DE1814614C3 - Küvette zur optischen Untersuchung von Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Küvette zur optischen Untersuchung von Flüssigkeiten, die gasförmige oder feste Schwebeteilchen enthalten, mit einem von zwei Fenstern abgeschlossenen zylindrischen Küvettenraum, um dessen Achse die Flüssigkeit in Rotation versetzt wird.

Eine solche aus der FR-PS 1 449 409 bekannte Meßküvette weist eine tangential zum Umfang der Meßküvette angeordnete Zuführungsleitung für die Flüssigkeit auf, wodurch dieser durch ihre eigene Strömungsenergie innerhalb der Küvette ein Strömungsdrall erteilt wird. Bei dieser bekannten Meßküvcttc soll durch diesen Strömungsdrall erreicht werden, daß insbesondere bei einem schnellen Wechsel unterschiedlicher Flüssigkeiten die jeweils zuvor in der Meßküvette vorhandene Flüssigkeit schnell und vollständig durch die eintretende neue Flüssigkeit verdrängt wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform der bekannten Meßküvette kann dieser Strömungsdrall auch dadurch erreicht werden, daß die über die Zuführungsleitung einströmende Flüssigkeit zuerst in einen am Umfang der Küvette angeordneten Ringraum gelangt und aus diesem über einen oder mehrere schräggestellte Einlaufkanäle in den eigentlichen Meßraum der Küvette gelangt. Bei dieser bekannten Meßküvette wird bei ausreichenden Strömungsgeschwindigkeiten der an die Meßküvette gegebenen Flüssigkeit zwar auch ein ausreichend großer Strömungsdrall innerhalb der Meßküvette erzielt, jedoch muß dieses bei etwas geringeren Strömungsgeschwindigkeiten bereits dadurch erreicht werden, daß der Mündungsquerschnitt der Zulaufleitung stark verkleinert wird. Ein solcher kleiner Mündungsquerschnitt der Zulaufleitung macht jedoch immer dann Schwierigkeiten, wenn auch solche Flüssigkeiten in der Meßküvette untersucht werden sollen, die feste Phasen enthalten, da diese festen Bestandteile zu einer Verstopfung der Zuführungsleitung führen können. Darüber hinaus versagt die bekannte Meßküvette dann vollständig, wenn in ihr stillstehende, also die Küvette nicht durchfließende Flüssigkeiten untersucht werden sollen.

Aus dem DTXJbm 1 879 489 ist es in Verbindung mit der Messung des Staubgehaltes eines durch einen Kanal strömenden Gas-Staub-Gemisches bekannt, diesem Gemisch innerhalb des Kanals einen Strömungsdrall zu erteilen, dainit die Staubteilchen gegen die Kanalwandungen'geschleudert werden. Zur erzeugung dieses Strömungsdralls wird auch bei dieser bekannten Vorrichtung eine tangential zum Umfang des Kanals angeordnete Zuführungsleitung benutzt, so daß der Strömungsdrali innerhalb des Kanals durch die dem Gemisch selbst innewohnende Strömungsenergie erzeugt

wird.

Dem Anmeldungsgegenstand hegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Meßküvette der genannten Art zu

schaffen, bei der die die Flüssigkeit durchsetzende Strahlung nur durch solche Bereiche der Küvette gelangt, die infolge des Strömungsdralls der Flüssigkeit allein die jeweils zu untersuchenden Phasen der Flüssigkeit enthalten.

ac Bei einer Meßküvette der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Rotation der Flüssigkeit durch eine mechanische Anordnung in Form eines Schaufelrades bewirkt wird und daß der optische Strahlengang durch beliebige Berei-

ehe des infolge der Rotation mit phasengetrennter Flüssigkeit ausgefüllten Küvettenraumes hindurchführbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines Schaufelrades in der Meßküvette ist bei einer geeigneten Ausbildung dieses Schaufelrades einer einströmenden Flüssigkeit auch dann noch ein ausreichend großer Strömungsdrall zu erteilen, wenn diese eine nur geringe Strömungsgeschwindigkeit aufweist. Andererseits kann dieses Schaufelrad auch mit Hilfe einer äußeren Energiequelle angetrieben werden, so daß auch annähernd oder vollständig stillstehenden Flüssigkeiten noch ein beliebig großer Strömungsdrall innerhalb der Meßküvette erteilt werden kann. Da die Erteilung des Strömungsdralls durch das Schaufelrad praktisch unabhän-

gig von der Anordnung und Ausbildung der Zulaufleitung ist, können ausreichend große Mündungsquerschnitte der Zulaufleitung vorgesehen werden, was insbesondere bei der Untersuchung von feste Phasen enthaltenden Flüssigkeiten wichtig ist. Mit Hilfe sehr einfächer und unmittelbar an oder in der Küvette vorzusehender Mittel ist es möglich, jeweils nur die Teile der die Küvette durchströmenden Flüssigkeiten zu durchstrahlen und damit zu der Messung heranzuziehen, die infolge des Strömungsdralls ausschließlich die gewünschten Phasen und Zusammensetzungen aufweisen,

indem der optische Strahlengang ζ. Β. durch Blenden oder Spiegel durch bestimmte Bereiche der Küvette hindurchgeführt wird.

Gemäß in den Unteransprüchen angegebener Weiterbildungen der Erfindung ist ein in der Küvette feststehendes oder drehbares Schaufelrad sowie Blenden und Spiegel für eine beliebige Ausrichtung des Strahlengangs vorgesehen.

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Beispielen näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht bzw. einen Schnitt einer einen tangentialen Strömungseintritt und eine zur Drehachse senkrechte Strahlung benutzenden Küvette wie sie zum Stand der Technik gehört,

F i g. 2 die sich ausbildende Strömung in der Küvette nach F i g. 1,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht bzw. einen

Schnitt eines in den Küvettenraum gemäß der Erfindung eingebauten Ablenkelementes und der eine mit der Drehachse zusammenfallende Strahlung verwendeten Küvette,

Fig. 4 die in dem Küvettenraum nach F i g. 3 sich ausbildende Strömung,

F i g. 5 eine perspektivische Teilansicht bzw. ein Schnitt der mit einem Schaufelrad arbeitenden und einen reflektierten Strahlengang verwendeten Küvette und

F i g. 6 eine perspektivische Ansicht bzw. einen teilweisen Schnitt der mit einem sich drehender Schaufelrad arbeitenden und einen axialen Strahlengang verwendenden Küvette.

Die in F i g. 1 dargestellte bekannte Küvette ist für die Untersuchung von dampf- oder gasphasige Teilchen enthaltenden Flüssigkeiten geeignet.

Die Strömungsenergie der Flüssigkeit wird in der Weise ausgenützt, daß die Flüssigkeit über einen Einlaufstutzen 2 tangential, in Richtung des Pfeiles 3 in den ao Küvettenkörper 1 eintritt. Infolge des tangentialen Einlaufes wird die Flüssigkeit in dem zylindrisch ausgebildeten inneren Raum zu einer wirbelnden, sich drehenden Strömung gezwungen und infolge der sich damit ausbildenden Druckverteilung werden die gasphasigen Teilchen in die Achsenlinie der wirbelnden Flüssigkeit gezwungen (F i g. 2).

Die zu untersuchende Flüssigkeit strömt zwischen die Strahlung durchlassenden Fenstern 5 und 6 hindurch. Aul die Fenster der Küvette sind in den von der nicht zu messenden störenden Phase eingenommenen Raumteil die StrahluNg nicht durchlassende Masken 7 und 8 aufgesetzt. Die Masken verdecken die in die Achsenlinie gezwungenen Teilchen, wodurch die Strahlung bloß jene Flächen der Fenster durchsetzen kann, zwisehen welchen sich ein gasfreier Abschnitt der Flüssigkeit befindet. Die Flüssigkeit tritt aus der Küvette in unveränderter Zusammensetzung durch einen Auslaufstutzen 9 hindurch in Richtung des Pfeiles 10 aus.

In F i g. 2 sind die infolge hydrodynamischer Wirkungen in der Küvette sich ausbildenden Flüssigkeils- b/w. Gasräume gezeigt.

Die in F i g. 3 gezeigte neue Küvette ist für die Untersuchung von in der Flüssigkeit befindlichen dampf- oder gasphasigen Teilchen besser als die bekannte Küvette geeignet.

In der Küvette wird ebenfalls die Strömungsenergie der Flüssigkeit zur Trennung der flüssigen und gasförmigen Phase nutzbar gemacht, wobei die sich drehende Strömung der Flüssigkeit mit einem in den Küvettenkörper eingebauten Schaufelrad 14 erzeugt wird. In den Küvettenkörper 11 tritt die Flüssigkeit vorteilhaft, doch nicht notwendigerweise, über einen tangential angeordneten Einlaufstutzen 12 in Richtung des Pfeiles 13 ein. Sie durchströmt das die drehende Slrömung bewirkende Schaufelrad 14, das ähnlich wie das Leitrad einer Axialturbine ausgebildet ist. Hierdurch wird die Flüssigkeit in eine sich drehende Strömung gezwungen und nach Durchlaufen des Küvettenkörpers entweicht sie über einen zweckmäßig tangential angeordneten Auslaufstutzen 15 in Richtung des Pfeiles 16. Die Strahlung gelangt in die Küvette über einen den inneren Teil des feststehenden Schaufelrades 14 durchdringenden Strahlungsleiters 17 in Richtung des gestrichelten Pfeiles 18 und verläßt die Küvette über einen Strahlungsleiter 19 ähnlicher Ausführung.

Im vorliegenden Fall erfolgt das Fernhalten störender Flüssigkeitsphasen aus dem Strahlungsraum dadurch, daß durch entsprechende Wahl der Durchmesser der Strahlungsleiter 17 und 19, die Strahlung nur den durch die Gasphase eingenommenen Raumteii durchsetzen kann.

In F i g. 4 ist das in der nach F i g. 3 ausgeführten Küvette sich ausbildende hydrodynamische Strömungsbild wiedergegeben.

F i g. 5 zeigt eine nicht durchströmte Küvette, die für die Messung von nicht strömenden, jedoch Dämpfe oder Gase entwickelnden Flüssigkeiten dient. Die zu messende Phase ist hier die von der Dampf- oder Gasphase befreite Flüssigkeit.

Die Flüssigkeit wird über einen Einfüllstutzen 21 in den Küvettenkörper 20 eingefüllt, wobei die Luft über einen Entlüftungsstutzen 22 entweicht. Nach Absperren der Stutzen wird ein Schaufelrad 24 durch ein auf die aus para- oder diamagnetischem Material hergestellte Küvette von außen aufgesetztes Magnetsystem 23 in Rotation versetzt, wodurch die Flüssigkeit zu einer drehenden Strömung gezwungen wird.

Der vorteilhaft senkrecht zur Drehachse angeordnete und in Richtung des gestrichelten Pfeiles 25 durch Fenster 26, 27 und 28 sowie über die reflektierene Fläche 29 verlaufende Strahlengang ermöglicht eine Küvette mit Reflexionssystem.

Das Strömungsbild bildet sich in diesem Fall nach F i g. 2 aus.

In F i g. 6 ist wieder eine nicht durchströmte Küvette gezeigt. Die zu messende Phase ist Dampf oder Gas in der Flüssigkeit.

In der gezeigten Darstellung sind die im Zusammenhang mit F i g. 5 bereits erörterten, und die gleiche Aufgabe erfüllenden Elemente vorgesehen: ein Küvettenkörper 30, ein Einfüllstutzen 31, ein Entlüftungsstutzen 32, ein antreibendes Magnetsystem 33 und ein Schaufelrad 34.

Der zu messenden Phase entsprechend, sind die Fenster 35 und 36 ähnlich der in F i g. 3 gezeigten Ausführung und entsprechend der in die Drehachse der Flüssigkeit fallenden Strahlungsrichtung angeordnet.

Die in der Küvette zustandekommende Strömung bildet sich nach dem in F i g. 4 gezeigten Strömungsbild aus

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

DT^Gb Patentansprüche:

1. Küvette zur optischen Untersuchung von Flüssigkeiten, die gasförmige oder feste Schwebeteilchen enthalten, mit einem von zwei Fenstern abgeschlossenen zylindrischen Küvettenraum, um dessen Achse die Flüssigkeit in Rotation versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation der Flüssigkeit durch eine mechanische Anordnung in Form eines Schaufelrades bewirkt wird und daß der optische Strahlengang durch beliebige Bereiche des infolge der Rotation mit phasengetrennter Flüssigkeit ausgefüllten Küvettenraumes hindurchführbar ist.

2. Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad gegenüber dem Küvettenkörper drehfest angeordnet ist.

3. Küvette nach Anspruch 1, daöurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad gegenüber dem Küvettenkörper drehbar angeordnet ist.

4. Küvette nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang mit Hilfe von Blenden und Spiegeln festlegbar ist.