Kolorimeter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kolorimeter, bei dem das von einer Lichtquelle abgestrahlte Licht durch eine zu untersuchende Probe hindurch zu einem photo elektrischen Energieumwandler gelangt, dessen Ausgang zur Messung der einfallenden Lichtstärke mit einer Messvorrichtung verbunden ist.
Insbesondere in der Medizin sind Kolorimeter von hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit erforderlich, welche zudem leicht ablesbar und zum Messen kleinster Proben geeignet sein sollten. Ein genaues und leichtes Ablesen kann erreicht werden, wenn die Messresultate nicht einem Zeigerinstrument, sondern einer digitalen Anzeigevorrichtung zugeführt werden. Bei bisher bekannten Instrumenten ist aber die Ablesung insbesondere bei sehr kleinen Proben in der Grössenordnung von 100 Microlitern oder weniger sehr unstabil. Insbesondere bei digitaler Anzeige ist dies sehr lästig, und oft ist es praktisch unmöglich, eine umfassende Anzeige zu bekommen, wenn der angezeigte Wert unregelmässig springt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Verbesserung des Kolorimeters derart, dass dieses eine wesentlich bessere Stabilität aufweist. Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die unerwünschten instabilen Verhältnisse hauptsächlich durch die Wärmeerzeugung der Lichtquelle erzeugt werden, welche nicht nur schwer kontrollierbare, das Messergebnis stark beeinflussende Temperaturänderungen an der Probe hervorruft, sondern auch das Messergebnis verfälschende Temperatur änderungen an den Filtern, der Lichtquelle selbst und am Energieumwandler hervorruft.
Erfindungsgemäss zeichnet sich das Kolorimeter nunmehr dadurch aus, dass die Lichtquelle mit einer intermittierend erregbaren Speisequelle verbunden ist, wobei die Periode der Nichterregung der Lichtquelle mindestens so lang ist wie die Periode der Erregung.
Dadurch, dass die Lichtquelle nunmehr nur während einem Teil der Betriebszeit der Anordnung erregt wird, welcher Zeitabschnitt sehr verkürzt werden kann, kann die Wärmebeeinflussung des Kolorimeters entsprechend verringert werden, was die Stabilität der Anordnung wesentlich verbessert.
Dadurch, dass die Lichtquelle nicht kontinuierlich erregt wird, sind Massnahmen notwendig, die eine zwangsläufige Veränderung der Strahlungskennlinie der Lichtquelle verhindern, um in der Folge ungenaue und instabile Verhältnisse auszuschliessen. Bei Verwendung einer Glühbirne als Lichtquelle ändert beispielsweise die Abstrahlungsintensität und die Farbtemperatur stark während der Aufheizung des Glühdrahtes, weshalb die Messung so vorgenommen werden muss, dass diese Änderungen keinen Einfluss auf das Messresultat nehmen können. Wird andererseits die Glühlampe in kaltem Zustand an die volle Quellenspannung gelegt, tritt ein sehr hoher Strom auf, welcher die Lebensdauer der Lampe stark vermindert und ebenso unerwünschte An- derungen der Strahlungsverhältnisse hervorruft.
Um dies zu vermeiden, kann bei Verwendung einer Glühlampe als Lichtquelle die Speisequelle während der Erregerperiode zunächst einen konstanten Strom erzeugen und nachfolgend die Speisespannung auf einen konstanten Wert stabilisiert und dann abgebaut werden.
Auf diese Weise kann ein übermässiger Quellenstrom verhindert werden. Ferner werden nach dem Einschalten der Glühlampe und Erreichen des Zeitabschnittes konstanter Spannung konstante Strahlungsverhältnisse an der Lampe erreicht, wenn die Einschaltphase genügend lang gewählt wird.
Wird die Messung nur während der Periode mit konstanter Strahlungscharakteristik an der Glühlampe vorgenommen, kann zwischen Energieumwandler und Messvorrichtung eine Durchlassschaltung eingeschaltet werden zum Durchlassen eines Ausgangssignales des Energieumwandlers nur über einen Teil der Erregerperiode der Lichtquelle, in welcher die Erregerspannung konstant ist.
Hierdurch kann nicht nur der Signaldurchlass auf den gewünschten Zeitabschnitt, bei welchem die erforderliche Strahlungskennlinie der Lampe vorhanden ist, verlegt werden, sondern die Durchlassschaltung kann zudem Signale erzeugen, die sich besser für eine Verstärkung in einem Wechselstromverstärker eignen, was wichtig ist, da letzterer eine höhere Stabilität erreichen kann als etwa ein Gleichstromverstärker. Der Wechselstromverstärker kann hierbei einen Teil der Durchlassschaltung bilden.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Kolorimeters und
Fig. 2 ein Schaubild der Erregung der Lichtquelle des Kolonmeters gemäss Fig. 1 in Funktion der Zeit.
Gemäss Fig.. 1 umfasst das im Blockschaltbild dargestellte Kolorimeter eine Lichtquelle 1 in Form einer Glühlampe, welche ihr Licht durch einen optischen Filter 2 und der Mikroprobe 3 auf eine Photozelle 4 wirft, welche als photoelektrischer Energiewandler wirksam ist und deren Ausgangssignal über eine Durchlassschaltung 5 und einem Speicher 6 zu einer digitalen Anzeigevorrichtung 7 gelangt.
Die Glühlampe 1 wird von einer regelbaren Speisequelle 8 gespeist, deren Steuerung durch einen Impulsgenerator 9 derart erfolgt, dass die in Fig. 2 dargestellte Wellenform der Ausgangsspannung der Speisequelle 8 entsteht.
Durch die Wirkung des Impulsgenerators 9 weist die Ausgangsspannung der Speisequelle 8 gemäss Fig. 2 in einem ersten Intervall ti zunächst einen absatzweisen Anstieg von Null bis zum Maximalwert auf, da der Erregerstrom über dieses Intervall konstant gehalten wird und der Widerstand des Glühlampenfadens beim Aufheizen zunimmt, wonach die Speisespannung über den Rest der gesamten Erregerperiode ts der Lichtquelle 1 konstant bleibt und dann abrupt endigt. Anschliessend bleibt die Speisespannung während einer Ruheperiode t3 ausgeschaltet, worauf im vorbeschriebenen Intervall erneut der absatzweise Anstieg erfolgt.
Der absatzweise Anstieg der Speisespannung während der Periode t1 verhindert das Auftreten eines übermässigen Spannungsstosses beim Einschalten und verlängert somit die Lebensdauer der Glühlampe 1 und verbessert deren Strahlungscharakteristik.
Der Impulsgenerator 9 steuert ferner die Durchlassschaltung 5, welche das Ausgangssignal der Photozelle 4 nur in der in Fig. 2 dargestellten Periode t4, in welcher die Speisespannung für die Lampe und somit auch die Strahlungskennlinie der Lampe konstant ist, durchlässt und verstärkt.
Das Ausgangssignal der Durchlassschaltung 5 besteht hierbei aus reinen Rechteckimpulsen, die sich besonders für eine stabile Verstärkung eignen. Diese Rechteckimpulse gelangen dann zur Speichervorrichtung 6, welche ganz einfach aus einem Kondensator bestehen kann und welche am Ende der Durchlassperiode t4 das Ausgangssignal speichert, so dass dieses laufend durch die digitale Anzeigevorrichtung 7 angezeigt wird. Nach jeder neuen Messperiode wird durch den Impulsgenerator 9 der Speicher 6 gelöscht und die digitale Anzeigevorrichtung 7 rückgestellt.
Im übrigen kann auf eine detaillierte Beschreibung der einzelnen, anhand von Fig. 1 erwähnten Glieder des Kolorimeters verzichtet werden, da diese im einzelnen bereits handelsüblich sind.