DE2363432A1 - Streulichttruebungsmesser - Google Patents

Description

• Streulichttrübungsmesser.
• Die Erfindung betrifft einen Streulichttrübungsmesser, d.h. eine Anordnung zur Messung der Streustrahlung und damit der Konzentrationsbestlmmung der streuenden Teilchen.
• Bisher bekannte Trübungsmesser arbeiten entweder im Durchlichtverfahren (Messung der Extinktion) oder mit Streulicht. Das Durchlichtverfahren ist gegenüber dem Streulichtverfahren wesentlich weniger empfindlich, wobei außerdem keine Möglichkeit besteht, die durch ungelöste Bestandteile hervorgerufene Extinktion (Streuverluste und Absorption) von der durch die gelösten Stoffe erzeugten Absorption zu trennen. Demgegenüber können die mit Streulicht arbeitenden Trübungsmesser (Nephelometer) sehr empfindlich sein. Sie sprechen außerdem bei geeigneter Ausbildung spezifischer auf die Streulicht verursachenden ungelösten Bestandteile an.
• Nachteilig bei den bisher verwendeten Meßmethoden ist einmal die Anfälligkeit für. optische Veränderungen, welche nicht vom Meßmedium abhängen, und zum anderen Je nach Ausführung der Aufwand für die Aufrechterhaltung der Konstanz der Sender- und Empfängereigenschaften bezw. der Kompensation-der auftretenden Abweichungen.
• Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Streulichttrübungsmesser in der Weise auszubilden, daß die erwähnten Nachteile der den bisher üblichen Meßanordnungen zugrunde liegenden Meßmethoden ausgeschaltet werden.
• Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemäßer Streulichttrübungsmesser im wesentlichen dadurch, daß er zwei Sender in symmetrischer Anordnung gegenüberstehend aufweist und die Sender derart durch eine Blende von den Empfängern getrennt sind, daß die direkte Strahlung eines Senders nur von dem ihm diagonal gegenüberliegenden Empfänger und im anderen Empfänger nur die Streustrahlung aus dem Raum der Blendenöffnung empfangbar ist, daß die Sender und die Empfänger in den Ecken eines Rechteckes mit beliebigen Seitenlängen angeordnet sind und daß die Sender und die Empfänger in einem in das Meßgut eintauchbaren Sondengehäuse untergebracht sind.
• Durch die Verwendung zweier Sender und zweier Empfänger, welche wechselweise aufeinanderwirken, ergibt sich beim erfindungsgemäßen Streulichttrübungsmesser eine weitgehende Unabhängigkeit von Veränderungen der Sender- und Empfängereigenschaften.
• Da außerdem die Sender und die Empfänger in den Ecken eines Rechteckes angeordnet sind, ergibt sich infolge der durch die symmetrische Anordnung erzielten gleichen Lichtweglängen bei der Messung auch eine weitgehende Unabhängigkeit von optischen Veränderungen der Austritts- und Eintrittsfenster. Dem kommt auch entgegen, daß der optische Aufbau sehr einfach gehalten werden kann, sodaß in der einfachsten Ausführung kein Linsensystem für die Strahlenbündel erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung besteht darin, daß die Strahlung sowohl in Streuung als auch in Absorption derart gemessen wird, daß die Lichtweglängen in beiden Fällen gleich sind, sodaß die Lichtschwächung durch reine, nicht durch Streuung verursachte Absorption nicht in die Bestimmung der Meßgeräte eingeht.
• Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung, welche den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen StreulichttrUbungsmessers zeigt.
• Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Sender A und B sowie zwei Empfänger C und D vorgesehen, welche jeweils in den Ecken eines Quadrates einander gegenüber angeordnet sind. Die Abstände AB=CD und AC=BD können beliebig und voneinander verschieden sein. Die Erfindung ist infolgedessen nicht auf die quadratische Anordnung gemäß der beiliegenden Zeichnung beschränkt, sondern die Sender und Empfänger können beispielsweise ebensogut in den Ecken eines Rechteckes angeordnet sein.
• Bei dem erfindungsgemäßen Streulichttrübungsmesser ist, wie die Figur zeigt, eine Blende B1 zwischen dem Senderraum und dem Empfängerraum eingebaut, welche den direkten Strahlengang vom Sender A zum Empfänger C und vom Sender B zum Empfänger D ausschaltet, während die direkten Diagonalstrahlen vom Sender -A zum Empfänger D und vom Sender B zum Empfänger C ohne weiteres passieren können. Vom Sender A gelangt infolgedessen nur Streustrahlung zum Empfänger C, und ebenso gelangen vom Sender B nur Streustrahlungen zum Empfänger D. Um Reflexionsstrahlungen zu verhindern und um die Streuung auf den Raum der Blendenöffnung zu konzentrieren, ist eine zweite Blende B2 rechtWnklig zur -ersten Blende B1 angeordnet. Diese zweite Blende Ubt jedoch nicht unbedingt eine prinzipielle Funktion aus und kann daher auch fortgelassen werden.
• Der Raum zwischen den Sendern und Empfängern ist mit dem zu messenden Stoff, d.h. also dem Meßgut, gefüllt. Die Messung der Diagonaistrahlung vom Sender A zum Empfänger D und vom Sender B -z;um-Empfänger C dient dazu, den Einfluß von Sender- und Empfängereigenschaften und den Einfluß der Absorption auszuschalten.
• Die -folgende Ableitung ermöglicht die Bestimmung der Meßgröße.
• Vom Sender A gelangt nur Streulicht zum Empfänger C, und zwar hauptsächlich aus dem Raum der Blendenöffnung. Die Intensität dieses Streulichts ist proportional der Konzentration der streuenden Teilchen. Außerdem wird das Licht auf dem Wege vom Sender A zum Empfänger C durch Extinktion (Absorption + Streuungsverluste) geschwächt. Die gesamte Weglänge des Lichtes ist hierbei im wesentlichen gleich x, sodaß die Extinktion durch einen expotentiellen Faktor e -x berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise ergibt sich für die Lichtintensität des Senders A, welche der Empfänger C registriert: ICA = gCA . KC . IA . a . c . e-@ Entsprechend ist die Strahlungsintensität, welcher der Empfänger D seitens des Senders B ausgesetzt ist: IDB= gDB . KD . IB . a . c . e-@ In obenstehenden Gleichungen bedeuten: gCA' gDB Geometriefaktoren zur Berücksichtigung der Strahlungs-charakteristik und der Anordnung von Sender und Empfänger; kc, kD Faktoren, welche die unterschiedlichen Empfängereigens chaften berücksichtigen; IA' 1B Strahlungsintensitäten der beiden Sender; a Proportionalitätsfaktor, welcher den Zusammenhang von Streuintensität und Konzentration der streuenden Teilchen beschreibt; c Konzentration der streuenden Teilchen.
• Für den direkten diagonalen Strahlengang gilt: ICB = gCB . KC . IB . e-x IDA = gDA . KD . IA . e-x mit analoger Bedeutung der Faktoren.
• Aus den vier meBbaren Strahlungsintensitäten läßt sich nunmehr folgender Ausdruck bilden: ICA . IDB gCA . gDB - = - . a2 . c2 = constant . c2 ICB . IDA gCB . gDA Augenscheinlich ist dieser Ausdruck nur abhängig von einer feststehenden Konstanten der Strahlungsgeometrie, einer teilchenspezifischen Konstanten und dem Quadrat der Konzentration, jedoch nicht von Sender- und Empfängereigenschaften oder der Extinktion α und damit auch nicht von der Absorption etwaiger gelöster Stoffe.
• Der lineare Zusammenhang zwischen der Konzentration c und der Wurzel aus dem Mengengrößenausdruck kann am besten durch Eichmessungen ermittelt werden, wobei mit Hilfe dieser Formel die in jedem speziellen Fall zu bestimmende Konzentration c unschwer ermittelt werden kann.
• Die aus den Sendern kommende Strahlung kann zur Erhöhung der Lichtausbeute in Richtung des Empfängers, welcher in jedem einzelnen Fall diagonal angeordnet ist, mit Hilfe geeigneter Reflektoren oder Linsen gebündelt werden.
• Durch geeignete Wahl des Abstandsverhältnisses AB/AC ist es möglich, den Streuwinkel festzulegen, unter welchem die Streuung gemessen wird.
• Das vorstehend beschriebene Meßprinzip eignet sich besonders zur Anwendung in einer Meßsonde, welche als Meßfühler dienen und in den zu messenden Stoff (Flüssigkeit oder Gas) eingetaucht werden kann. Die Steuerung und die Verarbeitung der Meßsignale kann in einer gesonderten elektronischen Auswerteeinheit erfolgen.
• Vor allem eine derartige Ausführung mit-MeßfUhler eignet sich besonders für Aufgaben der Verfahrensüberwachung überall dort, wo Dispersionen, Emulsionen und Kolloide bei den verschiedensten Verfahrensabläufen eine Rolle spielen. Sie eignet sich aber ebenso auch zum Einsatz bei der Wasseraufbereitung zur Bestimmung der Trübung, in der Abwassertechnik bei der Bestimmung des Feststoff- und Schlammgehaltes, bei der Staubüberwachung sowie in der Nahrungsmittelindustrie zur Überwachung von Trübung und Feststoffen in Getränken. Weitere Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Überwachung von Filteranlagen und von Flockungs- und Fällungsvorgängen.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   Streulichttrübungsmesser, d a d u r c h g e k e n n -z z e i c h n e t , daß er zwei Sender (A, B) in symmetrischer Anordnung gegenüberstehend aufweist und die Sender derart durch eine Blende (B1) von den Empfängern getrennt sind, daß die direkte Strahlung eines Senders nur von dem ihm diagonal gegenüberliegenden Empfänger und im anderen Empfänger nur die Streustrahlung aus dem Raum der Blendenöffnung empfangbar ist, daß die Sender und die Empfänger in den Ecken eines Rechteckes mit beliebigen Seitenlängen angeordnet sind und daß die Sender und die Empfänger in einem in das Meßgut eintauchbaren Sondengehäuse untergebracht sind.
2. 2. Streulichttrübungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung etwaiger Reflexionsstrahlung und zur Konzentrierung der Streustahlung auf den Raum der Blendenöffnung eine die beiden Sender (A, B) und gleichzeitig die beiden Empfänger (C, d) voneinander trennende zweite Blende (B2) vorgesehen ist.

   L e e r s e i t e