DE19811876A1 - Anordnung und Verfahren zur trübungs- und photometrischen Messung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Trübungsmessung und photometrischen Messung in Flüssigkeiten. Eine wartungsfreie Messung wird dadurch erzielt, daß das Meßfenster in Schwingungen versetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Trübungsmessung und photometrischen Messung in Flüssigkeiten wie z. B. Wasser und Abwasser.

Da derartige Messungen sehr oft in stark verschmutzten Gewäs­ sern durchgeführt werden, besteht ein Problem in der Reinigung und Sauberhaltung der Meßgeräte. Denn sich absetzender Schmutz am Meßfenster führt zur Beeinträchtigung der Meßwerte. Vor al­ lem bei Langzeitmessungen kann eine Verschmutzung des Meßfen­ sters dazu führen, daß die gemessenen Werte immer mehr von den tatsächlichen Werten abweichen. Dies wird zum einen durch bio­ logisches Wachstum, d. h. die Erzeugung von Biofilmen an dem Meßfenster verursacht als auch durch physikalische Effekte, wie z. B. Sedimentation und Adhäsion.

Bekannte Reinigungsverfahren arbeiten unter Anwendung von Wi­ schern, die das Meßfenster überstreichen. Dies hat jedoch den Nachteil, daß sich auf dem Meßfenster Schlieren bilden und sich Schmutz am Wischer festhängt. Zudem ist eine Messung während der Reinigung nicht möglich. Ein anderes Verfahren verwendet einen Wasserstrahl zum Sauberspritzen des Meßfensters. Jedoch kann hiermit der Bewuchs des Meßfensters nicht vollständig ver­ hindert werden. Schmutz kann sich zudem an hervorstehenden Ein­ richtungen, wie Düsen und tragenden Elementen festhängen und in das Meßmedium wird sauberes Wasser eingetragen, was die Messung im Meßmedium beeinflußt. Zudem ist eine Messung während der Reinigung nicht möglich. Weiterhin muß hier sauberes Wasser am Einsatzort bereitgehalten werden. Der Effekt des Wasserstrahls kann durch chemische Zusätze verbessert werden. Jedoch kann auch hiermit der Bewuchs nicht vollständig verhindert werden. Zudem ist eine starke Belastung und Beeinflussung des Meßmedi­ ums die Folge. Schließlich gibt es Verfahren, die unter Anwen­ dung von Druckluft arbeiten. Auch bei diesen Verfahren kann der Bewuchs nicht vollständig verhindert werden und Druckluftdüsen im Bereich der Meßfenster sind bevorzugte Anlagerungspunkte für Schmutz. Auch hier wird das Meßmedium bei der Reinigung beein­ flußt und die Messung ist während der Reinigung nicht möglich. Außerdem muß Druckluft am Einsatzort bereitgehalten werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Meßanordnung der oben genannten Art zu schaffen, die eine wartungsfreie und genaue Messung erlaubt. Insbesondere soll durch die Erfindung eine An­ ordnung bereitgestellt werden, die auch für Langzeitmessungen geeignet ist.

Erfindungsgemäß weist die Anordnung ein Meßfenster auf, das, z. B. in der Ebene des Meßfensters und/oder quer dazu, in Schwingungen versetzt wird. Auf diese Weise werden die Grenz­ flächen am Übergang Meßfenster/Probe bzw. Meßfenster/Meßmedium reingehalten und das Anlagern von Biofilmen bzw. das Zusedimen­ tieren des Fensters wird vermieden.

Vorzugsweise wird als Schwingungsfrequenz der Ultraschallbe­ reich, d. h. ein Bereich zwischen 18 kHz und 100 kHz verwendet. Durch die Verwendung dieser Schwingfrequenz kann der Aufwuchs von Schmutzschichten vollständig verhindert werden. Eine starke Verlangsamung des Anwachsens von Schmutzschichten kann jedoch auch bei anderen Frequenzen, z. B. Infraschall oder hörbarer Schall, vermieden werden.

Die Schwingungsamplitude wird vorzugsweise so hoch gewählt, daß das Kavitätsrauschen einsetzt. Bei Verwendung von Infraschall und Schall in hörbarem Bereich wird die Amplitude im Bereich einiger Vielfacher der Oberflächenrauhigkeit des Meßfensters bis zu mehreren Millimetern gewählt.

Vorzugsweise kann auch die Schwingung in Richtung der Ebene des Meßfensters mit einer Schwingung achsnormal zur Ebene des Meß­ fensters überlagert werden. Die Schwingung des Meßfensters in der Fensterebene liegt dann beispielsweise höher als die Schwingung quer zur Fensterebene. Für die Frequenz der Schwin­ gung in der Fensterebene kann vorzugsweise der Ultraschallbe­ reich gewählt werden, während für die Schwingung quer zur Fen­ sterebene der Infraschall oder hörbare Bereich gewählt wird.

Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, das Meßfenster nur in Richtung der Ebene des Meßfensters oder nur quer dazu schwingen zu lassen.

Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung erübrigt sich der Einsatz von Wischern, die bislang zur Schlierenbildung auf dem optischen Fenster geführt haben, ebenso erübrigt sich die Be­ reitstellung von sauberem Wasser oder von Druckluft zur Wasser­ strahl- oder Druckluftreinigung.

Das Meßfenster ist vorzugsweise durch eine elastische Aufhän­ gung an dem Gehäuse der Meßanordnung aufgehängt, welche elasti­ sche Aufhängung, z. B. eine meßmediumfeste Gummi- oder Kunst­ stoffeinfassung, das Schwingen des Meßfensters mit der ge­ wünschten Frequenz und Amplitude ohne eine Beeinträchtigung der Messung, z. B. durch eine Schwingungsübertragung auf das ganze Gehäuse, erlaubt.

Als Schwingungsgeneratoren, können bekannte Elemente, z. B. auf piezoelektrischer, elektromotorischer oder elektromagnetischer Basis verwendet werden. Diese werden vorzugsweise direkt oder über einen fest mit dem Meßfenster verbundenen Träger an dem Meßfenster befestigt, z. B. verklebt oder verschraubt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der sche­ matischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch das Gehäuse einer Meßan­ ordnung zur Trübungsmessung im Bereich des Meßfen­ sters, und

Fig. 2 eine geschnittene Teilansicht einer Meßanordnung zur Extinktionsmessung mit zwei parallel zueinander angeordneten Gehäusewänden, zwischen denen das zu messende Medium angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt eine Meßanordnung 10 zur Trübungsmessung mit einer Gehäusewand 1, oberhalb derer die Meßlösung 4 angeordnet ist. Hinter der Gehäusewand 1 befindet sich ein Meßlichtstrahlsender 7, der einen Meßstrahl 9 durch ein optisch transparentes Meß­ fenster 3 in die Meßlösung 4 hineinschickt. In der Meßlösung 4 wird der Meßstrahl 9 durch die Partikel im Meßmedium gestreut und reflektiert und die Intensität des Strahls wird nach aber­ maligem Durchdringen des Meßfensters 3 durch einen Meß­ lichtstrahlempfänger 8 erfaßt. Das Meßfenster 3 ist durch ela­ stische Verbindungselemente, z. B. einen elastischen Rahmen 2 in der Gehäusewandung 1 aufgehängt. Die Verbindungsstelle zwischen Gehäuse 1 und elastischem Rahmen 2 bzw. elastischem Rahmen 2 und Meßfenster 3 ist vorzugsweise strukturiert, z. B. V-förmig, so daß durch den Formeingriff an den Verbindungsstellen eine Selbststabilisierung der Anordnung Gehäuse/elastische Aufhän­ gung/Meßfenster erzielt wird. Das Meßfenster wird durch einen geeigneten Schwingungsgenerator 11, z. B. piezoelektrisch, in Schwingungen 6 parallel zur Ebene des Meßfensters und/oder in Schwingungen in Richtung 5 achsnormal zum Meßfenster versetzt. In Fig. 1 ist als Schwingungserzeuger ein Piezoelement 11 fest auf das Meßfenster 3 aufgeklebt, so daß es den Strahlengang des Meßgangs 9 nicht stört. Das Piezoelement ist an der dem Meßme­ dium abgewandten Seite des Meßfensters angeordnet, so daß die dem Medium zugewandte Oberfläche nicht gestört wird. Das Piezo­ element kann so groß wie das Meßfenster sein und Strahlendurch­ gänge aufweisen. Es wird von einem Frequenzgenerator gespeist, der das Meßfenster in Schwingungen im Ultraschallbereich ver­ setzt. Als Schwingung wird eine Ultraschallschwingung im Berei­ chen zwischen 18 kHz und 100 kHz verwendet. Durch die Schwin­ gung wird das Meßfenster sauber gehalten, d. h. das Aufwachsen von Schmutzschichten wird vollständig unterbunden.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Extinktionsmessung mit zwei zu­ einander parallelen Gehäusewänden 1. Identische oder funktions­ gleiche Teile sind hier mit identischen Bezugszeichen versehen. Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung lediglich darin, daß hier zwei Gehäusewände 1 parallel zueinander angeordnet sind, zwischen denen sich die Meßlösung bzw. das Meßmedium, z. B. Wasser oder Abwasser, befindet. Auf der linken Seite der linken Gehäusewand 1 ist ein Lichtstrahlsender 7 angeordnet, der senkrecht einen Meßstrahl 9 durch das Meßfenster 3 der linken Gehäusewand 1 sendet. Dieser Meßlichtstrahl durchdringt auf geradem Wege und senkrecht zu den beiden Gehäusewänden 1 das Meßmedium, durch­ dringt das Meßfenster 3 der rechten Gehäusewand 1 und trifft dort auf einen Meßlichtstrahlempfänger 8.

In dieser Vorrichtung können beide Meßfenster 3 der linken und rechten Gehäusewand 1 entweder in Richtung 6 der Ebene der Ge­ häusewand 1 oder quer dazu 5 in Schwingungen versetzt werden. Eine Verbesserung des Meßeffektes läßt sich auch hier bereits erreichen, wenn lediglich ein Meßfenster in Schwingungen ver­ setzt wird. Vorzugsweise werden jedoch beide Fenster gleichzei­ tig in Schwingungen versetzt.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine Messung bereit­ gestellt, die kontinuierlich und über lange Perioden durchge­ führt werden kann, ohne daß irgendwelche chemischen oder physi­ kalischen Eingriffe notwendig wären. Es muß weder Wasser noch Druckluft bereitgestellt werden, und das Meßmedium wird durch die Sauberhaltung des Meßfensters beim Schwingen nicht beein­ flußt. Selbstverständlich kann die Messung bei schwingendem Meßfenster erfolgen.

Als Vorrichtung zur Schwingung können gängige piezoelektrische Schwingungselemente oder motorisch angetriebene Unwuchtvibrati­ onserzeuger oder elektromagnetische Schwingungserzeuger verwen­ det werden. Diese Schwingungserzeuger werden dann vorzugsweise mechanisch mit dem Meßfenster gekoppelt. Die Schwingungen wer­ den durch die elastische Aufhängung 2 absorbiert und nicht an die Gehäusewand 1 weitergegeben. Zusätzlich sorgt die elasti­ sche Aufhängung dafür, daß das Meßfenster auch während des Os­ zillierens sicher am Meßgehäuse 1 gehalten wird.

Selbstverständlich kann das Meßfenster auch ohne eine elasti­ sche Aufhängung fest mit dem Gehäuse verbunden werden. Der Nachteil besteht jedoch hierin, daß die Schwingung dann auf das gesamte Gehäuse übertragen wird.

Claims (10)

1. Anordnung zur Trübungsmessung und photometrischen Messung in Flüssigkeit, vorzugsweise in Wasser und Abwasser, wobei die Anordnung ein Gehäuse (1) aufweist, in welchem ein Meßfenster (3) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Meßfenster (3) ein Schwingungserzeuger (11) mecha­ nisch gekoppelt ist, der das Meßfenster (3) in Schwingungen versetzt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger ein Piezoelement (11) oder ein elektromagnetisches Vibrationselement ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster (3) durch eine elastische Aufhängung (2) be­ weglich in der Gehäusewand (1) gehalten ist.

4. Verfahren zur Trübungsmessung und zur photometrischen Mes­ sung in Flüssigkeiten, vorzugsweise in Wasser und Abwasser, un­ ter Verwendung einer Meßanordnung, die ein Gehäuse (1) und ein Meßfenster (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster (3) in Schwingungen versetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster (3) in Schwingungen parallel zur Meßfenster­ ebene (6) versetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster in Schwingungen senkrecht zur Ebene des Meß­ fensters (3) versetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingungsfrequenz von 18 kHz bis 100 kHz verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Schwingung so hoch gewählt wird, daß das Kavitätsrauschen einsetzt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster (3) quer (5) zur Ebene des Meßfensters (3) in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Infraschall oder Schall in hörbarem Bereich die Amplitude im Bereich der Oberflächenrauhigkeit des Meßfensters bis hin zu mehreren Millimetern gewählt wird.