DE19908583A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der UV-Transmission fließender oder strömender Medien - Google Patents
Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der UV-Transmission fließender oder strömender MedienInfo
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Abstract
Die Ermittlung der UV-Transmission erfolgt durch Messung und Auswertung der Strahlungsstärke einer einen Bereich des Mediums durchstrahlenden UV-Strahlenquelle. Die emittierende Fläche der UV-Strahlenquelle ist teilweise in das strömende Medium und teilweise in einen Referenzraum erstreckt oder grenzt daran an. Zwei UV-Sensoren sind auf Bereiche gleicher Bestrahlungsstärke der emittierenden Fläche der UV-Strahlenquelle gerichtet, wobei der eine UV-Sensor im strömenden Medium und der andere UV-Sensor im Referenzraum angeordnet ist. Beide UV-Sensoren sind mit einer Meß- und Auswerteschaltung verbunden, die die Signale der UV-Sensoren vergleicht und auswertet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen
Ermittlung der UV-Transmission fließender oder strömender Me
dien, vorzugsweise Trinkwassers oder gereinigten Abwassers,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, mikrobiologisch kontaminierte Medien durch
UV-Bestrahlung zu desinfizieren. Die Desinfektionswirkung ist
dabei von der Beschaffenheit des Mediums abhängig. Verunrei
nigungen durch gelöste oder ungelöste Inhaltsstoffe reduzie
ren die wirksame Eindringtiefe der UV-Strahlung. Daher kann
es erforderlich sein, Medien parallel zur UV-Bestrahlung auf
ihre UV-Transmission und damit auf ihre Eignung für eine Des
infektion durch UV-Bestrahlung zu prüfen.
Der Erfindung liegt die Aufgaben zugrunde, eine Vorrichtung
zur Ermittlung der UV-Transmission strömender Medien zu
schaffen, die eine zuverlässige Auswertung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen
Merkmale gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin
dung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der weiteren
Beschreibung.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden eventuelle Meß
fehler durch Alterung, Temperatur- und Stromschwankungen so
wie andere Einflüsse, die die Strahlungsleistung der
UV-Strahlenquelle beeinträchtigen könnten, vermieden, indem die
selbe UV-Strahlenquelle sowohl für eine Messung der Bestrah
lungsstärke im strömenden Medium als auch in einem Referenz
raum ausgenutzt wird. Der Referenzraum ist dabei als Hohlraum
ausgebildet und kann mit einem Medium gefüllt sein. Bei dem
Medium kann es sich um ein festes, flüssiges oder gasförmiges
UV-durchlässiges Medium handeln. Dabei ist auch dasselbe
Grund-Medium möglich, das im zu desinfizierenden Medium ent
halten ist, also z. B. bei Abwasser als zu desinfizierendem
Medium reines Wasser als Grund-Medium. Entscheidend ist, daß
der Dämpfungsgrad der UV-Bestrahlungsstärke des Mediums im
Referenzraum bekannt ist. Die Kompensation eventueller Fehler
gelingt durch Vergleich der Meßsignale der beiden
UV-Sensoren.
Die UV-Sensoren können im gleichen Abstand zur emittierenden
Fläche der UV-Strahlenquelle oder in einem unterschiedlichen
Abstand angeordnet sein. Bei gleichem Abstand wird die Si
gnalverarbeitung dadurch vereinfacht, daß die Meßsignale der
beiden UV-Sensoren gleich gewichtet werden können. Bei unter
schiedlichem Abstand werden die Meßsignale in umgekehrter Ab
hängigkeit zum Abstand von der emittierenden Fläche der
UV-Strahlenquelle gewichtet. Hierdurch wird berücksichtigt, daß
die Bestrahlungsstärke mit zunehmendem Abstand von der emit
tierenden Fläche der UV-Strahlenquelle abnimmt.
Vorzugsweise erfassen die UV-Sensoren etwa in der Mitte der
UV-Strahlenquelle deren Strahlung. Da hier die Homogenität
der Strahlung besonders groß ist, ergeben sich besonders ge
naue Meßwerte.
Ist der Referenzraum nicht gegen das zu messende Medium abge
dichtet, so ist zweckmäßig der Abstand der UV-Sensoren gerade
so groß bemessen, daß innerhalb der Schwankungstoleranz der
Phasengrenzen zwischen dem Medium und dem Referenzraum der
eine UV-Sensor stets im Referenzraum und der andere UV-Sensor
stets im Medium angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich
der geringstmögliche Abstand zwischen den UV-Sensoren. Damit
ist auch sichergestellt, daß die Sensoren etwa den gleichen
Bestrahlungsstärkenbereich der uv-Strahlenquelle erfassen und
damit eine hohe Meßgenauigkeit erzielen.
Die angegebene Mindestlänge von 13 cm der emittierenden Flä
che der UV-Strahlenquelle garantiert, daß ein Bereich exi
stiert, in dem die Strahlungsstärke homogen ist. Dieser Be
reich ist insbesondere in der Mitte der UV-Strahlenquelle
vorhanden. Die weitere Angabe eines Maßes von 5 cm, mit dem
die UV-Strahlenquelle sich mindestens in das strömende Medium
und in den Referenzraum erstreckt, sorgt dafür, daß für eine
Messung jeweils Bereiche zur Verfügung stehen, die eine kon
stante Strahlungsstärke erwarten lassen.
Die UV-Strahlenquelle ist als zylindrische Gasentladungslampe
ausgebildet und in einem Schutzrohr angeordnet, das teilweise
in das strömenden Medium und teilweise in den Referenzraum
hineinragt. Auf diese Weise läßt sich die UV-Strahlenquelle
in einem üblicherweise zur Desinfektion verwendeten Gerinne
einsetzen, um dort an beliebiger Stelle die Messung vornehmen
zu können. Dabei ist durch die zylindrische Form der Gasent
ladungslampe sichergestellt, daß eine emittierende Fläche so
rende Fläche sowohl an das Medium als auch an den Referenz
raum angrenzen kann, so daß in beiden Bereichen dieselbe Be
strahlungsstärke der UV-Strahlenquelle zur Verfügung steht.
Vorzugsweise ist der UV-Strahlenquelle und dem im strömenden
Medium angeordneten UV-Sensor eine Reinigungsvorrichtung zu
geordnet. Mittels dieser Reinigungsvorrichtung wird eine
eventuelle Belagsbildung durch Wasserinhaltsstoffe, z. B.
durch Schwebstoffe auf dem UV-Sensor und auf der UV-Strahlen
quelle verhindert. Diese Beläge würden sonst mit der Zeit zu
nehmen und so zusätzlich die Dämpfung zwischen der
UV-Strahlenquelle und dem UV-Sensor erhöhen und das Meßergebnis
verfälschen. Durch Reinigung wird gewährleistet, daß das Meß
ergebnis sich ausschließlich auf die UV-Transmission des Me
diums selbst bezieht.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung umfaßt die Reinigungsvor
richtung einen ersten Abstreifer für die UV-Strahlenquelle
oder dessen Schutzrohr und einen zweiten Abstreifer für den
UV-Sensor. Dabei werden die beiden Abstreifer durch einen ge
meinsamen Linearantrieb intervallweise betätigt. Durch die
Ausbildung der Reinigungsvorrichtung als Abstreifer wird er
reicht, daß der Strahlengang zwischen der UV-Strahlenquelle
und dem UV-Sensor nur kurzzeitig unterbrochen wird und daher
auch die Messung nur kurzzeitig unterbrochen werden muß.
Durch die intervallweise Betätigung stehen einerseits ausrei
chend große Meßzeiten zur Verfügung und andererseits wird ei
ne regelmäßige Reinigung durchgeführt, so daß die Messung als
von Verunreinigungen unbeeinträchtigt betrachtet werden kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, daß der erste Abstreifer die
uv-Strahlenquelle oder dessen Schutzrohr ringförmig um
schließt oder ringabschnittförmig teilweise umschließt und
daß an diesem Ring oder Ringabschnitt der zweite Abstreifer
angebracht ist. Durch diese Ausgestaltung sind der erste und
zweite Abstreifer direkt miteinander gekoppelt und zusätzlich
auf der UV-Strahlenquelle oder dessen Schutzrohr geführt. Da
durch ist der optimale Abstand des ersten Abstreifers zur
UV-Strahlenquelle oder dessen Schutzrohr und des zweiten Ab
streifers zum UV-Sensor stets gewährleistet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Gerinne mit
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in
einer ersten Ausgestaltung und einer Aus
werteschaltung und
Fig. 2 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, jedoch
in einer zweiten Ausgestaltung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. In einem Gerinne, dessen Wand 10 teilweise ge
schnitten dargestellt ist, steht der Pegel eines strömenden
Mediums 12 bis zum Spiegel 14. In diesem Gerinne ist eine
UV-Strahlenquelle 16 in einem Schutzrohr 18 angeordnet. Das
Schutzrohr 18 taucht teilweise in das strömende Medium 12
ein, aber ein weiterer oberer Teil befindet sich außerhalb
des strömenden Mediums 12. Dieser obere Bereich bildet einen
Referenzraum 20 in offener Bauweise. Der Referenzraum 20 ist
hier also von der umgebenden Atmosphäre erfüllt. In einem
gleichen Abstand zum Schutzrohr 18 bzw. zur UV-Strahlenquelle
16 sind UV-Sensoren 22, 24 angeordnet. Der eine UV-Sensor 22
befindet sich oberhalb des Spiegels 14 des Mediums 12, also
im Referenzraum 20, während der andere UV-Sensor 24 innerhalb
des strömenden Mediums 12, also unterhalb dessen Spiegel 14
angeordnet ist. Beide UV-Sensoren 22, 24 liegen parallel und
befinden sich in derselben vertikalen Ebene.
Von den beiden UV-Sensoren 22, 24 führen Meßleitungen 26, 28
zu einer Auswerteschaltung 30. Diese Auswerteschaltung 30
liefert gleichzeitig auch die Energie zur Speisung der
UV-Strahlenquelle 16.
Zusätzlich ist eine Reinigungsvorrichtung 32 vorgesehen, die
einen ersten Abstreifer 34 für die UV-Strahlenquelle 16 oder
dessen Schutzrohr 18 umfaßt und eine zweiten Abstreifer 36
für den UV-Sensor 24 innerhalb des Mediums 12. Der erste Ab
streifer 34 ist ringabschnittförmig ausgeführt und umschließt
teilweise das Schutzrohr 18 der UV-Strahlenquelle 16. An die
sem Ringabschnitt 38 ist der zweite Abstreifer 36 angebracht.
Die beiden Abstreifer 34, 36 sind mit einem Hubzylinder 40
gekoppelt, der einen Linearantrieb bildet. Der Hubzylinder 40
wird intervallweise betätigt, so daß nach einem ersten Hub
die Abstreifer 34, 36 z. B. in eine obere Endlage und nach ei
nem zweiten Hub die Abstreifer 34, 36 in eine untere Endlage
gelangen. Durch den ersten Abstreifer 34 wird die
UV-Strahlenquelle 16 oder dessen Schutzrohr 18 gereinigt.
Die Meß- und Auswerteschaltung wertet die von den UV-Sensoren
22, 24 erhaltenen Meßwerte aus, indem die Strahlungsstärken
der von den beiden UV-Sensoren 22, 24 aufgenommenen UV-Strah
lung miteinander verglichen werden. Durch den Vergleich mit
einem in einem Referenzraum 20 gewonnenen Referenzwert lassen
sich Fehler kompensieren, die durch Temperaturschwankungen
oder durch Alterungserscheinungen der UV-Strahlenquelle 16
hervorrufen werden. Nach Vergleich können dann die auf eine
Referenz bezogenen Meßwerten eine Angabe über die UV-Trans
mission des strömenden Mediums liefern, indem die Meßwerte
tabellarisch oder über eine Zuordnungsfunktion mit bestimmten
UV-Transmissionskriterien verknüpft werden.
Als Folge der Auswertung kann beispielsweise die Strömung des
Mediums 12 im Gerinne oder die Strahlungsleistung der
UV-Strahlenquelle 16 verändert werden, um die Desinfektionswir
kung einer sich ändernden UV-Transmission anzupassen. Auch
kann eine bei Über- oder unterschreiten von Grenzwerten vor
gesehene Meldung ausgegeben werden, z. B. daß das strömende
Medium 12 zu stark verunreinigt ist, um erfolgreich durch
UV-Strahlung desinfiziert zu werden.
Während bei der ersten Ausgestaltung nach Fig. 1 der Refe
renzraum 20 offen ist, zeigt die in Fig. 2 dargestellte zwei
te Ausgestaltung einen geschlossenen Referenzraum 20, der ge
gen das strömende Medium 12 durch Dichtungen 42 abgedichtet
ist. Der Referenzraum 20 kann mit einem gasförmigen Medium
aus Luft oder einen Schutzgas gefüllt seien. Um eine Konde
satbildung im Referenzraum 20 durch eindiffundierende Be
standteile des strömenden Mediums 12 und eine daraus resul
tierende Beeinträchtigung der UV-Transmission zu verhindern,
kann auch ein flüssiges oder festes Medium eingesetzt werden.
Es können auch unterschiedliche Abstände der UV-Sensoren 22,
24 von der UV-Strahlenquelle 16 gewählt werden. So könnte der
UV-Sensor 22 im Referenzraum 20 auch unmittelbar an der Wand
des Schutzrohres 18 angebracht werden. Durch die unterschied
lichen Abstände zur UV-Strahlenquelle 16 müßten dann aller
dings die Meßsignale unterschiedlich gewichtet werden.
Um eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Messung
zu gewährleisten, sind den UV-Sensoren 22, 24 Blenden 44 zu
geordnet, die den Öffnungswinkel definiert einschränken.
10
Wand
12
Medium
14
Flüssigkeitsspiegel
16
UV-Strahlenquelle
18
Schutzrohr
20
Referenzraum
22
,
24
UV-Sensoren
26
,
28
Meßleitungen
30
Auswerteschaltung
32
Reinigungsvorrichtung
34
,
36
Abstreifer
38
Ringabschnitt
40
Hubzylinder
42
Dichtungen
44
Blenden
Claims (13)
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Ermittlung der
UV-Transmission fließender oder strömender Medien (12), vorzugs
weise Trinkwassers oder gereinigten Abwassers, durch Messung
und Auswertung der Bestrahlungsstärke einer einen Bereich des
Mediums (12) durchstrahlenden UV-Strahlenquelle (16), dadurch
gekennzeichnet, daß Bereiche gleicher UV-Bestrahlungsstärke
der emittierenden Fläche der UV-Strahlenquelle (16) sowohl in
das strömende Medium (12) als auch in einen Referenzraum (20)
erstreckt sind oder daran angrenzen, daß zwei UV-Sensoren
(22, 24) auf die Bereiche gleicher UV-Bestrahlungsstärke der
emittierenden Fläche der UV-Strahlenquelle (16) gerichtet
sind, wobei der eine UV-Sensor (22) im strömenden Medium (12)
und der andere UV-Sensor (24) im Referenzraum (20) angeordnet
ist, und daß beide UV-Sensoren (22, 24) mit einer Meß- und
Auswerteschaltung (30) verbunden sind, die die Signale der
UV-Sensoren (22, 24) vergleicht und auswertet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Referenzraum (29) als Hohlraum ausgebildet ist, der leer
ist oder mit einem UV-durchlässigen Medium gefüllt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das UV-durchlässige Medium ein festes, flüssiges oder gasför
miges Medium ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das UV-durchlässige Medium dasselbe Grund-Medium ist, das
auch im zu desinfizierenden Medium enthalten ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die UV-Sensoren (22, 24) im gleichen Ab
stand zur emittierenden Fläche der UV-Strahlenquelle (16) an
geordnet sind und ihre Ausgangssignale gleich gewichtet wer
den.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die UV-Sensoren (22, 24) in unterschied
lichem Abstand zur emittierenden Fläche der UV-Strahlenquelle
(16) angeordnet sind und ihre Ausgangssignale in umgekehrter
Abhängigkeit zum Abstand von der emittierenden Fläche der
UV-Strahlenquelle (16) gewichtet werden.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die UV-Sensoren (22, 24) etwa in der Mit
te der UV-Strahlenquelle (16) deren Strahlung erfassen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand der UV-Sensoren (22, 24) ge
rade so groß bemessen ist, daß innerhalb der Schwankungstole
ranz der Phasengrenzen zwischen dem Medium (12) und dem Refe
renzraum (20) der eine UV-Sensor (22) stets im Referenzraum
(20) und der andere UV-Sensor (24) stets im Medium (12) ange
ordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die emittierende Fläche der
UV-Strahlenquelle (16) wenigstens 13 cm lang ist und wenigstens
5 cm in das strömende Medium (12) und wenigstens 5 cm in ei
nen Referenzraum (20) erstreckt ist oder daran angrenzt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die UV-Strahlenquelle (16) als zylindri
sche Gasentladungslampe ausgebildet ist und in einem Schutz
rohr (18) angeordnet ist, das teilweise in das strömenden Me
dium (12) und teilweise in den Referenzraum (20) hineinragt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der UV-Strahlenquelle (16) und dem im
strömenden Medium (12) angeordneten UV-Sensor (24) eine Rei
nigungsvorrichtung (32) zugeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reinigungsvorrichtung (32) einen ersten Abstreifer
(34) für die UV-Strahlenquelle (16) oder dessen Schutzrohr
(18) und einen zweiten Abstreifer (36) für den UV-Sensor (24)
umfaßt, wobei die beiden Abstreifer (34, 36) durch einen ge
meinsamen Linearantrieb (40) intervallweise betätigt werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Abstreifer (34) die UV-Strahlenquelle oder des
sen Schutzrohr ringförmig umschließt und an diesem Ring der
zweite Abstreifer (36) angebracht ist.
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