DE19843841C2

DE19843841C2 - Measuring cell for photometric measurements

Info

Publication number: DE19843841C2
Application number: DE1998143841
Authority: DE
Inventors: Joerg Nagel
Original assignee: Anseros Klaus Nonnenmacher GmbH
Current assignee: Anseros Klaus Nonnenmacher GmbH
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1998-09-24
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: DE19843841A1

Description

Es ist bekannt, den Anteil bestimmter Stoffe an strömenden Medien, beispielsweise Flüssigkeiten, dadurch zu messen, dass die Absorption eines Lichtstrahls einer bestimmten Wellenlän ge gemessen wird. Hierzu sind Messzellen bekannt. Die Schwie rigkeiten bestehen darin, dass die Strömung einerseits mög lichst wenig beeinträchtigt werden soll und andererseits eine Messung in situ erfolgen soll.It is known the proportion of certain substances in flowing To measure media, for example liquids, in that the absorption of a light beam of a certain wavelength ge is measured. Measuring cells are known for this. The Schwie What is important is that the current is possible on the one hand should be affected as little as possible and on the other hand Measurement should take place in situ.

Es ist bereits eine Vorrichtung zum Erkennen von Funken in einem durchströmten Raum bekannt, bei dem ein Lichtwellen leiter und ein Photoempfänger einander gegenüberliegen. Ihr Abstand entspricht dem Durchmesser des durchströmten Raums (DE 40 36 041 C2).It is already a device for detecting sparks in a flow-through room known, in which a light wave conductor and a photoreceiver are opposite each other. you Distance corresponds to the diameter of the flowed-through space (DE 40 36 041 C2).

Weiterhin bekannt ist ein Verfahren zur Feststellung von Änderungen der Lichtintensität in einem Kanal, durch den ein Fluid strömt (EP 694 770 A1). Hierzu werden Lichtwellenleiter verwendet.A method for determining is also known Changes in light intensity in a channel through which a Fluid flows (EP 694 770 A1). For this purpose, optical fibers used.

Ebenfalls bekannt ist ein Spektralphotometer (DE 41 12 528 C2), bei dem Licht durch eine Meßküvette auf einen photoelek trischen Detektor gerichtet wird.Also known is a spectrophotometer (DE 41 12 528 C2), in the light through a measuring cell on a photoelek trical detector is directed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messzelle zu schaffen, mittels deren Hilfe bestimmte Eigenschaften strö mender Medien in situ ohne Beeinträchtigung der Strömung gemessen werden körnen. Die Messzelle soll insbesondere anwendbar sein bei Flüssigkeiten, in denen ein Gas gelöst ist.The invention has for its object to a measuring cell create, by means of which certain properties flow emitting media in situ without affecting the flow can be measured. The measuring cell should in particular be applicable to liquids in which a gas is dissolved is.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Messzel le mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren Wortlaut ebenso wie der Wortlaut der Zuammenfassung durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird. To achieve this object, the invention proposes a measuring stick le with the features of claim 1. Further training of the Invention are the subject of the dependent claims, the Wording as well as the wording of the summary Reference is made to the content of the description.

Die von der Erfindung vorgeschlagene Messzelle wird in eine Leitung eingesetzt, durch die das Medium strömt. Ein opti sches Signal, beispielsweise ein Lichtstrahl einer bestimmten Wellenlänge, wird so erzeugt, dass er aus dem Sendefenster durch das Medium in das Empfangsfenster eintritt. Die Dicke der Schicht des Mediums, die zwischen dem Sendefenster und dem Empfangsfenster vorhanden ist, kann so auf das Medium und die Messung abgestimmt werden, dass man gute Messergebnisse erhält. Der Durchgang wird andererseits so dimensioniert, dass keine Beeinflussung der Strömung stattfindet.The measuring cell proposed by the invention is divided into a Line used through which the medium flows. An opti signal, for example a light beam of a certain one Wavelength is generated so that it is out of the transmission window enters the reception window through the medium. The fat the layer of the medium between the transmission window and the reception window is present, so can on the medium and The measurement should be matched to get good measurement results receives. On the other hand, the passage is dimensioned that there is no influence on the flow.

Insbesondere kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das optisches Signal etwa quer zur Achse des Durchgangs gerichtet ist.In particular, can be provided in a development of the invention be that the optical signal is roughly transverse to the axis of the Passage is directed.

In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auftrittsfläche des Sendefensters und die Eintrittsfläche des Empfangsfensters gleichen Abstand von der Achse des Durchgangs aufweisen. Damit ist die Schicht, durch die hindurch gemessen wird, in der Mitte des Durchgangs angeordnet, so dass keine Unsymmetrien der Strömung zu einer Unsymmetrie der Messung führen.In a further development of the invention can be provided be that the tread of the broadcast window and the Entry area of the reception window is the same distance from the Have axis of passage. So the layer is through which is measured through in the middle of the passage arranged so that no asymmetries of flow to one Lead to asymmetry of the measurement.

Insbesondere kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass das Sendefenster und das Empfangsfenster identisch bzw. symme trisch zueinander ausgebildet und/oder angeordnet sind. Die Rolle des Sendefensters und des Empfangsfensters kann damit auch ausgetauscht werden.In particular, it can be provided in further training that the Send window and the receive window identical or symme trically trained and / or arranged. The The role of the send window and the receive window can thus also be exchanged.

Es kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass das Sendefen ster und/oder das Empfangsfenster einen aus einem strahlungs durchlässigen Material bestehenden Stab aufweisen, der durch die Wand des Durchgangs hindurch in das Innere des Durchgangs hineinragt. Die Auftrittsfläche des Sendefensters und die Eintrittsfläche des Empfangsfensters kann dabei insbesondere von dem Ende des Stabs gebildet sein. In a further development it can be provided that the transmitter is used ster and / or the reception window one from a radiation have permeable material existing rod by the wall of the passage into the interior of the passage protrudes. The tread of the broadcast window and the Entry surface of the reception window can in particular be formed from the end of the rod.

Insbesondere kann der Stab zylindrisch ausgebildet sein, also mit einem konstanten Querschnitt längs seiner Länge. Die Querschnittsform kann aus Strömungsgründen insbesondere abgerundet sein, beispielsweise Kreisform. Es kann aber ebenfalls eine elliptische oder etwa elliptische Form vorge sehen sein, wobei insbesondere die große Achse in axialer Richtung des Durchgangs angeordnet ist.In particular, the rod can be cylindrical, that is with a constant cross section along its length. The Cross-sectional shape can in particular for flow reasons be rounded, for example circular. But it can also an elliptical or roughly elliptical shape be seen, in particular the major axis in the axial Direction of the passage is arranged.

Beispielsweise kann der Durchmesser des Stabs höchstens etwa halb so groß wie der Durchmesser des Durchgangs sein, der vorzugsweise kreisförmig ausgebildet ist.For example, the diameter of the rod can be at most approximately be half the diameter of the passage that is preferably circular.

Erfindungsgemäß können die Auftrittsfläche des Sendefensters und die Eintrittsfläche des Empfangsfensters in parallel zueinander verlaufenden Ebenen liegen.According to the invention, the tread of the transmission window and the entrance surface of the reception window in parallel mutually extending levels.

Um das Anhaften von Gasblasen in einer Flüssigkeit, falls das Medium eine Flüssigkeit ist, zu verhindern, kann die Messzel le eine Strömungsleiteinrichtung aufweisen, die so ausgebil det ist, dass sie das Anhaften von Gasblasen verhindert.To the adherence of gas bubbles in a liquid, if that The measuring cell can prevent a medium from being a liquid le have a flow control device, which is so trained Det is that it prevents gas bubbles from adhering.

Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die in den Durchgang ragenden Teile des Sendefensters und/oder des Empfangsfen sters eine Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, die das Anhaften von Gasbläschen verhindert. Es kann sich dabei um die Beschaffenheit des Materials des Fensters selbst, aber auch um eine Beschichtung handeln.It can also be provided that the passage projecting parts of the transmission window and / or the reception window sters have a surface finish that Adhesion of gas bubbles prevented. It can be about the nature of the material of the window itself, however also act as a coating.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, das Sendefenster und/oder das Empfangsfenster mit Ultraschall zu beaufschlagen, um auf diese Weise das Anhaften von Gasblasen zu verhindern oder haftende Gasblasen abzulösen. Es ist auch möglich, die Beaufschlagung mit Ultraschall intermittierend durchzuführen. Insbesondere dann, wenn die Fenster den erwähnten Stab aufweisen, ist es möglich, an dem Stab einen Ultraschallschwinger anzubringen und dadurch den Stab in Ultraschallschwingungen zu versetzen.In a development of the invention it can be provided that Transmitting window and / or the receiving window with ultrasound act to prevent gas bubbles from adhering to prevent or detach adhering gas bubbles. It is also possible to apply the ultrasound intermittently perform. Especially when the windows are have mentioned rod, it is possible to a on the rod Attach ultrasonic transducer and thereby the rod in To displace ultrasonic vibrations.

Ebenfalls möglich ist es, den Stab bzw. das Fenster selbst als Ultraschallschwinger auszubilden.It is also possible to use the rod or the window itself to train as an ultrasonic transducer.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen:Further features, details and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred Embodiment of the invention and with reference to the drawing. Here show:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Messzelle nach der Erfindung; Figure 1 is an axial section of a measuring cell according to the invention.

Fig. 2 eine Ansicht der Messzelle in Fig. 1 von oben. Fig. 2 is a view of the measuring cell in Fig. 1 from above.

Die in Fig. 1 dargestellte Messzelle enthält einen Korpus 1 mit einem durch den Korpus hindurchgeführten kreiszylindri schen Durchgang 2. Die Messzelle wird mit nicht näher darge stellten Einrichtungen in eine Leitung eingebaut, die ein Medium, das überprüft werden soll, zu einer Verbrauchsstelle für das Medium führt. Beispielsweise kann es sich dabei um Wasser handeln, das einen Anteil an gelöstem Ozon aufweist. Der Anteil an Ozon soll mit der Messzelle gemessen werden. Die Messzelle enthält eine durch die Wand der Messzelle hindurchgeführte abgestufte Bohrung 3, wobei der Teil mit dem größeren Durchmesser zur Außenseite der Messzelle orientiert ist. In die Öffnung 3 ist ein Sendefenster 4 eingesetzt. Das Sendefenster 4 weist einen im dargestellten Beispiel kreiszy lindrischen Stab 5 aus Quarz oder Saphir auf. Der Stab 5 weist ein in das Innere des Durchgangs 2 gerichtetes Ende 6 auf, das eine Austrittsfläche bildet. Der Stab 5 ragt über die Innenwand 7 des Durchgangs 2 hinaus in das Innere des Durchgangs 2 hinein. An dem Stab 5 ist ein Ringelement 8 befestigt, beispielsweise festgeklebt. Das Ringelement 8 liegt mit einer ersten Schulter 9 an der Außenseite des Korpus 1 der Messzelle an. Die Position dieser Schulter 9 bestimmt also das Maß, um das das Ende 6 des Stabs 5 in den Durchgang 2 hineinragt.The measuring cell shown in FIG. 1 contains a body 1 with a circular cylindrical passage 2 passing through the body. The measuring cell is installed with facilities not shown in a line that leads a medium that is to be checked to a point of consumption for the medium. For example, it can be water that has a proportion of dissolved ozone. The proportion of ozone is to be measured with the measuring cell. The measuring cell contains a stepped bore 3 which extends through the wall of the measuring cell, the part with the larger diameter being oriented towards the outside of the measuring cell. A transmission window 4 is inserted into the opening 3 . The transmission window 4 has a circular-cylindrical rod 5 made of quartz or sapphire in the example shown. The rod 5 has an end 6 directed into the interior of the passage 2 , which forms an exit surface. The rod 5 projects beyond the inner wall 7 of the passage 2 into the interior of the passage 2 . On the rod 5 , a ring member 8 is attached, for example glued. The ring element 8 lies with a first shoulder 9 on the outside of the body 1 of the measuring cell. The position of this shoulder 9 thus determines the extent to which the end 6 of the rod 5 projects into the passage 2 .

Zwischen das dem inneren Ende 6 zugeordnete Ende 10 des Ringelements 8 und den Übergang der Bohrung 3 vom größeren zum kleineren Teil wird eine in der Figur nicht dargestellte Dichtung eingesetzt, die eine Abdichtung bewirkt.Between the end 10 of the ring element 8 assigned to the inner end 6 and the transition of the bore 3 from the larger to the smaller part, a seal, not shown in the figure, is inserted, which effects a seal.

Zur Fixierung des Sendefensters 4 ist auf die Außenseite des Korpus 1 eine Platte 11 aufgesetzt, die ebenfalls eine Stufenbohrung aufweist. Auf dem Übergang zwischen dem größe ren und kleineren Teil dieser Stufenbohrung liegt die Außen seite des Ringelements 8 an. Der Stab 5 selbst ragt bis fast an die Außenseite 12 des Plattenelements 11.To fix the transmission window 4 , a plate 11 is placed on the outside of the body 1 , which also has a stepped bore. On the transition between the larger and smaller part of this stepped bore, the outer side of the ring element 8 is applied . The rod 5 itself extends almost to the outside 12 of the plate element 11 .

Auf der dem Sendefenster 4 diametral gegenüberliegenden Seite der Messzelle ist eine identisch aufgebaute Einrichtung angeordnet, die ein Empfangsfenster 14 bildet.An identically constructed device, which forms a reception window 14, is arranged on the side of the measuring cell diametrically opposite the transmission window 4 .

In die Außenseite des Sendefensters 4 wird ein von einer Strahlungsquelle 15 kommender Lichtstrahl eingeleitet. Dieser Lichtstrahl 16 geht durch das Sendefenster 4 hindurch und tritt aus dessen Austrittsfläche 6 in den Durchgang 1. Seine Intensität wird durch das Medium zwischen dem Sendefenster 4 und dem Empfangsfenster 14 geschwächt. Der Lichtstrahl tritt dann in das Empfangsfenster 14 ein und aus diesem auf der Außenseite wieder aus. Dort gelangt der Lichtstrahl 16 durch ein Interferenzfilter 17 in einen Empfänger 18.A light beam coming from a radiation source 15 is introduced into the outside of the transmission window 4 . This light beam 16 passes through the transmission window 4 and passes from its exit surface 6 into the passage 1 . Its intensity is weakened by the medium between the transmission window 4 and the reception window 14 . The light beam then enters the reception window 14 and exits from it on the outside. There, the light beam 16 passes through an interference filter 17 into a receiver 18 .

Zum Herstellen einer Referenzmessung wird ein Teil des aus der Strahlungsquelle 15 austretenden Strahles über einen Strahlteiler 19 durch ein zweites Interferenzfilter 20 auf einen Referenzempfänger 21 geleitet. Aus einem Vergleich der von den beiden Empfängern 18, 21 gelieferten Werte kann man den Anteil beispielsweise von Ozon an dem durch den Durchgang 2 strömenden Wasser messen.To produce a reference measurement, part of the beam emerging from the radiation source 15 is directed via a beam splitter 19 through a second interference filter 20 to a reference receiver 21 . By comparing the values supplied by the two receivers 18 , 21 , the proportion of, for example, ozone in the water flowing through the passage 2 can be measured.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist der Abstand zwischen den beiden Enden der beiden Stäbe 5 kleiner als der Durchmesser des Durchgangs, so dass das Medium in einer Schicht gemessen wird, die kleiner ist als der Durchmesser des Durchgangs. Es ist auf diese Weise möglich, die Schichtdicke so zu bestim men, dass die für eine bestimmte Messung sinnvolle Schicht dicke erreicht wird. Diese Dicke kann unabhängig von dem Durchmesser des Durchgangs eingestellt werden, so dass die Strömung durch den Durchgang praktisch nicht beeinträchtigt wird. Es ist also eine Messung in situ möglich. Durch die beim Vorbeiströmen an den Enden der Stäbe 5 auftretenden Verwirbelungen kann zusätzlich dafür gesorgt werden, dass sich möglicherweise bildende Gasblasen, die zu einer Verfäl schung der Messung führen würden, schnell wieder abgelöst werden.As shown in FIG. 1, the distance between the two ends of the two rods 5 is smaller than the diameter of the passage, so that the medium is measured in a layer which is smaller than the diameter of the passage. In this way it is possible to determine the layer thickness in such a way that the layer thickness that is reasonable for a specific measurement is achieved. This thickness can be set independently of the diameter of the passage so that the flow through the passage is practically unaffected. A measurement in situ is therefore possible. Due to the turbulence occurring at the ends of the rods 5 as it flows past, it can additionally be ensured that possibly forming gas bubbles, which would lead to a falsification of the measurement, are quickly detached again.

Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht. Hierbei ist zu sehen, dass der Durchmesser der beiden Stäbe 5 im dargestellten Beispiel etwa dem halben Durchmesser des Durchgangs 2 entspricht. Es ist selbstverständlich auch möglich, in ihrem Durchmesser kleinere Stäbe 5 zu verwenden. Fig. 2 shows an end view. It can be seen here that the diameter of the two rods 5 in the example shown corresponds to approximately half the diameter of the passage 2 . It is of course also possible to use smaller rods 5 in their diameter.

Die Stäbe 5 sind so angeordnet, dass sie in gegenseitiger axialer Ausrichtung verlaufen, so dass das aus dem einen Stab austretende Licht direkt in den anderen Stab ohne Verluste eintritt.The rods 5 are arranged in such a way that they run in a mutual axial alignment, so that the light emerging from one rod enters the other rod directly without losses.

Claims

1. Measuring cell for photometric measurements on flowing media, with

1. 1.1 a passage ( 2 ) for the medium,
2. 1.2 a transmission window ( 4 ),
- 1. 1.2.1 which is arranged such that an optical signal ( 16 ) emerging from it is directed into the passage ( 2 ),
3. 1.3 a reception window ( 14 ),
- 1. 1.3.1 which is designed to receive the optical signal ( 16 ) emerging from the transmission window ( 4 ) and arranged, wherein
4. 1.4 the distance between the exit surface ( 6 ) of the transmission window ( 4 ) and the entry surface of the reception window ( 14 ) is smaller than the diameter of the passage ( 2 ).

2. Measuring cell according to claim 1, wherein the optical signal ( 16 ) is directed approximately transversely to the axis of the passage ( 2 ).

3. Measuring cell according to claim 1 or 2, in which the exit surface ( 6 ) of the transmission window ( 4 ) and the entry surface of the reception window ( 14 ) have the same distance from the axis of the passage ( 2 ).

4. Measuring cell according to one of the preceding claims, in which the transmission window ( 4 ) and the reception window ( 14 ) are identical and / or symmetrical to each other and / or arranged.

5. Measuring cell according to one of the preceding claims, in which the transmission window ( 4 ) and / or the reception window ( 14 ) have a rod ( 5 ) consisting of radiation-permeable material and projecting through the wall ( 7 ) of the passage ( 2 ).

6. Measuring cell according to claim 5, wherein the rod ( 5 ) is formed cylin drisch.

7. Measuring cell according to claim 5 or 6, wherein the rod ( 5 ) has an elliptical cross section.

8. Measuring cell according to one of claims 5 to 7, wherein the diameter of the rod ( 5 ) is at most about half as large as the diameter of the passage ( 2 ).

9. Measuring cell according to one of the preceding claims, in which the exit surface of the transmission window ( 4 ) and the entry surface of the reception window ( 14 ) lie in parallel planes.

10. Measuring cell according to one of the preceding claims, with a flow control device for detaching gas blow.

11. Measuring cell according to one of the preceding claims, in which the parts of the transmitting window ( 4 ) and / or the receiving window ( 14 ) projecting into the passage ( 2 ) have a surface texture preventing the adhesion of gas bubbles.