DE3503626A1 - Optical probe device for photometric analysis of fluids flowing in lines - Google Patents
Optical probe device for photometric analysis of fluids flowing in linesInfo
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Abstract
Description
Optische Sondenvorrichtung Optical probe device
für die fotometrische Analyse von in Leitungen stromenden Fluiden Die Erfindung betrifft eine optische Sondenvorrichtung für die fotometrische Analyse von in Leitungen strömenden Fluiden, die aus einem topfförmigen Gehäuse besteht, das mit dem Boden voran in eine entsprechende Öffnung eines Leitungsstückes einsetzbar und mit einer am offenen Ende befindlichen Vorkehrung mit dem Leitungsstück verbindbar ist, in dem Öffnungen zum Durchtritt des zu analysierenden Fluids vorgesehen sind und das im Bereich des Strahlenganges strahlungsdurchlässig ausgebildet ist. for the photometric analysis of fluids flowing in lines The invention relates to an optical probe device for photometric analysis of fluids flowing in lines, which consists of a pot-shaped housing, which can be used with the bottom first in a corresponding opening of a line section and connectable to the line piece with a provision located at the open end is, in which openings are provided for the passage of the fluid to be analyzed and which is designed to be radiation-permeable in the area of the beam path.
Derartige Sondenvorrichtungen müssen so beschaffen sein, daß sie unmittelbar in den Leitungen einer Produktionsanlage eingesetzt werden können. Sie finden beispielsweise Anwendung in Verbindung mit fotometrischen Betriebsmeßgeräten zur Konzentrationsmessung der in Leitungen vorzugsweiser chemischer oder nahrungsmitteltechnischer Produktionsanlagen strömender Fluide.Such probe devices must be designed so that they directly can be used in the lines of a production plant. You can find for example Use in connection with photometric industrial measuring devices for concentration measurement in the lines of preferably chemical or food processing plants flowing fluids.
Dabei ist es erforderlich, daß die in die Leitung hinein ragende Sondenvorrichtung von dem zu analysierenden Fluid durchströmt wird. Da Strahlungssender und -empfänger in einem außerhalb der Leitung angeordneten Betriebsmeßgerät untergebracht sind, muß die analysierende Strahlung innerhalb der Sondenvorrichtung reflektiert werden und kreuzt somit zweimal das zu analysierende Fluid.It is necessary that the probe device protruding into the line is traversed by the fluid to be analyzed. As a radiation transmitter and receiver are housed in an operating measuring device arranged outside the line, the analyzing radiation must be reflected within the probe device and thus crosses the fluid to be analyzed twice.
Es ist eine optische Sondenvorrichtung der einleitend gekennzeichneten Gattung bekannt (DE-OS 28 38 396), die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aus einem topfförmigen Gehäuse besteht, das mit dem Boden voran in eine entsprechende Öffnung eines Leitungsstuckes einsetzbar und mit einem am offenen Ende befindlichen Flansch mit dem Leitungsstück verbindbar ist, daß in dem Gehäuse parallel zum Boden ein strahlungsdurchlässiges Fenster gasdicht eingesetzt ist, und danach Öffnungen zum Durchtritt der Flüssigkeit und ein Strahlungsreflektor vorgesehen sind und auf den Boden außen eine abziehbare Kappe aufgesetzt ist, die sich nach dem Lösen des Flansches, beim Heraustreten des Gehäuses aus dem Leitungsstück, über einen nach innen gerichteten Stutzen an der Öffnung des Leitungsstückes stülpt und diesen dicht verschließt.It is an optical probe device of the initially identified Genus known (DE-OS 28 38 396), which is characterized in that it consists of one There is a cup-shaped housing, the bottom first in a corresponding opening of a pipe section can be used and with a flange located at the open end can be connected to the line piece that a parallel to the floor in the housing Radiation-permeable window is inserted gas-tight, and then openings for Passage of the liquid and a radiation reflector are provided and on the A removable cap is placed on the outside of the bottom, which can be removed after loosening the flange, when the housing emerges from the line piece, via an inwardly directed The nozzle at the opening of the line piece is turned over and seals it tightly.
Die bekannte Sondenvorrichtung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß sie jederzeit ohne Störung des Produktionsprozesses und ohne große Umstände einer Reinigung unterzogen werden kann. Diesem Vorteil, der überall dort nicht zum Tragen kommt, wo die Produktionsanlagen in vorbestimmten Zeitabständen automatisch im Wege der Durchflussreinigung (CIP-Reinigung) gereinigt werden, stehen erhebliche Nachteile gegenüber.The known probe device is designed according to the invention in such a way that that they can be used at any time without disrupting the production process and without major inconvenience can be subjected to cleaning. This advantage, which is not everywhere there Carry comes where the production equipment takes place automatically at predetermined time intervals cleaned by means of flow cleaning (CIP cleaning) are considerable Disadvantages compared to.
Zum einen ragt die Sondenvorrichtung sehr weit in das zugeordnete Leitungsstück hinein und verursacht durch seine erhebliche Querschnittsverengung einen in den meisten Anwendungsfallen nicht tolerierbaren Druckverlust.On the one hand, the probe device protrudes very far into the assigned one Line piece into it and caused by its considerable narrowing of the cross-section a pressure loss that is intolerable in most applications.
Darüber hinaus wird die analysierende Strahlung innerhalb der Sondenvorrichtung in einem kavernenartigen Raum, der nur durch die Eintritts- und Austrittsöffnung mit der Leitung verbunden ist, umgelenkt. In dieser Kaverne werden sich bevorzugt Verschmutzungen festsetzen, die das Meßergebnis erheblich beeinträchtigen können. Vor der Ein- und Austrittsöffnung angeordnete Siebe können keine Abhilfe schaffen, da sie beispielsweise in Leitungen nahrungsmitteltechnischer Anlagen aus sanitären Gründen nicht anwendbar sind. Durch die zweifache Durchstrahlung des zu analysierenden Fluids, das heißt bedingt durch die relativ lange mit Medium ausgefüllte Meßstrecke, ist der Einsatzbereich der bekannten Sondenvorrichtung in Bezug auf hohe Trübungen von vornherein beschränkt.In addition, the analyzing radiation is inside the probe device in a cavern-like room that is only accessible through the entry and exit openings is connected to the line, diverted. In this cavern are preferred Establish dirt that can significantly impair the measurement result. Sieves arranged in front of the inlet and outlet opening cannot provide a remedy. as they are, for example, in lines of food processing systems from sanitary Reasons are not applicable. Through the double irradiation of the to be analyzed Fluids, i.e. due to the relatively long measuring section filled with medium, is the area of application of the known probe device with regard to high turbidity limited from the start.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Sondenvorrichtung der einleitend beschriebenen Art so auszubilden, daß sie einen geringen Druckverlust im zugeordneten Leitungsstück verursacht, daß sie insbesondere im Durchfluß leicht zu reinigen ist und die Messungen hoher Trübungen des zu analysierenden Fluids bei gleichbleibenden meßtechnischen Bedingungen zuläßt.It is an object of the present invention to provide an optical probe device of the type described in the introduction so that they have a low pressure loss causes in the associated line piece that it is particularly easy in the flow is to be cleaned and the measurements of high turbidity of the fluid to be analyzed allows constant metrological conditions.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Sondenvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention, this object is achieved by an optical probe device solved with the characterizing features of claim 1. Advantageous further training of the invention are the subject of the subclaims.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die einmalige Durchstrahlung des zu analysierenden Fluids und die sich daraus ergebende kurze Meßstrecke hohe Trübungen noch meßtechnisch erfaßbar sind.The advantages achieved with the invention are in particular: that by the one-time irradiation of the fluid to be analyzed and the the resulting short measuring distance high turbidity can still be measured.
Die Durchdringung von Fluiden, wie beispielsweise Kondensmilch oder dicke Hefen mit einer Trübung von mehr als 10 000 EBC (EBC: Vergleichsstandard der European 8rewery Convention),ist mit der erfindungsgemäßen Sondenvorrichtung möglich.The penetration of fluids such as condensed milk or thick yeast with a turbidity of more than 10,000 EBC (EBC: comparison standard of European 8rewery Convention) is possible with the probe device according to the invention.
Da keine produktbeaufschlagten Reflektoren im Strahlengang erforderlich sind, ergeben sich auch keine Meßwertverfälschungen durch deren Verschmutzung.Since no reflectors exposed to the product are required in the beam path there are also no falsification of measured values due to their soiling.
Eine Weiterbildung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Meßkanal im Bereich der Wand des Leitungsstückes und mit seiner einen Begrenzungsfläche mit letzterem bündig abschließend angeordnet, zur Achse des Leitungsstückes hin offen und mit strömungsgünstiger Ein-und Auslaufkontur ausgebildet ist. Durch diese rinnenartige Ausbildung des Meßkanals in Wandnähe ergibt sich ein außerordentlich geringer Druckverlust der gesamten Anordnung. Die Strömung im zugeordneten Leitungsstück wird nur unwesentlich beeinflußt; die Durchflußreinigung der erfindungsgemäßen Sondenvorrichtung gestaltet sich außerordentlich einfach und wirkungsvoll. Die strömungsgünstige Formgebung des Meßkanals ergibt eine insbesondere für lebensmitteltechnische Anwendungen vorteilhafte schatten-und totraumfreie Reinigung. Durch die zur Achse des Leitungsstückes hin offene Rinne ist neben der unbehinderten axialen Durchströmung der Meßstrecke auch ein Strömungsaustausch in radialer Richtung gegeben. Dieser Queraustausch gestaltet sich um so wirkungsvoller, je turbulenter die Strömung im Bereich der Sondenvorrichtung ist. Von diesem turbulenten Queraustausch kann in fast allen technisch relevanten Anwendungsfällen ausgegangen werden. Einerseits besteht, wie vorstehend bereits beschrieben, die Forderung nach einem möglichst geringen Druckverlust der Sondenvorrichtung innerhalb des Leitungsstückes. Andererseits ist aber dieser Druckverlust in Verbindung mit den Reibungskräften, die von der Hauptströmung auf die Strömung im Meßkanal ausgeübt werden, für die Ausbildung einer Strömung im Meßkanal verantwortlich. Damit ist die Bemessung des Meßkanals eine Optimierungsaufgabe.A further development of the probe device according to the invention provides before that the measuring channel in the area of the wall of the line piece and with its one Boundary surface with the latter arranged flush with the axis of the line piece is designed to be open and with a streamlined inlet and outlet contour. By this channel-like formation of the measuring channel near the wall results in an extraordinary low pressure loss of the entire arrangement. The flow in the associated pipe section is only marginally influenced; the flow cleaning of the probe device according to the invention is extremely simple and effective. The aerodynamic design of the measuring channel results in a particularly advantageous one for food technology applications Shadow-free and dead space-free cleaning. Through to the axis of the line piece open channel is next to the unimpeded axial flow of the measuring section also given a flow exchange in the radial direction. This cross-exchange designed The more turbulent the flow in the area of the probe device, the more effective it is is. From this turbulent cross exchange can be in almost all technically relevant Use cases are assumed. On the one hand, there is, as above described the requirement for the lowest possible pressure loss in the probe device within the line section. On the other hand, however, this pressure loss is related with the frictional forces exerted by the main flow on the flow in the measuring channel are exercised, responsible for the formation of a flow in the measuring channel. In order to the dimensioning of the measuring channel is an optimization task.
Als geometrische Einflußgrößen kommen die Länge, die Bereite und die Tiefe des Meßkanals, sowie insbesondere dessen Einlaufgestaltung, infrage.The length, the width and the Depth of the measuring channel, and in particular its inlet design, in question.
Um strahlungsdurchlässige Fenster, die in der Regel Abdichtungsprobleme mit sich bringen, zu vermeiden, ist nach einer anderen Weiterbildung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Boden des Gehäuses wenigstens im Bereich des Meßkanals einen hohen Transmissionsgrad für die zu analysierende Strahlung aufweist.To radiation-permeable windows that usually have sealing problems bring with it, to avoid, is according to another development of the probe device According to the invention provided that the bottom of the housing at least in the area of the measuring channel has a high degree of transmission for the radiation to be analyzed.
Die Miniaturisierung der Strahlungssender- und Strahlungsempfängerdiode macht es nach einer anderen Weiterbildung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung möglich, daß durch den Boden vom zu analysierenden Fluid getrennt auf der einen Seite des Meßkanals ein Strahlungssender und auf der anderen Seite ein Strahlungsempfänger angeordnet ist.The miniaturization of the radiation transmitter and radiation receiver diode makes it according to another development of the probe device according to the invention possible that separated by the soil from the fluid to be analyzed on the one hand Side of the measuring channel a radiation transmitter and on the other side a radiation receiver is arranged.
Die Auswerteelektronik für den Strahlungssender und den -empfänger wird dabei zweckmäßigerweise von diesen getrennt in einem Gehäuse außerhalb des Leitungsstückes untergebracht. Das Gehäuse der Auswerteelektronik und das Gehäuse der Sondenvorrichtung bilden dabei in vorteilhafter Weise ein Bauteil aus einem Stück.The evaluation electronics for the radiation transmitter and receiver is expediently separated from these in a housing outside the Line piece housed. The housing of the evaluation electronics and the housing the probe device advantageously form a component from one Piece.
Durch die bezogen auf das Lei/tungsstück einseitige Unterbringung von Strahlungssender- und Strahlungsempfängerdiode in einem räumlich miteinander verbundenen Gehäuse herrschen für beide gleiche Temperaturverhältnisse. Eine Kompensation der Raumtemperatur zur Erhaltung 9leichter Meßbedingungen für Sender- und Empfängerdiode entfällt.Due to the unilateral accommodation in relation to the line piece of radiation transmitter and radiation receiver diode in one spatial relationship connected housing prevail for both the same temperature conditions. A compensation the room temperature to maintain easy measurement conditions for transmitter and receiver diodes not applicable.
Der konstante und vom Durchmesser des Leitungsstückes unabhängige Abstand von Strahlungssender- und-empfänger ergibt eine gleichbleibende meßtechnische Gerätekonstante, aus der eine hohe Funktionsgenauigkeit der gesamten Anordnung resultiert. Darüber hinaus ergibt sich durch die erfindungsgemäße Sondenvorrichtung der Vorteil, daß ein Auswechseln der Elektronik ohne Öffnen des Leitungsstückes (Produktraum) möglich ist.The constant and independent of the diameter of the pipe section The distance from the radiation transmitter and receiver results in a constant measurement Device constant, from which a high level of functional accuracy of the entire arrangement results. In addition, the probe device according to the invention has the advantage that that exchanging the electronics without opening the line section (product space) is possible.
Falls Strahlungssender und -empfänger auf der Platine der Auswerteelektronik außerhalb des Leitungsstückes angeordnet werden, ist nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß beiderseits des Meßkanals der Boden derart dachförmig unter zwei um 45 Grad geneigten Flächen abfällt, daß einerseits die vom Strahlungssender emittierte Strahlung an der ersten Fläche in den Meßkanal und die aus dem Meßkanal andererseits austretende Strahlung an der zweiten Fläche in den Strahlungsempfänger reflektiert wird. Diese Anordnung ist beispielsweise dann angezeigt, wenn es aufgrund der Betriebsbedingungen nicht zweckmäßig ist, Strahlungssender und -empfänger unmittelbar im Bereich des Meßkanals anzuordnen.If the radiation transmitter and receiver are on the circuit board of the evaluation electronics be arranged outside the line piece is advantageous according to another Further development of the probe device according to the invention provided that both sides of the measuring channel, the floor is roof-shaped under two surfaces inclined at 45 degrees drops that on the one hand the radiation emitted by the radiation transmitter at the first Area in the measuring channel and the radiation emerging from the measuring channel on the other hand is reflected on the second surface in the radiation receiver. This arrangement is indicated, for example, when it is not due to the operating conditions It is advisable to place the radiation transmitter and receiver in the immediate vicinity of the measuring channel to arrange.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung enden Lichtleiter beiderseits des Meßkanals. Strahlungssender und -empfänger befinden sich dabei im Gehäuse der Auswerteelektronik und sind mit je einem Lichtleiter gekoppelt.According to a further embodiment of the probe device according to FIG Invention light guides end on both sides of the measuring channel. Radiation transmitters and receivers are located in the housing of the evaluation electronics and each have a light guide coupled.
Eine andere Ausgestaltung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung sieht vor, daß die Lichtleiter in das Leitungsstück hineingeführt sind und dort zwischen ihren Stirnflächen, die zueinander parallel und in Strömungsrichtung ausgerichtet sind, eine Meßstrecke begrenzen. Diese Anordnung macht die rinnenförmige Ausbildung des Meßkanals im Boden des Gehäuses überflüssig.Another embodiment of the probe device according to the invention provides that the light guides are led into the line piece and there between their end faces, which are parallel to one another and aligned in the direction of flow limit a measuring section. This arrangement makes the trough-shaped training of the measuring channel in the bottom of the housing superfluous.
Abdichtungsprobleme und der damit verbundene konstruktive Aufwand werden vermieden, wenn nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung die Lichtleiter stoffschlüssig durch die Wand des Leitungsstuckes hindurchgeführt sind.Sealing problems and the associated construction effort are avoided if, according to a further advantageous embodiment of the probe device According to the invention, the light guide cohesively through the wall of the line piece are passed through.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung sind der Strahlungssender nd der empfänger die Lichtleiter /stoffschlussig über eine lusslg über eine Vergußmasse oder kraftschlüssig im Boden eingebettet, wodurch deren eindeutige und unverrückbare Anordnung sichergestellt ist.According to a further embodiment of the probe device according to the invention, the radiation transmitter nd are the Receiver the light guide / firmly embedded via a Lusslg via a potting compound or non-positively in the ground, whereby their clear and immovable arrangement is ensured.
Es ist nach einer anderen Weiterbildung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, Strahlungssender und -empfänger mit naher Infrarotstrahlung, das heißt im Wellenlängenbereich zwischen 7,8x10-7 und 1,4x10-6 m zu betreiben. Dieses ist deshalb von Vorteil, weil Sende- und Empfangsbauteile für nahe Infrarotstrahlung relativ preiswert herstellbar sind und sich besonders zur Übertragung eines schnellen Informationsflusses eignen.According to another development of the probe device the invention provides radiation transmitter and receiver with near infrared radiation, that means to operate in the wavelength range between 7.8x10-7 and 1.4x10-6 m. This is advantageous because transmitting and receiving components for near infrared radiation are relatively inexpensive to manufacture and are particularly suitable for transmitting a fast Flow of information.
Um eine eindeutige und unverfälschte fotometrische Analyse des in der Leitung strömenden Fluids sicherzustellen (Dombildung und die damit in diesem Bereich oftmals verbundene Gasansammlung muß in jedem Falle verhindert werden), ist nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sondenvorrichtung vorgesehen, das topfförmige Gehäuse senkrecht von unten oder waagerecht von der Seite in der Öffnung des waagerecht ausgerichteten Leitungsstückes anzuordnen.In order to obtain a clear and unadulterated photometric analysis of the in to ensure the line flowing fluids (dome formation and the resulting in this Area often connected gas accumulation must be prevented in any case), is according to a further embodiment of the probe device according to the invention provided, the cup-shaped housing vertically from below or horizontally from the Side to be arranged in the opening of the horizontally aligned piece of pipe.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Figur 1 einen Querschnitt durch eine optische Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung; Figur 2 eine halbe Draufsicht auf die Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei das Leitungsstück mittig aufgeschnitten ist; Figur 3 eine Seitenansicht der mittig geschnittenen Draufsicht gemäß Figur 2; Figur 4 einen zur Hälfte dargestellten Querschnitt einer Weiterbildung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei zwei im Strahlengang angeordnete, um 45 Grad geneigte Flächen die Strahlung um 2x90 Grad total reflektieren; Figur 5 einen zur Hälfte dargestellten Querschnitt einer anderen Weiterbildung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung mit im Strahlengang angeordneten Lichtleitern und Figur 6 andere Weiterbildung der Sondenvorrichtung gemäß der Erfindung mit Lichtleitern, die in das Leitungsstück hineingeführt sind.Embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. FIG. 1 shows a cross section through an optical probe device according to the invention; FIG. 2 is a half plan view of the probe device according to the invention, the line piece being cut open in the middle; FIG. 3 shows a side view of the centrally cut plan view according to FIG. 2; FIG. 4 shows a half-cross section of a further development of the probe device according to the invention, two surfaces inclined by 45 degrees, arranged in the beam path, totally reflecting the radiation by 2 × 90 degrees; FIG. 5 shows a half cross section of another further development of the probe device according to the invention with light guides and arranged in the beam path FIG. 6 shows another further development of the probe device according to the invention with light guides which are guided into the line piece.
An einem Leitungsstück 2 (Figur 1) ist eine mit einem Leitungsflansch 2a versehene öffnung ausgebildet. Eine Sondenvorrichtung weist ein topfförmiges Gehäuse 1 auf, das mit einem Boden 1a voran in die Öffnung des Leitungsstückes 2 einsetzbar ist.On a line piece 2 (Figure 1) is one with a line flange 2a provided opening formed. A probe device has a cup-shaped Housing 1 which, with a bottom 1a leading into the opening of the line section 2 can be used.
Für die gegenseitige Abdichtung sorgt eine Dichtung 3.A seal 3 ensures mutual sealing.
An dem Gehäuse 1 ist ein Gehäuseflansch 1d ausgebildet, der mit dem zugeordneten Leitungsflansch 2a über Verbindungsmittel 4 verbunden ist. Das Gehäuse 1 setzt sich außerhalb des Leitungsstückes 2 fort und erweitert sich in ein Gehäuse für die Auswerteelektronik le. Der Boden 1a des Gehäuses 1 weist einen zur Achse des Leitungsstückes 2 parallel verlaufenden Meßkanal 1b auf, der im Bereich der Wand des Leitungsstückes 2 und mit seiner einen Begrenzungsfläche mit letzterem bündig abschließend angeordnet, zur Achse des Leitungsstückes 2 hin offen und mit strömungsgünstiger Einlauf- und Auslaufkontur 1c ausgebildet ist.On the housing 1, a housing flange 1d is formed with the associated line flange 2a is connected via connecting means 4. The case 1 continues outside the line section 2 and expands into a housing for the evaluation electronics le. The bottom 1a of the housing 1 has one to the axis of the line piece 2 running parallel measuring channel 1b, which is in the area of Wall of the line piece 2 and with its one boundary surface with the latter arranged flush, open to the axis of the line piece 2 and with flow-favorable inlet and outlet contour 1c is formed.
Auf der einen Seite des Meßkanal 1 b und durch den Boden 1 a von diesem getrennt ist ein Strahlungssender 5 angeordnet.On one side of the measuring channel 1 b and through the bottom 1 a of this a radiation transmitter 5 is arranged separately.
Auf der anderen Seite befindet sich, in gleicher Weise angeordnet, ein Strahlungsempfänger 6. Sowohl der Strahlungssender 5, als auch der -empfänger 6 befinden sich auf Platinen 7, die einerseits bis in den Boden la des Gehäuse ses 1 hineinragen und andererseits mit der Platine 7 im Gehäuse für die Auswerteelektronik le verbunden sind.On the other side, arranged in the same way, is a radiation receiver 6. Both the radiation transmitter 5 and the receiver 6 are on Sinkers 7, the one hand down into the ground la of the housing ses 1 protrude and on the other hand with the circuit board 7 in the housing for the evaluation electronics le are connected.
Strahlungssender und - empfänger 5 bzw. 6 sind derart angeordnet, daß der ihr Strahlungszentrum verbindende Strahlung gang S1 (Figur 1) von dem Boden des rinnenförmigen Meßkanals 1b einen Abstand a besitzt (Figur3). Der Meßkanal 1b besitzt insgesamt eine Tiefe t und im Bereich des Strahlenganges S1 eine Breite b. Seine Eintrittsbreite b1 an jener Stelle, an der er gerade noch die maximale Tiefe t besitzt, ist aus Figur 2 ersichtlich.Radiation transmitters and receivers 5 and 6 are arranged in such a way that that the radiation connecting their radiation center path S1 (Figure 1) from the ground of the trough-shaped measuring channel 1b has a distance a (Figure 3). The measuring channel 1b has a total depth t and a width in the area of the beam path S1 b. Its entry width b1 at the point where it is just about the maximum Depth t can be seen from FIG.
In Figur 3 ist das ungestörte turbulente Strömungsprofil c(y) innerhalb des Leitungsquerschnittes R dargestellt. Man erkennt, daß die im Wandabstand a vorliegende Strörnungsgeschwindigkeit c(a) etwas kleiner als die mittlere Geschwindigkeit c m cm ist. Letztere wiederum ist ca. 16 Prozent kleiner als die im Zentrum des Leitungsstückes vorliegende maximale Geschwindigkeit c max Im am stärksten von der Sondenvorrichtung verengten Querschnitt M ergibt sich eine nicht dargestellte Geschwinigkeitsverteilung, die gegenüber der Geschwindigkeitsverteilung im ungestörten Querschnitt R im Verhältnis der Querschnittsverminderung erhöht ist. Diese Geschwindigkeitserhöhung trägt dazu bei, daß die im Meßkanal 1b zu erwartende Geschwindigkeitsreduzierung infolge des erhöhten Wandeinflusses etwas geringer ausfällt, als dieses bei nicht verengtem Querschnitt M der Fall wäre. Daher liegt nåherungsweise im Bereich des Strahlenganges S1 die Geschwindigkeit c(a) der ungestörten Strömung vor, die annähernd etwa so groß wie die mittlere Geschwindigkeit c ist. Diese Situam tionsbeschreibung soll zeigen, daß die Strömung im Meßkanal ib näherungsweise der mittleren Geschwindigkeit c m im ungestörten Querschnitt entspricht. Da außerdem turbulenter Queraustausch zwischen der Strömung im Zentrum des Leitungsstückes 2 und dem Meßkanal 1 b vorausgesetzt werden kann, ist die Strömung im Meßkanal lb näherungsweise auch repräsentativ für die Strömung im Leitungsstück 2.In Figure 3, the undisturbed turbulent flow profile c (y) is within of the line cross-section R. It can be seen that the wall distance a Flow velocity c (a) slightly less than the mean velocity c m is cm. The latter, in turn, is approx. 16 percent smaller than the one in the center of the line section present maximum velocity c max Im strongest from the probe device narrowed cross-section M results in a speed distribution not shown, that of the speed distribution in the undisturbed cross-section R in the ratio the reduction in cross-section is increased. This increase in speed contributes to this in that the speed reduction to be expected in the measuring channel 1b as a result of the increased wall influence is somewhat less than this with non-narrowed Cross section M would be the case. Therefore lies approximately in the area of the beam path S1 is the speed c (a) of the undisturbed flow, which is approximately about so as large as the mean speed c. This description of the situation should show that the flow in the measuring channel ib approximately the mean speed c m corresponds to the undisturbed cross-section. There was also a turbulent cross-exchange between the flow in the center of the line section 2 and the measuring channel 1 b provided can be, the flow in the measuring channel lb is also approximately representative of the flow in the pipe section 2.
Falls Strahlungssender und -empfänger 5 bzw. 6 auf der Platine 7 im Gehäuse der Auswerteelektronik le angeordnet sind, kann die vom Strahlungssender 5 emittierte Strahlung über eine auf der entsprechenden Seite des Meßkanals 1 b unter 45 Grad geneigt angeordnete erste Fläche 1f total in den Meßkanal 1b reflektiert werden (Figur 4). Die aus dem Meßkanal 1b andererseits austretende Strahlung wird über eine unter 45 Grad geneigte Fläche 1g in den Strahlungsempfänger 6 total reflektiert (Strahlengang S2) In Figur 5 sind Lichtleiter 8 bzw. 9 in den Strahlengang 1 eingeschaltet. Der erste Lichtleiter 8, der über ein geeignetes Verbindungsmittel 10a mit dem Strahlungssender 5 gekoppelt sein kann, lenkt die emittierte Strahlung in den Meßkanal 1b hinein (Strahlengang 51) Die aus dem Meßkanal 1b andererseits austretende Strahlung wird über einen zweiten Lichtleiter 9 dem Strahlungsempfänger 6, mit dem er über ein Verbindungsmittel 1Ob gekoppelt sein kann, zugeführt.If the radiation transmitter and receiver 5 or 6 on the circuit board 7 in the Housing of the evaluation electronics le are arranged, the from the radiation transmitter 5 emitted radiation via a on the corresponding side of the measuring channel 1 b The first surface 1f, which is inclined at 45 degrees, is totally reflected into the measuring channel 1b (Figure 4). The radiation emerging from the measuring channel 1b on the other hand becomes Totally reflected into the radiation receiver 6 via a surface 1g inclined at 45 degrees (Beam path S2) In FIG. 5, light guides 8 and 9 are switched into beam path 1. The first light guide 8, which is connected to the radiation transmitter via a suitable connecting means 10a 5 can be coupled, directs the emitted radiation into the measuring channel 1b (Beam path 51) The radiation exiting from the measuring channel 1b on the other hand is Via a second light guide 9 to the radiation receiver 6, with which it has a Connection means 1Ob can be coupled, supplied.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Boden 1a des Gehäuses 1 wenigstens im Bereich des Meßkanals ib derart beschaffen ist, daß er einen hohen Transmissionsgrad für die zu analysierende Strahlung aufweist, und daß, abhängig von der jeweiligen Ausführungsform der Sondenvorrichtung, Strahlungssender und - empfänger 5 bzw. 6 oder die Lichtleiter 8, 9 oder geschliffene Glasprismen stoffschlüssig über eine Vergußmasse 11 oder kraftschlüssig im Boden 1a eingebettet sind (Fig. 1 und 5).It is particularly advantageous if the bottom 1 a of the housing 1 at least in the area of the measuring channel ib is such that it has a high degree of transmission for the radiation to be analyzed, and that, depending on the respective Embodiment of the probe device, radiation transmitter and receiver 5 and 6, respectively or the light guides 8, 9 or ground glass prisms cohesively via a Potting compound 11 or are embedded in a non-positive manner in the bottom 1a (FIGS. 1 and 5).
Falls die Lichtleiter 8, 9 (Figur 6) in das Leitungsstück 2 hineingeführt sind und dort zwischen ihren Stirnflächen, die zueinander parallel und in Strömungsrichtung ausgerichtet sind, eine Meßstrecke begrenzen, kann auf die Ausbildung des Meßkanals 1b (vgl. Figur 5) im Boden 1a des Gehäuses 1 verzichtet werden. Diese Anordnung ist außerordentlich einfach; zweckmaßigerweise werden die Llchtleiter 8, 9 stoffschlüssig durch den Buden 1 a hindurchgeführt, wobei Strahlungssender und -empfänger 5, 6 derart auf der Platine der Auswerteelektronik angeordnet sind, daß die Strahlung auf dem kürzesten Wege ohne Kopplungsmittel ausgesendet bzw. empfangen werden kann.If the light guides 8, 9 (FIG. 6) are led into the line piece 2 are and there between their end faces, which are parallel to each other and in the direction of flow are aligned, limit a measuring section, can affect the formation of the measuring channel 1b (see FIG. 5) in the bottom 1a of the housing 1 can be dispensed with. This arrangement is extremely simple; The light conductors 8, 9 are expediently cohesive passed through the booths 1 a, wherein Radiation transmitter and -receiver 5, 6 are arranged on the board of the evaluation electronics that the radiation is transmitted or received by the shortest route without coupling means can be.
Es hat sich für viele Anwendungsfälle als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Strahlungssender 5 und der -empfänger 6 mit naher Infrarotstrahlung, das heißt im Wellenlängenbereich 7,8x10-7 m < <1 ,4x10-6 m betrieben werden.It has proven to be particularly advantageous for many applications if the radiation transmitter 5 and the receiver 6 with near infrared radiation, the means that they can be operated in the wavelength range 7.8x10-7 m <<1.4x10-6 m.
Eine eindeutige und unverfälschte fotometrische Analyse des in der Leitung strömenden Fluids wird dadurch begünstigt, daß zur Vermeidung einer Dombildung und der damit in diesem Bereich oftmals verbundenen Gasansammlung das topfförmige Gehäuse 1 senkrecht von unten oder waagerecht von der Seite an der Öffnung des vorzugsweise waagerecht ausgerichteten Leitungsstückes 2 angeordnet ist (Fig. 1, 4 und 5).A clear and unadulterated photometric analysis of the in the Line flowing fluid is favored in that to avoid a dome formation and the gas accumulation often associated with it in this area, the cup-shaped Housing 1 vertically from below or horizontally from the side at the opening of the preferably horizontally aligned line piece 2 is arranged (Fig. 1, 4 and 5).
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