DD251053A3

DD251053A3 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung geringer Trübungen

Info

Publication number: DD251053A3
Authority: DD
Publication date: 1987-11-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung geringer Truebungen in Fluessigkeiten, insbesondere auch in gefaerbten Fluessigkeiten wie Bier und anderen Getraenken. Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Truebungsmessgeraets, das sich mit minimalem mechanischen Aufwand fertigen laesst und keine mechanisch bewegten Teile enthaelt. Aufgabe der Erfindung ist, durch geeignete Modulation von zwei Lichtquellen unter Verwendung eines einzigen Strahlungsempfaengers direkt ein Ausgangssignal fuer die Truebung zu gewinnen. Erfindungsgemaess wird das dadurch geloest, dass als Lichtquellen Lumineszenzdioden gewaehlt werden, deren eine fuer die Truebungsmessung mit der Frequenz f moduliert wird, waehrend die andere als direktes Vergleichslicht mit der Frequenz nf moduliert wird. Das Signal des Strahlungsempfaengers liefert nach Demodulation direkt den Truebungswert sowie einen zur Konstantregelung verwendeten Vergleichswert. Die Erfindung ist vorwiegend anwendbar zur Ueberwachung der Filtration von Bier und anderen Getraenken, aber auch zur Produktkontrolle in der chemischen und gleichgearteten Industrie.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen photometrischen Messung geringerer Trübungen in Flüssigkeiten, insbesondere auch in gefärbten Flüssigkeiten wie Bier und anderen Getränken mit dem Ziel der Überwachung und Regelung der Filtration.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur kontinuierlichen Messung geringerTrübungen in Flüssigkeiten ist eine Anordnung bekannt, bei der das Licht einer Glühlampe mittels eines Flimmerspiegels mit 600Hz moduliert wird und abwechselnd zwischen einem Meßstrahl zur 90°- Trübungsmessung und einem Vergleichsstrahl zur Durchlichtmessung hin- und herwechselt. Im Vergleichsstrahl befindet sich eine motorgetriebene Meßblende zur Ausführung eines optischen Nullabgleich^. Die jeweilige Stellung der Meßblende ist ein Maß für die Trübung der eine quadratische Küvette durchströmenden Flüssigkeit. Als Detektor dient eine Vakuumphotozelle, deren Signal nach entsprechender Verstärkung den Servomotor der Meßblende ansteuert (Prospekt T 1,Sigrist-Photometer AG, Zürich [Schweiz]).

Bei dieser Anordnung ist der mechanische Aufwand sehr groß, da der Flimmerspiegel ein feinmechanisches Präzisionsbauteil darstellt. Ebenso erfordern Meßblende und Servomotor einen erheblichen Anteil an Mechanik. Nachteilig für den Dauerbetrieb sind die bewegten Teile. Die verwendeten Bauelemente, wie Glühlampe und Vakuumphotozelle, entsprechen nicht mehr dem jetzigen Stand der Technik.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der zur Erzielung größerer Signale bei geringen Trübungen das Prinzip der Vorwärtsstreuung bei annähernd 0° verwendet wird (DD-WP 125735). Das Primärlicht wird durch eine Dunkelfeldanordnung ausgeblendet. Dieses Prinzip ist für eine Farbkompensation nicht geeignet und bei geringsten Trübungen infolge des größeren Störlichtanteils nicht optimal. Außerdem ist ein raumsparender kompakter Aufbau kaum möglich.

Alle bekannten Anordnungen nach dem Prinzip der Absorptionsmessung, z.B. diederG-S-T-Regelungstechnik, Bochum (DE-AS 2363432/79), eignen sich nicht für gefärbte Medien.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für eine kontinuierliche Messung gt/inger Trübungen in farblosen und in gefärbten Flüssigkeiten zu entwickeln mit dessen Einsatz ein direkt ausweisbares lineares Signal für die Trübung gewonnen werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, in der durch geeignete Lichtquellen und Verwendung eines einzigen Strahlungsempfängersauf bewegte Teile in der Vorrichtung verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei Lumineszenzdioden als Lichtquelle für Meß- und Vergleichsstrahl und ein Strahlungsempfänger verwendet werden. Der Arbeitspunkt des als Strahlungsempfänger dienenden Phototransistors wird durch einen regelbaren Gleichlichtanteil festgelegt. Die beiden Lumineszenzdioden senden modulierte Strahlung aus, die sich in der Modulationsfrequenzum einen Faktor η unterscheidet (η > 2oder<0,5). Die Amplitude der Strahlung beider Lumineszenzdioden wird proportional in der Weise geregelt, daß die Amplitude des Vergleichstrahlsignals konstant bleibt. Das vom Phototransistor gelieferte modulierte Signal wird in einem Demodulator in die beiden Frequenzanteile zerlegt. Der Meßstrahlanteil stellt ein direktes lineares Maß für die Trübung dar.

In der Anordnung ist eine Durchflußküvette vorgesehen, die an vier um jeweils 90° versetzten Stellen je ein Fenster enthält. Hinter dem Fenster ist der Strahlungsempfänger angeordnet, ihm gegenüber die Lumineszensdiode für den Vergleichsstrahl. Rechtwinklig dazu befindet sich die Lumineszenzdiode für den Meßstrahl. Das ihr gegenüberliegende Fenster ist geschwärzt. Vor der Meßstrahl-Lumineszenzdiode und vor dem Phototransistor befinden sich Sammellinsen. Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:

Die zu messende Flüssigkeit wird durch die Durchflußküvette gepumpt. Auf den Phototransistor fällt gleichzeitig Licht des Vergleichsstrahls mit der Frequenz nf und des Meßstrahls mit der Frequenz f. Nach entsprechender Verstärkung gelangt das Signal in den Demodulator, der es in die beiden Signale von Meßstrahl und Vergleichsstrahl aufteilt. Das Meßstrahlsignal wird dem Ausgang zugeführt und angezeigt. Das Vergleichsstrahlsignal wird wie oben beschrieben verarbeitet.

Ausführungsbeispiel 1 (Fig. 1)

Eine Durchflußküvette 1 mit quadratischem Querschnitt enthält an den Seiten die Fenster 2 bis 5, von denen Fenster 2 geschwärzt ist. In der Durchflußküvette 1 befinden sich Blenden 6 zur Abschirmung von Störlicht. Vor dem Fenster 5 ist die Lumineszenzdiode 7 für den Vergleichsstrahl, vor dem Fenster 4 die Lumineszenzdiode 8 für den Meßstrahl, und an dem Fenster 3 der Phototransistor 9 angebracht. Das Licht der Lumineszenzdiode 8 wird mittels einer Linse 10 auf den Mittelpunkt der Durchflußküvette 1 konzentriert, das Streulicht auf dem Phototransistor 9 mit einer Linse 11 abgebildet. Die Lumineszenzdiode 7 wird gleichzeitig mit Gleich- und Wechselstrom gespeist, die Lumineszenzdiode 8 nur mit Wechselstrom. Das Signal des Phototransistors 9 wird im Verstärker 12 verstärkt und in ein Gleichspannungs-und ein Wechselspannungssignal aufgespalten. Das Gleichspannungssignal gelangt zum Regelverstärker 13, der den Arbeitspunkt des Phototransistors 9 konstant hält. Sein Ausgangssignal wird in der Mischstufe 14 mit dem Wechselstromsignal aus dem Modulator 15 mit der Frequenz nf gemischt. Das Wechselspannungssignal aus dem Verstärker 12 gelangt in den Demodulator 16, der nach phasenempfindlicher Gleichrichtung und Glättung zwei Ausgangssignale liefert. Eines davon steuert den Regelverstärker 17, der gleichzeitig die Amplituden der mit den Frequenzen nf bzw. fin den Modulatoren 15 bzw. 18 erzeugten Wechselströme regelt. Bei dem gewählten Beispiel ist η = lOundf = 500Hz. Zur synchronen Modulation ist der Taktgeber 20 vorgesehen. Modulator 18 liefert den Strom für die Lumineszenzdiode 8 zur Erzeugung des Streulichtes. Die Amplitude des Vergleichssignals wird konstant gehalten.

Das andere Signal aus dem Demodulator 16 gelangt zum Ausgang bzw. zu einer Anzeige auf einem Meßinstrument 19. Das Ausgangssignal ist mit einem nicht gezeichneten Schreiber verbunden. Außerdem steuert es einen nicht gezeichneten Regler. Die Meßbereichsumschaltung geschieht durch stufenweise Änderung der Modulationsamplitude der Frequenz f im Modulator 18. Die Lumineszenzdioden arbeiten im nahen Infrarotbereich.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Durchflußküvette in einem kleineren lichtdichten Gehäuse untergebracht, das an der Seite des Elektronikgehäuses befestigt ist. Der Einsatz des Gerätes erfolgt zur Überwachung und Regelung der Bierfiltration. Entsprechend den dortigen klimatischen Bedingungen wurde eine Feuchtraumausführung gewählt.

Ausführungsbeispiel 2 (Fig. 2)

Bei einer anderen Variante gelangt das Wechselspannungssignal aus dem Verstärker 12 in den Regelverstärker 17, der die Amplitude des Wechselspannungssignals des Strahlungsempfängers in der Weise regelt, daß das Signal der Frequenz nf konstant bleibt. Die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 17 wird dem Demodulator 16 zugeführt, der nach phasenempfindlicher Gleichrichtung und Glättung zwei Ausgangssignale liefert. Das Signal der Frequenz f wird wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben auf einem Meßinstrument 19 angezeigt und ausgegeben. Das Signal der Frequenz nf wird in den Regelverstärkerzurückgeführt und dient als Regelspannung. Die mittels des Taktgebers 20 synchron mit den Frequenzen nf bzw. fin dem Modulatoren 15 bzw. 18 erzeugten Wechselströme dienen wie in Ausführungsbeispiel 1 zur Ansteuerung der Lumineszenzdioden 7 bzw. 8.

Claims

1"l Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung geringerTrübungen mit einer Durchflußküvette(i),zwei mit unterschiedlicher Frequenz modulierten Lichtquellen (7, 8), vorzugsweise Lumineszenzdioden, und einem Strahhlungsempfänger (9), bei der die Strahlung der mit der Frequenz f modulierten Lichtquelle (8) durch Lichtstreuung auf den Strahlungsempfänger (9) auftrifft und die Strahlung der mit der Frequenz nf modulierten Lichtquelle (7) direkt auf den Strahlungsempfänger (9) auftrifft, gekennzeichnet dadurch, daß das vom Strahlungsempfänger (9) gelieferte Signal der Frequenz nf durch Parallelregelung der Ströme beider Lichtquellen oder durch Verstärkungsregelung des Wechselspannungssignals des Strahlungsempfängers auf konstanter Amplitude gehalten wird und daß der mit der Frequenz nf modulierten Lichtquelle (7) zusätzlich ein Gleichstrom zugeführt wird, der mittels des Regelverstärkers (13) in der Weise nachgeregelt wird, daß der Arbeitspunkt des Strahlungsempfängers (9) auf konstantem Niveau gehalten wird.

Z- Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß η größer als 2 oder kleiner als 0,5, vorzugsweise gleich 10 ist.

3: Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßbereichsumschaltung durch stufenweise Änderung des Modulationsstromes der Lichtquelle für den Meßstrahl erfolgt.