Nach einer Nullmethode arbeitende Messanordnung, insbesondere für Spektrophotometer
Die Erfindung bezieht sich auf eine nach einer Nullmethode arbeitende, insbesondere für Spektrophotometer bestimmte Messanordnung, bei welcher durch Messwertänderungen hervorgerufene Verstim- mungen der Messanordnung durch Nachstellung eines Abgleichelementes kompensiert werden und das Abgleichelement von einem Stellmotor verstellbar ist, der von einem von der Verstimmung des Systems abhängigen Wechselspannungssignal gesteuert wird.
Typische Beispiele solcher Messanordnungen sind Spektrophotometer bekannter Bauart :
Ein Mess-und ein Vergleichsstrahlenbündel werden z. B. durch einen rotierenden Sektorspiegel abwechselnd auf einen Strahlungsempfänger geleitet. In dem Strahlengang des Messstrahlenbündels ist eine Probe angeordnet, welche das Messstrahlenbündel mehr oder weniger stark absorbiert, im Strahlengang des Vergleichsstrahlenbündels sitzt eine Blende, welche durch einen Stellmotor so lange verstellt wird, bis die Intensität des Vergleichsstrahlenbündels der des Messstrahlenbündels entspricht. Der Stellmotor wird dabei in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Strahlungsempfängers gesteuert.
Zu diesem Zweck wird bei bekannten Spektrophotometern das Ausgangssignal des Strahlungsempfängers einem phasenempfindlichen Demodulator zugeführt, der synchron mit dem Sektorspiegel arbeitet und eine positive oder negative Gleichspannung liefert, je nachdem ob die Intensität des Mess-oder des Vergleichsstrahlen- bündels die grössere ist. Diese Gleichspannung wird bei der bekannten Anordnung mit Netzfrequenz moduliert. Man erhält je nach der Polarität der Gleichspannung eine mit dem Netz gleich-oder gegenphasige Wechselspannung, die an einer Steuerwicklung eines Drehfeldmotors anliegt, der sich ent- sprechend rechts-oder linksherum dreht.
Durch Gleichstromkomponenten in der Steuerwicldung des Drehfeldmotors ergibt sich bei der bekannten Anordnung eine der Bewegung des Drehfeldmotors überlagerte Vibration des Motors und der damit gekoppelten Bauteile mit der Netzfrequenz. Derartige Vibrationen sind einerseits durchaus erwünscht, weil dadurch ruhende Reibung vermieden und so der Reibungswiderstand des Systems vermindert wird. Anderseits ist eine überlagerte Vibration von Nachteil, wenn die Stellung des Abgleichelementes, also beispielsweise einer Blende, als Messwert dient, insbesondere, wenn mit dem Abgleichelement eine Registriervorrichtung gekoppelt ist. Denn in diesem Falle beein trächtigen die Vibrationen die Genauigkeit der Ablesung bzw. der Aufzeichnung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Anordnungen dieser Art solche Vibrationen an dem Abgleichelement, wo sie unerwünscht sind, zu unterdrücken.
Zur Unterdrückung von Vibrationen des Abgleichelementes, die durch das Wechselstromsignal bedingt sind, ist erfindungsgemäss mit dem Abgleichelement ein schwingungsfähiges, mechanisches System gekoppelt, dessen Eigenfrequenz der Frequenz des Wechselspannungssignals entspricht. Zweckmässiger- weise ist das Abgleichelement mit dem Stellmotor über eine nachgiebige Kupplung, insbesondere eine Reibkupplung, gekoppelt. Das schwingungsfähige, mechanische System kann aus einem mit dem Abgleichelement verbundenen Federglied und einer an diesem angebrachten Masse bestehen.
Durch ein solches mit dem Abgleichglied gekoppeltes System werden die Vibrationen von dem in Resonanz schwingenden System absorbiert und dafür am Ausgleichsglied selbst oder einem damit verbundenen Registriergerät gedämpft. Am Motor können die Vibrationen weiter auftreten, wodurch die Reibung des Systems, wie schon dargelegt, vermindert wird. Die erfindungsmässige Messanordnung und ihre Verwendung bei einem Spektrophotometer sind im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den zugehörigen AbbilduAgen sind :
Fig. 1 ein Blockschema einer Messanordnung, die nach einer Nullmethode arbeitet,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Blendenanordnung mit tYbertragungsgliedern, durch welche die Bewegungen der Blende auf eine Registrier- vorrichtung übertragen werden.
Fig. 3 zeigt stark schematisiert ein Spektrophoto- meter, bei welchem eine nach einer Nullmethode arbeitende Messanordnung angewandt ist, und
Fig. 4 zeigt ein Schaltschema der Motorsteuerung zu Fig. 3.
Von einer Strahlungsquelle 10 (Fig. 1) fällt ein Strahlenbündel auf ein Thermoelement 11 und erzeugt ein Signal, welches über einen Vorverstärker 12 und einen Verstärker 13 einem phasenempfindlichen Gleichrichter 14 zugeführt wird. Der phasenempfindliche Gleichrichter 14 erzeugt eine Gleichspannung, welche durch Siebglieder 15 geglättet wird.
Diese wird durch einen Modulator 16 mit Netzfrequenz moduliert, und zwar ist die modulierte Spannung je nach der Polarität der vom Gleichrichter 14 gelieferten Gleichspannung gleich-oder gegenphasig zur Netzfrequenz. Die netzfrequente Wechselspannung speist über einen Verstärker 17 eine Steuerwicklung 18 eines Drehfeldmotors 19, dessen andere Wicklung 20 am Netz liegt. Je nach der Phasenlage der an der Steuerwicklung anliegenden Spannung läuft der Motor 19 rechts-. oder linksherum. Durch geeignete Verbindungsglieder 21 ist der Motor 19 einerseits mit einer Blende 22 im Strahlengang des von der Strahlungsquelle 10 ausgehenden Strahlenbündels und anderseits mit einer Registriervorrichtung 23 gekoppelt.
Ein Gleichstromanteil in der Wicklung 18 hat zur Folge, dass die Netzspannung in der Wicklung 20 den Motor zu kleinen Vibrationen mit der Netzfrequenz erregt. Um diese Vibrationen an der Blende 22 und dem Registriergerät zu unterdrücken, ist eine Dämpfungsvorrichtung 24 vorgesehen, die in Fig. 2 im einzelnen ersichtlich ist.
Die Blende, die in Fig. 2 generell mit 30 bezeichnet ist, besteht aus einer durchlässigen Blendenscheibe 32, die mehrere, sich nach einer Seite hin verjüngende Schlitze 31 aufweist und um eine Achse 33 schwenkbar ist. Auf der Achse 33 sitzt ausserdem ein Bügel 34, der mittels einer Reibkupplung 37' mut dem Motor 19 (Fig. 1) gekoppelt und durch einen Seilzug 35 mit der Registriervorrichtung 23 (Fig. 1) verbunden ist. Ein Gewicht 36 sitzt an einem Federelement 37. Das Federelement 37 ist an dem Bügel befestigt. Die Masse des Gewichtes 36 und die Federkonstante des Elementes 37 sind so bemessen, dass die Eigenfrequenz des aus Masse 36 und Feder 37 bestehenden Systems gerade der Netzfrequenz entspricht.
Wenn über die Reibkupplung 37'die Vibrationen des Motors 19 auf den Bügel 34 und damit die Blende 30 und das Registriergerät übertragen werden, so werden diese von dem in seiner Eigenfrequenz erregten mechanischen Schwingungssystem 36, 37 sehr stark absorbiert, und die Schwingungen der Blende 30 werden stark gedämpft.
Fig. 3 veranschaulicht die Anwendung einer derartigen Anordnung bei einem Spektrophotometer.
Von einer Strahlenquelle 40 gehen über einen-Plan- spiegel 41 und zwei Hohlspiegel 42, 43 zwei Strah- lenbündel, ein Mess-und ein Vergleichsstrahlen- bündel. Das Messsbrahlenbündel durchsetzt einen Probenraum 44, während das Vergleichsstrahlen- bündel an der Probe vorbeigeht. Durch Spiegel 46, 47, 48 werden die Strahlenbündel auf einen gemeinsamen Kreuzungspunkt hin umgelenkt. Dort ist ein rotierender Sektorspiegel 49 angeordnet, der die Strahlenbündel in bekannter Weise abwechselnd auf den Eingangsspalt eines Monochromators 51 lenkt.
Der Ausgangsspalt des Monochromators 51 wird auf einen Strahlungsempfänger 52 abgebildet, dessen Ausgangssignale über einen Verstärker 53 einem phasengesteuerten Kontaktgleichrichter zuge führt werden. Der Kontaktgleichrichter 54 wird von dem gleichen Motor 58 gesteuert, welcher auch den Sektorspiegel 49 antreibt. Der phasengesteuerte Kontaktgleichrichter 54 liefert ein GIeichstfomsignal, dessen Polarität m bekannter Weise davon abhängt, ob das Mess-oder das. Vergleichsstrahlenbündel die grössere Intensität hat.
Das Gleichstromsignal wird durch Siebglieder 55 geglättet und durch einen Modulator 56, wie schon im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, mit derNetzfrequenzmoduliert.
Die modulierte Spannung steuert in der bei Fig. 1 be schriebenen Weise einen Stellmotor 57, der mit einer im Strahlengang des Vergleichsstrahlenbündels angeordneten Blende 58 und einer Registriervorrichtung 59 verbunden ist. Ein Motor 60 steuert einerseits den Vorschub des Registrierstreifens in der Vorrichtung 59 und ausserdem den Monochromator 51, z. B. indem ein Littrow-Spiegel, das heisst ein Spiegel, der die einmal spektral zerlegte Strahlung auf das dispergierende Element zu einer nochmaligen Dispersion zurückwirft, kontinuierlich verschwenkt und dadurch das Spektrum kontinuierlich abgetastet wird.
Die Blendenanordnung 58 ist nach Art der Fig. 2 so ausgebildet, dass an ihr etwa auftretende Vibrationen, die von dem Motor 57 hlerrühren, unterdrückt werden. Die Blende 58 wird in bekannter Weise durch den Motor 57 so lange verstellt, bis die am Empfänger 52 wirksam werdenden Inten- sitäten von Mess-und Vergleichsstranlenbündel einander gleich sind. Bei einer Anderung des Intensitätsverhältnisses wird die Blende 58 durch den Motor 57 nachgestellt, bis der abgeglichene Zustand wieder erreicht ist. Die Bewegung der Blende wird von der Registriervorrichtung 59 aufgezeichnet.
Fig. 4 zeigt etwas vereinfacht eine Schaltung zur Steuerung des Stellmotors, der in Fig. 4 mit 94 bezeichnet ist.
Die vom phasenempfindlichen Gleichrichter 54 (Fig. 1) gelieferte Gleichspannung wird ber Siebglieder, die aus Ohmschen Widerständen 75, 76, 77 und Kondensatoren 78, 79 bestehen, einem Modulator zugef hrt, der eine Doppeldiode 70, 71 enthält. Die e beiden Systeme der Doppeldiode sind antiparallel geschaltet und bilden mit zwei Widerständen 80, 81 zwei Zweige einer Gleichrichterbrücke, deren andere beide Zweige von Widerständen 82, 83 und -zum Abgleich der Brücke-einem Potentio- meter 84 gebildet werden. An der einen Diagonale dieser Br cke liegt in üblicher Weise die zu modlulie- rende Gleichspannung, an der anderen Diagonale die Netzspannung.
Je nach der PolaritÏt der Gleich- spannung ist während jeder Halbwelle das eine oder das andere System 70, 71 der Doppeldiode leitend.
Der Modulator wirkt wie ein gesteuerter Umschalter für die Phase der Netzfrequenz.
Die so erhaltene netzfrequente Spannung wird über einen Kopplungskondensator 85 auf das Gitter 86 einer Verstärkerröhre 87 gegeben. Die Anodenspannung der R¯hre 87 liegt entsprechend am Gitter 88 einer zweiten Verstärkerstufe 89 und deren Anodenspannung ber einen Kopplungskondensator 90 am Gitter 91 einer Pentode 92. Der Anodenstrom der Rohre 92 erregt die Steuerwicklung 93 eines Motors 94, während eine zweite Wicklung des Motors 94 direkt vom Netz gespeist wird.
Durch den Gleichstromanteil in der Wicklung 93 ergibt sich, wie oben schon dargelegt wurde, ein leichtes Vibrieren des Motors 94, welches zwar, wie erwÏhnt, die Reibung vermindert, aber an der Registriervorrichtung 59 (Fig. 3) höchst unerwünscht ist. Man könnte den Glleichstromanteil, der durch die Anodenspannung der R¯hre 92 entsteht, von der Wicklung 93 fernhalten, so dass die Vibrationen vermieden wurden, wenn man einen stärkeren Stell- motor 94 benutzen würde. Das ist aber kostspieliger und unzweckmässiger als die hier beschriebene Anordnung, bei welcher die Vibrationen nur an der Blende mechanisch unterdrückt werden.