DE2138519B2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen, fotometrischen Messung - Google Patents

Description

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und in ein Steuersignal umwandelt, das, gegebenen- bis zu Trübungswerten von 100 ppm SiO₂ der Fall,

falls nach einer weiteren Verstärkung, zur Steuerung gelingt es mit der erweiterten Vorrichtung, das Aus-

der Lichtstärke der Lichtquelle dient. gangssignal I_a auch darüber hinaus zu linearisieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Wie F i g. 2 zeigt, strahlt wiederum eine Lampe, derer.

Zeichnungen dargestellt und wild im folgenden näher 5 Intensität die Lichtquellensteuerung 8 bestimmt,

beschrieben. Es zeigt einen Lichtstrom Φ_ο in eine Küvette 9. Der durch

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Streuung an den Feststoffteilchen erzeugte Licht-Trübungsmessung, strom Φ₅ und damit auch das Signal U₈ zeigen bei

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur größeren Trübungen eine starke Unlinearität. Wie in

Trübungsmessung mit der erfindungsgemäßen Linea- io F i g. 5 dargestellt ist, erreicht das Meßsignal U₈

risierung im Bereich großer Trübungen, ohne den Einfluß des Regelkreises bei einer bestimm-

F i g. 3 bis 6 die Kennlinien einiger im Blockschalt- ten Trübung ein Maximum, um dann wieder abzu-

bild von F i g. 2 auftretender Signale. fallen. Allen Werten von U₈ können deshalb zwei

Wie in F i g. 1 dargestellt ist, bestimmt eine Licht- unterschiedliche Trübungen zugeordnet werden, woquellen-Steuerschaltung 1 den von einer Lampe in if durch die Eindeutigkeit des Meßergebnisses nicht eine Küvette 2 geleiteten Lichtstrom Φ_ο. Dieser gewährleistet ist. Bekannte Trübungsmeßgeräte sind wird durch die Extinktion einer die Küvette füllen- aus diesem Grund nur zur Messung kleiner Trübunden Flüssigkeit geschwächt und verläßt sie als Φ_κ. gen geeignet. Durch die im folgenden geschilderten Der geschwächte Lichtstrom Φ_κ wird von einem Maßnahmen gelingt es, den Meßbereich bis zu Trü-Lichtempfanger 3 erfaßt, in ein elektrisches Signal U_R ao bungen von 10 000 ppm SiO₂ zu erweitern, umgewandelt und an einen Regelverstärker 4 weiter- Wie F i g. 3 zeigt, hat bei kleinen Trübungen das gegeben. Dieser bildet aus dem konstanten Ver- auf 0 bezogene durch Extinktion geschwächte Signal gleichssignal U_v einer Konstantspannungsquelle 5 Φ_Η in Abhängigkeit von der Trübung einen expound dem Signal U_R ein Differenzsignal U_RV, das zur nentiellen Verlauf gemäß dem Lambert-Beerschen Lichtquellensteuerschaltung 1 zurückgeführt wird, as Gesetz. Durch ein mit dem Lichtempfänger 10 ver-Sobald sich eine Extinktion einstellt, wird der Licht- bundenes nichtlineares Netzwerk gelingt es, diesen strom Φ_κ und damit das Signal U_R kleiner. Da das Teil der Kurve zu linearisieren. Je nach Art und Auf Vergleichssignal Uy konstant bleibt, entsteht ein bau des nichtlinearen Netzwerkes ist es weiterhin Differenzsignal, das über die Lichtquellenst^uerschal- möglich, im Bereich großer Trübungen, die nicht tung die Intensität der Lampe so lange erhöht, bis 3° mehr exakt dem Lambert-Beerschen Gesetz gehores durch Ansteigen von U_R wieder zu Null gewor- chen, eine Kurvenkrümmung nach der einen oder den ist. anderen Seite zu erreichen. Das Signal U_R wird nun

Je nach Stärke der Trübung wird der Licht- von einem Differenzverstärker 11 mit einem konstrom Φ_ο in der Küvette 2 durch die Feststoffteilchen stanten Signal U_v verglichen. Dadurch erreicht das gestreut und als Lichtstrom Φ₃ unter einem Winkel 35 Differenzsignal U₇, wie Fig. 6 zeigt, einen gegenvon 90° /on einem Lichtempfänger 6 detektiert. über U_R invertierten Kennlinienverlauf und kann nun Durch die Umwandlung des Lichtstromes Φ₈ in ein als Vergleichssignal verwendet werden. Der Vergleich elektrisches Signal U₈ ergibt sich bereits die Mög- zwischen dem von der Extinktionsmessung ausgehenlichkeit, daß Meßsignal einem elektrischen Anzeige- den Signal U₇ und dem von der Streulichtmessung gerät zuzuführen. Für viele Anwendungsfälle, insbe- 40 ausgehenden Signal U₈ erfolgt in einem weiteren sondere bei Fernmessungen, empfiehlt es sich jedoch, Differenzverstärker 13. Wenn die beiden Signale das Signal U₈ vorher durch einen Verstärker 7 in nicht gleich sind, entsteht ein Differenzsignal, das einen eingeprägten Strom umzuformen. Da die Regel- über einen Regelverstärker 14 und die Lichtquellenschaltung in F i g. 1 dafür sorgt, daß der Lichtstrom steuerung 1 so lange auf die Lampe einwirkt, bis Φ_R konstant gehalten wird und der Lichtstrom Φ₈ 45 diese eine Intensität erreicht, die zu gleich großen der gleichen Extinktion unterliegt, bleiben Ver- Signalen U₇ und U₈ führt. Durch diese Regelung schmutzungen der Küvettenfenster — eine gleich- ergibt sich eine Anhebung des abfallenden Astes der mäßige Verschmutzung der Fenster vorausgesetzt — Kennlinie von U₈ bei großen Trübungen über den eine Färbung der Flüssigkeit und eine Alterung der Wendepunkt der Kennlinie hinaus. Dadurch wird Lampe ohne Einfluß auf das Meßergebnis. 50 nicht nur eine Linearisierung der in F i g. 5 darge-

Die erfindungsgemäße Weiterentwicklung der vor- stellten Kennlinie erreicht, sondern es ist vor allem

stehend beschriebenen Vorrichtung ist in F i g. 2 dar- jedem Trübungswert eine eindeutige Ausgangsgestellt. Während das bei einer Vorrichtung nach größe /„ zugeordnet. Wie Versuche mit der neuen F i g. 1 abgenommene Ausgangssignal I_a nur so lange Vorrichtung zeigten, war auch die Substanzabhängigeinen linearen Verlauf zeigt, wie das Verhältnis von 55 keit des Meßergebnisses wesentlich geringer als bei Φ₈ zur Trübung konstant bleibt, und das ist etwa bekannten Geräten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (30)

1. Ί>
2. messung werden mit Hilfe einer Spiegelanordnung
3. Patentanspruch: und einher rotierenden Blende die ein exzentrisches
4. Loch besitzt, zwei von einer Lichtquelle ausgehende
5. Vorrichtung zur kontinuierlichen, fotometri- Lichtstrahlen, jeweils uirι 90° verse^ abwechselnd
6. sehen Messung von Trübungen nach dem Prinzip 5 in d.e Meßkuvette geleite. J nachdem, welcher der
7. der StreulichSnessung, bei der ein von einer beiden Strahlen gerade du^gda^wrf^am^
8. Lichtquelle ausgehender Lichtstrom die in einer den Lichtempfanger das Streulicht oder das durch
9. Küvette enthaltene Flüssigkeit durchdringt und Extinktion geschwächte Licht EJe^c* tan.Lieh t-
10. der durch Extinktion geschwächte Lichtstrom von empfänger abgegebenen elektrische° ^Img««e ^enf"
11. einem der Lichtquelle gegenüberliegenden ersten 10 sprechen dem jeweiligen Lichtsignal und können da
12. Lichtdetektor und sein Streulicht von einem sie gegeneinander Phasenverschoben_r^d durch _eme
13. zweiten um 90° versetzten Lichtdetektor erfaßt geeignete Demodulatorschaltung getrennt^den· Da
14. wird, dadurch gekennzeichnet, daß der sowohl das Streulicht .^aI.^s. ^*^^™¹"^
15. zur Extinktionsmessung vorgesehene erste Licht- Licht ungefähr der gleichen Schwächung durch
16. detektor (10) bzw. ein ihm nachgeschaltetes 15 Küvettenfensterverschmuteung und Farbe der FIus-
17. Netzwerk eine nichtlineare vorzugsweise log- sigkeit unterhegen, gelingt es,durch eine Quoüen ten-
18. arithmische übertragungscharakteristik besitzt bildung der beiden Signale diese Emflusse ζe um-
19. und ein Differenzverstärker (11) aus dem vom nieren. Nachteilig.ist jedoch daß.das Aus^angss.gnal
20. Lichtdetektor (10) abgegebenen elektrischen dieser Meßvornchtung weder emenloga^thmischen
21. Signal (U_R) sowie einem konstanten Vergleichs- *o noch ^^ZumScSr Hchk^e fte
22. signal (Uy) ein Differenzsignal (U₇) bildet, das kann deshalb nur nut Hilfe emer bicnkurve aus_oe
23. ein weiterer Differenzverstärker (13) mit dem vom wertet werden vreRvnrrirhtninr wer
24. zweiten für die Streulichtmessungen vorgesehenen Bei einer anderen bekannten Meßvorne!"ung wer-
25. Lichtdetektor (15) abgegebenen elektrischen Si- den die beiden um 90° ^ν^^^^ ™^e
26. gnal (Us) vergleicht und in ein Steuersignal (U₅₁) as eines Flimmerspiegels erzeugt Ein Liehtempfanger
27. umwandelt, das, gegebenenfalls nach einer weite- wandelt die Lichtintensität b«der Strahlerm.tm ren Verstärkung, zur Steuerung der Lichtstärke elektrisches Licht um, das anschheßend verstark
28. der Lichtauelle dient wird und einen Servomotor in Bewegung setzt, der
29. der Lichtquelle dient. ^^ ^^ _{mechanischen Me}ßblende die Intensität
30. 30 des transmittierenden Vergleichstrahls so weit verändert, bis beide Strahlen mit gleicher Lichtstarke

    auf den Lichtempfänger auftreffen. Die Meßblende

    ist mit einer Skalentrommel mechanisch gekoppelt, wodurch sich der Meßwert aus der Stellung der Meß-

    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kon- 35 blende ergibt und abgelesen werfen kann. We leicht tinuierlichen, fotometrischen Messung, insbesondere zu erkennen ist, werden bei diesem Meßsystem recht von Trübungen nach dem Prinzip der Streulicht- umfangreiche mechanische Vorrichtungen und zahlmessung, bei der ein von einer Lichtquelle ausgehen- reiche bewegte Teile benotigt.

    der Lichtstrom die in einer Küvette enthaltene Flüs- Ohne bewegte Teile kommt auch ein weiteres be-

    sigkeit durchdringt und der durch Extinktion ge- 40 kanntes Gerät nicht aus bei dem nur in bestimmten schwächte Lichtstrom von einem der Lichtquelle Zeitabständen die Extinktion gemessen und durch gegenüberliegenden ersten Lichtdetektor und sein eine Veränderung der Verstärkung berücksichtigt Streulicht von einem zweiten um 90° versetzten wird. Alle bekannten Vorrichtungen haben außerdem Lichtdetektor erfaßt wird. den Nachteil, daß sie sich auf die Messung kleiner

    Enthält eine Flüssigkeit ungelöste Stoffe in fein- 45 Trübungen beschränken müssen denn im bereich verteilter Form, sogenannte Sink- und Schwebestoffe, großer Trübungen ist das Streuhchtsignal nicht mehr so ist sie mehr oder weniger stark getrübt. Bei kon- proportional der Trübung.

    tinuierlich arbeitenden Vorrichtungen wird die Flüs- Zum Stand der Technik sei noch vermerkt daß es

    sigkeit durch ein Fotometer geleitet und entweder auf dem Gebiet photometrischer Messungen bekannt die Intensitätsschwächung des durch die Flüssigkeit 5° ist, die Helligkeit der Lichtquelle durch einen Regeldringenden Lichtstrahls oder die Intensität des seit- kreis konstant zu halten bzw. zum Ausgleich von lieh gestreuten Lichtes gemessen. Im ersteren Fall Störgrößen automatisch nachzustellen, spricht man von einer Extinktionsmessung. Hierbei Aufgabe der Erfindung ist es, bei emer Vornch-

    werden die auf ihrem Weg von der Lichtquelle zum tung der eingangs genannten Art durch Lineansie-Empfänger beim Zusammentreffen mit Feststoff- 55 rung auch die Messung großer Trubungswerte zu teilchen von ihrer Bahn nicht abgelenkten Licht- ermöglichen. Auf die Verwendung störanfälliger, strahlen gemessen. Bei dem zweiten genannten Fall mechanisch bewegter Teile soll dabei verzichtet werdienen die von den Feststoffteilchen seitlich gestreu- den. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ten Lichtstrahlen zur Messung. gelöst, daß der zur Extinktionsmessung vorgesehene

    Bei modernen Trübungsmeßgeräten wird die Ge- 60 erste Lichtdetektor bzw. ein ihm nachgeschaltetes nauigkeit des Meßergebnisses erhöht, indem außer Netzwerk eine nichtlineare, vorzugsweise logarithder Streulichtmessung auch noch eine Extinktions- mische Übertragungscharakteristik besitzt und ein messung durchgeführt wird, deren Ergebnis als Differenzverstärker aus dem vom Lichtdetektor ab-Bezugsgröße dient. Hierdurch gelingt es weitgehend, gegebenen elektrischen Signal sowie einem konstan-Fehler, die durch das Altern der Lichtquelle, eine 65 ten Vergleichssignal ein Differenzsignal bildet, das Verschmutzung der Küvettenfenster oder eine Fär- ein weiterer Differenzverstärker mit dem vom zweibung der Flüssigkeit entstehen, auszuschalten. ten für die Streulichtmessung vorgesehenen Licht-

    Bei einer bekannten Vorrichtung zur Trübungs- detektor abgegebenen elektrischen Signal vergleicht