DE102009027929B4

DE102009027929B4 - Trübungsmessgerät und ein Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Trübstoffs

Info

Publication number: DE102009027929B4
Application number: DE102009027929.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Müller; Rüdiger Frank
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: CN101963575B; US8213016B2; CN101963575A; DE102009027929A1; US20110019194A1

Abstract

Trübungsmessgerät mit einer Vierstrahlwechsellicht-Anordnung zum Erfassen der Trübung eines Messmediums, umfassend:eine erste Lichtquelle (L1) und eine zweite Lichtquelle (L2);einen ersten Empfänger (E1) und einen zweiten Empfänger (E2),wobei ein erster direkter Messpfad von der ersten Lichtquelle (L1) durch ein Messmedium zum ersten Empfänger (E1) verläuft,wobei ein zweiter direkter Messpfad von der zweiten Lichtquelle (L2) zum zweiten Empfänger (E2) verläuft,wobei ein erster indirekter Messpfad von der Lichtquelle (L1) durch das Messmedium zu dem zweiten Empfänger (E2) verläuft,wobei ein zweiter indirekter Messpfad von der zweiten Lichtquelle (L2) durch das Messmedium zu dem ersten Empfänger (E1) verläuft,wobei das Trübungsmessgerät eine Auswertungsschaltung aufweist, mit der die Trübung als Funktion eines Quotienten A/B bestimmbar ist,wobei einer der Terme A oder B eine Funktion zumindest der über die direkten Messpfade erfassten Signale ist, undwobei der jeweils andere Term eine Funktion zumindest der über die indirekten Messpfade erfassten Signale ist,dadurch gekennzeichnet, dass in einen der beiden Terme A oder B zumindest ein erstes Monitor-Signal eingeht, das von der Intensität der ersten Lichtquelle abhängt, wobei das Licht von der ersten Lichtquelle (L1) ohne Wechselwirkung mit dem Messmedium zu dem Monitor gelangt, wobei das Monitor-Signal zu mindestens einem der über die Messpfade erfassten Signale, die in den Term A oder B eingehen, addiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trübungsmessgerät und ein Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Trübstoffs in einem Medium, insbesondere ein Trübungsmessgerät nach dem Vierstrahlwechsellicht-Prinzip und ein Verfahren unter Verwendung des Vierstrahlwechsellicht-Prinzips.
Ein Trübungsmessgerät nach dem Vierstrahlwechsellicht-Prinzip umfasst mindestens zwei Lichtquellen und mindestens zwei Empfänger, wobei zwischen den beiden Messquellen und den beiden Empfängern vier Messpfade definiert sind, über welchen von den Lichtquellen imitiertes Licht zu den Empfänger gelangt, wobei zumindest auf zwei Messpfade das Licht durch Streuung zu den Empfänger gelangt. Allgemein ist das Signal S_ij (T) des Empfängers E_j, welcher von der Lichtquelle L_i emittiertes Licht nach der Wechselwirkung mit einem Messmedium empfängt, durch Gleichung 1 gegeben. $S_{i j} (T) = I_{i} \cdot c_{i j} \cdot T \cdot e^{- \frac{T \cdot X_{i j}}{λ}}$
Hierbei ist I_i die Intensität des emittierten Lichts, C_ij eine Konstante, welche von dem geometrischen Randbedingungen des Trübungsmessgeräts und den Streueigenschaften des Trübungsstoffs abhängt, X_ij die Messpfadlänge in dem Messmedium zwischen der Lichtquelle L_i und dem Empfänger E_j und λ ein Koeffizient, welcher die Streu- und Absorptionseigenschaften des Trübstoffs bezüglich des eingestrahlten Lichts beschreibt, wobei der Trübstoff in einer Konzentration T vorliegt.
Um den Einfluss veränderlicher Geräteparameter wie beispielsweise der Intensität des eingestrahlten Lichts I₁, I₂ und Transmissionseigenschaften von Fenstern zu eliminieren, wird die in Gleichung 2 definierte Messgröße VWL(T) eingeführt, deren explizite Darstellung in Gleichung 3 gegeben ist. $V W L (T) = \frac{S_{11} (T) \cdot S_{22} (T)}{S_{12} (T) \cdot S_{21} (T)}$
$V W L (T) = \frac{c_{11} \cdot c_{22}}{c_{12} \cdot c_{21}} \cdot e^{T \frac{X_{12} + X_{21} - X_{11} - X_{22}}{λ}}$
Darin ist zu erkennen, dass die Messgröße VWL(T) unabhängig von den eingestrahlten Intensitäten ist und die Abhängigkeit von der Trübstoffkonzentration T nur noch in der Exponentialfunktion vorkommt.
Unterstellt man weiterhin eine Symmetrie in dem Aufbau des Trübungsmessgerätes, die bedingt, das c₁₁=c₂₂ und c₁₂=c₂₁ sowie X₁₁=X₂₂=X_direkt und X₁₂=X₂₁=X_indirekt, so kann die Messgröße VWL(T) in der Form von Gleichung 4 dargestellt werden $V W L (T) = c \cdot e^{2 \cdot T \frac{X_{i n d i r e k t} - X_{d i r e k t}}{λ}}$
wobei c den Quotienten der Koeffizienten zusammenfasst.
In 4a ist ein exemplarischer Verlauf eines solchermaßen dargestellten VWL-Signals als Funktion des Trübstoffgehalts Tals durchgezogene Linie dargestellt. Für hohe Trübstoffkonzentrationen ist das VWL-Signal ein gut auszuwertendes Signal, welches eine Zuordnung zwischen Signalwert und Trübstoffgehalt ohne weiteres ermöglicht. Bei niedrigen Konzentrationen unterhalb des Maximums der Signale der einzelnen Messkanäle S_ij weist das VWL-Signal jedoch Schwächen auf, welcher eine genaue Bestimmung der Trübstoffkonzentration erschweren.
Denn, wie in Gleichung 5 dargestellt, konvergiert die Größe VWL(T) für niedrige gegen die Konstante C, sodass eine Abhängigkeit von der Trübstoffkonzentration praktisch nicht mehr gegeben ist. $V W L (T) \overset{T < < \frac{λ}{Δ x}}{\to} c \cdot (1 + 2 \cdot T \frac{Δ X}{λ}) \to c$
(Hierbei gilt: ΔX: X_direkt - X_indirekt)
Die Unabhängigkeit des VWL-Signals von der Messgröße ist in 4b noch einmal verdeutlicht wo es logarithmisch über kleinen Werten für den Trübstoffgehalt aufgetragen ist.
Die DE 41 42 938 C2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trübungsmessung nach dem Vierstrahl-Wechsellicht-Prinzip, wobei hier ein Monitor-Signal (Referenzsignal) zur Normierung verwendet wird.
Die DE 10 2008 018 592 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trübungsmessung nach dem Vierstrahl-Wechsellicht-Prinzip, wobei hier eine Monitor-Diode verwendet wird, um eine Intensitätsabnahme der Signalintensität zu detektieren.
Die DE 10 2008 010 446 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trübungsmessung nach dem Vierstrahl-Wechsellicht-Prinzip, wobei hier eine Monitor-Diode zur Normierung und Überwachung herangezogen wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Trübungsmessgerät bereitzustellen, welches die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere eine Bestimmung des Trübstoffgehalts bei niedrigen Konzentrationen ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Trübungsmessgerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruchs 6.
Das erfindungsgemäße Trübungsmessgerät mit einer Vierstrahlwechsellicht-Anordnung zum Erfassen der Trübung eines Messmediums, umfasst eine erste Lichtquelle L₁ und eine zweite Lichtquelle L₂, einen ersten Empfänger E₁ und einen zweiten Empfänger E₂, wobei ein ersten direkter Messpfad von der ersten Lichtquelle L₁ durch ein Messmedium zum ersten Empfänger E₁ verläuft, wobei ein zweiter direkter Messpfad von der zweiten Lichtquelle L₂ zum zweiten Empfänger E₂ verläuft, wobei ein erster indirekter Messpfad von der Lichtquelle L₁ durch das Messmedium zu dem zweiten Empfänger E₂ verläuft, wobei ein zweiter indirekter Messpfad von der zweiten Lichtquelle L₂ durch das Messmedium zu dem ersten Empfänger E₁ verläuft, wobei die Trübung als Funktion eines Quotienten A/B bestimmbar ist, wobei einer der Terme A oder B eine Funktion zumindest der über die direkten Messpfade erfassten Signale ist, und wobei der jeweils andere Term eine Funktion zumindest der über die indirekten Messpfade erfassten Signale ist, dadurch gekennzeichnet das in einen der beiden Terme A oder B zumindest ein erstes Monitor-Signal eingeht, das von der Intensität der ersten Lichtquelle abhängt, wobei das Licht von der ersten Lichtquelle ohne Wechselwirkung mit dem Messmedium zu dem Monitor gelangt, wobei das Monitor-Signal zu mindestens einem der über die Messpfade erfassten Signale, die in den Term A oder B eingehen, addiert wird.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vierstrahlwechsellicht-Anordnung gehen in den einen der beiden TermeA oder B das erste Monitor-Signal I₁·m und ein zweites Monitor-Signal I_2·m ein, wobei das zweite Monitorsignal von der Intensität der zweiten Lichtquelle abhängt, und wobei das Licht der zweiten Lichtquelle ohne Wechselwirkung mit dem Messmedium zu einem Monitorempfänger gelangt, wobei das zweite Monitor-Signal zum anderen über einen der Messpfade ermittelten Signal addiert wird, welches in den Term A bzw. B eingeht.
Der Monitorempfänger, der das zweite Monitorsignal bereitstellt, kann der gleiche Monitorempfänger, der das erste Monitorsignal bereitstellt, oder ein anderer Monitorempfänger sein.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vierstrahlwechsellicht-Anordnung ist die Trübung als Funktion einer Messgröße bestimmbar die entweder definiert ist als VWLMZ(T) oder als VWLMN(T), wobei gilt: $V W L M Z (T) = \frac{(S_{11} (T) + I_{1} \cdot m) \cdot (S_{22} (T) + I_{2} \cdot m)}{S_{12} (T) \cdot S_{21} (T)}$
und $V W L M Z (T) = \frac{S_{11} (T) \cdot S_{22} (T)}{(S_{12} (T) + I_{1} \cdot m) \cdot (S_{21} (T) + I_{2} \cdot m)}$
Die S_ij(T) geben jeweils die gemessene Lichtintensität des Lichts an, welches nach Wechselwirkung mit dem Messmedium von einer Lichtquelle L_i zum Empfänger E_j gelangt. Die S_ij(T) sind zur Modellierung durch Gleichung (1) gegeben.
Der Effekt dieses Ansatzes für kleine Trübungen wird im folgenden für VWLMZ dargestellt. Das Vierstrahlwechsellicht-Signal mit einem Monitorsignal im Zähler VWLMZ(T) kann zerlegt werden in das übliche Vierstrahlwechsellichtsignal nach dem Stand der Technik und einen Monitorbeitrag, also: $V W L M Z (T) = V W L (T) + \frac{m}{T} \cdot \frac{(c_{11} \cdot e^{\frac{- T \cdot X_{11}}{λ}} + c_{22} \cdot e^{^{\frac{- T \cdot X_{22}}{λ}}})}{c_{12} \cdot c_{21} \cdot e^{\frac{- T \cdot (X_{12} + X_{21})}{λ}}} + \frac{m^{2}}{T^{2}} \cdot \frac{1}{c_{12} \cdot c_{21} \cdot e^{\frac{- T \cdot (X_{12} + X_{21})}{λ}}}$
Mit den Symmetrieannahmen c_direkt : = c₁₁ = c₂₂; c_indirekt : = c₁₂ = c₂₁; X_direkt : = X₁₁=X₂₂; und X_ndirekt : = X₁₂=X₂₁ folgt daraus: $V W L M Z (T) = V W L (T) + \frac{1}{T} \cdot \frac{2 \cdot m \cdot c_{d i r e k t} \cdot e^{\frac{- T \cdot X_{d i r e k t}}{λ}}}{{(c_{i n d i r e k t} \cdot e^{\frac{- T \cdot X_{i n d i r e k t}}{λ}})}^{2}} + \frac{1}{T^{2}} \frac{m^{2}}{{(c_{i n d i r e k t} \cdot e^{\frac{- T \cdot X_{i n d i r e k t}}{λ}})}^{2}}$
Für kleine T gilt damit: $V W L M Z (T) \overset{T \to 0}{\to} c + \frac{1}{T} \cdot \frac{2 \cdot m \cdot c_{d i r e k t}}{{(c_{i n d i r e k t})}^{2}} + \frac{1}{T^{2}} \frac{m^{2}}{{(c_{i n d i r e k t})}^{2}}$
Damit hat das Signal für kleine T im Grenzwert eine Propotionalität zu (1/T)², es ist keine Konstante mehr und ermöglicht daher eine Zuordnung des Messsignals zu einer Trübstoffkonzentration.
Entsprechende Ergebnissen folgen aus Betrachtungen für VWLMN(T).
Die Symmetrieannahmen sind nicht strikt erfindungswesentlich, sie dienen nur der Vereinfachung der Darstellung. Im Prinzip gelten die obigen Erwägungen auch für Anordnungen, in denen Abweichungen von der Symmetrie gegeben sind.
Der Kompromiss, der mit der Berücksichtigung eines Monitorsignals einzugehen ist, besteht darin, dass das Messsignal VWLMZ(T) oder VWLMN(T) keine eineindeutige Zuordnung zu einer Trübstoffkonzentration ermöglicht. Um dennoch eine eineindeutige Zuordnung zu einem Messwert zu ermöglichen weist die Anordnung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung einen Auswertungsmodus auf, in dem eine Trübstoffkonzentration T(VWL) bestimmt wird, und einen zweiten Auswertungsmodus in dem eine Trübstoffkonzentration T(VWLMZ) und/oder T(VWLMN) bestimmt wird, wobei der zweite Auswertungsmodus insbesondere dann herangezogen wird wenn T(VWL) einen Grenzwert unterschreitet, beispielsweise, T < λ/X_indirekt.
Ein weiterer Freiheitsgrad beim Entwurf der Messanordnung ist offensichtlich die Gewichtung des Monitorausdrucks I_i·m im Verhältnis zu den S_ij in VWLMN bzw. VWLMZ. Gemäß einer Ausgestaltung gilt beispielsweise 0,1 < m/c_ii < 10, vorzugsweise 0,2 < m/c_ii < 5, weiter bevorzugt 0,4 < m/c_ii < 2,5.
Sofern bei der Darstellung der Erfindung von mathematischen Operationen mit Signalen, also beispielsweise von der Multiplikation, Addition und Division von Signalen die Rede ist, so umfasst dies beispielsweise die Anwendung der jeweiligen mathematische Operation auf beliebige Repräsentationen der Signale, also insbesondere auf digitale Darstellungen der jeweiligen Signalwerte oder auch analoge Darstellungen der jeweiligen Signalwerte. Die Addition eines Signals kann erfindungsgemäß auch eine gewichtete Addition des Signals umfassen, wozu das Signal vor der Addition mit einem Gewichtungsfaktor zu multiplizieren ist. Erwägungen zu einer Gewichtung sind beispielsweise im vorigen Absatz ausgeführt.
Die Erfindung wird nun anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

1a: Einer Aufsicht auf die Stirnseite eines Sondenkopfs eines erfindungsgemäßen Trübungsmessgerätes;
1b: Ein Längsschnitt durch den Sondenkopf aus 1a entlang der Linie b-b;
2a bis 2d: Eine Darstellung der Strahlengänge für die Ermittlung der Signalintensitäten der verschiedenen Einzelkanäle;
3: Messdaten und Fits für die Signalintensitäten der Einzelkanäle.
4a: Einen Vergleich eines Vier-Strahl-Wechesllichts-Signals als Funktion des Trübstoffgehalts nach dem Stand der Technik mit den entsprechenden Funktionen eines Monitorgestützten Vier-Strahl-Wechesllichts-Signals gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4b: Eine logarithmische Darstellung des Vergleichs eines Vier-Strahl-Wechesllichts-Signals nach dem Stand der Technik mit Monitorgestützten Vier-Strahl-Wechesllichts-Signalen gemäß der vorliegenden Erfindung für kleine Trübstoffgehalte.

Der in 1a gezeigte Sondenkopf eines Trübungsmessgeräts umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches, metallisches Gehäuse aus Edelstahl, in dessen Stirnseite vier Fenster angeordnet sind, welche den Eckpunkt eines Rechtecks definieren, und welche eine erste Lichtquelle L1 und eine zweite Lichtquelle L2, ein ersten Empfänger E1 und eine zweiten Empfänger E2 gegenüber der Umgebung des Sondenkopfes abdichten, wobei die Strahlung der ersten Lichtquelle L1 und der zweiten Lichtquelle L2 durch die Fenster aus- bzw. eintreten kann.
Wie in der 1b dargestellt, umfassen die Lichtquellen L1 und L2 eine erste Blitzlampe 3 und eine zweite Blitzlampe 4, wobei zwischen den Blitzlampen eine Monitordiode 5 angeordnet ist, welche die Intensität des Lichts der ersten bzw. der zweiten Blitzlampe erfasst.
Die erste Blitzlampe 3, die zweite Blitzlampe 4 und die Monitordiode 5 sind ebenso wie die hier nicht gezeigten Fotodioden des ersten Empfängers E1 und des zweiten Empfängers E2 an eine elektronische Schaltung 6 angeschlossen, welche die Blitzlampen steuert und die Signale der Monitordiode 5 sowie der Fotodioden des ersten und des zweiten Empfängers selektiv erfasst.
In 2a bis d sind die Strahlengänge durch ein Messmedium dargestellt, welche zum Erfassen der Signalintensitäten für die Einzelkanäle der Vier-Strahl-Wechsellichtmessungen verwendet werden. 2a zeigt den ersten direkten Messpfad, bei dem die erste Lichtquelle L1 und der erste Empfänger E1 aktiv sind, das heißt, die Schaltung 6 steuert die erste Blitzlampe 3 zur Emmission von Licht an und erfasst die Signalintensität der Fotodiode des ersten Empfängers E1. 2b zeigt den zweiten direkten Messpfad, bei dem Licht von der zweiten Lichtquelle L2 durch Streuung im Medium zum zweiten Empfänger E2 gelangt. Dem entsprechend wird hier die zweite Blitzlampe L4 von der Schaltung 6 angesteuert Licht zu emittieren, wobei die Schaltung 6 das Signal der Fotodiode des zweiten Empfängers E2 erfasst.
2c und 2d zeigen die beiden indirekten Messpfade bei denen Licht von der ersten Lichtquelle zum zweiten Empfänger bzw. von der zweiten Lichtquelle zum ersten Empfänger gelangt. Beispiele für die resultierenden Signale der Einzelkanäle sind in 3 dargestellt, welche für niedrige Trübstoffgehalte proportional zum Trübstoffgehalt verlaufen, und welche für größere Werte des Trübstoffgehalts durch eine Exponentialfunktion zu beschreiben sind. Das resultierende Vierstrahlwechsellicht-Signal, welches aus einem Produkt der Intensitäten der direkten Messpfade geteilt durch ein Produkt der Intensitäten der indirekten Messpfade gebildet ist, ist als durchgezogene Linie VWL in 4a und 4b dargestellt. Wie eingangs erläutert, liefert das VWL Signal für hinreichend große Trübstoffgehalte (beispielsweise bei mehr als 3 Gramm pro Liter) einen brauchbaren Zusammenhang zwischen dem VWL-Signal und dem Trübstoffgehalt und ermöglicht damit eine hinreichend genaue Bestimmung des Trübstoffgehalts. Wie eingangs diskutiert, ist die Auswertung des VWL-Signals für einen geringen Trübstoffgehalt, also beispielsweise weniger als 3 Gramm pro Liter nicht mehr zielführend, weil das VWL Signal in diesem Bereich nahezu konstant ist. Hier kommt nun das erfindungsgemäße Monitorgestützte Vierstrahlwechsellicht zum Tragen, und zwar entweder als VWLMZ wobei in diesem Fall zu den Signalintensitäten der Einzelkanäle im Zähler die Intensität des zugehörigen Monitorsignals addiert wird, oder als VWLMN, wobei zu den Signalintensitäten der Einzelkanäle im Nenner die Intensität des zugehörigen Monitorsignals addiert wird, wobei das zugehörige Monitorsignal die Intensität des von der ersten bzw. der zweiten Blitzlampe emittierten Lichts direkt, also ohne Wechselwirkung, mit dem Messmedium erfasst, und zwar zu dem Zeitpunkt, in dem auch die Signalintensität des Einzelkanals erfasst wird, zu welcher das Signal der Monitordiode addiert werden soll.
Insoweit, als beim Ausführungsbeispiel für die Bestimmung des Vierstrahlwechsellichtsignals das Produkt der Signale der direkten Messkanäle im Zähler steht, und das Produkt der Signale der indirekten Messkanäle im Nenner steht, ist dem entsprechend zur Bestimmung des Monitorsgestützten Vierstrahlwechsellichtsignals VWLMZ das Signal der Monitordiode 5 bei der Ermittlung der Signalintensitäten der beiden direkten Messpfade (vergleiche 2a und 2b) zu erfassen und entsprechend Gleichung 6 bei der Auswertung zu verwenden.
Sofern monitorgestütztes Vierstrahlwechsellicht mit dem Monitorbeitrag im Nenner (VWLMN) verwendet werden soll, ist das Signal der Monitordiode 5 bei der Ermittlung der Signalintensität der indirekten Messpfade (vergleiche 2c und 2d) zu erfassen und gemäß Gleichung 7 zu verwenden.
Wie in 4a und 4b dargestellt, liefern sowohl VWLMN als auch VWLMZ für kleine Trübstoffgehalte einen hinreichend dynamischen und monotonen Zusammenhang zwischen dem Signal und dem Trübstoffgehalt. Daher ist es vorteilhaft, für große Trübstoffgehalte zunächst mit dem herkömmlichen VWL-Signal zur Bestimmung des Trübstoffgehalts zu arbeiten und bei kleinen Trübstoffgehalten ein monitorgestütztes Vierstrahlwechsellichtsignal oder beide monitorgestützte Vierstrahlwechsellichtsignale, also VWLMN und/oder VWLMZ zu verwenden.

Claims

Trübungsmessgerät mit einer Vierstrahlwechsellicht-Anordnung zum Erfassen der Trübung eines Messmediums, umfassend: eine erste Lichtquelle (L₁) und eine zweite Lichtquelle (L₂); einen ersten Empfänger (E₁) und einen zweiten Empfänger (E₂), wobei ein erster direkter Messpfad von der ersten Lichtquelle (L₁) durch ein Messmedium zum ersten Empfänger (E₁) verläuft, wobei ein zweiter direkter Messpfad von der zweiten Lichtquelle (L₂) zum zweiten Empfänger (E₂) verläuft, wobei ein erster indirekter Messpfad von der Lichtquelle (L₁) durch das Messmedium zu dem zweiten Empfänger (E₂) verläuft, wobei ein zweiter indirekter Messpfad von der zweiten Lichtquelle (L₂) durch das Messmedium zu dem ersten Empfänger (E₁) verläuft, wobei das Trübungsmessgerät eine Auswertungsschaltung aufweist, mit der die Trübung als Funktion eines Quotienten A/B bestimmbar ist, wobei einer der Terme A oder B eine Funktion zumindest der über die direkten Messpfade erfassten Signale ist, und wobei der jeweils andere Term eine Funktion zumindest der über die indirekten Messpfade erfassten Signale ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einen der beiden Terme A oder B zumindest ein erstes Monitor-Signal eingeht, das von der Intensität der ersten Lichtquelle abhängt, wobei das Licht von der ersten Lichtquelle (L₁) ohne Wechselwirkung mit dem Messmedium zu dem Monitor gelangt, wobei das Monitor-Signal zu mindestens einem der über die Messpfade erfassten Signale, die in den Term A oder B eingehen, addiert wird.
Trübungsmessgerät nach Anspruch 1, wobei in den einen der beiden Terme A oder B das erste Monitor-Signal I1·m und ein zweites MonitorSignal I2·m eingehen, wobei das zweite Monitorsignal von der Intensität der zweiten Lichtquelle (L₂) abhängt, und wobei das Licht der zweiten Lichtquelle (L₂) ohne Wechselwirkung mit dem Messmedium zu einem Monitorempfänger gelangt, wobei das zweite Monitor-Signal zum anderen über einen der Messpfade ermittelten Signal addiert wird, welches in den Term A bzw. B eingeht.
Trübungsmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trübung als Funktion einer Messgröße bestimmbar ist die entweder definiert ist als VWLMZ(T) oder als VWLMN(T), wobei gilt: $V W L M Z (T) = \frac{(S_{11} (T) + I_{1} \cdot m) \cdot (S_{22} (T) + I_{2} \cdot m)}{S_{12} (T) \cdot S_{21} (T)}$
und $V W L M N (T) = \frac{S_{11} (T) \cdot S_{22} (T)}{(S_{12} (T) + I_{1} \cdot m) \cdot {(S_{21} (T) + I_{2} \cdot m)}^{2}}$
wobei die Werte der S_ij(T) jeweils die gemessene Lichtintensität des Lichts beschreibt, welches nach Wechselwirkung mit dem Messmedium von einer Lichtquelle (L_i) zum Empfänger (E_j) gelangt, und wobei I1·m das erster Monitor-Signal ist und I2·m ein zweites Monitor-Signal ist.
Trübungsmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungsschaltung (6) einen Auswertungsmodus aufweist, in dem eine Trübstoffkonzentration im Vierstrahlwechsellichtverfahren T(VWL) ohne Beiträge von Monitorsignalen bestimmbar ist, und einen zweiten Auswertungsmodus in dem eine Trübstoffkonzentration mit den Beiträgen der Monitorsignale T(VWLMZ) und/oder T(VWLMN) bestimmbar ist, wobei der zweite Auswertungsmodus dann einsetzbar ist, wenn T(VWL) einen Grenzwert unterschreitet.
Trübungsmessgerät nach Anspruch 3, wobei gilt: 0,1 < m/c_ii < 10, vorzugsweise 0,2 < m/c_ii < 5 weiter bevorzugt 0,4 < m/c_ii < 2,5, wobei die c_ii Koeffizienten sind, welche in der folgenden Gleichung zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen der gemessenen Signalintensität S_ii(T) und der Trübstoffkonzentration T erforderlich sind, $S_{i i} (T) = I_{i} \cdot c_{i i} \cdot T \cdot e^{- \frac{T \cdot X_{i i}}{λ}},$
wobei X_ii die Pfadlänge des Lichts durch das Messmedium, T die Trübstoffkonzentration und λ die mittlere Freie Weglänge des Lichts bei Referenzkonzentration ist.
Verfahren zur Trübungsmessung mit einer Vierstrahlwechsellicht-Anordnung zum Erfassen der Trübung eines Messmediums, umfassend: Erfassen eines ersten direkten Signals S₁₁(T)eines ersten direkten Messpfads von einer ersten Lichtquelle (L₁) durch ein Messmedium zu einem ersten Empfänger (E₁), Erfassen eines zweiten direkten Signals S₂₂(T) eines zweiten direkten Messpfads von einer zweiten Lichtquelle (L₂) zu einem zweiten Empfänger (E2), Erfassen eines ersten indirekten Signals S₁₂(T) eines ersten indirekter Messpfads von der ersten Lichtquelle (L₁) durch das Messmedium zu dem zweiten Empfänger (E₂), Erfassen eines zweiten indirekten Signals S₂₁(T) eines zweiten indirekten Messpfads von der zweiten Lichtquelle (L₂) durch das Messmedium zu dem ersten Empfänger (E₁), Bestimmen der Trübung als Funktion eines Quotienten A/B wobei einer der Terme A oder B eine Funktion zumindest der über die direkten Messpfade erfassten Signale ist, und wobei der jeweils andere Term eine Funktion zumindest der über die indirekten Messpfade erfassten Signale S_ij(T) ist, dadurch gekennzeichnet das in einen der beiden Terme A oder B zumindest ein erstes Monitor-Signal eingeht, das von der Intensität der ersten Lichtquelle (L₁) abhängt, wobei das Licht von der ersten Lichtquelle (L₁) ohne Wechselwirkung mit dem Messmedium zu dem Monitor gelangt, wobei das Monitor-Signal zu mindestens einem der über die Messpfade erfassten Signale, die in den Term A oder B eingehen, addiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in den einen der beiden Terme A oder B das erste Monitor-Signal I1·m und ein zweites Monitor-Signal I2·m eingehen, wobei das zweite Monitorsignal von der Intensität der zweiten Lichtquelle (L₂) abhängt, und wobei das Licht der zweiten Lichtquelle (L₂) ohne Wechselwirkung mit dem Messmedium zu einem Monitorempfänger gelangt, wobei das zweite Monitorsignal zum anderen über einen der Messpfade ermittelten Signal addiert wird, welches in den Term A bzw. B eingeht.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Trübung als Funktion einer Messgröße bestimmt wird die entweder definiert ist als VWLMZ(T) oder als VWLMN(T), wobei gilt: $V W L M Z (T) = \frac{(S_{11} (T) + I_{1} \cdot m) \cdot (S_{22} (T) + I_{2} \cdot m)}{S_{12} (T) \cdot S_{21} (T)}$
und $V W L M N (T) = \frac{S_{11} (T) \cdot S_{22} (T)}{(S_{12} (T) + I_{1} \cdot m) \cdot (S_{21} (T) + I_{2} \cdot m)},$
wobei die Werte der S_ij(T) jeweils die gemessene Lichtintensität des Lichts beschreibt, welches nach Wechselwirkung mit dem Messmedium von einer Lichtquelle (L_i) zum Empfänger (E_j) gelangt, und wobei I1·m das erster Monitor-Signal ist und I2·m ein zweites Monitor-Signal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Trübstoffkonzentration im Vierstrahlwechsellichtverfahren T(VWL) in einem ersten Modus ohne Beiträge von Monitorsignalen bestimmt wird, und einen zweiten Modus mit den Beiträgen der Monitorsignale T(VWLMZ) und/oder T(VWLMN) bestimmt wird, wobei der zweite Auswertungsmodus dann eingesetzt wird, wenn T(VWL) nach dem ersten Modus einen Grenzwert unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8 wobei gilt: 0,1 < m/c_ii < 10, vorzugsweise 0,2 < m/c_ii < 5, weiter bevorzugt 0,4 < m/c_ii < 2,5 wobei die c_ii Koeffizienten sind, welche in der folgenden Gleichung zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen der gemessenen Signalintensität S_ii(T) und der Trübstoffkonzentration T erforderlich sind, $S_{i i} (T) = I_{i} \cdot c_{i i} \cdot T \cdot e^{- \frac{T \cdot X_{i i}}{λ}},$
wobei X_ii die Pfadlänge des Lichts durch das Messmedium, T die Trübstoffkonzentration und λ die mittlere Freie Weglänge des Lichts bei Referenzkonzentration ist.