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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Grösse und Korngrössenverteilung von in strömenden Medien befindlichen, einen aus einer Lichtquelle herrührenden Strahl durchsetzenden Teilchen, durch die von zumindest einer annähernd proportionalen lichtempfindlichen Einrichtung vorgenommene Umwandlung des von den Teilchen gestreuten Lichtes, unter Verwendung eines aus einem Teil des Lichtstrahles mechanisch erzeugten Eichlichtsignals, das wie das Messsignal in elektrische Impulse umgesetzt wird, wobei die Amplituden dieser Impulse im ersten Fall der Teilchengrösse und im zweiten Fall der Intensität des Eichlichtsignals entsprechen, welche lichtempfindliche Einrichtung über einen Spannungsteiler an die Eingänge mehrerer Einkanäle angeschlossen ist,
deren Fenster den verschiedenen Teilchengrössen entsprechen und deren Ausgänge an die Eingänge von Zählern mit Anzeigen geschaltet sind. Ein derartiges Gerät kann z. B. zur Kontrolle der Luftreinheit in Betriebsräumen eingesetzt werden. Man kann dieses Gerät auch zur Bestimmung des Verunreinigungsgrades von Flüssigkeiten in der chemischen Industrie und im Maschinenbau verwenden oder in der Medizin zur Untersuchung der Zusammensetzung des Blutes und anderer Flüssigkeiten einsetzen.
Bekannt sind Geräte zur Messung der Grösse und Menge von Teilchen in strömenden Medien, die eine Dunkelkammer enthalten, in der eine Lichtquelle zusammen mit einem Linsensystem einen Lichtstrahl erzeugt. In dieser Kammer ist eine lichtempfindliche Einrichtung untergebracht, die das durch die sich im Lichtstrahl befindlichen Teilchen gestreute Licht aufnimmt. Die Teilchen gelangen in die Kammer zusammen mit den quer zum Lichtstrahl gerichteten Strom des zu untersuchenden Mediums. Die lichtempfindliche Einrichtung formt die Impulse des durch die Teilchen gestreuten Lichtes in elektrische Impulse um. Der Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung ist über einen Teiler, der die Impulse in Abhängigkeit von der Grösse der Teilchen sortiert, an die Signaleingänge von Einkanälen angeschlossen.
Die Ausgänge der Einkanäle sind mit den Eingängen von Zählern mit Anzeigen verbunden.
Der Kontrolle der Genauigkeit des Gerätes dient ein Element. das Teilchen vorgegebener Grösse imitiert. Dieses Element hat einen beweglichen Teil, der vor der Messung in den Lichtstrahl gebracht wird (s. z. B. FR-PS Nr. 2. 239. 168).
In diesem Gerät wird nur vor Messbeginn eine Kontrolle vorgenommen, wobei das Gerät vom Bedienungspersonal eingerichtet wird, was die Benutzung des Gerätes erschwert. Ausserdem wird in diesem Gerät der Einfluss während des Messprozesses auftretender, schnell veränderlicher Fehlerquellen nicht beseitigt, wie z. B. eine Instabilität der Spannung der Stromquelle.
Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der erwähnten Nachteile. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein solches Gerät zur Messung der Grösse und Menge von Teilchen in strömenden Medien zu schaffen, in dem das ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierende Element derart konstruiert ist, dass eine automatische Eichung des Gerätes während des Messprozesses ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird bei einem Gerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen dem Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung und Eicheingängen der Schwellwert-Diskriminatoren eine Umformerschaltung für die Ausgangsimpulse der lichtempfindlichen Einrichtung in eine Gleichspannung vorgesehen ist, mit der das Ansprechniveau der Schwellwert-Diskriminatoren in Abhängigkeit von der Amplitude des von dem ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierenden Element erzeugten Impulses einstellbar ist.
Zweckmässig ist vorgesehen, dass das zur Erzeugung des Eichlichtsignals dienende, ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierende Element durch einen Stab gebildet wird, der Hin- und Herbewegungen ausführt, um periodisch in den Lichtstrahl zu gelangen, wozu der Stab mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden ist. Solch eine Ausführung des Elementes ist konstruktiv am einfachsten und gewährleistet maximale Stabilität der Messwerte des Gerätes.
Ferner kann erfindungsgemäss vorgesehen sein, dass das zur Erzeugung des Eichlichtsignals dienende, ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierende Element durch einen von einem eigenen Antrieb gesteuerten Unterbrecher für den über Spiegel bzw. einen Lichtleitkanal zugeführten, nicht gestreuten Teil des Lichtstrahles gebildet ist.
Solch eine Ausführung ermöglicht es, die Lichthelligkeit und folglich die äquivalente Grösse des durch das Element imitierten Teilchens zu regulieren.
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Das erfindungsgemässe Gerät zur Messung der Grösse und Menge von Teilchen in strömenden Medien weist eine Vorrichtung zur automatischen Eichung während des Messprozesses auf, die eine hohe Stabilität der metrologischen Charakteristiken und Messgenauigkeit gewährleistet.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 das prinzipielle Schema eines erfindungsgemässen Gerätes mit einem ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierenden Element in Form eines Stabes, im Längsschnitt ; Fig. 2 eine Kammer mit einem darin untergebrachten Spiegelsystem ; Fig. 3 ein prinzipielles Schema des erfindungsgemässen Gerätes mit einem ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierenden Element in Form eines Systems von Prismen mit einem Lichtunterbrecher ; Fig. 4 eine Kammer mit darin untergebrachten Lichtschleusen.
Als Beispiel wird ein Gerät zur Messung des Verunreinigungsgrades von Luft beschrieben.
Das Gerät enthält eine Dunkelkammer bzw. Kammer-l- (Fig. l), in der als Lichtquelle eine Lampe --2-- und ein einen Lichtstrahl bildendes Linsensystem --3-- untergebracht ist. In dieser Kammer-l-ist ebenfalls eine lichtempfindliche Einrichtung --4-- installiert, deren Gesichtsstrahl, der von dem Linsensystem --5-- gebildet wird, senkrecht zu dem von der Lichtquelle --2-ausgehenden Lichtstrahl gerichtet ist.
Zur Einführung der zu analysierenden Luft in die Kammer-l-dient eine Düse (nicht dargestellt), die so montiert ist, dass der Luftstrom zur Kreuzungsstelle der erwähnten Strahlen gerichtet ist. Als Element --6--, das ein Teilchen vorgegebener Grösse imitiert, wird ein Stab --6-verwendet, der so aufgestellt ist, dass die Möglichkeit einer periodischen Änderung der Helligkeit des auf die lichtempfindliche Einrichtung --4-- während des Messvorganges fallenden Lichtes besteht.
Zur Veränderung der Helligkeit des Lichtes ist der Stab --6-- beweglich angebracht, damit er in den Strahl der Lichtquelle --2-- gelangen kann. Zu diesem Zweck ist er mit dem Anker --7-eines Elektromagneten --8-- verbunden, der von einem eigenen Generator --9-- gespeist wird. Der Stab --6-- ist so angebracht, dass er während seiner Bewegung periodisch in den Lichtstrahl der Lichtquelle --2-- gelangt und dabei einen Teil des Lichtes dieses Strahles in Richtung der lichtempfindlichen Einrichtung --4-- streut.
Die lichtempfindliche Einrichtung --4-- dient zur Umformung des auf sie fallenden Lichtes in elektrische Impulse. Als lichtempfindliche Einrichtung --4-- kann eine beliebige bekannte lichtempfindliche Einrichtung verwendet werden, die für diesen Zweck geeignet ist, wie z. B. ein Sekundärelektronenvervielfacher. per Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung --4-- ist an den Eingang einer Umformerschaltung --10-- zur Umformung der Ausgangsimpulse der lichtempfindlichen Einrichtung --4-- in eine Gleichspannung und an die Signaleingänge von Schwellwert-Diskriminatoren - über einen Spannungsteiler --12-- angeschlossen.
Der Ausgang der Umformerschaltung --10-- ist an die Eicheingänge der Einkanäle --11-- an- geschlossen.
Die Amplitude der Impulse, die von der Grösse der Teilchen abhängig ist, kann mittels der Schwellwert-Diskriminatoren --11-- bestimmt werden. Das Ansprechniveau der Schwellwert-Diskriminatoren --11-- wird in Abhängigkeit von der Grösse der auf die Eingänge der Schwellwert-Diskrimina- toren übertragenen Gleichspannung eingestellt. Die Schwellwert-Diskriminatoren --11-- vergleichen die Amplitude der auf ihre Signaleingänge übertragenen Impulse mit einer Gleichspannung, die in der Umformerschaltung --10-- erzeugt wird.
Die Grösse der Gleichspannung am Ausgang der Umformerschaltung --10-- wird von der Lichtintensität bestimmt, die durch das ein Teilchen vorbestimmter Grösse imitierende Element beim Einführen dieses Elementes in den Lichtstrahl gestreut wird.
Die Umformerschaltung --10-- für die Umformung der Ausgangsimpulse der lichtempfindlichen Einrichtung --4-- in eine Gleichspannung ist in Form einer Integrationskette ausgeführt, die aus einem Widerstand --13--, einer Diode --14-- und einem Kondensator --15-- besteht ; die Zeitkonstante der Integrationskette ist wesentlich grösser gewählt als die Dauer eines Impulses, der am Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung --4-- durch das Licht entsteht, das von den Teilchen im Luftstrom gestreut wird, jedoch kleiner als die Dauer eines Impulses, der am Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung --4-- durch das Licht entsteht, das von dem ein Teilchen vor-
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gespeist wird.
Die Schwingperiode des Generators --9-- ist so ausgewählt, dass die Dauer eines am Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung --4-- von dem durch den Stab --6-- gestreuten Licht entstehenden Impulses wesentlich grösser ist als die Dauer eines durch ein Teilchen hervorgerufenen Impulses. Alle Impulse gelangen vom Ausgang der lichtempfindlichen Einrichtung --4-zur Umformerschaltung --10-- für die Umformung der Ausgangsimpulse der lichtempfindlichen Einrichtung --4-- in eine Gleichspannung.
Da die Dauer der von den Teilchen im Strom hervorgerufenen Impulse wesentlich kleiner ist als die Zeitkonstante der Integrationskette der Umformerschaltung --10-- und die Anzahl der Impulse mit grossen Amplituden hervorrufenden Teilchen verschwindend gering ist, haben die von den Teilchen im Strom hervorgerufenen Impulse praktisch keinen Einfluss auf die Ausgangsgleichspannung am Ausgang der Umformerschaltung --10--. Die Dauer des vom Stab --6-- erzeugten Impulses ist vollkommen ausreichend für das Aufladen des Kondensators --15-- bis zur vollen Amplitude dieses Impulses. Als Ergebnis entsteht am Ausgang der Umformerschaltung --10-- eine Gleichspannung, deren Niveau der Amplitude des von dem ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierenden Element erzeugten Impulses gleicht.
Die Gleichspannung wird vom Ausgang der Umformerschaltung --10-- auf die Eicheingänge der Schwellwertdiskriminatoren --11-- übertragen. Es spricht nur jener Schwellwertdiskriminator --11-- an, an dessen Signaleingang ein Impuls gelangt, dessen Amplitude das Niveau der Gleichspannung an seinem Eicheingang übersteigt. Bei Veränderung der Helligkeit der Lichtquelle --2--, des Umformkoeffizienten der lichtempfindlichen Einrichtung --4-und anderer die Amplitude der von den Teilchen im Strom erzeugten Impulse beeinflussenden Faktoren verändert sich folglich auch proportional die Amplitude der Impulse von den Teilchen im Strom und das Niveau der Gleichspannung von dem ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierenden Element.
Auf diese Weise wird die Grösse der Teilchen im Strom durch deren Vergleich mit der Grösse des Teilchens vorgegebener Grösse während des Messvorganges bestimmt, was wesentlich die Messgenauigkeit des Gerätes verbessert.
Bei Benutzung eines Lichtweges --17-- (Fig. 2), der einen Teil des Lichtstrahles von der Lichtquelle --2-- zur lichtempfindlichen Einrichtung --4-- leitet, wird das Licht, das ein Teilchen vorgegebener Grösse imitiert, auf folgende Weise erzeugt :
Der vom Linsensystem --3-- erzeugte Lichtstrahl läuft von der Quelle --2-- durch eine Blende --18-- und fällt auf ein aus zwei Spiegeln --17a-- bestehendes System.
Infolge der Brechung des Lichtes im System der Spiegel --17a-- wird ein Teil des durch die Blende --18-- fallenden Strahles auf die lichtempfindliche Einrichtung --4-- gelenkt. Auf dem Weg der Brechung des Strahles zwischen den Spiegeln --17a-- befindet sich der Stab --6a--, der periodisch den Strahl unterbricht. Im übrigen funktioniert das Gerät analog wie bei Benutzung des Stabes-6- (Fig. 6) als ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierendes Element.
Bei Benutzung von biegsamen Lichtleitern --24 und 25-- zur Bildung eines Lichtleitkanales --19-- (Fig. 4) ist der Bildungsprozess des ein Teilchen vorgegebener Grösse imitierenden Lichtes analog zu dem gleichen Prozess bei Benutzung von Spiegeln --17a-- und eines Systems aus Prismen --20-- in dem Lichtweg-17- (Fig. 2) bzw. Lichtleitkanal --19-- (Fig. 3). Als Unterbrecher --21-- wird die Hälfte einer Scheibe benutzt, die durch einen unabhängigen Antrieb --22-in Drehung versetzt wird.
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