NL8400451A - Optische concentratie- en deeltjesgroottemeter. - Google Patents

Description

Sè * . - 1 -

Optische concentratie- en deeltjesgroottemeter.

1 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het meten van concentraties van deeltjes of van opgeloste stoffen in een medium en voor het meten van de grootte van in een medium, in een bekende concentratie aanwezige deeltjes, door een electromagnetische straling te sturen door 5 (een deel van) het medium en met behulp van een detectoreeriheid de extinctie van de straling over een bepaalde afstand in het medium te bepalen.

Een dergelijke werkwijze is bekend, bijvoorbeeld uit Kohlrausch, F., Praktische Physik, Band I, 1968, p. 499, en wordt in hoofdzaak ge-10 bruikt bij het meten van concentraties van opgeloste stoffen in vloeistoffen. De werkwijze is ook bekend voor het meten van concentraties van zand-deeltjes in water (Glover J.R., An improved Iowa sediment concentration analyzer, IIHR Report no. 209, Iowa Institute of Hydraulic Research) en voldoet goed wanneer het gaat om het meten van concentraties in de orde 15 van 1000 mg/1 of hoger.

In het algemeen wordt zichtbaar licht gebruikt. Uit de wet van Lambert-Beer I = Io exp - α d, waarin « I staat voor de intensiteit van het doorgelaten licht

Io staat voor de intensiteit van het licht, doorgelaten door een "schoon 20 medium" d staat voor de in het medium door de straling afgelegde weg en a staat voor de extinctiecoefficiënt volgt, wanneer I, Io en d bekend zijn, de extinctiecoefficiënt, die een functie is van de concentratie c, de effectieve diameter D en de soorte-25 lijke massa p van de deeltjes. Wanneer D en p bekend zijn volgt uit α direct de concentratie c.

Uiteraard kan deze methode ook worden gebruikt om wanneer wordt uitgegaan van een bekende concentratie, de effectieve diameter D, en daarmee de effectieve deeltjesgrootte te bepalen. · f 30 Wanneer men de bekende methode wil toepassen voor het meten van lage concentraties van in een medium opgeloste stoffen en in het bijzonder van lage concentraties van deeltjes, blijkt deze niet meer te voldoen. De nauwkeurigheid blijkt voor zandeoncentraties onder circa 1000 mg/1 onvoldoende te zijn.

35 Dit vindt zijn oorzaak in de temperatuurafhankelijkheid van Io.

Toch is er behoefte aan een methode voor het meten van dergelijke lage concentraties, waarbij vooral gedacht moet worden aan metingen in kustwateren afvalwater, maar ook in bierleidingen, bloed, etc....

3400451 S-» «t . . . - 2 - I .koorts is er behoefte aan concentratiemetingen in andere media dan vloeistoffen, zoals van stofdeeltjes in lucht etc.

De uitvinding betreft nu een werkwijze volgens welke de nauwkeurigheid met een factor 10 of meer toeneemt, zodat bijvoorbeeld massacon-5 centraties zand (D = 200 ym) van 20 mg/1 kunnen worden gemeten.

De werkwijze volgens de uitvinding berust op het inzicht, dat de temperatuurafhankelijkheid van Io in belangrijke mate kan worden geëlimineerd, zowel door te zorgen voor een thermische koppeling tussen stralingsbron en detector, als ook door andere maatregelen te treffen waardoor de in-10 vloed van thermische instabiliteit en van veroudering van de stralingsbron wordt gecompenseerd.

De werkwijze is daardoor gekenmerkt dat invloeden' van de temperatuur worden geëlimineerd door compensatie via een aan het temperatuur-traject aangepaste inwendige weerstand van de stralingsbronvoedende span-15 ningsbron, respectievelijk door gebruik te maken van een referentiedetec-tor, die straling opvangt, die niet het medium is gepasseerd.

Opzichzelf is het compenseren van de temperatuurcoëfficiënt door een geschikte keuze te maken van de inwendige weerstand van de spanningsbron niet nieuw. Deze methode is bijvoorbeeld beschreven in "Report 120" 20 van het Iowa Institute of Hydraulic Research. Dit geldt ook voor het elimineren van temperatuurinvloeden en veroudering van de stralingsbron door het gebruik van een referentiekring.

Deze beide,, opzichzelf bekende maatregelen, in combinatie met de eerder genoemde thermische koppeling van stralingsbron en detector leiden tot een 25 verrassend hoge nauwkeurigheid.

Opgemerkt wordt nog, dat de keuze van de lichtweglengte wordt bepaald door de toegestane statistische en instrumentele fouten (Bosman, J., Optical Measurements of Sediment Concentration, Rep. on investigation, R 717 IV, Delft Hydraulics Laboratory).

30 Om de invloed van omgevingslicht terug te dringen is gekozen voor infrarood LED en fotodioden en van glasvezels met een kleine numerieke apertuur.

De uitvinding omvat ook een instrument voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

35 De uitvoeringsvorm is zodanig dat het medium niet behoeft te worden gebracht in een cuvet, zoals gebruikelijk bij absorptiemeters.

Dit instrument is daardoor gekenmerkt dat het een bron bevat voor electro-magnetische straling, een eenheid voor het detecteren van deze straling, bestaande uit twee detectoren, waarvan de ene straling opvangt, direct uit 40 de stralingsbron en een meeteenheid, bestaande uit twee geleiders van de 8400451 ^5· · ► . fc - 3 - - ' 1 electromagnetische straling, waarbij het ene einde van de eerste geleider open is naar de stralingsbron toe en het andere einde zodanig is gefixeerd op afstand van het ene einde van de tweede geleider, dat straling vanuit dit andere einde over die afstand wordt ingevoerd in de tweede geleider, 5 waarvan het andere einde zodanig is gefixeerd ten opzichte van de andere detector, dat straling uit deze geleider door de detector wordt opgevangen, terwijl stralingsbron en detectoreenheid thermisch zijn gekoppeld.

In de praktijk worden voor de geleiders van de straling glasvezels gébruikt. De beide, ten opzichte van elkaar gefixeerde uiteinden van 10 de glasvezelstukken worden gedompeld in het te meten medium, terwijl stralingsbron en detectoreenheid buiten het medium blijven.

Als detectors worden in het algemeen fotodiodes gebruikt, -ieder via een foto-versterker aangesloten op een logarithmische omzetter.

Terwille van de handzaamheid van het instrument en om een efficiënte ther-15 mische koppeling te verzekeren zijn stralingsbron, detectoren etc. in een huis samengebouwd.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, die schematisch een instrument volgens de uitvinding weergeeft, en waarin 1 de stralingsbron voorsteld, van waaruit straling via het scheidingspris-20 ma 2 terechtkomt op de fotodiode 3 en ook in de glasvezel 4. Glasvezel 4 hangt met zijn andere uiteinde 5 in de te meten vloeistof 6. De straling gaat via het prisma 7 door de vloeistof 6 over een afstand 8, bijvoorbeeld 30 mm. Daarna gaat de straling via prisma 9 naar glasvezel 10 en naar de fotodiode 1I.

25 Via de versterkers 12 en 13 gaan de signalen naar de logarithmische omzetter en weergeefeenheid 14.

Het 15 is aangegeven het huis waarbinnen de diverse onderdelen zijn samengebouwd.

840045 f

Claims (3)

1 Werkwijze voor het meten van concentraties van deeltjes of van opgeloste stoffen in een medium en voor het meten van de grootte van, in een medium, in een bekende concentratie aanwezige deeltjes, door een electromagne-tische straling te sturen door (een deel van) het medium en met behulp 5 van een detectoreenheid de extinctie van de straling over een bepaalde afstand in het medium te bepalen met het kenmerk dat invloeden van de tem-paratuur worden· geëlimeneerd door compensatie via een aan het temperatuur-traject aangepaste inwendige weerstand van de stralingsbronvoedende spanningsbron, respectievelijk door gebruik te maken van een referentiedetec-10 tor, die straling.opvangt, die niet het medium is gepasseerd.

2. Instrument voor het uitvoeren van de werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het bevat een bron voor electromagnetische straling, een eenheid voor het detecteren van deze straling, bestaande uit twee detec-15 tors, waarvan de ene straling opvangt, direct uit de stralingsbron en een meeteenheid, bestaande uit twee geleiders van de electromagnetische straling, waarbij het ene einde van de eerste geleider open is naar de stralingsbron toe en het andere einde zodanig is gefixeerd op afstand van het ene.einde van de tweede geleider, dat straling vanuit dit andere einde • 20 over die afstand wordt ingevoerd in de tweede geleider, waarvan het andere einde, dat straling uit deze geleider door de detector wordt opgevangen, terwijl stralingsbron en detectoreenheid thermisch zijn gekoppeld.

3. Instrument volgens conclusie 2, met het kenmerkt dat de stralingsbron, de 15 detectieeenheid en de einden van de lichtgeleiders die gericht zijn op de stralingsbron respectievelijk op de tweede detector, zich bevinden in hetzelfde huis. 8400451