DE4142938C2 - Einrichtung zum Messen von Trübungen und Feststoffkonzentrationen in Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist durch die DE-OS 23 63 432 be­ kannt. Bei diesem Streulichttrübungsmesser liegt der Strah­ lengang in einer Ebene und die Fenster stehen senkrecht auf dieser Ebene. Das vom jeweiligen Lichtsender ausgehende Strah­ lenbündel wird dabei im öffnungsseitig gelegenen Bereich der Barriere (Blende) teilweise reflektiert und gelangt zumin­ dest anteilig auf den jeweils unterhalb des betreffenden Licht­ senders befindlichen Lichtempfänger. Hinzu kommen zusätzliche, durch eine quer zur ersten Blende angeordnete zweite Blende verursachte Reflexionen. Diese Reflexionslichtstrahlen beein­ flussen die Meßergebnisse und führen daher zu Meßungenauig­ keiten. Außerdem ist ein solcher Streulichttrübungsmesser emp­ findlich gegen Verschmutzung, so daß Sender und Empfänger in relativ kurzen Zeitabständen mechanisch gereinigt werden müssen.

Durch die US-PS 3,510,666 ist ein Trübungsmeßgerät mit ein­ stellbarer Lichtquelle bekannt, das ebenfalls in einer Ebene arbeitet und senkrecht zu dieser Ebene stehende Fenster auf­ weist und eine Barriere enthält. Im Fall auf der Senderseite vorhandener Verunreinigungen, z. B. Algen, streuen diese den Lichtstrahl auf die Gehäuseinnenwandung, und von dieser ge­ langt Licht auf den Streulichtempfänger und täuscht eine Trü­ bung im Medium vor. Des weiteren können Ablagerungen auf dem Direktlichtempfänger eine Rückstreuung verursachen, die an der Barriere (Blende) reflektiert wird und auf den Streu­ lichtempfänger gelangt. Die Verschmutzungsempfindlich­ keit eines solchen Trübungsmeßgeräts macht praktisch täglich eine mechanische Reinigung erforderlich, die automatisch von­ statten gehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß Streulicht­ nebenwege sicher verhindert und damit eine Beeinflussung der Meßergebnisse durch auf Streulicht zurückzuführende Refle­ xionen vermieden werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Mit diesen Maßnahmen wird der Vorteil erzielt, daß ungewollt gestreutes Licht in das freie Medium abgestrahlt wird, ohne an anderen Teilen der Meßsonde aufzutreffen. Durch die Ver­ wendung von Streuscheiben wird erreicht, daß die räumliche Verteilung des Lichts auch bei Verschmutzung der Fenster er­ halten bleibt. Dies ist für die Verhältnismessung von Be­ deutung.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Sonden­ kopfs,

Fig. 2 eine Ansicht des Sondenkopfs gemäß Fig. 1 von oben,

Fig. 3 eine Ansicht entlang des Schnittes A-A durch Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht längs des Schnittes B-B durch Fig. 2,

Fig. 5 eine Ansicht eines Sondenkopfs entspre­ chend Fig. 1, jedoch mit unterteilter Trennwand,

Fig. 6 einen Querschnitt durch einen Sondenkopf mit beidseitig zugängiger trichterförmi­ ger Ausnehmung,

Fig. 7 eine Ansicht des Sondenkopfs gemäß Fig. 6 von oben,

Fig. 8 eine Teilschaltung der Auswerteeinheit.

In Fig. 1 ist mit 10 der mit einer trichterförmigen Ausneh­ mung 14 versehene Sondenkopf bezeichnet. Die trichterförmige Ausnehmung 14 ist durch eine durchgehende Trennwand 11 in zwei Kammern 12, 13 unterteilt. Der Kammer 12 ist ein Lichtsender 15 und ein Lichtempfänger 17 zugeordnet, desgleichen der Kam­ mer 13 ein Lichtsender 16 und ein Lichtempfänger 18. Die Lichtsender 15 und 16 sind in Aufnahmebohrungen oder derglei­ chen Aussparungen in der Begrenzungswandung 10′ des Sondenkopfs 10 untergebracht, ebenso die Lichtempfänger 17 und 18. Dem Licht­ sender 15 liegt, bezogen auf die vertikale Mittelachse der trich­ terförmigen Ausnehmung 14 und durch die Trennwand 11 abge­ deckt der Lichtempfänger 18 diametral gegenüber, desgleichen dem Lichtsender 16 der Lichtempfänger 17 (siehe hierzu Fig. 4). Jedem Lichtsender 15, 16 und jedem Lichtempfänger 17, 18 ist eine Streuscheibe 19, 20, 21, 22, zum Beispiel in Form einer Milch­ glasscheibe, räumlich vorgeordnet.

In der ersten Phase strahlt der Lichtsender 15, und der mit diesem korrespondierende Lichtempfänger 17 erhält, wie Fig. 4 zeigt, direktes Licht als Referenzlicht. Aus den Fig. 1 und 3 ist ersichtlich, daß sämtliche Flächen, die vom Lichtsender 15 angestrahlt werden, durch die Trennwand 11 abgeblendet sind. Der Lichtempfänger 18 erhält demgemäß nur gestreutes Licht. In der zweiten Phase tritt der Lichtsender 16 in Funk­ tion, und die Lichtempfänger 17 und 18 vertauschen ihre Auf­ gabe. Das heißt, der Lichtempfänger 18 erhält direktes Refer­ enzlicht, der Lichtempfänger 17 hingegen lediglich gestreu­ tes Licht. Damit werden unterschiedliche Empfindlichkeiten der Lichtempfänger 17 und 18 eliminiert.

Die Streuscheiben 19 bis 22 bewirken auch bei ungleichmäßiger Verschmutzung der Lichtsender und/oder der Lichtemp­ fänger eine richtungsunabhängige Verminderung der Intensi­ tät. Verschmutzungen haben daher gleich geringe Auswirkungen wie eine Alterung. Demgegenüber können bei Verwendung kla­ rer Scheiben bzw. Fenster verhältnismäßig große Fehler auf­ treten.

Die Stirnseite der eine Mittelwand bildenden Trennwand 11 ist mit wenigstens einer nutförmigen Aussparung 23 bzw. Ein­ kerbung versehen, um bei schleimigem Belag (Abwassermessung) zu verhindern, daß Licht über die Kanten übertritt.

Die Trennwand 11 kann um ihre Längsachse 24 dreh- bzw. schwenk­ bar angeordnet sein und manuell oder motorisch betätigt wer­ den, um z. B. für einen Selbst-Test einzelne Bereiche abzu­ schatten oder grobe Verschmutzungen abzuwischen.

Bei der Ausbildung eines Sondenkopfs gemäß Fig. 5 ist die Trenn­ wand 11′ teilweise durchbrochen und die trichterförmige Aus­ nehmung 14 von beiden Seiten zugängig, so daß ein Durchström­ kanal 28 vorhanden und die Sonde 10 quer einsetzbar ist.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform des Sonden­ kopfs 10, bei der im Zentrum der beidseitig zugängigen trich­ terförmigen Ausnehmung 14 ein als Blende wirkender Mittel­ stab 25 mit einander diametral gegenüberliegenden, sich in Achsrichtung des Mittelstabs 25 erstreckenden Nuten 26, 26′, 27, 27′ angeordnet ist.

Die Streuscheiben 19, 20, 21, 22 sind bevorzugt in Senkboh­ rungen 29, 30, 31 und 32 eingesetzt und beispielsweise durch Klebung befestigt. Durch die Ansenkungen 29 bis 32 wird eine Bestrahlung der Flächen um die Lichtsender herum verhindert, desgleichen ein indirekter Lichtempfang über die Flächen um die Lichtempfänger. Dadurch reicht im manchen Fällen ein Mittelstab als Blende aus.

Die vorzugsweise in gleichmäßiger räumlicher Verteilung am Umfang der trichterförmigen Ausnehmung 14 angeordneten Licht­ sender 15, 16 und Lichtempfänger 17, 18 werden abwechselnd ein­ geschaltet, wobei die beispielsweise als Sendedioden ausge­ bildeten Lichtsender mit einer geeigneten Frequenz, zum Bei­ spiel mit 1 KHz, getaktet werden. Die optischen Achsen der Lichtsender und der Lichtempfänger sind gegen die Öffnung der trichterförmigen Ausnehmung 14 hin gerichtet und bilden vorzugsweise eine Normale zur zugehörigen Mantellinie der Ausnehmung 14.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, wird das jeweils in einem der Lichtempfänger 17, 18 generierte, im Sendetakt abge­ fragte Signal mittels eines logarithmischen Verstärkers 33 logarithmiert. Das Verhältnis des vorwärts gestreuten Lichts zum ebenfalls logarithmierten, ungestreuten Referenzlicht (Re­ ferenzsignal) wird im nachfolgenden Differenzverstärker 34 gebildet (log A - log B = log A/B). An den Ausgang des Dif­ ferenzverstärkers 34 ist ein Spannungs/Frequenzwandler 35 angeschlossen, auf den ein RC-Glied (Hochpaß) 36 folgt. Während der Lichtpausen erfolgt eine selbsttätige Nullung mittels eines Verstärkers 37, der eingangs- und ausgangssei­ tig durch einen Kondensator 38 überbrückt ist. Dieser Kon­ densator speichert den Nullungszustand während der Meßperi­ ode (Kompensation von Fremd- und Tageslicht sowie der Sperr­ ströme der Bauteile).

Die Signal-Logarithmierung ermöglicht eine einfache Verhält­ nisbildung im Differenzverstärker 34 und gewährleistet einen sehr großen Arbeitsbereich. Die Spannungs/Frequenzwandlung des log A/B ermöglicht eine störsichere Signalübertragung und einen großen Nutzbereich.

An die beiden Eingänge des Differenzverstärkers 34 ist jeweils über einen Widerstand ein Diskriminator 39 zur Störmeldung bei zu geringem Signal angeschlossen.

Die zweckmäßigerweise aus elastischem Material bestehende oder eine Randbegrenzung aus einem solchen Material enthal­ tende Trennwand 11 (Fig. 1) ermöglicht neben einer Reinigungs­ funktion auch eine Überprüfung der Funktion der Lichtsender und der Lichtempfänger. Zu diesem Zweck braucht die Trennwand 11 lediglich jeweils in die entsprechende Testposition ver­ schwenkt zu werden.

Die Spannungsquelle für die Auswerteeinrichtung ist mit 40 bezeichnet.

Claims (15)

1. Einrichtung zum Messen von Trübungen und Feststoffkonzen­ trationen in Flüssigkeiten mit Hilfe einer Sonde, in deren Kopf zwei räumlich beabstandete Lichtsender untergebracht sind, denen jeweils ein Lichtempfänger zugeordnet ist, wobei die Lichtsender abwechslungsweise betrieben werden und auf dem Sondenkopf eine Barriere derart angeordnet ist, daß vom jeweils in Betrieb befindlichen Lichtsender Licht im direkten Strahlengang nur zum jeweils zugeord­ neten Lichtempfänger gelangt und auf den nicht zugeord­ neten Lichtempfänger lediglich Streulicht auftrifft, und wobei die in den Lichtempfängern generierten Signale ei­ ner Auswerteeinheit zugeführt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stirnseite des Sondenkopfs (10) mit einer trichterförmigen Ausnehmung (14) versehen ist, deren Begrenzungswandung (10′) mit in die Ausnehmung (14) ein­ mündenden Bohrungen für die Aufnahme der Lichtsender (15, 16) und der Lichtempfänger (17, 18) versehen ist, deren optische Achsen gegen die Öffnung der Ausnehmung (14) hin gerichtet sind, und daß den Lichtsendern (15, 16) und den Lichtempfängern (17, 18) jeweils eine Streuscheibe (19, 20, 21, 22) räumlich vorgeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere als eine die trichterförmige Ausnehmung (14) in zwei Kammern (12, 13) unterteilende Trennwand (11) ausge­ bildet ist und in jeder Kammer (12, 13) ein Lichtsender (15, 16) und diesem direkt gegenüberliegend ein Lichtemp­ fänger (17, 18) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere oder Trennwand (11) als eine um die vertikale Mittelachse der trichterförmigen Ausnehmung dreh- oder schwenkbare Mittelwand ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelwand motorisch betätigbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trichterförmige Ausnehmung (14) an einander gegenüber­ liegenden Seiten für die zu messende Flüssigkeit frei zu­ gänglich und die Barriere als teilweise durchbrochene Trennwand (11′) ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere durch einen Mittelstab (25) verkörpert ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtsender (15, 16) und die Lichtempfänger (17, 18) in einer symmetrischen Verteilung in der Wandung der trichterförmigen Ausnehmung (14) un­ tergebracht sind.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Barriere (11, 11′, 25) an ihrer Stirnseite mit wenigstens einer nutförmigen Aussparung (23) versehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der abschattende Mittelstab (25) mit einander diametral gegenüberliegenden, sich in Achsrichtung des Mittelstabs erstreckenden Längsnuten (26, 26′, 27, 27′) versehen ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuscheiben (19, 20, 21, 22) in in die Innenwandung der trichterförmigen Ausnehmung (14) eingebrachte Senkbohrungen eingesetzt sind.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen der Licht­ sender (15, 16) und der Lichtempfänger (17, 18) wenigstens angenähert eine Normale zur zugehörigen Mantellinie der trichterförmigen Ausnehmung (14) bilden.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die in den Lichtempfängern (17, 18) generierten Signale zur Verhältnisbildung über einen logarithmischen Verstärker (33) einem Differenzver­ stärker (34) zugeführt werden, wobei an dessen Referenz­ eingang das logarithmierte Referenzsignal vom mit im direkten Strahlengang beaufschlagten Lichtempfänger an­ steht.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Differenzverstärkers (34) ein Span­ nungs-/Frequenzwandler (35) angeschlossen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an die Eingänge des Differenzverstärkers (34) jeweils über einen Widerstand ein Diskriminator (39) zur Störmeldung bei zu geringem Signal angeschlossen ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des logarithmischen Ver­ stärkers (33) in den Lichtpausen genullt wird.