DD234928A1

DD234928A1 - Zweistrahl-fotometer nach dem differenzverfahren mit geregeltem pilotsignal

Info

Publication number: DD234928A1
Application number: DD27359185A
Authority: DD
Inventors: Manfred Kuehn; Wolfgang Wischnewski; Horst Dietze; Hartmut Vogelei
Original assignee: Berlin Treptow Veb K
Priority date: 1985-02-27
Filing date: 1985-02-27
Publication date: 1986-04-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Fotometer nach dem Differenzverfahren mit geregeltem Pilotsignal mit einer Mess- und einer Vergleichskammer in einer geteilten zylindrischen Kuevette in Beziehung zu einer Dreispur-Chopperscheibe. Ziel der Erfindung ist es, die Empfindlichkeit des Geraetes ohne zusaetzlichen geraetetechnischen Aufwand zu steigern, wobei die Aufgabe darin besteht, die Bildung eines Mess- und eines Pilotsignals durch Chopperung so herbeizufuehren, dass unter Ausnutzung der gesamten, durch die Kuevette gehenden Strahlung ein groesstmoegliches Messsignal entsteht und das Pilotsignal ausschliesslich aus Strahlungsanteilen, die durch die Vergleichskuevette gehen, um den Temperaturfehler des Messmediums zu minimieren, gebildet wird. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass die Trennwand in der zylindrischen Kuevette etwa um die halbe Breite der Pilotspur der Dreispur-Chopperscheibe von der Mitte entfernt in Richtung Messkuevette versetzt angeordnet ist und aehnlich der Trennlinie zwischen der inneren Messsignalspur und der Pilotspur der Dreispur-Chopperscheibe gewoelbt ist. Fig. 2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Zweistrahl-Fotometer nach dem Differenzverfahren mit geregeltem Pilotsignal·mit einer Meß- und einer Vergleichskammer in einer geteilten zylindrischen Küvette und einer zugeordneten Dreispur-Chopperscheibe. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den von einer Strahlungsquelle ausgehenden, die Küvette passierenden Strahlungsfluß verlustarm in den Strahlungsfluß für das Meßsignal und in den Strahlungsfluß für das Pilotsignal aufzuteilen und damit eine Optimierung der Empfindlichkeit des Gerätes ohne die nachteilige Nebenerscheinung eines zusätzlichen Temperaturfehlers bei zu untersuchenden Gasen oder Flüssigkeiten zu erreichen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Hochempfindliche Fotometer der Analysenmeßtechnik sind immer Zwei- oder Mehrstrahl-Fotometer. Der Entwicklungstrend geht von der Anwendung einfacher Differenzverfahren im Geradeaus-Betrieb, bei denen erhöhte Anforderungen an die vorhandenen Funktionsgruppen erfüllt sein müssen, hin zur Anwendung von quotientenbildenden Verfahren, entweder durch direkte Quotientehbildung oder durch die Bildung von Kompensationssignalen oder durch Regelung eines Pilotsignals, bei denen die Anforderungen an einzelne Baugruppen reduziert werden können.

Zweistrahlfotometer mit geregeltem Pilotsignal setzen sich mehr und mehr durch. Sie arbeiten mit zwei Signalen, einem Meßsignal und einem Pilotsignal, die beide der gleichen Strahlungsquelle entstammen und durch Form und Gestalt der Chopperscheibe gebildet werden. Die Strahlung passiert zwei Küvetten, eine Meß- und eine Vergleichsküvette. Eine moderne Möglichkeit der Signalbildung besteht darin, ein Meßsignal als Differenz von Anteilen der durch die Meß- und Vergleichsküvette gehenden Strahlung sowie ein Pilotsignal als Anteil der durch die Vergleichsküvette gehenden Strahlung mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen mit Hilfe der Dreispur-Chopperscheibe zu bilden. Man kann die Kennzeichnung beider Signale auch durch einen zeitmultiplexen Betrieb herbeiführen. Über einen Stellverstärker, den beide Signale passieren, wird das Pilotsignal konstant geregelt. Das erreicht man, indem man das gleichgerichtete Pilotsignal am Eingang eines Verstärkers mit einer Referenzspannung vergleicht und die verstärkte Abweichung als Stellspannung einem Stellverstärker zuführt.

Bei der optisch-mechanischen Modulation der Strahlung zur Bildung des Meß- und Pilotsignals ist in Betracht zu ziehen, daß die Höhe des Signalpegels durch die freie Öffnung der Küvetten sowie die Anordnung der Modulationsstruktur der Chopperscheibe bestimmt wird. Eine besonders günstige Anordnung bietet das Dreispurensystem, in dem zwei um 180° phasenverschobene Spuren das Meßsignal und die dritte Spur das Pilotsignal bilden. Die beiden Komponenten des Meßsignals resultieren in einem Fall aus der durch die Meßküvette gehenden, im anderen Fall aus der durch die Vergleichsküvette gehenden Strahlung. Am günstigsten sind die Verhältnisse, wenn die Strahlungsintensität beider Komponenten bei der Konzentration Null des Meßmediums in der Meßküvette gleich groß sind, so daß das Meßsignal auch Null ist. Dies ist mit dem Wunsch, daß Meß- und Vergleichsküvette gleich sind und das Pilotsignal ausschließlich aus Strahlungsanteilen durch die Vergleichsküvette resultiert, unvereinbar. Der klassische Fall sieht deshalb so aus, daß bei der Meßgaskonzentration Null die Komponente des Meßsignals durch die Meßküvette größer ist als die Komponente des Meßsignals durch die Vergleichsküvette. Bei genügend groß vorgesehener Nullpunktunterdrückung ist die hier dargestellte Lösung ideal. In den meisten Fällen aber beginnt der Meßbereich mit der Konzentration Null. Das heißt, daß die überschüssige Strahlungsintensität im Meßkanal durch Abblenden vernichtet werden muß. Es sind Modulationseinrichtungen in Zweistrahl-Absorptionsfotometern bekannt, bei denen die Dreispur-Chopperscheibe an zwei Küvetten mit halbkreisförmigem Querschnitt vorbeigeführt wird mit der Maßgabe, daß die Pilotspur in der Mitte angeordnet ist und zum einen Teil Strahlung aus der Meßküvette und zum anderen Teil Strahlung aus der Vergleichsküvette verarbeitet. (DD-WP 206 217).

Mit dieser Maßgabe wird erreicht, daß die zur Bildung des Meßsignals genutzten Spuren gleichgroß gestaltet werden können und somit eine günstige Nutzung der zur Verfügung stehenden Strahlung erfolgt. Zum anderen wird durch die Anwesenheit von Anteilen der durch die Meßküvette und solcher durch die Vergieichsküvette gehenden Strahlung im Pilotsignal eine in Richtung Linearisierung gehende Korrektur der Übertragungsfunktion erreicht. Die erreichbare Korrektur ist aber zu gering, um eine vollständige Linearisierung herbeizuführen, so daß in jedem Fall weitere Linearisierungsmaßnahmen erforderlich sind. Zum anderen wird beim Einsatz in Gasanalysatoren durch die bei Temperaturänderunen einsetzende Wirkung des Meßgases auf das Pilotsignal ein Temperaturfehler verursacht, der den bereits vorhandenen Meßgas-Temperaturfehler des Meßsignals wesentlich vergrößert. Weitere auf die Empfindlichkeit des Gerätes optimierend wirkende Anordnungen oder Maßnahmen sind nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei Zweistrahl-Fotometern nach dem Differenzverfahren mit geregeltem Pilotsignal die Empfindlichkeit ohne zusätzlichen gerätetechnischen Aufwand zu steigern und den Temperaturfehler der zu untersuchenden Medien auf das Meßergebnis zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Gasanaiysator nach dem Strahiungsabsorptionsprinzip die Bildung eines Meß- und Pilotsignals durch Chopperung so herbeizuführen, daß unter Ausnutzung der gesamten durch die Küvette gehenden Strahlung ein größtmögliches Meßsignal entsteht, was nur zu erreichen ist, wenn es gelingt, die beiden um 180° phasenverschobenen Komponenten des Meßsignals von vornherein etwa gleichgroß zu machen und das Pilotsignal ausschließlich aus Strahlungsanteiien, die durch die Vergleichsküvette gehen, gebildet wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Trennwand in der zylindrischen Küvette etwa um die halbe Breite die Pilotspur der Dreispur-Chopperscheibe von der Mitte entfernt in Richtung Meßküvette versetzt angeordnet ist und ähnlich der Trennlinie zwischen der inneren Meßsignalspur und der Pilotspur der Dreispur-Chopperscheibe gewölbt ist. Damit wird erreicht, daß die oben genannten Bedingungen erfüllt sind und zusätzlich durch die Verringerung des Meßküvettenvolumens die Totzeit des Gerätes verringert wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Funktionsprinzip eines Zweistrahl-Fotometers nach dem Pilotverfahren mit exzentrisch angeordneter Trennwand in der

zylindrischen Küvette Fig. 2: Chopperscheibe mit drei Signalspuren (Dreispur-Chopperscheibe), die zur Signalbildung an einer zylindrischen Küvette mit exzentrisch angeordneter Trennwand vorbeigeführt wird.

In Fig. 1 ist ein Zweistrahlfotometer nach dem Differenzverfahren mit geregeltem Pilotsignal dargestellt. Die von der Strahlungsquelle 1 kommende, vom Reflektor 2 umgelenkte und die von der Strahlungsquelle 1 direkt kommende Strahlung passieren die zylindrische Küvette 3, die durch eine exzentrisch angeordnete Trennwand 6 in zwei ungleiche Kammern geteilt ist. Eine Kammer dient als Vergleichsküvette 4, die andere Kammer als Meßküvette 5. Hinter der Küvette 3 ist eine Modulationseinrichtung angeordnet, die aus der Dreispur-Chopperscheibe 7 und dem Antriebsmotor 9 besteht. Eine abbildende Optik 10 lenkt die gesamte durchgelassene Strahlung auf den Strahlungsempfänger 11, in dem die optisch-elektrische Signalwandlung erfolgt. Das elektrische Signal besteht entsprechend der Modulationswirkung durch die Dreispur-Chopperscheibe aus einem Meßsignal der Meßfrequenz f_m, wobei f_m der Umdrehungsfrequenz der Dreispur-Chopperscheibe 7 entspricht, das als Summensignal aus den in der Spur a und der Spur c gebildeten Einzelsignalen, siehe auch Fig. 2, zusammengesetzt ist und einem Pilotsignal einer höheren Pilotfrequenz f_p, das aus der Dreispur-Chopperscheibe 7 resultiert. Das gesamteFrequenzgemisch gelangt zu den beiden Signaltrenngliedern 13 und 14. Im Meßsignaltrennglied 13 wird das Meßsignal und im Pilotsignaltrennglied 14 das Pilotsignal herausgefiltert und gleichgerichtet. Anschließend wird die Pilotgleichspannung U_p_ am Eingang des Regelverstärkers 15 mit einer Referenzspannung U_R verglichen. Die Differenz beider Spannungen verursacht ein verstärktes Ausgangssignal des Regelverstärkers 15, das als Stellspannung U_st dem Stellverstärker 12 zugeführt wird. Damit ist eine Regelung wirksam, die bei genügend hoher Kreisverstärkung dafür sorgt, daß die Pilotgleichspannung U_p- stets der Referenzspannung U_R entspricht. Mit dieser Regelung werden Störgrößen, die im Meß- und Pilotsignal gleichermaßen enthalten sind, auch aus dem Meßsignal eliminiert.

Die vom Motor 9 angetriebene Dreispur-Chopperscheibe 7, siehe Fig. 2, ist so angeordnet, daß die Signalspuren a und c etwa gleich breit sind, damit am Meßbereichsanfang eines Absorptionsmeßgerätes zwei gleiche, um 180° phasenverschobene Einzelsignale entstehen. Die Breite der Signalspur b ist abhängig vom Frequenzverhalten des Strahlungsempfängers 11 und im Zusammenhang damit vom Frequenzverhäitnis f_p:f_m. Sie ist so ausgelegt, daß das gebildete elektrische Pilotsignal annähernd die Größe des elektrischen Meßsignals am Meßbereichsende erreicht.

Die Trennwand 6 der Küvette 3 weist vorteilhafterweise eine Wölbung auf, die annähernd der Trennlinie 8 zwischen innerer Signalspur a und Pilotspur b entspricht.

Die exzentrische Anordnung der Trennwand 6 und ihre Wölbung in der zylindrischen Küvette 3 sorgen dafür, daß die Spur a der Dreispur-Chopperscheibe 7 mit der Strahlung durch die Meßküvette 5 und die Spuren b und c niit der Strahlung durch die Vergleichsküvette 4 beschickt werden. Damit wird erreicht, daß zwei Eigenschaften gleichzeitig herbeigeführt sind.

- Die Spuren a und c liefern annähernd gleiche Strahlungsflüsse, so daß zur Bildung des Meßsignals Null keine wesentlichen Verluste in Kauf genommen werden müssen.

- Die Strahlung in der Spur b kommt ausschließlich aus der Vergleichsküvette 4, womit erreicht ist, daß der systematische Meßgastemperaturfehler minimiert wird.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Zweistrahl-Fotometer nach dem Differenzverfahren mit geregeltem Pilotsignal, bei dem zwei zwischen einer Strahlungsquelle und einem Strahlungsempfänger parallel verlaufende optische Kanäle vorgegeben sind, einem Meßkanal und einem Vergleichskanal, mit zwei zugeordneten Küvetten, einer Meßküvette und einer Vergleichsküvette, die beide als Teil einer durch eine Trennwand geteilen zylindrischen Küvette aufgebaut sind, sowie mit einer durch einen Motor angetriebenen Dreispur-Chopperscheibe, die aus der von der Strahlungsquelle durch die Küvette kommenden Strahlung zwei durch verschiedene Frequenzen gekennzeichnete Signale, ein Meßsignal als Differenzsignal aus Anteilen der Strahlung durch die Vergleichsküvette und durch die Meßküvette und ein Pilotsignal anderer Frequenz erzeugt, gekennzeichnet dadurch, daß die Trennwand (6) in der zylindrischen Küvette (3) um etwa die halbe Breite der Pilotspur (b) von der Mitte entfernt in Richtung Meßküvette (5) angeordnet ist.

2. Zweistrahl-Fotometer nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Trennwand (6) in der zylindrischen Küvette (3) gewölbt ist, wobei die Wölbung annähernd der Trennlinie (8) zwischen innerer Signalspur (a) und Pilotspur (b) entspricht.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen