DE2138519C3 - Vorrichtung zur kontinuierlichen, fotometrischen Messung - Google Patents

Description

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signal (U_v) ein g ( _f) _ ^ ^ _{y() vcr!iC},_/U

ein weiterer Differenzverstärker 13) mit dem vom '"·· piimmerspie-els erzeugt. Ein Lichtempfäiii-er

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Lichtdetektor (15) abgeg " _{ ^ ^ _{das ansc}|,|,eCe

gnal (L\) vergleicht und in ein Steuersignal (L·,,) ^ - _l J_{n Scrvomo[O}r in Bewegung setzt, d«.-r

dl d bfll nach einer weite- =5 «... Mßbld d Intnität

weiterer Differenzverstärker 13) mit dem vom piimmerspie-els erzeugt. Ein Lichtem

-iten für die Streulichtmessungen vorgesehenen <- ·-■- Lichtintensität beider Strahlen

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_Zv-iten für die Streulichtmessungen vorgesehenen Lichtintensität beider Strahlen in ein

Lichtdetektor (15) abgegebene;, elektrischen Si- *J" _{ ^ ^ _{das ansc}|,|,eCeiHi verstärkt

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gnal (L\) vergleicht und in g ^ _l J_{n Scrvomo[O}r in Bewegung

umwandelt, das, gegebenenfalls nach einer weite- =5 «... mechanischen Meßblende die Intensität

ren Verstärkung, zur Steuerung der Lichtstarke <j»> _tra]._smilticreiui_cn VergleichstrahK so weit veider Lichtquelle dient. -indert' bis beide Sirahlen mit gleicher Lichtstärke

'auf den LichtempfängL-r auftrellen. Die Mel.iblendc

_{ist mil cincr} Skalentrommel mechanisch gekoppelt,

_wo,iurch sich der Meßwert aus der Stellung der Mc-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kon- Wende crgibt.und abgelesen werden kjjnn V, ,c Ic.ch linuicrlichen, fotometrischen Messung, insbesondere zu erkennen is werd^n v. d ^n von Trübunuen nach dem Prinzip der Streulicht- umfangreiche inechanisüκ. ν _b

messung, befder ein von einer Lichtquelle aussehen- 35 reiche bewegte feix:hu, ^

tier Lichtstrom die in einer Küvette enthaltene Flüs- Ohne beweg . ΓuU. k. mmt^u, _immtcn

«igkcit durchdringt und der durch Extinktion ge- Unη es Gera, ⁿ^\^^_{mcisen Ulld durc}h fchwächte Lichtslrom von einem der Lichtquelle Zeiiabsunikn an- -xππκ .-, berücksichtigt

gegenüberliegenden ersten Lichtdetektor und sein eine Ve-nderung c.e;^-\.. tarkΛΐη ^^ Streulicht von einem zweiten um 9()· versetzten ₄o jj,rd Λ I ,^ ^™_f ^_{ic Mcssunii kIe},ner Lichtdetektor erfaßt wird. ^{ULn lVKmu} · ^u', .. , _nlii^,._n denn im Berei.-h

Enthält eine Flüssigkeit ungelöste Stoffe in fein- Trübungen besc.anken ηι. ss-a du η ιm »<-ru verteilter Form, sogenannte Sink- und SchwebcstolTe, großer Trübungen .s das Streul.chtsiLnal nicht _S(1 ist sie mehr oder weniger stark getrübt. Bei kon- proportional der 1 ruhung. _{vcrmcrkt &}ü>, es

tinuierlich arbeitenden Vorrichtungen wird die Flüs- ₄5 Zum Stand der . echnik se nod ^ rm kt U , siukcit durch ein Fotometer geleitet und entweder auf dem Gebiet phntometr sch, M '^ -^ die Intensitätsschwächung des durch die Flüssigkeit ist. die Helligkeit der ich.quelle dure . ηu R^ dringenden Lichtstrahls oder die Intensität des seit- kreis konstant zu hallen b/*. /um Ausstich lieh Bestreuten Lichtes gemessen. Im erstcren Fall Störgrößen automatisch nachxustLlU. spricht man von einer Extinktionsmessung. Hierbei 50 Aufgabe der hrl.ndung ist es._bu u . Vorrch werden die auf ihrem Weg von der Lichtquelle zum lung der eingangs genannten Art « m. . Lmc. ns^ Empfänger beim Zusammentreffen mit Fesistoff- rung auch die Nessung große r rub "^ ^ J teilchen von ihrer Bahn nicht abgelenkten Licht- ermöglichen. Auf die Vcnvc-nd n^ st« nfd 1 ^r. strahlen gemessen. Bei dem .weiten genannten Fall mechanisch bewegter Icle soll dahuv cm I α dienen die von den Feststoffteilchen seitlich gcsireu- 55 den. Diese Aufgabe wird, *^rflndun^^Lmf J ten Lichtstrahlen zur Messung. gelöst, daß der zur ^nknonsmeMUnii<w

Bei modernen Trübungsmeßgeräten wird die Ge- erste Lichtdetektor bzw. «"^ nauigkeit des Meßergebnisses erhöht, indem außer Netzwerk eine nichtlinearc jorzugswe g

der Streulichtmessuni auch noch eine Extinktions- mische übcrtragungscharaktensuk bcs tzt und in messung durchgeführt wird, deren Ergebnis als 60 Differenzverstärker aus dem von' L'^"'⁰ * Bezugsfröße dient. Hierdurch gelingt es weitgehend, gegebenen elektrischen Signal sowie ■^einciJ ^⁰J^st^ Fehler, die durch das Altem der Lichtquelle, eine ten Verglc.chssignal cn D'prenzsignai bildet d. s Verschmutzung der Küvettenfenster oder eine Fär- ein weiterer Differenzverstärker mit dem1 vom zwc bung der Flüssigkeit entstehen, auszuschalten. ten für die St«^ulichlmeM^^

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Trübungs- 6₅ detektor abgegebenen elektnschen Signaljerge'cht messung werden mit Hilfe einer Spiegelanordnung und in ein Stcucrsignal umwandelt da^ Begebenen und einer rotierenden Blende, die ein exzentrisches falls nach einer wei ercn Verstärkung, zur Steuerung Lieh besitzt, zwei von einer Lichtquelle ausgehende der Lichtstärke der Lichtquelle dient.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Trübungsmessung, mit der kleine Trübungen gemesien werden können,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Trübungsmessung mit der erfindungsgemäßen Linearisierung im Bereich großer Trübungen,

Fig. 3 bis 6 die Kennlinien einiger im Blockschaltbild von Fi g. 2 auftretender Signale.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, bestimmt eine Lichtquellcn-Steuerschaltung 1 den von einer Lampe in eine Küvette 2 geleiteten Lichtstrom <!>₀. Dieser wird durch die Extinktion einer die Küvette füllenden Flüssigkeit geschwächt und verläßt sie als Φ_κ. is Dei geschwächte Lichtstrom Φ_Η wird von einem I.ichv.-mplanger 3 erfaßt, in ein elektrisches Signal U,, umgewandelt und an einen Re»elvcrstärker 4 weiterjjeueben. Dieser bildet aus dem konstanten VerglcichsMgnal li_v einer Konstantsp;nnungsquelle 5 und dem Signal IJ_k ein Dilfercnzsignal U_KV, das zur LiciiKiueilensteiiersclialiun» 1 zurückgeführt wird. Sobald sich eine Fxtinktion einstellt, wird der Lichtsirom 'l'n und damit das Signal IJ_K kleiner. Da das Vergleichssignal U_v konstant bleibt, entsteht ein as Dillerenzsignal, das über die Liehtquellensteuerschal-(ung die Intensität der Lampe so lange erhöht, bis es durch Ansteigen von f'_w wieder zu Null geworden ist.

Je nach Stärke der Trübung wird der Liehtstrom </',, in der Küvette 2 durch die Feststoffteilchen ßestrcut und als Lichtstrom Ί\ unter einem Winkel von 'Ό von einem Lichtempfänger (t detckliert. Durch die Umwandlung des Lichtstromes '!\ in ein elektrisches Signal U_s ergibt sieh bereits die Möglichkeit, daß Meßsignal einem elektrischen Anzeigegerat zuzuführen. Für viele Anwendungsfälic. insbesondere bei Fernmessungen, empfiehlt es sich jedoch, das Signal U_s vorher durch einen Verstärker 7 in einen eingeprägten Strom umzuformen. Da die Regelschaltung in F" i g. 1 dafür sorgt, daß der Lichtstrom Φ_K konstant gehalten wird und der Lichtstrom Φ$ der gleichen Extinktion unterliegt, bleiben Verschmutzungen der Küvettenfcnstcr — eine gleichmäßige Verschmutzung der Fenster vorausgesetzt — eine Färbung der Flüssigkeit und eine Alterung der Lampe ohne Einfiuß auf das Meßergebnis.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Die Erfindung besteht in der Weiterentwicklung de vorstehend beschriebenen Vorrichtung dahingencnd, daß große Trübungswerte gemessen werden kennen. Während das bei einer Vorrichtung nach Fig. 1 abgenommene Ausgangssignal I₁₁ nur so lange einen linearen Verlauf zeigt, wie das Verhältnis von tf'j zur Trübung konstant bleibt, und das ist etwa bi'i zu Trübungswerten von 100 ppm SiO₈ der Fall, gelingt es mit der erweiterten Vorrichtung nach F i g. 2 das Ausgangssignal /„ auch darüber hinaus zu linearisieren. Wie Fi g. 2 zeigt, strahlt wiederum eine Lampe, deren Intensität die Lichtquellensteuerung 8 bestimmt, einen Lichtsirom '/·„ in eine Küvette 9. De. duch Streuung an den Feststoffteilchen erzeugte Lichlstrom Φ$ und damit auch das Signal U_s zeigen bei größeren Trübungen eine starke Unlinearität. Wie in F i g. 5 dargestellt ist, erreicht das Meßsignal U_x ohne den Einfluß des Regelkreises bei einer bestimmten Trübung ein Maximum, um dann wieder abzufallen. Allen Werten von t/_s können deshalb zwei unterschiedliche Trübungen zugeordnet werden, wodurch die Eindeutigkeit des Meßergebnisses nicht gewährleistet ist. Bekannte Trübungsmeßgeräte sind aus diesem Grund nur zur Messung kleiner Trübungen geeignet. Durch die im folgenden geschilderten Maßnahmen gelingt es, d'..-*. Meßnereich bis /u Trübungen von 10 000 ppm SiO, ..u erweitern.

Wie F i g. 3 zeigt, hat bei kleinen Trübungen das auf 0 bezogene durcli Extinktion geschwächte Signal Ί>ι/ in Abhängigkeit von der Trübung einen exponentieüen Verlauf gemäß dem Lamben-Beerschen Gesetz. Durch ein mit .lern Liehtempfänger 10 verbundenes nichtlincares Netzwerk gelingt es. diesen Teil der Kurve zu linearisier·'¹!!. Je n^ch Art und Aufbau des niehtlinearen Netzwerkes ist es weiterhin möglich, im Bereich großer Trübungen, die nicht mehr exakt dem Lanibert-Bccrschcn Gesetz gehorchen, eine Kurvenkriimmiing nach der einen oder anderen Seite zu erreichen. Das Signal U_H wird nun von einem Differenzverstärker 11 mit einem konstanten Signal U_v verglichen. Dadurch erreicht das Differenzsignal U_T, wie Fig. 'S zeigt, einen gegenüber Uκ invertierten Kennlinienverlar.f und kann nun als Vergleichssignal verwendet werden. Der Vergleich zwischen dem von der Extinktionsmessung ausgehenden Signal U₇ und dem von der Streulichtmessung ausgehenden Signal f/_s erfolgt in einem weiteren Differenzverstärker 13. Wenn die beiden Signale nicht gleich sind, entsteht ein Differenzsignal, das über einen Regclverstärker 14 und die Lichtquellen-Steuerung 1 so lange auf die Lampe einwirkt, bis diese eine Intensität erreicht, die zu gleich großen Signalen U₁ und i/_s führt. Durch diese Regelung ergibt sich eine Anhebung des abfallenden Astes der Kennlinie von L/_s bei großen Trübungen über den Wendepunkt der Kennlinie hinaus. Dadurch wird nicht nur eine Linearisierung der in F i g. 5 dargestellten Kennlinie erreicht, sondern es ist vor allem jedem Trübungswert eine eindeutige Ausgangsgröße /„ -zugeordnet. Wie Versuche mit der neuen Vorrichtung zeigten, war auch die Substanzabhängigkeit de;, Meßergebnisses wesentlich geringer als bei bekannten Geräten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. ! ²

   Lichtstrahlen, jeweils um 90" versetzt, abwechselnd in rlie Meßküvette geleitet. Je nachdem, welcher der

   Patentanspruch: W^n StraWen gerade durchgelassen wird, fällt auf Vorrichtung zur kontinuierlichen, fotometn- «; _Li , _tcmpfij_nty._r das Streulicht oder das durch sehen Messung von Trühungen nach dem Prinzip _Fxtinktion m-schwachte Licht. Die von dem Lichtder Streulichtmessung, bei der ein von einer 5 "^l abgegebenen elektrischen Impulse entLichtquelle ausgehender Lichtstrom die in einer - ^ jeweiligen Lichtsignal und könn Mi₁ da Küvette enthaltene Flüssigkeit durchdringt und γ „-«cneinander phasenverschoben sind, durch cmc der durch Extinktion geschwächte Lichtstrom von ' P ^B Demodulatorschaltung getrennt werden. Da einem der Lichtquelle gegenüberliegenden ersten V-■ h _Streu|_icnt als auch das transmittierte Lichtdetektor und sein Streulicht von einem »« «™ _unp_efähr der gicichen Schwächung durch zweiten um 90° versetzten Lichtdetektor erfaßt *. " nfensterverschmutzung und Farbe der Flüswird, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e ι, daß der ^ unterließen, gelingt es durch eine Quotientenzur Extinktionsmessung vorgesehene erste Licht- £k _bt,?_{]en Sjgnale}, diese Einflüsse zu ehmidetektor (10) bzw. ein ihm nachgeschautes " ' _rcn ^b _NachtciIi„ _ist jedoch, daß das Ausgangssignal Netzwerk eine nichtlineare vorzugsweise log- «5 \_Icßvorri "|_min„ weder einen lo"nrith,nischen arilhmische Übertragungscharakteristik besitzt ™<~ ' · _lilKilrcll Verlauf hat. Das Meßergebnis und ein Differuizverstärker (11) aus dem vom " _{mn Mj]fc cincr} iüchkurve jusge-Lichtdetcktor (10) abgegebenen elektrischen ^u η dcsrui ^

   Sianal (U_R) sowie einem konstanten Vergleichs- „uleren bekannten Meßvorrichtung wersignal (U_v) ein DilTerenzsignal (U_f) bildet, das «» '^Λ _bcjd"_{cn um w} versetzten Strahlen mit Hilfe