DE1920404A1

DE1920404A1 - Reflexions-Photometer zur Farbwertbestimmung an Proben

Info

Publication number: DE1920404A1
Application number: DE19691920404
Authority: DE
Inventors: Clemens Anton Hubert
Original assignee: Miles Laboratories Inc
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1968-04-22
Filing date: 1969-04-22
Publication date: 1969-10-30
Also published as: GB1231907A; NL6906122A; SE363902B; DE1920404B2; US3604815A; FR2006682A1; CH492962A

Description

DH.ING. F. WUESTJIOFF β MÜNCHEN 9O DIPI^ING. G. PULS * . SCHWEtGEKSTHLdLSSE S DR.E.V.PKCIIMANN " ' TMirox 23 06 31 DR. ING. D. BEHRENS

1A-36 076

Beschreibung

zu der Patentanmeldung

MILES LABOHAiOHIBS, IKC. Elkhart, Indiana

betreffend
Reflexions-Photometer zur Farbwertbestimmung an Proben.

Die Erfindung betrifft ein Reflexions-Photometer zur Farbwertbestimmung an Proben, vorzugsweise zur Bestimmung 'des in einem bestimmten Bereich liegenden Farbwertes von Prüfmitteln für Analysenzwecke, mit einer aus einer Spannungsquelle gespeisten Lichtquelle zur Beleuchtung der in einem Halter mit festem Abstand zur Lichtquelle angeordneten Probe und mit mindestens einer von der Probe reflektiertes Licht empfangenden, in einer Meßschaltung mit angeschlossenem Messinstrument arbeitenden Photozelle.

■ Es ist bekannt, dass Reflexions-Photometer mit Photozellen zur Bestimmung von Farbwerten benutzt werden können, indem das von einer farbigen Oberfläche, welche mittels einer Standardlichtquelle beleuchtet wird, reflektierte Licht gemessen wird. Jedoch besitzen die bekannten, im Reflexionsverfahren arbeitenden Photometer verschiedene Nachteile, wenn sie zur schnellen Bestimmung der Farbwerte von Prüfmitteln für Analysenzwecke, wie diese z. B. in Form von saugfähigen, mit einem chemischen Reagenzsystem impregnier« ten trägern vorliegen, benutzt werden sollen. Ein lachteil ist, dass die bekannten Reflexions-Photometer vor jeder Be-

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nutzung geeicht werden müssen. Die Elcheinstellungen sind notwendig, um die Schwankungen in der Leistungszufuhr zur

zu
Lichtquelle kompensieren und um die gemssenen Werte mit der Intensität einer Lichtstrahlung zu vergleichen, die von einer fartigen Referenzfläche reflektiert wird, deren Farbe der Farbe der jeweils untersuchten Probe gleicht.

Da bei den bekannten Instrumenten nur die der lichtquelle zugeführte Leistung durch Einstellung der Spannung .,--... und/oder des Stromes konstant gehalten wird, können bei I ^' der Eichung des Instrumentes Fehler auftreten, da die \ w Lichtleistung der Lichtquelle selbst bei konstanter Leistungszufuhr mit zunehmendem Alter der Lichtquelle abnimmt.

Wenn bekannte Instrumente zur Bestimmung eines Farbwertes, der in einem bestimmten Farbwertbereich liegt, benutzt worden waren und dann zur Bestimmung eines in einem anderen Farbwertbereich liegenden Fabrwertes benutzt werden sollten, musste das Instrument vorher für den neuen Farbwertbereich neu geeicht werden. Dies stellt nicht nur eine Unbequemlichkeit dar, sondern kann auch zu Messfehlern führen, wenn die Nacheichung nicht exakt durchgeführt wird. Deshalb mussten die- bekannten Instrumente von sehr gut ausgebildetem Personal bedient werden, wenn die Messung fehlerfrei sein sollte.

Darüber hinaus besitzen die bekannten Instrumente eine grosse räumliche Ausdehnung und sind relativ schwer. Sie können auch nicht aus einer Batterie gespeist werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Reflexions-Photometers zur FarbwertbeStimmung, das geringes .Gewicht besitzt und leicht transportierbar ist. Es soll mit einer Batterie betreibbar sein und vorgeeichte Schaltkreise aufweisen,

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so dass auch ungeübte Personen mit dem Photometer exakte Ergebnisse erzielen können.

Ein Reflexions-Photometer der eingangs genannten Art, das diese Aufgabe löst, kennzeichnet sich erfindungsgemäss durch eine ebenfalls von der Lichtquelle beleuchtete, reflektierende Referenzfläche und durch eine von der Referenzfläche reflektiertes Licht empfangende Referenzphotozelle, welche die Stromzufuhr aus der Spannungsquelle zur Lichtquelle über eine Regelschaltung im Sinne einer gleichbleibenden Intensität der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlung steuert.

Das erfindungsgemässe Photometer ist klein und leicht transportierbar. Als Spannungsquelle kann ohne weiteres eine Batterie verwendet werden. Es ist insbesondere zur Bestimmung der Farbwerte von Prüfmitteln für Analysenzwecke, z. B. von saugfähigen Trägern mit einem chemischen Reagenzsystem, geeignet.

Die Erfindung ist mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten im folgendem anhand schematischer Zeichnungen an einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt: . .

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemässen Gerätes,

Fig. 2 die Frontansicht des Gerätes von Fig. 1, wobei die Vorderwand und der Boden abgenommen sind,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie ■ 3-3- in Fig. 2,

Fig. 4 ein Schaltbild des elektrischen Teiles des erfindun^sgemässen Gerätes.

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Das in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel dargestellte Reflexions-Photometer ist in einem in etwa rechteckigen Gehäuse 10 untergebracht, welches eine horizontale Deckplatte 12, eine abnehmbare horizontale Bodenplatte 14, eine ebenfalls abnehmbare senkrechte Frontplatte 16, eine senkrechte, nicht gezeigte und zur Frontplatte parallele Rückwand sowie zwei zueinander parallele, senkrechte Seitenwände 20 und 22 umfasst. Die Deckplatte 12 hat eine, flache Oberfläche 24 und geht an zwei zueinander parallelen Katen in Stege 26 und 28 über, welche zur Fläche 24 senkrecht sind und über diese nach oben hinausstehen und ausserdem mit dem Aussenseiten der Seitenwände 20 und 22 fluchten. An ihrer Vorderkante ist die Deckplatte 12 zurückgenommen, so dass vorne eine waagrechte Randfläche und eine senkrechte Randfläche 30 gebildet sind. Ausserdem weist die Deckplatte 12 eine von oben eingelassene, rechteckige Ausnehmung 34 auf, welche sich von der senkrechten Randfläche 30 ungefähr bis zur Mitte zwischen der Frontplatte 16 und der Rückwand des Gehäuses 10 nach hinten erstreckt. Die Tiefe der Ausnehmung 34 gleicht der Höhe der senkrechten Randfläche 30, so dass die Bodenfläche 36 der Ausnehmung in einer Ebene mit der waagrechten *^Landf lache 32 liegt. Am hinteren Ende der Ausnehmung 34 ist eine rechteckige Öffnung 38 in die Deckplatte 12 eingelassen. V/eiterhin weist die Deckplatte eine längliche, rechteckige Öffnung 40 auf, welche im wesentlichen parallel zur Ausnehmung 34 verläuft und ungefähr in der Mitte zwischen der Ausnehmung 34 und dem Steg 28 angeordnet ist.

Zwischen den Stegen 26 und 28 erstreckt sich neben der Verbindung der Deckplatte 12 mit der Rückwand des Gehäuses 10 ein waagrechter, an den Stegen befestigter Stift 42, um welchen eine rechteckige Abdeckhaube 44

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schwenkbar ist. Deren Vorder- und Hinterkante, welche in Längsrichtung zueinander parallel verlaufen, sind mit 45 und 47 und die beiden zueinander parallelen, dazu querverlau.fenden Kanten sind mit 41 und 43 bezeichnet. An der Hinterkante 45 besitzt die Abdeckhaube 44 ein Lagerstück 46, durch v/elches der Stift 42 hindurchreicht. An der Vorderkante 47 der Abdeckhaube 44 ist ein rechteckiger Handgriff 48 angebracht, welcher über die obere Fläche 50 und die untere Fläche 52 der eigentlichen Haube senkrecht hinausragt.

Der Handgriff 48 besitzt ein Ober- und eine Unterkante 49 bzw. 51 und eine Vorderfläche 53. In den Handgriff ist ein rechteckiger Schlitz 70 eingelassen, welcher sich von der Unterkante 51 bis zur Ebene der unteren Flache 52 der Haube 44 nach oben erstreckt. Der Schlitz 70 ist auf die Ausnehmung 34 in der Deckplatte 12 ausgerichtet.

Ausserdem ist an der unteren Fläche 52 der Haube 44 ein kleiner Balken 56 befestigt, welcher ebenfalls auf die Ausnehmung 34 ausgerichtet ist. Der Balken·56 besitzt zueinander parallele Seiten 58 und 60 und hinten eine Seite 62, welche alle zur unteren Fläche 52 der Haube 44 senkrecht sind. Ausserdem besitzt der Balken 56 eine flache untere Fläche 64, welche parallel zur unteren Fläche 52 der Haube verläuft und in eine Abschrägung 66 übergeht, durch welche eins scharfe, in der Ebene der Fläche 52 liegende Kante 68 gebildet ist. Mit seinem vorderen Ende ist der Balken 56 genau in dem Schlitz 70 des Handgriffes 48 aufgenommen, wobei die Kante 68 mit der Vorderfläche 53 fluchtet. Ausserdem besitzt die Abdeckhaube 44 einen parallel zu den Kanten 43 und 50 verlaufenden kleinen Balken 64, welcher an der unteren Fläche 52 an-

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gebracht und auf die rechteckige Öffnung 40 in der Deckplatte 12 ausgerichtet ist.

Wenn die Abdeckhaube 44 um den Stift 42 in die geschlossene, nicht gezeigte Stellung geschwenkt wird, in welcher die untere Fläche 52 der Haube die Oberfläche 24 der Deckplatte 12 berührt, gelangt der Balken 56 in die Ausnehmung 34, wobei die ebene Fläche 64 direkt Über der Öffnung 38 liegt. Ausserdem "'reicht in dieser Stellung der Balken 54 in die Öffnung 40 der Deckplatte 12 und die Unterkante 51 des Handgriffes 48 berührt die horizontale Randfläche 32 der Deckplatte 12.

In der Frontplatte 16 ist eine rechteckige Öffnung 72 vorgesehen, welche mit einer Glasscheibe 74 abgedeckt ist. Durch die Glasscheibe 74 lässt sich die Sfadel 76 eines später zu beschreibenden Messinstrumentes 75 und eine ebene Fläche 77 erkennen, auf welche eine lineare Skale für das Messinstrument aufgedruckt ist. Heben der Skala ist ein länglicher Spiegel 80 angeordnet, mit dessen Hilfe eine parallaxenfreie '.Ablesung des Messinstrumentes möglich ist, in-dem die Nadel so betrachtet wird, dass das Spiegelbild 82 durch die eigentliche Nadel 76 verdeckt ist.

Hinter der abnehmbaren Frontplatte 16 ist quer zwischen den Seitenwänden 20 und 22 eine flache Platte 84 * ' ^; ' befestigt, vgl. Fig. 2, welche eine längliche, rechteckige ^; Öffnung 86 mit abgeschrägten Kanten aufweist. Die Fläche · ■ 77 mit der Skala 78 ist so angeordnet, dass sie" durch die Öffnung 86 hindurch sichtbar ist. Wie aus Fig. 3 entnommen werden kann, ist die Fläche 77 eine von sechs Aussenflächen eines Teiles 88 von sechseckigem Querschnitt. Das Teil ist auf einer Welle 90 befestigt, welche in den Seiten-

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wänden 20 und 22 gelagert ist und sich durch die Saitenwand 20 hindurch erstreckt. Aussen an der Seitenwand 20 ist ein Drehknopf 92 auf der Welle 90 verkeilt. Wenn die Welle 90 mittels des Knopfes 92 gedreht wird, werden nacheinander die Aussenflächen 77 des Teiles 88 durch die Öffnung 86 hindurch sichtbar.

An der Innenfläche 95 der Seitenwand 22 ist ein Ri<ig aus Isoliermaterial konzentrisch zur Welle 90 befestigt, vgl. Fig. 2. Er weist in gleichen Winkelabständen sechs elektrische Kontakte 96 auf, vgl. Fig. 3, welche vom Ring nach innen, parallel zur Welle 90 abstehen. Auf der Welle 90 ist ein gegenüber der Welle isolierter Kontaktring 98 mit einem Kontaktstück 99 parallel zu ind in geringem Abstand von dein Ring bo befestigt, dass nur das Kontaktstück 99 die einzelnen · Kontakte 96 am Ring 94 berührt. Wenn das Teil 88 mittels des Knopfes 92 gedreht wird, stellt das Kontaktstück 99 nacheinander jeweils mit einem der einzelnen Kontakte 96 eine elektrische Verbindung her.

Eine ähnliche, nicht sichtbare Kombination aus Isolierring, Kontakten und Kontaktring mi,t Kontaktstück ist am anderen Ende des Teiles 88 an der Innenfläche 91 der Seitenwand 20 vorgesehen. Die Kombination ist ebenfalls zur Welle 90 konzentrisch und bildet eine zweite Gruppe von nacheinander durch Drehung der Welle anschaltbaren Kontakten. NatUrlicta können beide Kontaktgruppen auch am gleichen Ende der Welle 90 oder in einiger Entfernung von der Welle 90 angeordnet sein, wobei sie im letzteren Falle über ein geeignetes Getriebe betätigt werden.

Ein Gehäuse 100 für die optischen Teile des Instrumentes ist unter der Deckplatte 12 und oberhalb der Platte 84 angeordnet. In der Darstellung der Fig. 2 ist der Dek-

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kel des Gehäuses 100 entfernt, so dass seine Ausbildung innen sichtbar ist. Beim Betrieb ist das Gehäuse 100 jedoch geschlossen, so dass kein Licht von aussen in seine Kammern eindringen kann. Das Gehäuse 100 ist aus einem geeigneten, lichtunduchlässigen Material, wie z. B. ein Kunststoff auf organischer Basis, gefertigt und umfasst drei Kammern 102, 108 und 110. Die Kammer 102 ist von zylindrischer Form, wobei die Längsachse parallel zur Ebene der Deckplatte 12· und senkrecht zu den Ebenen der Frontplatte 16 und der Rückwand des Gerätegehäuses 10 verläuft. Mit der Kammer 102 stehen zwei in radialer Richtung verlaufende Öffnungen 104 und 106 in Verbindung. Die Öffnung 104 erstreckt sich senkrecht nach oben in Richtung zur Deckplatte 12 und fluchtet mit der Öffnung 38, während die Öffnung 106 in waagrechter Richtung senkrecht zur Öffnung 104 und senkrecht zur Seitenwand 22 verläuft. Die Öffnung 104 verbindet die Kammer 102 mit der' Kammer 108. Die Öffnung 106 verbindet die Kammer 102 mit der Kammer 110.

Die Kammer 108 ist von ungefähr dreieckigem Querschnitt und besitzt Wandungen 112, 114 und 116. Die Wandung 116 liegt unter der Deckplatte 12, während die Wandungen 112 und 114' senkrecht aufeinander stehen und jeweils unter 45° zur Deckplatte 12 verlaufen. In der Wandung Ί16 ist eine Öffnung ausgebildet, welche mit der Öffnung 38 in der Deckplatte 12 und mit der länglichen Öffnung 104 fluchtet.

Die Kammer 110 besitzt Wandungen 114 und 120. Die Wandung 120 hat einen flachen Abschnitt 122, welcher parallel zur Seitenwand 22 und senkrecht zur Deckplatte 12 verläuft. Im Abschnitt 122 ist eine zur länglichen Öffnung 106 koaxiale Öffnung 124 ausgebildet. Eine reflektierende Referenzfläche .126 ist an der Aussenfläche des Y/andabschnittes 122 befestigt undiiberdeckt die Öffnung 124 darin.

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In d,er Kammer 108 ist eine Meßphotozelle 128 angeordnet, welche hinten an der Wandung 11Λ anliegt und vorne der Öffnung 118 zugewandt ist. In der Kammer 110 ist eine Referenzphotozelle 130 angeordnet, die ebenfalls hinten an der Wandung 11Λ anliegt-und vorne der Öffnung 124- zugewandt ist. In der Kammer 108 ist vorzugsweise noch eine weitere Meßphotozelle 132 angeordnet, die hinten an der Wandung 112 anliegt und die vorne der Öffnung 118 zugewandt ist.

Eine Lichtquelle in Form einer Glühlampe 13^ mit einem Wendel I36 ist so in der Kammer 102 angeordnet, daß der Wendel 136 im Schnittpunkt der Achsen der länglichen Öffnungen 10^ und 106 liegt«,

Bei der Benutzung des Instrumentes zur Messung des Reflexionsfaktors einer farbigen, flächigen Probe, welche in die Ausnehmung 3^- über die Öffnung 38 eingelegt ist, besteht eine derartige räumliche Beziehung zwischen der Lichtquelle, der farbigen, zu untersuchenden Probe, einer der Meßphotozellen, der Referenzphotozelle und der reflektierenden Referenzfläche, daß der Strahlengang in Form eines gleichschenkeligen, rechtwinkeligen Dreiecks verläuft, wie es in Fig, 2 mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Lichtquelle liegt im Schnittpunkt der Katheten des Dreiecks, eine Fläche der Probe -liegt im Schnittpunkt einer Kathete und der Hypotenuse, die reflektierende Referenzfläche liegt im Schnittpunkt der anderen Kathete und der Hypotenuse und die Meß- sowie die Referenzphotozelle liegen Rücken an Rücken auf der Mitte der Hypotenuse» Dabei ist die Entfernung von der Lichtquelle über die reflektierende Referenzfläche zur Referenzphotozelle die gleiche wie von der Lichtquelle über die Probenfläche zur Meßphotozelle.. Die länglichen Öffnungen 10^· und IO6 schirmen die Photozellen 128, 13O und 132 gegen einen direkten, vom

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Wendel 136 ausgehenden Lichteinfall ab.

Das Meßinstrument 75 ist im unteren Abschnitt des Gehäuses 10 befestigt und kann z.B. als Drehspulgalvanometer ausgebildet sein, dessen Spule 144 und dessen Anzeigenade 76 an einer drehbaren Welle 148 befestigt ist. Wenn die Spule 144 vom Strom durchflossen wird, dreht sich die Welle 148 zusammen mit der Nadel 76 und der Spule 144 um einen Winkelbetrag, welcher von der jeweiligen Stromstärke in der Spule abhängt. Der jeweilige Ausschlag der Nadel 76 kann an der auf die Fläche 77 des Teiles 88 aufgedruckten Skala in Werten abgelesen werden, welche in direkter Beziehung zur Stromstärke stehen. Wenn dieSpule 144 stromfrei ist, hält eine Spiralfeder 150 die Nadel in einer justierbaren, in Figo 2 gezeigten Endstellung.

Aus Gründen der Bequemlichkeit und Genauigkeit der Ablesung ist im allgemeinen eine lineare Skala für ein Meßinstrument vorzuziehen. Jedoch wurde festgestellt, daß die mit dem erfindungsgemäöen Gerät zu untersuchenden Prüfmittel für Analysenzwecke im allgemeinen eine nicht lineare Farbwert-Charakteristik besitzen. LJm eine lineare Ablesung zu erreichen, ist die Drehachse der Nadel 76 in bezug auf die Skala 78 außermittig angeordnet. In der in Fig. 2 gezeigten Endlage ist deshalb die Nadel 76 ungefähr senkrecht zur Skala ausgerichtet. Es ergibt sich eine nicht lineare Beziehung zwischen der Stellung der Nadel 76 über der Skala 78 und dem jeweiligen Winkelbetrag der Drehung der Nadel. Diese nicht lineare Beziehung entspricht ungefähr der nicht linearen Farbwert-Charakteristik der jeweils untersuchten Proben, wobei sich die beiden nicht linearen Beziehungen kompensieren, so daß eine genaue Ablesemöglichkeit auf einer linearen Skala, wie sie z.B„ in Fig. 1 gezeigt ist, möglich ist. · ^:

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An derDeckplatte 12 unter der Öffnung 40 ist ein Schaltergehäuse 160 mit zwei einpoligen Umschaltern l60a und l60b, vergl. Fig. 4, befestigt, deren bewegbares Kontaktstück mittels Knöpfen 162 bzw. 164 betätigbar ist. Die Knöpfe 162 und ragen in ihre Ruhestellung in die Öffnung 40 hinein. Wird jedoch die Abdeckhaube 44 in die geschlossene Stellung gebracht, drückt der Balken 5^ die Knöpfe herab, was zu einer späterj zu beschreibenden Umschaltung im elektrischen Teil des Gerätes führt. -.

Ein zweipoliger Ein-Aus-Schalter 168 mit einem Betätigungsknopf 170 ist an einer Platte 172 montiert, die ihrerseits in geeigneter Weise am unteren Abschnitt der Seitenwand 22 des i Gehäuses 10 befestigt ist. heben dem Schalter l68 befindet sich in der Platte 172 eine Steckerbuchse 154. Der Schaltknopf 170 und die Buchse 154 sind durch eine Öffnung 174 in dem abnehmbaren Boden 14 zugänglich.

Der Schalter 168 besitzt zwei bewegbare Kontakte 203 und 204, welche mit festen Kontakten 206 bzw. 205 zusammenwirken. Der Kontakt 204 ist an eine Leitung 107 und der Kontakt 205 an eine Leitung 209 angeschlossen. In der in Fig. 4 gezeigten Aus-Stellung des Schaltens 168 berührt der Kontakt

204 den Kontakt 205, so daß die Süule 144 "des Meßinstrumentes kurz geschlossen ist. Dies wirkt als Dämpfung und verhindert unerwünschte Bewegungen der Spule 144 zusammen mit der Nadel ™ 76 bei einem Transport des Gerätes. Beschädigungen des Meßinstrumentes sind dadurch verhindert. Befindet sich der Schalter l68 in seiner Ein-Stellung, ist der Kontakt 204 vom Kontakt

205 getrennt, so daß das Instrument nicht mehr gedämpft ist.

Die Speisespannung für die Lichtquelle 136 und die dem Meßinstrument zugeordneten Schaltungen wird einer Batterie 152 entnommen, welche im unteren Teil des Gehäuses 10 neben dem Meßinstrument 75 untergebracht ist. Vorzugsweise wird eine wiederaufladbare Batterie benutzt. Die Steckerbuchse

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ist über zwei Leitungen 156 und 158 mit den beiden Batteriepolen verbunden, so daß ein nicht gezeigtes Nachladegerät bei Bedarf über die Buchse 154 an die Batterie 152 zum Zwecke des Nachladens angeschlossen werden kann.

Die elektrische Verbindung zwischen der Batterie 152 und der restlichen Schaltung des Gerätes wird über die Kontakte 203 und 206 des Ein-Aus-Schalters 168 hergestellt. Befindet sich dieser Schalter in seiner Ein-Stellung, berühren sich di,e Kontakte 203 und 206, so daß die Batteriespannung an eine Stabilisierschaltung 176 gelangt.

Die StabiIisierschaltung 176 umfaßt Transistoren 178, 180, 182 und 184, Dioden 186, 188, 189 und 190 sowie Widerstände 192, 194, 196, 198 und 199, welche untereinander wie in Fig. 4 dargestellt verbunden sind. Liegt die Spannung der ver~ wendeten Batterie 152 z»B. zwischen 3 und 3*9 Volt, sorgt die Stabilisierschaltung für ein praktisch konstantes Potential an der Leitung 200 von -2,4 Volt in bezug auf das Potential an der Leitung 202.

Das Ausgangspotential der Stabilisierschaltung 176 gelangt über die Leitung 200 und einen Widerstand 208 an den einen Anschluß der Instrumentenspule 144. Das jeweilige Potential der Batterie gelangt über eine Leitung 211, Widerstände 210 und 212, eine weitere Leitung 214 und über die Kontakte 215 und 164 des Umschalters l60b aen anderen Anschluß der Spule 144»

Wenn sich die Abdeckhaube 44 ^er. in Pig. I und 2 gezeigten, geöffneten Stellung befindet, nehmen die Sehaltkontakte 162 und 164 ihre in Fig. 4 gezeigte Ruhestellung ein. Dann gelangt das Batterie- bzw. Eingangspotential der Stabilisierschaltung · sowie deren Ausgangspotential an die Instrumentenspule 144«

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Beträgt das Batteriepotential 3 Volt, schlägt die Nadel 76 in eine Stellung aus, die durch eine Marke 216 auf der Platte 84 oberhalb der Skala 78 gekennzeichnet ist. Ist das Batteriepotential kleiner als 3 Volt, schlägt die Nadel 76 in eine Stellung links von der Marke 216 aus. Dies bedeutet, daß die Batteriespannung zu niedrig ist und daß die Batterie ersetzt oder über die Nachladebuchse 154 wieder aufgeladen werden sollte. Beträgt das Batteriepotential 3_t9 Volt, schlägt die Nadel 76 bis zu einer Marke 218 auf der Platte 84 aus. Wenn das Batteriepotential größer als 3i9 Volt ist,, sucht die Nadel in eine Stellung rechts von der Marke 218 zu gelangen. Das Gerät kann benutzt werden, wenn die Nadel 76 bei geöffneter Abdeckhaube 44 eine Stellung zwischen den beiden Marken 216 und 218 einnimmt. Bei der soeben beschriebenen Prüfung der Batteriespannung ist dieBatterie nicht belastet.

In der geöffneten Stellung der Abdeckhaube 44 gelangt das Batteriepotential außerdem über die Leitung 211 und über die Kontakte 162 und 221 des Schalters l60a an Widerstände 222 und 223«, Der Spannungsabfall am Widerstand 223 ist einem Transistor 224 zugeführt. Dieser erzeugt dann an einem Widerstand 294 einen Spannungsabfall, welcher einen Transistor 292 sperrt. Dieser schaltet dann bei der belastungsfreien Batterieprüfung die Instrumentenspule 144 von der in Fig. 4 rechts von der Instrumentenspule gezeichnten Schaltung ab»

Um die Meßschaltungen des Gerätes einzuschalten, wird die Abdeckhaube in die geschlossene Stellung gebracht, so daß der Balken 54 die Kontakte 162 und 164 betätigt. Dies führt zu einer Unterbrechung der über die Kontakte 221 und 215 verlaufenden Verbindungen und stellt Verbindungen über die Kontakte 220 bzw. 213 her. Sollten die Kontakte 162 und 164 nicht zur genau gleichen Zeit umschalten, könnte eine unzulässig hohe, ~

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zur Zerstörung führende Spannung an die Spule 144 gelangen· Dies ist durch einen parallel zum Widerstand 223 geschalteten Kondensator 225 verhindert, der das umschalten des Transistors 292 in den leitenden Zustand verlangsamt, wenn der Kontakt 162 des Schalters l60a vom Kontakt 221 zum Kontakt 220 umgelegt wird.

Nach der Umschaltung des Schalters l60a gelangt das Batteriepotential über eine Hegel schaltung 226 an den Wendel 136 der Lichtquelle, welche daraufhin aufleuchtet«. Die Regelschaltung 226 sorgt für eine konstante Lichtabgäbe· Die Schaltung umfaßt die Referenzphotozelle 130? Transistoren 228, 229, 23O und 232, Dioden 234, 236, 238 und 240 sowie Widerstände 24-2, 244·, 246 und 248, welche untereinander wie in Fig» 4 gezeigt verbunden sind· Als Referenzphotozelle 130 ist vorzugsweise eine Kaämiumsulfidzelle verwendet, welche bekannterweise eine außerordentlich hohe Empfindlichkeit und eine große Langzeitstabilität besitzt.

Das vom Wendel 136 enitierte Lieht fällt auf die Referenzfläche 126 und wird von dort zur Referenzphotozelle I30 reflektiert· Wenn die Intensität des von der Zelle 130 empfangenen Lichtes von einem vorbestimmten, auf der speziellen Referenzflache beruhenden Wert abweicht, verändert die Regelschaltung 226 die Stärke des durch den Wendel 136 fließenden Stromes solange, bis die Intensität des vom Wendel I36 editierten bzw. des von der Zelle empfangenen Lichtes wieder den vorbestimmten Wert hat· Mit Hilfe der Regelschaltung 226 werden also Batteriespannungsschwankungen und AlterungserscheinuBgen der Lichtquelle kompensiert, so daß die Intensität des eaü feiert en Lichtes während der Benutzung des Instrumentes_k©iistant bleibt.

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Die Meßschaltung des erfindungsgemäß en Gerätes umfaßt die Meßphotozellen 128 und 132, ebenfalls vorzugsweise Kadmiurasulfidzellen, weleheparallel geschaltet sind, sowie das Meßinstrument 75 mit der Spule 144, einen Satz wahlweise einschaltbarer, veränderbarer Widerstände 250, 252, 254, 256 und 258, einen weiteren Satz wahlweise einschaltbarer, veränderbarer Widerstände 260, 262, 264, 266 und 268 und Widerstände 27O₈ 272, 274 und 276. Die Meßschaltung ist nach Art einer Wheatstonschen Brücke ausgebildet. Im ersten Zweig liegen die Photozellen 128 und 132, im zweiten Zweig die Widerstände 270 und 272, während der dritte und vierte Zweig durch die veränderbaren Widerstände 260, 262, 264, 266 oder 268 zusammen mit den Pestwiderständen 274 und 276 gebildet sind· Von den veränderbaren Widerständen 250, 252, 254, 256 oder 258 liegt jeweils einer in Serie mit der Spule 144 im Meßzweig der Wheatstonschen Brücke» Ihre Speisespannung erhält die Meßschaltung über die Leitungen 200 und 202 aus der Stabilisierschaltung 176· Die jeweiligen Einstellungen eines aus den Widerständen 250 bis 258 ausgewählten variablen Widerstandes und eines aus den Widerständen 260 bis 268 ausgewählten variablen Widerstandes hängt von dem speziell gewünschten Bereich der mit dem Instrument zu bestimmenden Farbwerte ab. Die Meßschaltung umfaßt also mehrere Gruppen von jeweils mehreren, im Ausführungsbeispiel zwei variablen Widerständen, wie z.B. die Widerstände 256 und 262, welche so einstellbar sind, daß die vom Instrument angezeigten Reflexionsfaktoren in einem gewünschten Bereich liegen. Die Widerstände werden zur Eichung durch den Instrumentenhersteller eingestellt, so daß eine Einstellung durch den Benutzer des Gerätes nicht notwendig ist*

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Im Ausführungsbeispiel derPig. 4 sind fünf Gruppen variabler Widerstände gezeigt, von denen jede zwei Widerstände umfaßt, welche zusammen entsprechend einem vorbestimmten, der zu untersuchenden Probe angepaßten Bereich einstellbar sind. Also besitzt das als Beispiel gezeigte Instrument fünf vorbestimmte Meßbereiche für den Farbwert·

Ein bestimmter, zu benutzender Widerstand aus dem Satz Widerstände 250 bis 258 wird mittels des SchaltkontaktStückes 99 ausgewählt. Dieses wird durch Drehung des Knopfes 92 über einen der Kontakte 96 mit der geeigneten Anschlußklemme des jeweils gewünschten Widerstandes in elektrische Verbindung gebracht. Ein bestimmter zu benutzender Widerstand aus dem Satz Widerstände 260 bis 268 wird mittels des KontaktStückes 99' ausgewählt. Dies wird ebenfalls durch Drehung des Knopf eis 92 über einen der Kontakte 96· mit der geeigneten Anschlußklemme des gewünschten Widerstandes in elektrische Verbindung gebracht. Die Kontaktstücke 99 und 99* haben noch eine sechste Stellung, in welcher keiner der variablen Widerstände angeschaltet ist. ,

Um die Meßempfindlichkeit des Instrumentes zu erhöhen, umfaßt die Meöschaltung Strom-Verstärker 278, 280 und 281, von denen die Verstärker 280 und 281 zusammenarbeiten. Die Verstärker sind mit den beiden Anschlüssen der Instrumentenspule 144 verbunden. DerVerstärker 278 umfaßt Transistoren und 284 und Widerstände 286 und 288, die wie in Fig. 4 gezeigt, verbunden sind. Der Verstärker 280, 281 umfaßt Transistoren 290 und 292 und Widerstände 294 und 208, deren Verbindung ebenfalls aus Fig. 4 hervorgeht.

Um den Farbwert einer Probe, z.B. den Farbwert eines Prüfmittels für den Glukosegehalt im Blut, zu bestimmen, wird das Prüfmittel, das in der Regel die Form eines länglichen schmalen

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Streifens hat, in die Ausnehmung 34 so eingelegt, daß die interessierende Fläche des Prüfmittels nach unten weist und über der Öffnung 38 liegt. Dann wird der Knopf 92 gedreht, um die gewünschte Skala 78 in der Öffnung 72 der Frontplatte 16 erseheinen zu lassen. Die Skala 78 kann direkt in analytischen Einheiten geeicht sein, welche direkt den mit dem Prüfmittel zu erzielenden Ergebnissen entsprechen. Das oben genannte Prüfmittel erzeugt z.B· Farbwerte, welche vom Glukosespiegel im Blut abhängen. Dann kann die Skala 78 z.B. so geeicht sein, daß direkt der Glukosegehalt bzw. der Glukosespiegel in mg pro 100 ml Blut ablesbar ist. Jedoch kann die Skala 78 auch, wie in Fig. 1 gezeigt, in Prozenten von 0 bis 100 geeicht sein. Dann wird z.B. der Glukosegehalt aus der Prozentablesung mittels einer Eichtafel ermittelt» Durch Drehung des Knopfes 92 in eine gewählte Stellung werden auch die geeigneten, justierten Widerstände der Meßschaltung ausgewählt, so daß das Gerät nicht vor jeder Messung neu geeicht und eingestellt werden muß.

Als nächstes wird die Abdeckhaube 44 geschlossen, um die Fläche 64 des Balkens 56 in Berührung mit dem Prüfmittelstreifen zu bringen und um gleichzeitig die Kontakte 1.62 und 164 der Schalter l60a und l60b zu betätigen, so daß die Lichtquelle und die Meßschaltung Spannung erhalten.. Der durch die Instrumentenspule -144 fließende Strom hängt von dem Farbreflexionsfaktor des Probenstreifens ab, so daß ein Reflexionsfaktor oder ein entsprechendes Testergebnis direkt an der Skala 78 abgelesen werden kann. Wenn ein Farbwert der Probe außerhalb des vorbestimmten, mittels "des Knopfes 92 eingestellten Bereiches liegt, nimmt die Nadel 76 eine Stellung außerhalb der Skala 78 ein. In einem solchen Fall wird der Knopf 92 gedreht und dadurch ein. anderer vorbestimmter Meßbereich für den Farbwert in d,er Meßschaltung eingestellt. Dabei wird der Knopf 92 solange gedreht, bis sich ein Meßbereich findet, bei welchen die Nadel 76 eine mittlere Stellung im ablesbaren Bereich einer

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Skala 78, welche für die spezielle Probe geeignet ist, einnimmt,

Sobald die Nadel 76 zur Buhe gekommen ist und die ~ ." ■ Ablesung an der Skala 78 vorgenommen wurde, wird die Abdeckhaube 44 wieder geöffnet, um dadurch die Lichtquelle und die Meßschaltung abzuschalten. Anschließend kann eine weitere Probe in die Ausnehmung Jh eingelegt, die Abdeckhaube hh geschlossen und der Knopf 92 in eine für die Ablesung bei der neu eingelegten Probe geeignete Stellung gebracht werden.

Es ist also ersichtlich, daß das Instrument zur schnellen und exakten Messung von Farbwerten einzelner oder einer Serie von Proben, deren Farbwerte in einem bestimmten Farbwertbereich liegen, benutzt werden kann, ohne daß vor jeder Messung eine neue Eichung des Instrumentes erforderlich ist. Da das Gerät relativ klein umk leicht ist und außerdem mit einer eingebauten Spannungsquelle betrieben wird, ist es bequem transportierbar« Auch ungeübte Personen können mit dem Instrument jederzeit Farbwerte messen·

Um sicher ai sein, daß das Instrument korrekt arbeitet, sollte gelegentlich die Batterie auch unter Belastung ge-= prüft werden. Für diese Prüfung unter Belastung wird der Knopf 92 so gedreht, daß die Kontaktstücke 99 und 99* in die sechste Stellung gelangen, welche mit variablen Widerständen nicht belegt ist und mit 96a bzw» 96b bezeichnet ist· In dieser Stellung ist die in Fig. 2 gezeigte zweiteilige Skala 78 sichtbar. Es wird keine Probe in das Gerät eingelegt· Die Abdeckhaube 4k wird geschlossen, um del Schalter l6Oa und l6Ob zu betätigen und die Batterie durch. Anschalten der Lampe bzw· des Wendeis 136 zu belasten· Das Ausgangspotential der Stabilisier schaltung an der Leitung 200 und das nicht stabilisierte Potential der Batterie an der Leitung 211 liegt dann

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an der Instrumentenspule lkk in gleicher Weise, wie es zuvor für die belastungsfreie Prüfung der Batterie beschrieben worden 1st· Wenn die Nadel 76 dabei über einem mit "schwach" gekennzeichneten Bereich der Skala ?8 stehenbleibt, sollte die Batterie ersetzt oder nachgeladen werden. Wenn die Nadel 76 über einejB mit "gut* gekennzeichneten Skalenbereich stehenbleibt, 1st die Batterie ohne weiteres verwendbar.

Die Batterie spannung liegt an einem aus zwei Widerständen 293 »HA 295 gebildeten Spannungsteiler. Bei der Prüfung der Batterie unter Belastung gelangt das am Verbindungspunkt zwischen beiden Widerständen abgegriffene Potential über äea Kontakt 96b und das Kontaktstück 99* an den Transistor 29O_t der seinerseits einen Spannungsabfall am Widerstand 2<M* entstehen läßt. Dieser Spannungsabfall stellt eine Vorspannung für den Transistor 292 dar und sperrt diesen in gleicher Weise, wie es zuvor beschrieben wurde, um die Instrumentenspule Ihk- von der in Fig. U> auf der rechten Seite der Spule gezeichnten Schaltung abzuschalten.

Die Erfindung betrifft also, kurz gesagt, ein Gerät zur Messung des von einer farbigen Testfläche, deren Farbwerte in einem vorbestimmten Bereich liegen, reflektierten Lichtes, wobei das Gerät nach zwei wesentlichen, sinovollerweise nicht unabhängig voneinander zu verwirklichenden Aspekten der Erfindung durch eine Meßschaltung mit vorbestimmten, entsprechend äen Farbwertbereichen der Proben festgelegten Meßbereichen und durch eine geregelte Konstant-Lichtquelle für die Messung der Farbwerte verbessert 1st.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

-r

(Iy Eeflexions-Photoraeter zur Farbwertbestimmung an Proben, vorzugsweise zur Bestimmung des in einem bestimmten Bereich liegenden Farbwertes von Prüf mitteln für Analysenzwecke,] mit einer aus einer Spannungsquelle gespeisten Lichtquelle zur Beleuchtung der in einem Halter mit festem Abstand zur Lichtquelle angeordneten Probe und mit mindestens einer von der Probe reflektiertes Licht empfangenden, in einer Meßschaltung mit angeschlossenem Meßinstrument arbeitenden Photozelle, ge k e η η ζ e i c h η et durch eine ebenfalls von der Lichtquelle (13^) beleuchtete, reflektierende Referenzfläche (126) und durch eine von der Referenzfläche reflektiertes Licht empfangende Referenzphotozelle (130)> welcheVdie Stromzufuhr aus der Spannungsquelle (152) zur Lichtquelle über eine Regelschaltung (226) im Sinne einer gleichbleibenden Intensität der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlung steuert·

2« Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Meßschaltung, für die Regelschaltung (226) und die Lichtquelle (13"²O eine gemeinsame Spannungsquelle (152) vorgesehen ist.

3. Photometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Spannungsquelle eine Batterie (152) verwendet ist und daß eine Einrichtung (208 bis 21*4-, 16*1-, 1.4*0 zur Prüfung der Batterie spannung vorgesehen ist«

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4. Photometer nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung an die Spannungsquelle (152) über eine Schaltung (176) zur Spannungsstabili'sierung angeschlossen ist«

5· Photometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet , daß die Meßschaltung elektrische Verstärker (278, 280, 281) umfaßt«.

6. Photometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet , daß die Meßschaltung mehrere einstellbare Widerstände (250 bis 268) aufweist, die jeweils entsprechend einem gewünschten, z.B. einer bestimmten Probe angepaßten, Farbwertbereich justiert sind.

7. Photometer nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichne, t , daß die Meßschaltung mehrere, wahlweise einschaltbare (mit 99,99') Gruppen (z.B. 256, 262) von einstellbaren bzw. ^μstierten Widerständen aufweist, wobei jede Gruppe mindestens zwei Widerstände umfaßt, die gemeinsam entsprechend ihrer Justierung einen Parbwertbereich festlegen»

8. . Photometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßinstrument ein Drehspulinstrument (75) mit linearer, gegenüber der Drehachse (1^8) des Instrumentes außermittig angeordneter Skala (78) verwendet ist.

9e Photometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennz e ichnet , daß die Lichtquelle (13^·), der Halter (36, 60) für die Probe, die fieferenzfläche (126) und die Photozellen (128; 130) derart angeordnet sind,

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daß der Strahlengang zwischen ihnen in Form eines gleichseitigen, rechtwinkeligen Dreiecks verläuft, wobei die Lichtquelle im Scheitel des rechten Winkels, die Probe und die Referenzfläche in den Scheiteln der beiden anderen Dreieekswinkel und die Referenz- und eine MeSpiiotozelle Bücken an Rücken auf der Mitte der Hypotenuse angeordnet sind.

10. Photometer nach Anspruch 9» öactorch g e ken n -— ζ e ic hne t , daß die Photozellen (128, 130, 132) gegen Streu- und Premdlicht abgeschirait sind· - *

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