symmetrieebene SE verläuft. In der
zweiten Frontfläche 5 sind zwei weitere Lichtempfänger
E5 und E6 aufgenommen, die ebenfalls zueinander spiegelsymmetrisch
bezüglich der Sonden-Symmetrieebene SE angeordnet sind.
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Die
Aufnahme für den Lichtsender S1 ist mit der Aufnahme für
den benachbarten Lichtempfänger E3, der auf der gleichen
Seite der Sonden-Symmetrieebene SE liegt wie der Lichtsender S1, über
eine Bohrung 7 verbunden. Die Bohrung 7 verläuft
vollständig innerhalb des Sondenkopfes 1, so dass
das Messmedium nicht in die Bohrung 7 eindringen kann. Um
sicherzustellen, dass kein Messmedium in die Bohrung 7 eindringt,
kann diese mit einem Epoxidharz ausgegossen sein. Dies gewährleistet
konstante optische Bedingungen innerhalb der Bohrung 7.
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Die
Aufnahme für den Lichtsender S2 ist mit der Aufnahme für
den benachbarten Lichtempfänger E1, der auf der gleichen
Seite der Sonden-Symmetrieebene SE liegt wie der Lichtsender S2,
durch eine Bohrung 9 verbunden. Die Bohrung 9 ist
analog ausgestaltet wie die Bohrung 7.
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Zur
Bestimmung eines Trübungswerts wird zunächst der
Lichtsender S1 angeregt, ein Sendersignal zu emittieren. Das Sendersignal
der oben beschriebenen Leuchtdiode hat die Form eines Strahlenbündels
mit einem zentralen Hauptstrahl. Der Lichtsender S1 ist derart in
die Frontfläche 3 des Sondenkopfes 1 aufgenommen,
dass der Hauptstrahl die Frontfläche 3 in einem
flachen Winkel überstreicht.
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Dabei
erreicht auf einem ersten Signalpfad ein Teil des vom Lichtsender
emittierten Strahlenbündels durch die Bohrung 7 die
Aufnahme für den Lichtempfänger E3. Idealerweise
ist der Lichtempfänger E3 so ausgerichtet, dass er bei
Anregung des Lichtsenders S1 ausschließlich auf diesem
Signalpfad ein Lichtsignal und im Wesentlichen kein Streulicht aus dem
Messmedium empfängt. Der Lichtempfänger E1 ist
gegenüber S1 so ausgerichtet, dass er unter Berücksichtigung
der Brechung des Messmediums ein im Winkel von 90° zum
Hauptstrahl des Sendersignals gestreutes Streulichtsignal auf einem
zweiten Signalpfad empfängt.
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Im
Wechsel mit dem Lichtsender S1 wird der Lichtsender S2 angeregt.
Wie zuvor für den Lichtsender S1 beschrieben, erfasst bei
Anregung des Lichtsenders S2 der Lichtempfänger E3 auf
einem dritten Signalpfad ein Streulichtsignal im Winkel von 90° zur Hauptstrahlrichtung
des vom Lichtsender S2 emittierten Sendersignals, während
der Lichtempfänger E1 durch die Bohrung 9 einen
Teil des vom Lichtsender S2 emittierten Strahlenbündels
auf einem vierten Signalpfad empfängt, der nicht vom Messmedium
beeinflusst wird. Der Lichtempfänger E1 ist so ausgerichtet,
dass er bei Anregung des Lichtsenders S2 im Wesentlichen kein Streulicht
aus dem Messmedium empfängt.
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Die
Aufnahmen für die Lichtsender S1, S2 und die Lichtempfänger
E1, E2, E3, E4, E5, E6 im Sondenkopf können mit Fenstern
gegenüber dem Messmedium abgeschlossen sein. In diesem
Fall ist bei der Ausrichtung der Lichtempfänger E1, E2,
E3, E4, E5, E6 bezüglich des Hauptstrahls der von den Lichtsendern
S1, S2 emittierten Sendersignale die Lichtbrechung an den Fenstern
und im Messmedium berücksichtigt. Idealerweise sind die
Lichtempfänger E1, E2 und E5 gegenüber dem Hauptstrahl
des vom Lichtsender S1 emittierten Signals in einem derartigen Winkel
ausgerichtet, dass sie ein im Winkel von 90° gestreutes
Lichtsignal empfangen, wobei gegebenenfalls die Lichtbrechung an
den Fenstern und im Messmedium berücksichtigt ist. Analog
sind die Lichtempfänger E3, E4 und E6 bezüglich
des Lichtsenders S2 ausgerichtet.
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Zur
Formung, insbesondere zur Fokussierung des von den Lichtsendern
S1 und S2 emittierten Sendersignals können anstatt oder
zusätzlich zu den Fenstern optische Elemente, z. B. Prismen
vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ können
den Lichtempfängern E1, E2, E3, E4, E5 und E6 weitere optische
Elemente, insbesondere Prismen zugeordnet sein, um die Streulichtsignale
und/oder durch Bohrungen 7, 9 direkt, d. h. ohne
Kontakt mit dem Messmedium, empfangene Signale, auf die lichtempfindliche
Oberfläche der Lichtempfänger zu bündeln.
Bei der Ausrichtung der Lichtsender bezüglich der Hauptstrahlrichtung
ist der Einfluss dieser optischen Elemente ebenfalls zu berücksichtigen.
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Das
beschriebene Verfahren ist dem aus dem Stand der Technik bekannten
Vierstrahl-Wechsellicht-Verfahren zur Trübungsmessung verwandt. Im
Unterschied zu diesem Verfahren haben in der hier beschriebenen
Variante zwei der vier Signalpfade keinen Kontakt mit dem Messmedium.
Trotzdem können die Empfängersignale in analoger
Weise wie beim Vierstrahl-Wechsellichtverfahren mittels einer Sensorschaltung
und/oder einer Auswertungseinheit, insbesondere einer Datenverarbeitungsanlage,
ausgewertet werden. Die Art der Auswertung ist beispielsweise bekannt
aus
DE 41 42 938 C2 oder
US 5 140 168 .
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Zur
Bestimmung der Trübung in einem stark getrübten
Messmedium, insbesondere bei einem Feststoffgehalt im Bereich von
mehr als 600 FNU oder 80 bis 150 g/l, werden die Empfängersignale
der Lichtempfänger E1 und E3 ausgewertet, die bei sequenzieller
Anregung der Lichtsender S1 und S2 auf den vier beschriebenen Signalpfaden
erhalten werden.
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In
einem schwach getrübten Messmedium, insbesondere bei einem
Feststoffgehalt im Bereich von 0 bis 20 FNU oder 0 bis 12 g/l, werden
die von den Lichtempfängern E5 und E6 empfangenen Streulichtsignale
ausgewertet. Als dritter und vierter Signalpfad können
dabei jeweils der Signalpfad vom Lichtsender S1 durch die Bohrung 7 zum
Lichtempfänger E3 und der Signalpfad vom Lichtsender S2 zum
Lichtempfänger E1 durch die Bohrung 9 verwendet
werden.
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Alternativ
können im Sondenkopf zusätzliche Bohrungen zwischen
dem Lichtsender S1 und dem Lichtempfänger E6 sowie dem
Lichtsender S2 und dem Lichtempfänger E5 als weitere außerhalb
des Messmediums verlaufende Signalpfade vorgesehen sein (nicht in 1 gezeigt).
In diesem Fall können zur Auswertung die von den Lichtempfängern
E5 und E6 bei sequenzieller Anregung der Lichtsender S1 und S2 empfangenen
Streulichtsignale und die beiden Empfängersignale der Lichtempfänger
E6 und E5 zur Ermittlung des Feststoffgehalts ausgewertet werden.
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Da
der Feststoffgehalt des Messmediums keinen Einfluss auf die Signalpfade
hat, welche innerhalb der Bohrungen 7, 9 verlaufen,
ist es auch möglich, die von allen Empfängern
E1, E2, E5 oder E3, E4 und E6 erhaltenen Streulichtsignale jeweils
unter Verwendung der die Bohrungen 7 und 9 erhaltenen Empfängersignale
der Lichtempfänger E1 und E3 als drittem und viertem Signalpfad
auszuwerten.
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In
einem Messmedium mittlerer Trübung, insbesondere mit einem
Feststoffgehalt im Bereich von 20 bis 600 FNU oder 12–80
g/l, werden zur Auswertung die Empfängersignale derjenigen
Lichtempfänger ausgesucht, die ein Empfängersignal
von gerade noch auswertbarer Intensität erzeugen, d. h.
deren Empfängersignale eine Intensität aufweisen,
die bei einer weiteren Verarbeitung durch die Sensorschaltung ein
ausreichendes Signal/Rausch-Verhältnis ermöglichen
und deren Intensität gleichzeitig ausreichend gering ist,
dass der Dynamikbereich der Messschaltung nicht überschritten
wird. Die zur Auswertung bestimmten Lichtempfänger werden
entweder von einer Bedienperson oder automatisiert von der Auswertungseinheit
ausgewählt. Die Auswertungseinheit trifft die Auswahl entweder
anhand des aktuellen Messwerts mittels einer Plausibilitätsprüfung
oder anhand der zuletzt durchgeführten Messung. Im Fall
der Auswahl anhand der zuletzt durchgeführten Messung wird
anhand des in dieser Messung ermittelten Feststoffgehalts das zur
Bestimmung des neuen Feststoffgehalts verwendete Lichtempfängerpaar
ausgewählt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4142938
C2 [0047]
- - US 5140168 [0047]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Norm ISO 7027 [0029]
- - Norm DIN 38404 Teil 2 [0029]
- - EN 27027 [0029]