DD214447A1

DD214447A1 - Anordnung zur funktionsueberwachung von ir-fotometern

Info

Publication number: DD214447A1
Application number: DD24940783A
Authority: DD
Inventors: Manfred Kuehn; Wolfgang Wischnewski; Fritz Schroeter; Helmut Budzier
Original assignee: Inst Regelungstechnik
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1984-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Funktionsueberwachung von IR-Zweistrahlfotometern, die zum Zwecke der Stabilisierung mit einem geregelten Pilotkanal ausgeruestet sind.Mit dieser Anordnung ist es moeglich, alle Funktionendes Fotometers in einem Pruefvorgang zu ueberwachen, insbesondere eine Messbereichskontrolle herbeizufuehren, ohne das Erfordernis, das Messgas in der Messkuevette durch ein Bezugsgas ersetzen zu muessen.Ziel der Erfindung ist es, eine ohne mechanisch bewegte Teile operierende einfache Funktionskontrolle fuer das mit nur einem IR-Strahler und nur einem Strahlungsempfaenger arbeitende IR-Fotometer zu ermoeglichen. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass bei der Funktionsueberwachung zwischen dem Messsignal-Trennglied und dem Messpannungswandler ein von der regelten Gleichspannung des Vergleichssignals versorgter Singnalformer geschaltet ist und durch seine hohe Verstaerkung unabhaengig von der Groesse des Messsignals eine Impulsspannung der Frequenz f tief m und der Impulshoehe der geregelten Vergleichspannung erzeugt. Mit dieser Impulsspannung wird sowohl der anschliessende Signal-Uebertragungsweg, aber die Funktionstuechtigkeit des Regelkreises und damit die gesamte Signal-Uebertragungsstrecke kontrolliert.

Description

Anordnung zur Funktionsüberwachung von IR-Potome tern

G 01 N 21/00

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Funkt,ions überwachung von IR-Zweistrahl-Fotometern, die zum Zwecke der Stabilisierung mit einem geregelten Pilotkanal ausgerüstet sind«

Mit dieser Einrichtung ist es möglich, alle Funktionen des Gerätes in einem Prüfvorgang zu überwachen, insbesondere eine Meßbereichskontrolle herbeizuführen, ohne das Erfordernis, das Meßgas in der Meßküvette durch ein Bezugsgas ersetzen zu müssen«,

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für den Aufbau eines anspruchsvollen Fotometers für Meßzwecke wird zur Bildung des Ausgangssignals vielfach das Pilotverfahren angewendet. Das Grundprinzip besteht darin, daß aus den im Gerät aufgebauten zwei optischen Strahlengängen, einem Meß- und einem Vergleichsstrahlengang, die beiden Signale, ein Meß- und ein Vergleiehssignal, gewonnen werden und das Vergleichs-Signal als Pilotsignal mit Hilfe eines steuerbaren Verstärkers, durch den das Meßsignal und das Vergleichssignal gelenkt

werden₉ konstant geregelt wird. Damit werden alle Störgrößen, die gleichzeitig auf das Meß- und Vergleichssignal wirken, auch aus dem Meßsignal eliminiert.

Ils Meßsignal kann das durch den Meßstrahlengang hindurchgehende Signal dienen, das später, nachdem es in ein elektrisches Signal gewandelt, gleichgerichtet worden ist, mit einer Referenzspannung verglichen wird, so daß bei der Konzentration Null des au messenden Gases das Ausgangssignal des Potometers Hull ist. Als Meßsignal kann aber auch das optisch-mechanisch gebildete Differenzsignal aus einem Anteil des Strahlungsflusses, der durch die Meßküvette geht, und einem gleichgroßen Anteil des Strahlungsflusses, der durch die Vergleichsküvette gelenkt ist, verstanden werden. Als Vergleichssignal fungiert ein Signal, das aus dem gesamten Strahlungsfluß oder einem Anteil des Strahlungsflusses durch die Vergleichsküvette gewonnen wird.

Um beide Signale, das Meßsignal und das Vergleichssignal, gleichzeitig gemeinsam übertragen und anschließend wieder trennen zu können, bedarf es einer unterschiedlichen Kennzeichnung, Sine Möglichkeit der Kennzeichnung besteht darin, den Maß- und Vergleichsstrahlungsfluß mit verschiedenen Frequenzen zu choppern und so elektrische Signale verschiedener Frequenz zu gewinnen. Hochwertige Fotometer werden mit je einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger ausgerüstet, die für beide optischenKanäle zuständig sind. Damit wird gegenüber den Geräteausführungen mit zwei Strahlungsquallen oder mit zwei Strahlungsempfängern ein durch die Strahlungsquellen bzw. durch die Strahlungsempfänger verursachten Driftfehler vermieden.. Dies aber gerade erschwert gegenüber Geräteausführungen m&t zwei Strahlungsquellen bzw. zwei Strahlungsempfängern ein einfaches Simulieren eines Meßeffektes, der für die Meßbereichskontrolle des Gerätes genutzt werden kann«,

Der übliche Vorgang für die Meßbereichskontrolle setzt den Nullabgleich voraus. Hierzu ist eine Nullspülung der Meßküvette Voraussetzung· Das heißt, durch die Meßküvette wird

das gleich© Bszugsgas, das sich in der Vergleichsküvette befindet, gelenkt. Bei Geräten mit Regelung des Pilotsignals ist auch dia Variante möglich, durch beide Küvetten das zu messende Gas zu lenken,. Nach erfolgtem Nullabgleich des Gerätes wird ein vorgegebener Meßwert simuliert, der zu einem festen Ausgangssignal führt«

Fs sind Einrichtungen bekannt, bei denen unter Verwendung von zweilß-Strahlern, einer für den Meß- und einer für den Vergieichsstrahlengang, die in Reihe geschaltet stromstabilisiert versorgt werden, durch Shuntung des Strahlerwiderstandes im Meßstrahlengang Meßeffekte simuliert werden und diese für die Meßbareichskontrolle genutzt werden (Infralyt, JKD).

Weiterhin ist bekannt, daß bei Verwendung von zwei Strahlungsempfängern, einer für den Meß- und einer für den Vergleichsstrahlengang 9durch Kmpfindlichkeitsänderung eines der Smpfänger ebenfalls ein Meßeffekt simuliert werden kann.

Weiterhin ist bekannt, daß ein Meßeffekt dadurch simuliert werden kann, indem die Strahlung eines IR-Hilfsstrahlers in den Vergleichskanal gelenkt wird.

Bei Verwendung eines einzigen IR-Strahlers und eines einzigen Strahlungsempfängers im IR-Potometer kann durch Störung der im Nullabgleich vorhandenen Strahlungssymmetrie entweder durch Einschwenken eines geeigneten Filters oder eines anderen strahlungsschwächenden Gegenstandes, z.B. einer rotierenden Drahtschleife, ebenfalls ein geeigneter Meßeffekt simuliert werden (US-PS 3 808 436, US-PS 3 932 754, US-PS 4 069 420).

Weiterhin sind Einrichtungen zur Funktionskontrolle bekannt, die durch Kippen von Interferenzfiltern um einen vorbestimmten Winkel im Meßstrahlengang einen Meßeffekt simulieren und damit eine Meßbereichskontrolle ermöglichen (D3P-0S 2 836 394).

Alle genannten Maßnahmen sind entweder mit dem Nachteil ver~ banden^ daß mehr als ein IR-Strahler oder Strahlungsempfänger verwendet werden und damit das unterschiedliche Driften von Eigenschaften dieser Bauelemente sich negativ auswirkt oder daß sie mit relativ hohem mechanischem Aufwand verbunden sind«,

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Funktionsüberwachung von IR-Fotometern verschleißfrei und wartungsarm zu gestalten bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Nutzung der im Zweistrahl-Fotometer nach dem Pilotverfahren vorhandenen Funktionsgruppen die Überprüfung der Übertragungseigenschaften aller im Fotometer an der Meßwertbildung beteiligten Funktionsgruppen direkt oder indirekt vorzunehmen und mittels eines simulierten Meßeffektes nachzuweisen. Dabei soll die Verwendung mechanisch bewegter Teile ausgeschlossen werden und eine Lösung gefunden werden, die ein Herausnehmen des Meßgases aus der Meßküvette nicht erforderlich macht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für dan Zustand der Funktionsüberwachung zwischen dem Meßsignaltrermglied und dem Meßspannungswandler ein von der geregelten PiIo tgleichspannung versorgten Signalformsr mit anschließender definierter Signalteilung eingeschaltet wird und durch seine hohe Verstärkung unabhängig von der Größe des Meßsignals selbst den im Nullzustand des Ausgangssignals hinter dem Meßsignal-Trennglied vorhandenen Rest-Nullanteil des Meßsignals auf den von der Pilotgleichspannung bestimmten konstanten Pegel anhebt und als definierten impulsförmigen Meßsignalpegel dem Meßgleichrichter sowie der anschließenden signalverarbeitenden Kette zur Kontrolle dar Gesamtverstärkung anbietet. Diese konstante Impulsspannung erzielt am Ausgang ein konstantes Kontrollsignal.

Mit der Wahl der Pilotgleichspannung als Versorgungsspannung für den Signalformer wird eine Kontrolle der Funktion des Regelkreises und damit der meßsignalverarbeitenden Kette von der Strahlungsquelle bis zum steuerbaren Verstärker ausgeübt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig., 1: Funktionsprinzip eines Zweistrahl-Fotometers nach dem Pilotverfahren mit Funktionsüberwachung

Fig* 2% Chopperscheibe für die Signalgewinnung.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild für den Funktionsmechanismus eines Zweistrahl-Fotometers mit einer Signalaufbereitung nach dem Pilotverfahren dargestellt

Die von der Strahlungsquelle 1 ausgehende Strahlung beträgt vor der Meßküvette 2 und der Vergleichsküvette 3 ψ ₀ und hinter der Meßküvette 2 <jß sowie hinter der Vergleichsküvette 3

Anschließend passiert die Strahlung die Chopperspuren a, b und c einer von einem Motor*angetriebenen Chopperscheibe 5. Hierbei werden die beiden optischen Signale, das optische Meßsignal als Strahlung durch die Spuren a und c sowie das optische Vergleichssignal als Strahlung durch die Spur b gebildet. Die Zuordnung der in Fig. 2 in der Draufsicht dargestellten Chopperscheibe 5 zu den beiden Küvetten gewährleistet die in Fig. 2 dargestellten optischen Signale. Danach wird ein Differenzmeßsignal der Frequenz f_m aus den Anteilen der Spuren a und c gebildet, das mit AS=O verschwindet. Weiterhin wird ein vom Meßeffekt unabhängiges optisches Vergleichssignal der Vergleichsfrequenz f_y gebildet. Im Impfanger 6 wird die ankommende Strahlung in elektrische Signale gewandelt, die im Vorverstärker 7 vorverstärkt und im steuerbaren Verstärker 8 weiter verstärkt wird. Das Ausgangssignal des steuerbaren Verstärkers 8 wird den beiden Trenngliedern, dem Meßsignaltrennglied 9 und dem Vergleichssignaltrennglied 10, zugeführt. Die Trennglieder arbeiten frequenzselektiv. Das Meßsignaltrennglied 9 läßt Signale der niederen Meßfrequenz f durch,das Vergleichssignal trennglied 10 läßt Signale der höheren Vergleichsfrequenz f durch. Beide Signale werden in den folgenden Wandlern, dem Meßspannungswandler 11 und dem Gleichspannungswandler 12 in entsprechende Gleichspannungen gewandelt.

Die Maßgleichspannung lers 11 beträgt

_n am Ausgang des Meßspannungswand-

^U2m- = Φ Ό

2m

und die Vergleichsspannung sparmungswandlers 12

e . V . Yet . _P

_ffl

- am Ausgang des Vergleichs-

. 7 · Vat .

Die Yergleichsspannung Up_v__ wird mit Hilfe des Regelverstärkers 13 und des steuerbaren Verstärkers 8 stets auf den Wert der Referenzspannung U^ geregelt.

Daraus ergibt sich für Vst

Vat

und für

= U_R .

( 1 - 10

Hinter dem Ausgangsverstärker 12 erhält man die Ausgangsspannung U

R =

. U

_R ,

In dieser Darstellung sind die im Ausgangssignal enthaltenen Signalanteile aus den Spuren a und c gleichgroß eingestellt, so daß bei AS = OU=O ist.

Wenn man den optisch-mechanischen Abgleich so vornimmt, daß der von der Vergleichsküvette 3 stammende Anteil des Signals U,

größer ist als der von der Meßküvette 2 stammende Anteil, ist bei Λ Έ = O Π > O. '

Der Nullabgleich kann dann elektrisch erfolgen, indem von der Referenzspannung Ü_R eine Abgleichspannung U_R* abgeleitet wird.

Das Ausgangssignal lautet dann

Λ Ό

UTj fA In*" Δ -UA TT Ό — ΛΓ TT TT ^ — it · ^ I — — » IU J "- Utj JK = V · U-T, · U-n »

a Γ¹ · λ . a x\ ix

ι . ν

und «.. < ι

. ' . · . .' σ

Für die Funktionskontrolle ist zwischen dem Meßsignaltrenn- ^, glied 9 und dem Meßspannungswandler 11 ein Signalformer 15 geschaltet, der das Signal U_2m/V mit der Frequenz f_m in ein Impulssignal der Impulshöhe Ug_17- und der Meßfrequenz f_m formt. Dazu können handelsübliche Triggerbausteine verwendet werden. Die Verstärkung des Signalformers I5 ist groß genug,

die bei U=O von Null verschiedene Nullrestspannung U_Orn a can.

in den gewünschten Impulsverlauf der Impulshöhe U_2v_ zu formen. Dadurch kann die Funktionskontrolle unabhängig von der Größe des Meßsignals innerhalb des Meßbereichs zwischen U_& = und U_ s U_aB erfolgen. Immer entsteht hinter dem Signalformer 15 ein Impulssignal der Höhe Up_v_ und der Meßfrequenz f , das anschließend gleichgerichtet und im Ausgangsverstärker 14 verstärkt wird. Es entsteht ein definiertes Signal, das am. Aus- *"-" gang eine Markierung an der Meßskala erreicht. .Das definierte Impulssignal kontrolliert den Meßkanal vom Meßspannungswandler 11 an bis zum Ausgangssignal. Das definierte Impulssignal hat aber nur dann den gewünschten definierten Wert, wenn der Regelkreis einwandfrei arbeitet, d.h. wenn alle Abweichungen vom Normalzustand für die gesamte signalübertragende Strecke, beim Strahler 1 angefangen, durch Regelung ausgleichbar sind, also intakt sind. Damit sind alle Glieder, die zur Übertragung der Signale erforderlich sind, auf ihre Konstanz überprüft.

~ 8 -

Claims

Srfindungsanspruch

Anordnung zur Funktionsüberwachung von IR-ΪΌ tome tern mit zwei optischen Kanälen, die sich zwischen einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger befinden, einem Meßkanal und einem Vergleichskanal mit zwei zugeordneten Küvetten, einer Meßküvette und einer Vergleichsküvette, sowie mit einer durch einen Motor angetriebenen Chopperscheibe, die aus dem von der Strahlungsquelle durch die Meß- und Vergleichsküvette gehenden Strahlung zwei durch verschiedene Frequenzen gekennzeichnete optische Signale, ein Meßsignal als Differenz aus zwei annähernd gleichen Strahlungsintensitäten gleicher Frequenz durch die Vergleichsküvette und durch die Meßküvette sowie ein Vergleichssignal anderer Frequenz erzeugt, ausgestattet mit einer Signalverarbeitung, bei der das Vergleichssignal als Pilotsignal durch Vergleich mit einer Referenzspannung über einen Regelverstärker und einen steuerbaren Verstärker, den das Meß- und das Vergleichssignal durchlaufen, konstant geregelt wird,, gekennzeichnet dadurch, daß für die Zeit der Funktionsüberwachung zwischen dem Meßsignal-Trennglied (9) und dem Meßspannungswandler (11) ein von der konstantgeregelten Vergleichsgleichspannung (U_2v--) versorgter hochverstärkender Signalformer (15) geschaltet ist.

» Hierau
2 Blatt Zeichnungen -