DE19811876B4

DE19811876B4 - Anordnung und Verfahren zur trübungs- und photometrischen Messung

Info

Publication number: DE19811876B4
Application number: DE1998111876
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rettig; Raimund Essel
Original assignee: WTW Wissenschaftlich Technische Werkstatten GmbH
Current assignee: Xylem Analytics Germany GmbH
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: DE19811876A1

Abstract

Anordnung zur Trübungsmessung und photometrischen Messung in Flüssigkeiten, 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) mechanisch gekoppelt ist, der das Messfenster (3) in Schwingungen versetzt, dass das Messfenster (3) durch eine elastische Aufhängung (2) beweglich in der Gehäusewand (1) gehalten ist, und dass die Amplitude der Schwingungen so hoch gewählt ist, dass Kavitätsrauschen einsetzt.

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 Gewässern durchgeführt werden, besteht ein Problem in der Reinigung und Sauberhaltung der Meßgeräte. Denn sich absetzender Schmutz am Meßfenster führt zur Beeinträchtigung der Meßwerte. Vor allem bei Langzeitmessungen kann eine Verschmutzung des Meßfensters dazu führen, daß die gemessenen Werte immer mehr von den tatsächlichen Werten abweichen. Dies wird zum einen durch biologisches 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 Wischern, 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 verhindert werden. Schmutz kann sich zudem an hervorstehenden Einrichtungen, 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 Messmediums die Folge. Schließlich gibt es Verfahren, die unter Anwendung 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 beeinflusst und die Messung ist während der Reinigung nicht möglich. Außerdem muss Druckluft am Einsatzort bereitgehalten werden.
Des Weiteren wurden im Stand der Technik Messanordnungen vorgeschlagen, bei welchen eine Reinigung von Teilen der Messgeräte über Schwingungserzeuger erfolgt: Nach DE 36 38 983 wird ein Messgerät zur Messung von Luftverunreinigungen bestehend aus einem Haltebügel, einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, zwischen welchen ein Doppelblendensystem montiert ist, über elektromechanische Vibratoren zu einer Schwingung angeregt, um das Ansetzen von Spinnengeweben oder im Winter von Eiszapfen zu verhindern. Nach DE 90 15 235 erfolgt bei einer Vorrichtung zur Trübungsmessung in Flüssigkeiten eine Reinigung mittels Ultraschallschwingungserzeuger, die an Schaufenstern in Rohrleitungswänden montiert sind. Auch die DE 43 17 068 offenbart eine Reinigungsanordnung zur Reinigung von Oberflächen von Unterwassergeräten, bei welcher mittels Ultraschallsender eine Scheibe und gleichzeitig das Gehäuse des Unterwassermessgerätes angeregt wird. Diese auf Schwingungsanregung basierenden Reinigungssysteme sind in einigen Anwendungsfällen ausreichend. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie entweder auf einen speziellen Bereich der Schwingungsamplitude (Ultraschall) beschränkt sind oder aufwendige Maßnahmen zur Vermeidung eines Übertragens von Schwingungen auf die Messgeräte selbst erfordern. Nicht zuletzt ist mit diesen bekannten Systemen zur Reinigung von Messanordnungen keine vollständige Reinigung von Messanordnungen bei der Verwendung in Flüssigkeiten über einen langen Zeitraum gewährleistet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung und ein Verfahren der oben genannten Art zu schaffen, welche eine wartungsfreie und genaue Messung erlauben, die auch für Langzeitmessungen geeignet ist, und welche eine Beeinträchtigung der Messung jederzeit vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 3 gelöst.
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 Grenzflächen am Übergang Messfenster/Probe bzw. Messfenster/Messmedium reingehalten und das Anlagern von Biofilmen bzw. das Zusedimentieren des Fensters wird vermieden.
Vorzugsweise wird als Schwingungsfrequenz der Ultraschallbereich, 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 Meßfensters überlagert werden. Die Schwingung des Meßfensters in der Fensterebene liegt dann beispielsweise höher als die Schwingung quer zur Fensterebene. Für die Frequenz der Schwingung in der Fensterebene kann vorzugsweise der Ultraschallbereich gewählt werden, während für die Schwingung quer zur Fensterebene 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 Bereitstellung von sauberem Wasser oder von Druckluft zur Wasserstrahl- oder Druckluftreinigung.
Das Meßfenster ist vorzugsweise durch eine elastische Aufhängung an dem Gehäuse der Meßanordnung aufgehängt, welche elastische Aufhängung, z. B. eine meßmediumfeste Gummi- oder Kunststoffeinfassung, das Schwingen des Meßfensters mit der gewünschten 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 schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
1 einen Teilschnitt durch das Gehäuse einer Meßanordnung zur Trübungsmessung im Bereich des Meßfensters, und
2 eine geschnittene Teilansicht einer Meßanordnung zur Extinktionsmessung mit zwei parallel zueinander angeordneten Gehäusewänden, zwischen denen das zu messende Medium angeordnet ist.
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 Meßfenster 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 abermaligem Durchdringen des Meßfensters 3 durch einen Meßlichtstrahlempfänger 8 erfaßt. Das Meßfenster 3 ist durch elastische 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 Aufhängung/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 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 Meßmedium abgewandten Seite des Meßfensters angeordnet, so daß die dem Medium zugewandte Oberfläche nicht gestört wird. Das Piezoelement kann so groß wie das Meßfenster sein und Strahlendurchgänge aufweisen. Es wird von einem Frequenzgenerator gespeist, der das Meßfenster in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzt. Als Schwingung wird eine Ultraschallschwingung im Bereichen zwischen 18 kHz und 100 kHz verwendet. Durch die Schwingung wird das Meßfenster sauber gehalten, d. h. das Aufwachsen von Schmutzschichten wird vollständig unterbunden.
2 zeigt eine Anordnung zur Extinktionsmessung mit zwei zueinander parallelen Gehäusewänden 1. Identische oder funktionsgleiche Teile sind hier mit identischen Bezugszeichen versehen. Die in 2 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der in 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, durchdringt 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 Gehäusewand 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 versetzt wird. Vorzugsweise werden jedoch beide Fenster gleichzeitig in Schwingungen versetzt.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit eine Messung bereitgestellt, die kontinuierlich und über lange Perioden durchgeführt werden kann, ohne daß irgendwelche chemischen oder physikalischen Eingriffe notwendig wären. Es muß weder Wasser noch Druckluft bereitgestellt werden, und das Meßmedium wird durch die Sauberhaltung des Meßfensters beim Schwingen nicht beeinflußt. Selbstverständlich kann die Messung bei schwingendem Meßfenster erfolgen.
Als Vorrichtung zur Schwingung können gängige piezoelektrische Schwingungselemente oder motorisch angetriebene Unwuchtvibrationserzeuger oder elektromagnetische Schwingungserzeuger verwendet werden. Diese Schwingungserzeuger werden dann vorzugsweise mechanisch mit dem Meßfenster gekoppelt. Die Schwingungen werden durch die elastische Aufhängung 2 absorbiert und nicht an die Gehäusewand 1 weitergegeben. Zusätzlich sorgt die elastische Aufhängung dafür, daß das Meßfenster auch während des Oszillierens sicher am Meßgehäuse 1 gehalten wird.
Selbstverständlich kann das Meßfenster auch ohne eine elastische Aufhängung fest mit dem Gehäuse verbunden werden. Der Nachteil besteht jedoch hierin, daß die Schwingung dann auf das gesamte Gehäuse übertragen wird.

Claims

Anordnung zur Trübungsmessung und photometrischen Messung in Flüssigkeiten, 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) mechanisch gekoppelt ist, der das Messfenster (3) in Schwingungen versetzt, dass das Messfenster (3) durch eine elastische Aufhängung (2) beweglich in der Gehäusewand (1) gehalten ist, und dass die Amplitude der Schwingungen so hoch gewählt ist, dass Kavitätsrauschen einsetzt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger ein Piezoelement (11) oder ein elektromagnetisches Vibrationselement ist.
Verfahren zur Trübungsmessung und zur photometrischen Messung in Flüssigkeiten, vorzugsweise in Wasser und Abwasser, unter Verwendung einer Messanordnung, die ein Gehäuse (1) und ein Messfenster (3) aufweist, welches durch eine elastische Aufhängung (2) in einer Gehäusewand (1) beweglich gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster (3) in Schwingungen versetzt wird und dass die Amplitude der Schwingungen so hoch gewählt wird, dass Kavitätsrauschen einsetzt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster (3) in Schwingungen parallel zur Messfensterebene (6) versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster (3) in Schwingungen senkrecht zur Ebene des Messfensters (3) versetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schwingungsfrequenz von 18 kHz bis 100 kHz verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster (3) quer (5) zur Ebene des Messfensters (3) in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 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.