DE19800479C2

DE19800479C2 - Vorrichtung zum Kalibrieren und zur Kalibrierkontrolle für Photometer-Prozeßmeßtechnik

Info

Publication number: DE19800479C2
Application number: DE1998100479
Authority: DE
Inventors: Uwe Jeske; Reinhard Seibt; Wolfgang Zotzmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Seibt Reinhard 71116 Gartringen De
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 2001-07-12
Anticipated expiration: 2018-01-10
Also published as: DE19800479A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Kalibrierkontrolle und/oder Nachkalibrierung von photometrisch arbeitenden Meßgeräten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vorrichtungen zur automatischen Kalibrierkontrolle und/oder Nachkalibrierung von photometrisch arbeitenden Meßgeräten sowie Photometermeßeinrichtungen sind grundsätzlich bekannt. Sie sind zum Beispiel beschrieben in Beck, Viebahn-Hänsler Ozon-Handbuch, Kapitel 2.3.2 "Photometrische Verfahren (UV + VIS)" von F. Wallner beschrieben. Eine derartige Vorrichtung besteht grundsätzlich aus einer Lichtquelle, einer Meßküvette, einem Photosensor mit elektronischer Signalaufbereitung und der zugehörigen Elektronik.

Der Aufbau von bekannten Photometern ist zum Beispiel in dem Buch von Prof. Dr. H. Kronmüller und Dr. B. Zehner, Universität Karlsruhe, Schnäcker-Verlag Karlsruhe 1980, beschrieben und dargestellt. In dem Kapitel 5.4 Beispiele für technische Photometer ist auf Seite 267, Absatz 4, Zeilen 6 bis 11 ausgeführt, daß die Messung jedoch durch deformierende störergrößen wie Änderungen der Strahlerleistung oder der Photozellenempfindlichkeit beeinträchtigt werden kann. Der Nullpunkt wird elektrisch justiert. Zur Kontrolle der Empfindlichkeit in größeren Zeitabständen dient eine Justierblende. Mit ihr kann eine definierte Strahlabschwächung im Meßstrahlengang hergestellt werden. Dabei sitzt für den spektralen Vergleich für die jeweils gewählten Wellenlängenbereiche ein Filter F_M, F_V in den beiden geteilten Lichtströmen. Ein Blendenrad gibt abwechselnd Strahlung der Wellenlänge λ_M und λ_V in die hier vor dem Empfänger sitzende Meßküvette.

In der DE 44 07 332 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung dar Extinktion oder Transmission und ein Fotometer beschrieben, bei dem die von einer breitbandigen Lichtquelle ausgesandte Strahlung geteilt, ein Teil der Strahlung über einen ersten, einen Meßkanal bildenden Lichtweg durch Probe und ein die Meßwellenlänge oder eine Polarisationsrichtung ausfilterndes, auswechselbares erstes optisches Filter zu einem ersten Fotoempfänger geleitet wird und ein weiterer Teil der Strahlung über einen zweiten, ein Referenzsignal bildenden Lichtweg, der insbesondere ein zweites optisches Filter aufweist, zu einem zweiten Fotoempfänger geleitet wird, und bei dem der Strahlungsintensitätswert im Referenzkanal unter konstanten optischen Bedingungen, insbesondere mittels eines festen Filters, für mindestens eine andere Wellenlänge bzw. einen anderen Wellenlängenbereich oder einen anderen Polarisationszustand innerhalb des Strahlungsspektrums innerhalb der breitbandigen Lichtquelle als der mittels des auswechselbaren Filters im Meßkanal ermittelte Strahlungsintensitätswert ermittelt wird und der im Referenzkanal ermittelte Strahlungsintensitätswert zusätzlich um einen Wert korrigiert wird, der für die durch das auswechselbare Filter im Meßkanal ausgefilterte Wellenlänge oder Polarisationseinrichtung in Abhängigkeit von der Lichtquelle und der konstanten optischen Bedingungen im Referenzkanal vorbestimmt ist.

Weiterhin ist in der DE 38 22 946 A1 ein Mehrkomponenten- Fotometer beschrieben, das eine ein Kontinuum emitierende Lichtquelle, von welcher ein Meßlichtbündel ausgeht, enthält. Das Meßlichtbündel tritt durch eine Probenküvette hindurch, in welche ein Probengas einleitbar ist. Eine Mehrzahl von ersten Gasküvetten, die mit unterschiedlichen, in dem Probengas gesuchten Gasen gefüllt sind, und eine oder mehrere zweite Gasküvetten, von denen jede wenigstens einer der ersten Gasküvetten zugeordnet ist und ein Referenzgas enthalten, sitzen in einem ersten Filterrad und sind wahlweise in den Strahlengang des Meßlichtbündels bewegbar. Die Filterräder sind dabei so gesteuert, daß ein und dasselbe Blockingfilter in Verbindung mit der ersten Gasküvette und in Verbindung mit der zu dieser ersten Gasküvette gehörigen zweiten Gasküvette im Strahlengang des Meßlichtbündels angeordent ist.

Die bekannten Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß das Auswechseln der Filter kompliziert ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Mechanik für die optischen Filter einer Vorrichtung zur Kalibrierkontrolle und/oder Nach kalibrierung von photometrisch arbeitenden Meßgeräten zu schaffen, die eine einfache Zuführung eines oder mehrerer optischer Filter automatisch oder durch Tastendruck ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 charakterisiert.

Weitere Lösungen der Aufgabe bzw. Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstands sind in den Kennzeichen der Patentansprüche 2 bis 12 charakterisiert.

Die Filter sind dabei in einem verschiebbaren, schlittenartigen Teil aus einem Material untergebracht, das in einer gekapselten Bahn des Gehäuses aus anderem Material hin und her gleitend angeordnet ist. Die mechanische Betätigung bzw. der Antrieb erfolgt zum Beispiel durch einen Gasdruckzylinder, der zum Beispiel vom Spülgas der Küvette angetrieben werden kann oder durch einen Elektromagnet bzw. einen Schrittschaltmotor. Durch den Schlitten, der gleichzeitig die Aufnahme für die optischen Filter ist, werden ein Lichtdurchlaß oder ein oder mehrere optische Filter in die Meßstrecke des Photometers eingebracht. Dadurch erfolgt eine Verdunkelung, die auf dem Display eines Meßgerätes dann als simulierter Wert erscheint und/oder als Rechenwert von einem Rechner erfaßt werden kann, wobei alle in Zukunft auftretenden Abweichungen von diesem Wert einen Meßfehler des Meßgerätes bedeuten. Besondere Ansprüche an die Genauigkeit der Filter sind so nicht gegeben, weil mit dieser Methode nicht geeicht wird, aber eine Kontrolle über das Meßverhalten von Photometern präzise erfolgt. Mit entsprechender Mikroprozessortechnik kann zusätzlich ein Korrekturfaktor errechnet und so das Meßgerät nachkalibriert werden. Durch die Anwendung eines Mikroprozessors wird hier auch eine vollautomatische Nachkalibrierung möglich. Durch eine staub- und lichtgeschützte Ausführung des Gehäuses für die Filterwechsel-Mechanik wird außerdem die Zuverlässigkeit der Kontrolle gewährleistet. Die jeweilige Grundstellung des Filters wird durch eine Feder gewährleistet, die den Schlitten in der Grundstellung hält. In der Grundstellung, das ist der Meßzustand des jeweiligen Meßgerätes bzw. Photometers, ist eine Öffnung bzw. ein Ausbruch als Lichtdurchlaß im Schlitten so angeordnet, daß das Meßlicht direkt hindurch auf einen Photosensor fällt bzw. gebracht wird. Durch die beschriebene Konstruktion ist es möglich, eine mechanisch sehr kleine und präzise Vorrichtung zum automatischen Bewegen eines oder mehrerer optischer Filter für photometrische Meßgeräte zu schaffen. Die Vorrichtung ist darüberhinaus wartungsarm, im praktischen Einsatz funktionssicher und die Filter sind leicht austauschbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und Bezugszeichen verwendet.

In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 ein prinzipieller Aufbau einer Photometer- Meßeinrichtung mit Schlitten in Ausgangsstellung;

Fig. 2 die Meßvorrichtung nach Fig. 1 mit verschobenem Schlitten;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine Mechanik zur Plazierung eines oder mehrerer optischer Filter;

Fig. 4 die Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 3 und

Fig. 5 eine Vorrichtung nach Fig. 5 mit einem als Elektromagnet ausgeführten Antrieb.

In Fig. 1 ist eine Photometer-Meßeinrichtung dargestellt, die aus einer Lichtquelle 1, einer Meßküvette 2, einem Photosensor 3, einem Schlitten 4 zur Aufnahme optischer Filter, einem optischen Filter 5, einem Lichtdurchlaß 6 und einer Bewegungsmechanik bzw. einem Antrieb 7, hier schematisch dargestellt durch einen Pfeil, besteht. In der Meßküvette 2 befindet sich das zu messende Gas bzw. Gasgemisch, wie zum Beispiel Ozon. Auf die Meßküvette 2 aufgesetzt und verschraubt ist die Bewegungsmechanik bzw. der Antrieb 7 und der Schlitten 4 zur Aufnahme optischer Filter 5 in einem hier nichtdargestellten Gehäuse. Der Schlitten 4 hat neben den Öffnungen zur Aufnahme der optischen Filter 5 einen Lichtdurchlaß 6, der zum Beispiel als kreisrunde Öffnung ausgeführt ist. Oberhalb des Schlittens 4 ist ein Photosensor mit Signalaufbereitung 3 angeordnet.

Im nachfolgenden wird nun die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 beschrieben. Über die Bewegungsmechanik 7 werden ein oder mehrere optische Filter 5, die in dem Schlitten 4 zur Aufnahme der optischen Filter angeordnet sind und der Lichtdurchsatz 6 zwischen Meßküvette 2 und Photosensor 3 in die Meßstrecke des Gerätes eingebracht. Das Einbringen in die Meßstrecke ist prinzipiell in Fig. 2 dargestellt, aus der klar hervorgeht, daß durch Verschieben des Schlittens 4 nun nicht mehr der Lichtdurchlaß 6 in der Meßstrecke liegt, sondern ein Filter 5. Dadurch wird eine Verdunkelung erreicht, welche auf dem Display eines Meßgerätes dann als simulierter Meßwert erscheint und/oder als Rechenwert von einem Rechner gegebenenfalls erfaßt wird. Dieser simulierte Meßwert wird bei Ersteinstellung im Herstellerwerk für das jeweilige Meßgerät ermittelt und festgehalten. Alle in Zukunft auftretenden Abweichungen von diesem Wert bedeuten Meßfehler des Meßgerätes. Besondere Ansprüche an die Genauigkeit der Filter sind nicht gegeben, weil mit dieser Methode nicht geeicht wird. Hingegen wird eine Kontrolle über das Meßverhalten von Photometern sichergestellt. Mit entsprechender Mikroprozessortechnik kann zusätzlich ein Korrekturfaktor errechnet werden und damit das Meßgerät, auch vollautomatisch, nachkalibriert werden.

Für die Zuverlässigkeit der Kontrolle ist der Einbau der nachfolgend im Detail beschriebenen Filterwechselmechanik in ein weitgehend staub- und lichtgeschütztes Gehäuse wichtig. Es wird davon ausgegangen, daß sich die gesamte Optik zwischen Meßküvette 2 und Photosensor 3 nicht verändert.

Die optischen Filter sind entsprechend der jeweiligen Meßaufgabe ausgewählt. Vor der Kalibrierkontrolle ist der Nullpunkt des Meßgerätes festgelegt.

Der eigentliche Meßzustand des Meßgerätes ist in Fig. 2 dargestellt. Hier wird das Meßlicht direkt durch den Lichtdurchlaß 6 in dem Schlitten 4 auf den Photosensor 3 gebracht, wo er in entsprechende elektrische Größen umgewandelt wird.

In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kalibrierkontrolle und/oder zum Nachkalibrieren von photometrisch arbeitenden Meßgeräten in der Vorderansicht im Schnitt prinzipiell dargestellt. Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung wird auf die hier nicht dargestellte Meßküvette gemäß den Fig. 1 und 2 aufgesetzt und, zum Beispiel durch Verschrauben, verbunden.

Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem Gehäuse 10 das staub- und lichtgeschützt ausgeführt ist. Auf dem Gehäuse befindet sich über dem Lichtdurchlaß 6 der Photosensor mit Signalaufbereitung 3. Innerhalb des Gehäuses 10 ist der Schlitten 4 zur Aufnahme der optischen Filter 5 sowie des Lichtdurchlasses 6 in zwei Richtungen beweglich angeordnet. Der Schlitten 4 zur Aufnahme der optischen Filter 5 sowie des Lichtdurchlasses 6 wird durch eine Feder 9 in einer Grundstellung gehalten. Durch den an das Gehäuse 10 angeflanschten Antrieb bzw. die angeflanschte Bewegungsmechanik 7 wird der Schlitten oder Schieber 4 mit den optischen Filtern 5 und dem Lichtdurchlaß 6 in die gewünschte Stellung gebracht. Der Antrieb bzw. die Bewegungsmechanik 7 ist hier durch einen Gasdruckzylinder realisiert. Der Gasdruckzylinder bekommt durch eine Druckgaszuführung 12 impulsweise Druckgas zugeführt, wodurch ein nicht dargestellter kleiner Kolben bewegt wird, der den Schlitten 4 in die gewünschte Stellung bringt.

In Fig. 4 ist die Vorrichtung nach Fig. 3 in der Draufsicht dargestellt, wobei insbesondere die Anordnung des Schlittens 4 mit der Aufnahme für die optischen Filter 5 und den Lichtdurchlaß 6 zu sehen ist. Die Begrenzung der Schlittenbewegung auf beiden Seiten erfolgt durch Anschläge 8. Schematisch ist wieder die Bahn 11 für den Schlitten 4 und die Feder 9 dargestellt. Die Bewegungsmechanik bzw. der Antrieb 7 mit der Druckgaszuführung 12 ist ebenfalls in Draufsicht dargestellt.

Es soll noch bemerkt werden, daß der Schlitten 4 und zumindestens der Teil des Gehäuses 10, der die gekapselte Bahn 11 bildet, aus verschiedenen Materialien bestehen sollen, damit immer beste Gleitbedingungen vorliegen. Der Schlitten 4 kann zum Beispiel ein Kunststoffpressteil sein und das Gehäuse 10 kann aus Metall bestehen.

In Fig. 5 ist wiederum die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen, wobei insbesondere die Bewegungsmechanik 7, der Schlitten 4 mit einem optischen Filter 5 und dem Lichtdurchlaß 6 sowie der Bahn 11 für den Schlitten 4 zu sehen sind. Der Schlitten 4 wird auch hier wieder von einer Feder 9 in einer Grundstellung gehalten. Der eigentliche Antrieb erfolgt hier über einen Magneten 13, der durch eine Übertragungsmechanik 14 mit der eigentlichen Bewegungsmechanik 7 kraftschlüssig verbunden ist. Anstelle des Magnetantriebs könnten allerdings auch noch andere bekannte Antriebsquellen, wie zum Beispiel ein Schrittschaltmotor, dienen. Außerdem ist es durchaus möglich, anstelle des nur einen Filters 5 mehrere Filter in der Aufnahme bzw. in dem Schlitten 4 anzuordnen. Als Filtermaterialien eignen sich zum Beispiel Glas oder Quarz. Die Filter 5 werden als runde kleine Plättchen in die entsprechenden Öffnungen des Schlittens 4 eingelegt und sind leicht bei Bedarf von Hand auswechselbar. Das Druckgas zur Betätigung für die Bewegungsmechanik dient gleichzeitig zum Spülen der Vorrichtung.

Liste der Bezugszeichen

1

Lichtquelle

2

Meßküvette

3

Photosensor mit Signalaufbereitung

4

Schlitten oder Schieber zur Aufnahme für optische Filter

5

optische Filter

6

Lichtdurchlaß

7

Bewegungsmechanik oder Antrieb

8

Anschläge oder Pfeiler

9

Feder

10

Gehäuse

11

Bahn

12

Druckgaszuführung

13

Magnet

14

Übertragungsmechanik

Claims

1. Vorrichtung zur verbesserten Kalibrierkontrolle und/oder Nachkalibrierung von photometrisch arbeitenden Meßgeräten, insbesondere Photometern, mit einer Lichtquelle an einem Ende einer Meßküvette und einem Photosensor sowie dazwischenliegenden Filtern, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zwischen mindestens zwei Endstellungen bewegbarer Schlitten (4) zur Aufnahme eines optischen Filters oder mehrerer optischer Filter (5) und eines Lichtdurchlasses (6) in einem Gehäuse (10) angeordnet ist,
daß das Gehäuse (10) eine Bahn (11) aufweist, in bzw. auf der der Schlitten (4) gesteuert und durch einen Antrieb bzw. eine Bewegungsmechanik (7) in eine gewünschte Stellung bewegbar ist und
daß der Schlitten (4) in einer Grundstellung durch eine Feder (9) gehalten wird.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlitten oder Schieber (4) als Kunststoffteil ausgebildet ist, das mit Öffnungen für den Lichtdurchlaß (6) und die optischen Filter (5) versehen ist und
daß Anschläge zur Begrenzung der Längsbewegung vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten oder Schieber (4) mit Öffnungen für die optischen Filter (5) und den Lichtdurchlaß (6) brückenförmig mit zwei Endpfeilern ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (10) mindestens aus zwei Teilen besteht, in denen der Schlitten bzw. Schieber (4) zwischen zwei Endpunkten hin und her gleitend angeordnet ist und
daß das Gehäuse (10) einschließlich der Bewegungsmechanik bzw. dem Antrieb (7) auf die Meßküvette (2) aufsetz- und verschraubbar ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Filter (5) als runde Glas- oder Quarzplättchen in die Öffnungen bzw. Aufnahme des Schlittens bzw. des Schiebers (4) einlegbar ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb bzw. die Bewegungsmechanik (7) direkt mit dem Gehäuse (10) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (7) als Gasdruckzylinder ausgeführt ist, der über eine Druckgaszuführung (12) mit einer Quelle für gesteuertes Druckgas verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb bzw. die Bewegungsmechanik (7) von einem Elektromagneten (13) und einer Übertragungsmechanik (14) hin und her bewegbar angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb bzw. die Bewegungsmechanik (7) mit einem gesteuerten Schrittschalt-, Stell- oder Servomotor hin und her bewegbar verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) oder der die gekapselte Bahn (11) bildende Gehäuseteil aus Metall besteht und staub- und lichtgeschützt ausgeführt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Photosensor mit Signalaufbereitung (3) ein Mikroprozessor angeschlossen ist, der einen Korrekturfaktor beim Messen errechnet und das Meßgerät nachkalibriert.

12. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1, bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ober- und Unterteil des Gehäuses (10), der Antrieb bzw. die Bewegungsmechanik (7) und der Photosensor mit Signalaufbereitung (3) miteinander verschraubbar ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas für die mechanische Betätigung gleichzeitig zum Spülen der Vorrichtung dient.