DE19717287C1 - Vorrichtung zur Messung der Trübung eines Fluids - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Trübung eines Fluids, insbesondere eines filtrierten Fluids, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung (DE 41 42 938 A1) wird der Tyndall-Effekt ausgenützt, d. h. daß die das Fluid trübenden Teilchen Licht streuen, wobei die Intensität des Streulichtes proportional zur Anzahl der streuenden Teilchen ist. Die Vorrichtung weist hierfür eine Meßkammer mit einem Sender und einem senkrecht zu diesem angeordneten Empfänger auf.

Zum Einsatz kommt eine solche Vorrichtung beispielsweise bei der Querstrom­ filtration. Bei dieser werden aus einem Fluid durch ein Filter Teilchen abge­ trennt, wobei die Filtrationsgrenze durch den Porendurchmesser der Filter bestimmt ist. Dabei werden bei allen gängigen Filtrationsverfahren die sicht­ baren Teilchen zurückgehalten, also diejenigen, die mittels einer Trübung des Fluids erkennbar sind. Bei einem defekten Filter tritt durch die defekte Stelle das unfiltrierte Fluid hindurch, also auch die Teilchen, die die Trübung her­ vorrufen. Über die Messung der Trübung des Fluids mit der eingangs genann­ ten Vorrichtung kann der defekte Filter detektiert werden. Der Einsatz der bekannten Vorrichtung läßt aber noch Wünsche offen.

Durch die gattungsgemäße DE 36 15 222 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Trübung eines Fluids bekannt, wobei der Empfänger und der Sensor im wesentli­ chen parallel zueinander angeordnet sind und der Sensor läßt sich stirnseitig an einem Meßrohr in Form einer Küvette anordnen. Die bekannte Vorrichtung dient insbesondere zur Messung der Lichtstreuung in stark streuenden dispersen Systemen, wobei als Lichtquelle bevorzugt ein He-Ne-Laser eingesetzt wird.

Eine Überprüfung der Sensoren auf ihre Funktionstüchtigkeit bei den vorstehend beschriebenen bekannten Vorrichtungen ist jedoch nicht möglich. Vielmehr lassen sich Aussagen über die Verläßlichkeit des jeweiligen Sensors und mithin der Vorrichtung erst dann im Betrieb gewinnen, wenn aus Erfahrungswerten heraus auf die Meßdatenwerte Bezug genommen wird. Nicht vermeidbare Fehlmessungen lassen sich somit erst nach Auswertung der Meßergebnisse definitiv feststellen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuverbessern, daß die durchgeführte Messung mit dem Sensor unmittelbar bei der Messung verläßliche Ergebnisse liefert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Vorrichtung in Fluidrichtung vor dem Sensor eine Druckluftzufuhr zum Versetzen des Fluids mit Druckluft aufweist, ist eine Überprüfung des Sensors mit dieser Einrichtung vor der eigentlichen Messung möglich. Die Druckluft ist kurzzeitig zuschaltbar und erzeugt viele kleine Blasen im filtrierten Fluid, welche sich dann für den Sensor wie eine Trübung des Fluids darstellen. Hierdurch wird die Funktionsfähigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung getestet, ohne daß durch die Verwendung von Druckluft das Fluid oder der Sensor beeinträchtigt ist. Die Druckluftzufuhr kann auch zur Überprüfung des Filters eingesetzt werden.

Der Sensor ist vorzugsweise stirnseitig an einem runden oder eckigen Meßrohr angeordnet, welches einen Fluideinlaß und einen Fluidauslaß aufweist. Durch die Verwendung eines Meßrohres wird Streulicht abgeschirmt. Dabei bewirkt die stirnseitige Anordnung, daß auch Reflexionen von den Mantelflächen des Meßrohres und, bei ausreichender Länge des Meßrohres, von der gegenüberlie­ genden Stirnseite weitestgehend vermieden werden. Durch den Fluideinlaß und den Fluidauslaß wird das Meßrohr ständig durchspült, was die Ablagerungen reduziert. Vorzugsweise ist der Sensor am Fluideinlaß angeordnet und auf die Mittelachse des Meßrohres ausgerichtet. Dadurch mißt der Sensor an der Stelle mit der höchsten Strömungsgeschwindigkeit, was die Genauigkeit der Messung erhöht, und zugleich wird durch die Spülung die Verschmutzung des Sensors geringgehalten.

Es ist von Vorteil, wenn der Sensor zumindestens teilweise aus einem Material mit starker oligodynamischer Wirkung hergestellt ist, beispielsweise aus einem im wesentlichen Kupfer aufweisenden Material. Sinnvollerweise ist dies ein mit dem Fluid in Kontakt kommender Teil. Aufgrund der oligodynamischen Wir­ kung eines solchen Materials wird eine Ansiedlung und ein Wachstum von biologischem Material auf dem Sensor, insbesondere dem Sender und dem Empfänger, weitgehend verhindert. Damit benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung weder eine elektronische Nachregelung zum Ausgleich für die verminderte Empfindlichkeit bei Bewuchs mit biologischem Material noch ein mechanisches Reinigungssystem für den Sensor.

Ein üblicher Einsatzzweck für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, daß diese in Fluidrichtung hinter einem Filter für das Fluid vorgesehen ist. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Wellenlänge des verwendeten Lichtes in etwa der Poren­ größe des Filters entspricht, da dann der Sensor nur Partikel detektiert, welche größer als die Filtrationsgrenze der verwendeten Filter ist. Kleinere Partikel werden dann nicht detektiert und haben somit keinen störenden Einfluß auf den Sensor. In vielen Fällen muß hierfür die Wellenlänge des verwendeten Lichtes im infraroten Bereich liegen.

Um das vom Sensor gelieferte Signal auswerten zu können, ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung einen Faserschaltverstärker aufweist, der über einen Lichtleiter mit dem Empfänger in Verbindung steht, und der das vom Empfänger gelieferte Signal verstärkt. Mit einem Schalter, der in Abhängigkeit der vom Sensor empfangenen Lichtmenge anspricht, kann dann eine Schaltfunktion ausgelöst werden. Beispielsweise kann ein Abschaltventil betätigt werden, wenn die Trübung des Fluids auf einen defekten Filter hindeutet. Vorzugsweise weist der Faserschaltverstärker ein Stellmittel zur Wahl des Schaltpunktes auf, beispielsweise ein Potentiometer. Damit ist eine Anpassung an die Trübung des unfiltrierten Fluides möglich.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt die einzige Figur einen Schnitt durch den Sensor des Ausführungsbeispiels mit skizzierter Schaltung.

Eine Vorrichtung 1 zur Messung der Trübung eines Fluids weist einen Sensor 3 auf, welcher als Reflexionslichttaster ausgebildet ist. Hierfür sind im Sensor 3 ein Endabschnitt einer zu einem Sender für infrarotes Licht führenden Sendefa­ ser und parallel dazu in unmittelbarer Nachbarschaft und gleicher Orientierung ein Endabschnitt einer zu einem für infrarotes Licht empfindlicher Empfänger führenden Empfängerfaser vorgesehen. Der Endabschnitt der Sendefaser und der Endabschnitt der Empfängerfaser sind der Einfachheit halber als Sender bzw. Empfänger 5 bezeichnet. Der Sender ist in der Zeichnung vom Empfänger 5 verdeckt. Der Sensor 3 ist durch eine Hohlschraube 6 innerhalb der Vorrich­ tung 1 fixiert. Durch Entfernen der Hohlschraube 6 kann der Sensor 3 leicht entnommen und gereinigt werden.

Die Vorrichtung 1 weist ein Meßrohr 7 auf, an dessen einer Stirnseite der Sensor 3 angeordnet ist. Das Meßrohr 7 wird dabei teilweise durch den den Sensor 3 aufnehmenden Teil der Vorrichtung 1 gebildet und teilweise durch eine in Verlängerung hierzu angebrachte Hülse. Der Sensor 3 ist so auf die Mittelachse des Meßrohres 7 ausgerichtet, daß eine zwischen Sender und Empfänger und parallel zu diesen liegende, gedachte Linie mit der Mittelachse des Meßrohres fluchtet. In unmittelbarer Nachbarschaft des Sensors 3 und quer zur Mittelachse des Meßrohres 7 ist der Fluideinlaß 9 vorgesehen, an den von außen eine Fluidleitung an die Vorrichtung 1 anschließbar ist. An der vom Sensor 3 abgewandten Stirnseite des Meßrohres 7 ist der Fluidauslaß 11 vor­ gesehen, an den ebenfalls von außen her eine Fluidleitung anschließbar ist.

Der Teil des Sensors 3, der den Sender und den Empfänger 5 umgibt und in das Meßrohr 7 etwas hineinragt, und das Meßrohr 7 samt Fluideinlaß 9 sind aus einem Material hergestellt, das im wesentlichen Kupfer aufweist, z. B. E-Cu 57 oder SF-Cu. Der hohe Kupferanteil dieser Teile verhindert ein starkes Wachstum von biologischem Material, was insbesondere bei den mit Fluid in Kontakt kommenden Faserenden des Senders und des Empfängers 5 wichtig ist.

An dem vom Meßrohr 7 abgewandten Ende des Empfängers 5 ist dieser an einen Lichtleiter 13 angeschlossen, vorzugsweise an eine Glasfaser. Der Licht­ leiter 13 wiederum ist an einen Faserschaltverstärker 15 angeschlossen, welcher einen Umwandler von Lichtsignalen in elektrische Signale, einen Verstärker, ein Potentiometer und einen elektronischen Schalter aufweist. Anstelle des Schalters kann auch eine Anzeige vorgesehen sein.

Im Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 1 über eine am Fluideinlaß 9 an­ geschlossene Leitung 17 an einem Ausgang eines Querstromfilters 19 ange­ schlossen, und zwar an denjenigen Ausgang, der in Fluidrichtung hinter dem Filter liegt. An die Leitung 17 ist eine Druckluftzufuhrleitung 21 einer Druck­ luftzufuhr angeschlossen, über welche im Bedarfsfall Druckluft in die Leitung 17 gegeben werden kann. Die Vorrichtung 1 kann in unmittelbarer Nähe des Querstromfilters 19 angesteckt werden und mittels einer Hohlschraube fixiert werden.

Im Normalfall strömt das Fluid durch den Querstromfilter 19, wobei ein Teil unfiltriert vorbeifließt und der übrige Teil durch den Filter hindurchtritt. Vom filtrierten Teil des Fluids fließt wiederum zumindestens ein Teil durch die Leitung 17 über den Fluideinlaß 9 in die Vorrichtung 1, und zwar in das Meßrohr 7. Der Faserschaltverstärker 15 muß dann so eingestellt sein, daß der Sensor 3 keine Trübung detektiert. Das Fluid verläßt dann das Meßrohr 7 über den Fluidauslaß 11 und wird dann seiner weiteren Verwendung zugeführt.

Treten durch einen Defekt im Querstromfilter 19 trübende Teilchen durch den Filter hindurch und über die Leitung 17 in die Vorrichtung 1 ein, so reflektie­ ren diese Teilchen einen merklichen Teil des vom Sender ausgesandten Lichtes, so daß der Empfänger 5 ein Signal empfängt. Dieses wird vom Faserleitverstär­ ker 15 dann so verstärkt, daß der Schalter oder die Anzeige anspricht.

Um die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung 1 zu testen, wird über die Druck­ luftzufuhrleitung 21 das Fluid in der Leitung 17 mit Druckluft versetzt, und zwar mit kleinen Bläschen. Diese kleinen Bläschen haben im Meßrohr 7 die gleiche Auswirkung wie die trübenden Teilchen, sie reflektieren nämlich das vom Sender emittierte Licht. Als Folge davon spricht der Sensor 3 und der Faserschaltverstärker 15 an, wobei die für den Fall eines defekten Filters vor­ gesehene Folge ausgelöst wird.

Um die Funktionsfähigkeit des Querstromfilters 19 zu testen, kann über eine weitere Druckluftzufuhrleitung 23 das Fluid vor dem Querstromfilter 19 eben­ falls mit Druckluft versetzt werden. Das Testprinzip ist das gleiche wie das für die Vorrichtung 1.

Claims (10)

1. Vorrichtung (1) zur Messung der Trübung eines Fluids, insbesondere eines filtrierten Fluids, mit einem Sensor (3), welcher einen Sender für Licht und einen lichtempfindlichen Empfänger (5) aufweist, wobei der Empfänger (5) relativ zum Sensor so angeordnet ist, daß er vom Fluid reflektiertes Licht empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) in Fluidrich­ tung vor dem Sensor (3) eine Druckluftzufuhr (21, 23) zum Versetzen des Fluids mit Druckluft aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Empfänger (5) und Sender im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) stirnseitig an einem Meßrohr (7) angeordnet ist, welches einen Fluideinlaß (9) und einen Fluidauslaß (11) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) am Fluideinlaß (9) angeordnet und auf die Mittelachse des Meßrohres (7) ausgerichtet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) zumindestens in dem mit dem Fluid in Kontakt kom­ menden Teilen aus einem Material mit starker oligodynamischer Wirkung hergestellt ist, insbesondere aus einem im wesentlichen Kupfer aufweisen­ den Material.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) in Fluidrichtung hinter einem Filter (19) für das Fluid vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen­ länge des verwendeten Lichtes in etwa der Porengröße des Filters (19) entspricht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Faserschaltverstärker (15), der über einen Lichtleiter (13) mit dem Sensor (3) in Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Schalter, vorzugsweise im Faserschaltverstärker (15), der in Abhän­ gigkeit der vom Sensor (3) empfangenen Lichtmenge anspricht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserschaltverstärker (15) ein Stellmittel zur Wahl des Schaltpunktes aufweist.