DE19939335A1 - Turbidity measurement, e.g. for vehicle exhausts; involves irradiating carrier medium for substance to be measured both with and without substance - Google Patents

Turbidity measurement, e.g. for vehicle exhausts; involves irradiating carrier medium for substance to be measured both with and without substance

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Abstract

The method involves irradiating a carrier medium for a substance to be measured once with and once without the substance. The detector signals are compard to determine the turbidity degree of substance. To correct for influences on the detector signals independently of the substance to be measured, these types of influences are quantified using independent calibration operations, and are used to correct the detector signals with the measurement. Preferably, the carrier medium is irradiated using visible light. An Independent claim is included for a device for implementing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Trübungsmeßverfahren, wobei ein Trägermedium für die zu messende Substanz einmal mit dieser und einmal ohne diese mit elektro­ magnetischer Strahlung, vorzugsweise im Bereich sichtbaren Lichtes, durch­ strahlt und aus einem Vergleich von dabei ermittelten Detektorsignalen die Trübung durch die zu messende Substanz bestimmt wird. Weiters betrifft die Erfindung auch eine Trübungsmeßvorrichtung, mit einer Meßkammer, welche eine Zuleitung und eine Ableitung für ein Trägermedium und die zu messende Substanz aufweist, einer Strahlungsquelle und einem Detektor, sowie einer Auswerteeinrichtung, welche aus einem Vergleich der Detektorsignale nach Durchstrahlung des die Meßkammer durchströmenden Trägermediums einmal mit und einmal ohne die zu messende Substanz die Trübung durch diese bestimmt.The invention relates to a turbidity measuring method, wherein a carrier medium for the substance to be measured once with this and once without it with electro magnetic radiation, preferably in the range of visible light radiates and from a comparison of the detected detector signals Turbidity is determined by the substance to be measured. Furthermore, the Invention also a turbidity measuring device, with a measuring chamber, which a Inlet and one outlet for a carrier medium and the one to be measured Has substance, a radiation source and a detector, and one Evaluation device, which is based on a comparison of the detector signals Radiation of the carrier medium flowing through the measuring chamber once with and once, without the substance to be measured, the turbidity is determined by this.

Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der EP 586 363 A1, der EP 468 074 A1 oder auch der AT 2226 U1 bekannt und ermöglichen Absorptions- oder Extinktionsmessungen von elektromagnetischer Strahlung beispielsweise zur quantitativen Abgasanalyse an Fahrzeug-Brennkraftmaschinen. Derartige Vorrichtungen, bei denen die Extinktion bzw. Trübung von sichtbarem Licht durch feste Partikel im Gasstrom als Meßwert herangezogen wird, werden im allgemeinen als Opazimeter bezeichnet. Sie weisen eine Meßkammer, durch die der partikelbeladene Gas­ strom geführt wird, auf. Von der Seite der Strahlungsquelle aus, welche zur Meßkammer hin zumeist durch optische Fenster begrenzt wird, wird Strahlung durch die Meßkammer in Richtung zum Detektor hin gesandt.Methods and devices of the type mentioned are for example from EP 586 363 A1, EP 468 074 A1 or AT 2226 U1 known and allow absorption or extinction measurements of electromagnetic radiation, for example for quantitative exhaust gas analysis on vehicle internal combustion engines. Such devices in which the Extinction or turbidity of visible light due to solid particles in the gas flow is used as a measured value, are generally called opacimeters designated. They have a measuring chamber through which the particle-laden gas current is carried on. From the side of the radiation source which leads to the The measuring chamber is mostly limited by optical windows, becomes radiation sent through the measuring chamber towards the detector.

Wird beispielsweise saubere, nicht mit der zu messenden Substanz bzw. den nachzuweisenden Partikeln beladene Luft durch die Meßkammer gesaugt, so wird am Detektor eine bestimmte Intensität I0 ( = Nullwert; bzw. U0 = zu­ gehöriges Nullsignal) registriert. Bei zunehmender Beladung des Gasstromes mit der zu messenden Substanz sinkt die am Detektor registrierbare Intensität auf I ab, wobei das bekannte Beer Lambert'sche Gesetz gilt. Zum Beispiel zur Messung der Emission von Dieselmotoren sind Vorrichtungen und Verfahren der beschriebenen Art seit langem im Einsatz.If, for example, clean air not loaded with the substance to be measured or the particles to be detected is sucked through the measuring chamber, a certain intensity I 0 (= zero value; or U 0 = associated zero signal) is registered on the detector. With increasing loading of the gas flow with the substance to be measured, the intensity that can be recorded on the detector drops to I, whereby the well-known Beer-Lambert law applies. For example, for measuring the emission of diesel engines, devices and methods of the type described have been in use for a long time.

Weitere Details der Meßanordnung bzw. entsprechender Vorrichtungen und Verfahren nach dem Stande der Technik, wie etwa Spülluftvorhänge zum Sauber­ halten der optischen Fenster, optische Filter zum Selektieren von bestimmten Wellenlängen, Linsen zur Bündelung der Strahlung, u. s. w. werden hier und im folgenden der Einfachheit halber nicht angesprochen, da sie im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unwesentlich sind.Further details of the measuring arrangement or corresponding devices and Prior art methods such as purge air curtains to clean hold the optical window, optical filters to select certain Wavelengths, lenses for focusing the radiation, etc. are here and in the following for the sake of simplicity not addressed as they are related are immaterial to the present invention.

Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren der genannten Art ist insbesonders der Umstand, daß auf Grund der in den letzten Jahren rapide abnehmenden Rußemission beispielsweise der genannten Dieselmotoren die bekannten bzw. am Markt befindlichen Opazimeter praktisch an ihre Auflösungs­ grenze gelangt sind, sodaß bereits kleinste Auswirkungen verschiedenster Einflüsse bei der Ermittlung kleiner Trübungswerte (unter 1%) nicht mehr tolerierbar sind.Disadvantages of the known devices and methods mentioned above Art is especially the fact that due to the in recent years rapidly decreasing soot emissions, for example of the diesel engines mentioned known or on the market opacimeter practically to their resolution limit have reached, so that even the smallest effects of the most varied Influences when determining small turbidity values (below 1%) no longer are tolerable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die erwähnten Nachteile der bekannten Vorrichtungen und Verfahren vermieden werden und daß insbesonders mit einfachen Maßnahmen genaue und empfindliche Trübungs­ messungen auch bei kleinen Trübungswerten möglich sind.The object of the present invention is to provide a method and a To improve the device of the type mentioned so that the mentioned Disadvantages of the known devices and methods are avoided and that especially with simple measures precise and sensitive turbidity measurements are also possible with low turbidity values.

Zur Lösung der angesprochenen Aufgabe geht die vorliegende Erfindung von folgenden Überlegungen bzw. Erkenntnissen betreffend das Auftreten von von der zu messenden Substanz unabhängigen Einflüssen auf die Detektorsignale aus:
To solve the problem addressed, the present invention is based on the following considerations or findings relating to the occurrence of influences on the detector signals that are independent of the substance to be measured:

  • 1. Die Lichtintensität üblicher kompakter, kostengünstiger Lichtquellen, z. B. Halogenlampen oder LED's, ist nicht ausreichend konstant.1. The light intensity of common compact, inexpensive light sources, z. B. halogen lamps or LEDs, is not sufficiently constant.
  • 2. Die Empfindlichkeit des Detektors (Photoempfängers) ist abhängig von der Temperatur.2. The sensitivity of the detector (photo receiver) depends on the temperature.
  • 3. Die "Übertragungsfunktion" zwischen Lichtquelle und Detektor ist bei Temperatur- oder Druck-Änderungen nicht ausreichend konstant.3. The "transfer function" between light source and detector is at Changes in temperature or pressure are not sufficiently constant.

Der Grund für die unzureichende Konstanz ist auf folgende Phänomene zurückzuführen:The reason for the insufficient constancy is due to the following phenomena attributed to:

1) Lichtquelle1) light source

Die Lichtemission von LEDs ist sehr stark von Schwankungen der Umgebungstemperatur, die Emission von Halogenlampen von kleinsten, z. B. thermisch bedingten, Änderungen im Übergangswiderstand zwischen Lampe und Sockel (und die dadurch bedingten nicht vernachlässigbaren Stromänderungen durch die Lampe) abhängig.The light emission of LEDs is very much dependent on fluctuations in the Ambient temperature, the emission of halogen lamps from the smallest, e.g. B. thermally induced changes in the contact resistance between lamp and Base (and the resulting non-negligible changes in current by the lamp).

2) Detektor2) detector

Für moderne Si-Detektoren werden Temperaturempfindlichkeiten von 0,01%/°C spezifiziert. Allerdings müssen solche Detektoren z. B. in Print­ platten eingelötet werden, die u. a. die Vorverstärkerelektronik enthalten. Der Verstärkungsfaktor dieses Vorverstärkers wird durch einen "Rückkoppel­ widerstand" bestimmt, dessen Temperaturempfindlichkeit ebenfalls 0,01% bis 0,02%/°C beträgt. Zusätzlich können an den Lötstellen Thermospannungen auftreten, die ebenfalls eine Signaldrift mit der Temperatur bewirken.For modern Si detectors, temperature sensitivities of 0.01% / ° C specified. However, such detectors must e.g. B. in print plates are soldered in, which among other things. contain the preamplifier electronics. The gain of this preamplifier is controlled by a "feedback" resistance ", whose temperature sensitivity is also 0.01% to 0.02% / ° C. In addition, thermal voltages can occur at the soldering points occur, which also cause a signal drift with temperature.

3) Übertragungsfunktion3) transfer function

Lichtstrahlen zwischen einer ausgedehnten Lichtquelle und einem Detektor können nicht ohne großen Aufwand an optischen Komponenten völlig parallel gemacht werden. Daher erfahren bei einer üblichen Anordnung jene Licht­ strahlen, die das Meßvolumen unter einem kleinen Winkel durchsetzen (≦ 1°), an Temperaturgradienten des Meßmediums eine Ablenkung derart, daß je nach Temperaturgradient mehr oder weniger Lichtintensität auf den Detektor gelangt (Stichwort "thermische Gradientenlinse"), siehe auch Fig. 2 und 3.Light beams between an extended light source and a detector cannot be made completely parallel without a great deal of effort on optical components. In a conventional arrangement, therefore, those light rays that penetrate the measuring volume at a small angle (≦ 1 °) are deflected at temperature gradients of the measuring medium in such a way that, depending on the temperature gradient, more or less light intensity reaches the detector (keyword "thermal gradient lens") ), see also Figs. 2 and 3.

Die Effekte 1) bis 3) bewirken, daß der "Nullwert" des Trübungssignals bei geringen Änderungen der thermischen Verhältnisse (Umgebungstemperatur, Probentemperatur, . . .) sich ändert. Änderungen in der Größenordnung von 1% sind im praktischen Betrieb durchaus nicht ungewöhnlich. The effects 1 ) to 3) have the effect that the "zero value" of the turbidity signal changes with small changes in the thermal conditions (ambient temperature, sample temperature,...). Changes in the order of magnitude of 1% are by no means uncommon in practical operation.

Um solche Änderungen des "Nullwertes" zu vermeiden, ist nach dem Stand der Technik eine aufwendige thermische Konditionierung von Lichtquellenraum, Detektor, Meßkammer und Meßmedium erforderlich. Um die Probleme der Änderung der Lichtemission (Pkt. 1) zu vermeiden, werden im allgemeinen für empfindliche Trübungsmessungen über einen "Referenzdetektor" Intensitäts­ schwankungen der Lichtquelle erfaßt und bei der Datenverarbeitung kompensiert. Auch diese Methode ist mit einigem Aufwand verbunden, da der "Referenzdetektor" ebenso wie der Meßdetektor für empfindliche Trübungs­ messungen thermostatisiert werden muß (Pkt. 2) und eine zweite empfindliche elektronische Signal-Nachverarbeitung erforderlich wird. Dies bewirkt nicht nur einen erhöhten Aufwand bei Material und Fertigung. Es ist auch einsichtig, daß die Lichtstrahlen von der Lichtquelle zu Meß- und Referenzdetektor verschiedene Wege durchlaufen müssen. Geringe, z. B. durch minimale thermische Bewegungen von Blenden im optischen Strahlengang bedingte, Änderungen der Lichtintensität können durch die Zwei-Detektor­ anordnung nicht kompensiert werden. Sind die Änderungen gegenläufig, so kann die Zwei-Detektoranordnung sogar zu größeren Driften führen als eine Ein- Detektoranordnung.In order to avoid such changes of the "zero value", according to the state the technology an elaborate thermal conditioning of the light source room, Detector, measuring chamber and measuring medium required. To the problems of change to avoid light emission (point 1) are generally used for sensitive turbidity measurements using a "reference detector" intensity fluctuations in the light source detected and in the data processing compensated. This method is also associated with some effort, since the "Reference detector" as well as the measuring detector for sensitive turbidity measurements must be thermostated (point 2) and a second sensitive electronic signal post-processing is required. This does not work only an increased effort in material and production. It is also understand that the light rays from the light source to measurement and Reference detector must go through different paths. Low, e.g. B. by minimal thermal movements of apertures in the optical beam path conditional, changes in light intensity can be caused by the two-detector arrangement cannot be compensated. If the changes are contrary, then can the two-detector arrangement even lead to greater drifts than a single Detector arrangement.

Beim Verfahren der eingangs genannten Art wird nun erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur Korrektur von von der zu messenden Substanz unabhängigen Einflüssen auf die Detektorsignale derartige Einflüsse in jeweils unabhängigen Kalibriervorgängen quantifiziert und zur Korrektur der Detektor­ signale bei der Messung verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt gegenüber dem angesprochenen Stand der Technik eine wesentliche Vereinfachung. Bei sorgfältigen Untersuchungen wurde nämlich überraschender­ weise gefunden, daß sich die registrierte Lichtintensität am Detektor bei Änderungen des Lampenstromes und bei Änderungen der Temperatur von Licht­ quellenraum, Detektor, "einströmenden Meßmedium" und Meßzelle jeweils un­ abhängig und reproduzierbar ändert. In the method of the type mentioned at the outset, according to the invention provided that for the correction of independent of the substance to be measured Influences on the detector signals such influences in each case independent calibration processes quantified and correcting the detector signals are used in the measurement. The inventive method brings an essential factor compared to the state of the art mentioned Simplification. Careful investigations became more surprising wisely found that the registered light intensity at the detector at Changes in the lamp current and changes in the temperature of light source space, detector, "incoming measuring medium" and measuring cell each un dependent and reproducible changes.

Wird das Signal des Meßdetektors entsprechend den vorher festgestellten Zusammenhängen mit dem gemessenen Lampenstrom und/oder den gemessenen Temperaturen geeignet korrigiert, so kann man einen über lange Zeit besser als 1% stabilen "Nullwert" messen, was ohne diese Korrekturen nicht möglich ist.If the signal of the measuring detector corresponds to the previously determined Correlations with the measured lamp current and / or the measured Corrected temperatures appropriately, so you can get better over a long period of time measure as 1% stable "zero value", which is not possible without these corrections is.

Die entsprechende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trübungsmeß­ vorrichtung besteht darin, daß unabhängige Kalibriersensoren vorgesehen sind, die mit der Auswerteeinrichtung in Verbindung stehen und deren Korrektur­ signale dieser zur Korrektur von von der zu messenden Substanz unabhängigen Einflüssen auf die Detektorsignale zugeführt sind. Die Kalibriersensoren bzw. die entsprechenden Messungen sind untereinander wie angesprochen jeweils voneinander unabhängig, da auch die entsprechenden Änderungen der am Detektor registrierten Intensitäten voneinander unabhängig sind. Davon abgesehen sind die jeweiligen Kalibriersensoren für einen bestimmten Einfluß natürlich sowohl für die Nullmessung als auch für eigentliche Messung die gleichen.The corresponding embodiment of the turbidity measurement according to the invention device consists in that independent calibration sensors are provided, which are connected to the evaluation device and their correction signals this for correction of those independent of the substance to be measured Influences on the detector signals are fed. The calibration sensors resp. the corresponding measurements are among each other as mentioned independent of each other, as the corresponding changes to the detector registered intensities are independent of each other. That being said the respective calibration sensors for a certain influence, of course the same for the zero measurement as well as for the actual measurement.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der entsprechenden Trübungsmeßvorrichtung sind in den Ansprüchen beschrieben und werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei einen schematischen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Trübungsmeßvorrichtung, Fig. 2 und 3 zeigen schematisch aufgeschnittene Meßkammern zur Demonstration der Einflüsse unterschiedlicher Temperaturen, Fig. 4 bis 6 zeigen Details von Anordnung und Kontaktierung einer hier aus zwei Halogenlampen bestehenden Strahlungsquelle und Fig. 7 und 8 zeigen Details der Temperaturmessung im Bereich des Detektors.Further advantageous embodiments of the method according to the invention and of the corresponding turbidity measuring device are described in the claims and are explained in more detail below with reference to the drawings. Fig. 1 shows a schematic partial section through an inventive Trübungsmeßvorrichtung, Fig. 2 and 3 schematically show cut-measuring chambers for demonstrating the influence of different temperatures, Fig. 4 to 6 show details of assembly and contacting an existing here, two halogen lamps radiation source and Fig. 7 and 8 show details of the temperature measurement in the area of the detector.

Die im folgenden beschriebenen speziellen Formalismen sind für die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das entsprechende Verfahren durchaus charakteristisch, was aber nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Vielmehr wurde festgestellt, daß sich prinzipiell für jede entsprechende Anordung geeignete Korrektur- bzw. Kalibierparameter ermitteln lassen. Wichtig ist die Tatsache, daß sich der "Nullwert" für eine Trübungsanordung durch Messung der Lampenströme bzw. -spannungen und der angegebenen Temperaturen und Drücke auf einen konstanten Wert auch bei veränderlichen Umgebungsbedingungen kompensieren läßt.The special formalisms described below are for the The device according to the invention and the corresponding method are definitely characteristic, which is not to be understood as a limitation. Much more it was found that in principle for each corresponding arrangement Have suitable correction or calibration parameters determined. That is important The fact that the "zero value" for a turbidity arrangement is determined by measurement the lamp currents or voltages and the specified temperatures and pressures to a constant value even with changing environmental conditions can compensate.

Die in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Vorrichtung weist eine im wesentlichen rohrförmige Meßkammer 1 auf, welche auf der in der Darstellung rechten Seite eine Strahlungsquelle 2 und auf der in der Darstellung linken Seite einen Detektor 3 aufweist. Weiters ist eine Auswerteeinrichtung 4 vorgesehen, welche aus einem Vergleich der Detektorsignale nach Durchstrahlung des die Meßkammer über einen Anschluß 5 durchströmenden Trägermediums einmal mit und einmal ohne die zu messende Substanz die Trübung durch diese bestimmt und zusätzlich mit Kalibriersensoren 18-24 verbunden ist.The device shown by way of example in FIG. 1 has an essentially tubular measuring chamber 1 which has a radiation source 2 on the right-hand side in the illustration and a detector 3 on the left-hand side in the illustration. Furthermore, an evaluation device 4 is provided, which determines the turbidity caused by a comparison of the detector signals after irradiation of the carrier medium flowing through the measuring chamber via a connection 5 , once with and once without the substance to be measured, and is additionally connected to calibration sensors 18-24 .

Die Meßkammer 1 ist hier im Bereich ihrer beiden Enden schwimmend in einem Außengehäuse 6 gelagert, was temperaturbedingte Verformungsprobleme reduziert. Weiters sind im Bereich der offenen Enden der Meßkammer 1 Spül­ bereiche 7 vorgesehen, denen auf hier nicht dargestellte Weise zum Beipiel saubere Umgebungsluft zugeführt wird, damit Fenster 8 vor der Strahlungs­ quelle 2 bzw. dem Detektor 3 nicht durch die zu messende Substanz ver­ unreinigt werden. Die Spülluft wird zusammen mit dem Trägermedium bzw. der zu messenden Substanz über Ableitanschlüsse 9 abgeleitet.The measuring chamber 1 is floatingly mounted in an outer housing 6 in the area of its two ends, which reduces temperature-related deformation problems. Furthermore, in the area of the open ends of the measuring chamber 1 rinsing areas 7 are provided, which in a manner not shown here, for example, clean ambient air is supplied so that window 8 in front of the radiation source 2 or the detector 3 are not contaminated by the substance to be measured ver . The scavenging air is diverted together with the carrier medium or the substance to be measured via discharge connections 9 .

Die Strahlungsquelle 2 kann beispielsweise gemäß Fig. 4 bis 6 aus zwei Halogenlampen oder auch LED's bestehen - als Detektor 3 kann beispielsweise ein Siliziumdetektor verwendet werden, dem üblicherweise im Bereich des Fensters 8 noch Farbfilter, Wärmestrahlungsfilter, Fokussierlinsen und der­ gleichen vorgeschaltet sein können.The radiation source 2, for example, according to Figures 4 to 6 consists of two halogen lamps or LED's consist -. As the detector 3 may, for example, a silicon detector may be used, which typically can be connected upstream of the area of the window 8 nor color filters, thermal radiation filters, focusing lenses and the like.

Werden gemäß den Fig. 4 bis 6 als Lichtquelle 2 eine oder mehrere Halogenlampen 10 verwendet, so müssen diese in einer erfindungsgemäßen Anordnung mit konstanter Spannung versorgt und ihr Strom gemessen werden. If, according to FIGS. 4 to 6, one or more halogen lamps 10 are used as the light source 2 , they must be supplied with constant voltage in an arrangement according to the invention and their current measured.

Typische Werte für 5 W Halogenlampen sind 12 V Spannungsversorgung und ent­ sprechend 420 mA Strom. Die Spannung wird mit einer üblichen Konstant­ spannungsschaltung auf 0,1 mV konstant gehalten. Schaltungen für die Erzeugung einer auf 0,1 mV konstanten Spannung sind an sich nach dem Stand der Technik bekannt. Allerdings ist es dafür wesentlich, die Spannung an der Lampe der Schaltung über eine "Sense" Leitung 11 zuzuführen, ohne Ver­ fälschung des Wertes durch Spannungsabfälle an den strombelasteten Kontakten der Lampenfassung. Üblicherweise treten an solchen Kontakten Übergangs­ widerstände auf, welche sich bei Temperaturänderungen, Alterung, Luft­ feuchteänderung etc. ändern (10 µΩ bewirken eine Stromänderung von 0,12 mA, wodurch sich die Leistung der Lampe um 0,03% ändert). Es ist daher erforderlich, die (hochohmigen) "Sense" Leitungen 11 derart auszulegen, daß sie zwischen den strombelasteten Kontakten 14 der Spannungszuführung und der Glühwendel selbst die Spannung erfassen. Eine Vorrichtung, die diese Aufgabe erfüllt, ist in Fig. 4 bis 6 angedeutet: die Lampe 10 ist an der Ober- und Unterseite einer Printplatte 12 (Fig. 5 zeigt diese von oben und Fig. 6 von unten) verlötet. Dies ermöglicht einerseits einen mechanisch stabilen Sitz der Lampe 10, andererseits die stromlose Spannungsmessung über die "Sense" Leitungen 11 an der Oberseite der Printplatte 12, die ja zwischen den strom­ führenden Kontakten 14 (an der unteren Leiterbahn der Printplatte) und der "Glühwendel" die Spannung mißt.Typical values for 5 W halogen lamps are a 12 V power supply and a corresponding 420 mA current. The voltage is kept constant at 0.1 mV with a conventional constant voltage circuit. Circuits for generating a voltage constant to 0.1 mV are known per se from the prior art. However, it is essential for this to supply the voltage at the lamp to the circuit via a "sense" line 11 without falsifying the value due to voltage drops at the current-loaded contacts of the lamp socket. Transition resistances usually occur at such contacts, which change with temperature changes, aging, changes in air humidity, etc. (10 µΩ cause a current change of 0.12 mA, which changes the output of the lamp by 0.03%). It is therefore necessary to design the (high-resistance) "sense" lines 11 in such a way that they detect the voltage between the current-loaded contacts 14 of the voltage supply and the incandescent filament itself. A device that fulfills this task is indicated in FIGS. 4 to 6: the lamp 10 is soldered to the top and bottom of a printed circuit board 12 ( FIG. 5 shows this from above and FIG. 6 from below). This enables, on the one hand, a mechanically stable seat of the lamp 10 and , on the other hand, the currentless voltage measurement via the "Sense" lines 11 on the top of the printed circuit board 12 , which is between the current-carrying contacts 14 (on the lower conductor track of the printed circuit board) and the "incandescent filament" the tension measures.

Zusätzlich ist ein Temperaturfühler 13 (Kalibriersensor 22 in Fig. 1) an der Printplatte unten montiert, der die Temperatur (TL) in der Umgebung der Lampen 10 mißt, ohne von der Strahlungswärme der Lampen 10 erhitzt zu werden. Diese Anordnung ermöglicht es, in einem einmaligen Kalibriervorgang die Abhängigkeit des "Nullwertes" vom Strom durch die Lampen (IL) (Kalibrier­ sensor 24 in Fig. 1) und von der Temperatur in der Umgebung der Lampen (TL) zu ermitteln. Der "Nullwert" kann beispielhaft der Spannungswert am Detektor (3 in Fig. 1) sein, und der Kalibriervorgang beispielsweise eine Korrektur dieses Wertes folgendermaßen liefern:
In addition, a temperature sensor 13 (calibration sensor 22 in FIG. 1) is mounted at the bottom of the printed circuit board, which measures the temperature (T L ) in the vicinity of the lamps 10 without being heated by the radiant heat of the lamps 10. This arrangement makes it possible to determine the dependence of the "zero value" on the current through the lamps (I L ) (calibration sensor 24 in FIG. 1) and on the temperature in the vicinity of the lamps (T L ) in a single calibration process. The "zero value" can be, for example, the voltage value at the detector ( 3 in FIG. 1), and the calibration process can, for example, provide a correction of this value as follows:

UDet korr = UDet meß(1 + a(IL-IL 0) + c (TL-TL 0)).U Det corr = U Det meas (1 + a (I L -I L 0 ) + c (T L- T L 0 )).

Dabei sind a, c bei der Kalibrierung ermittelte Konstanten, Werte X mit Index 0, X0, beziehen sich auf einen geeignet definierten Normalzustand.Here, a, c are constants determined during the calibration, values X with index 0 , X 0 , relate to a suitably defined normal state.

2. Detektor2nd detector

In gleicher Art registert gemäß Fig. 7 und 8 ein Temperatursensor 15 (Kalibriersensor 18 in Fig. 1), der sich in engem thermischen Kontakt mit dem Lichtempfänger 3, im häufigsten Fall einem Si-Photodetektor, befindet die Temperatur (TDet) dieses Photoempfängers. Beim Kalibriervorgang wird bei sonst unveränderten Bedingungen die Anhängigkeit des Detektorsignals von der Temperatur am Detektor, TDet, ermittelt. Das korrigierte Detektorsignal ergibt sich dann beispielsweise zu:
In the same way regis tert of FIG. 7 and 8, a temperature sensor 15 (calibration sensor 18 in Fig. 1), is in intimate thermal contact with the light receiver 3, in the most common case, an Si photo-detector, the temperature (T Det) of this photodetector . During the calibration process, with otherwise unchanged conditions, the dependency of the detector signal on the temperature at the detector, T Det , is determined. The corrected detector signal then results, for example, as follows:

UDet korr = UDet meß (1 + a (IL-IL 0) + c (TL-TL 0) + d (TDet-TDet 0)).U Det corr = U Det meas (1 + a (I L -I L 0 ) + c (T L -T L 0 ) + d (T Det -T Det 0 )).

Weiters ist in Fig. 7 und 8 noch zu entnehmen, daß der eigentliche Detektor 3 hier in engem thermischen Kontakt mit einer Trägerplatte 16 steht, in der der Temperatursensor 15 für die Ermittlung von TDet mit engem thermischen Kontakt bündig steckt. Die Trägerplatte 16 ist hier bei Bedarf über einen als Heizkörper dienenden Transistor 17 auch heizbar.Furthermore, in Fig. 7 and 8 still be seen that the actual detector 3 here is in close thermal contact with a support plate 16, in which the temperature sensor 15 inserted flush for the determination of T Det with close thermal contact. The carrier plate 16 can also be heated here if necessary via a transistor 17 serving as a heating element.

3. Übertragungsfunktion (siehe Fig. 2 und 3)3. Transfer function (see Fig. 2 and 3)

Aus der Theorie ist im Prinzip bekannt, daß bei Durchstrahlung einer Gas- (insbesondere Luft-) oder flüssigkeits-Säule mit variablen Temperaturen eine Krümmung der Lichtstrahlen stattfindet, die bewirken kann, daß ein Sammeln oder Zerstreuen der Lichtstrahlen wie bei einer (Glas-)Linse auf­ tritt. Dieser Effekt wurde jedoch bisher bei der Konstruktion und Daten­ auswertung von Trübungsmeßgeräten nicht beachtet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dieser Effekt von entscheidendem Einfluß auf den "Nullwert" bei der Trübungsmessung ist. Wenn sich die Temperatur des Nullgases in einem Trübungsmeßgerät für gasförmige Medien auch nur wenige °C von der Wandtemperatur des (im allgemeinen rohrförmigen) Meßvolumens unterscheidet, können Änderungen von einigen Zehntel Prozent des Nullwertes auftreten. Das gleiche gilt natürlich für das Meßgas, jedoch kann hier der Effekt des Temperaturgradienten nicht vom zu messenden Effekt der Lichttrübung unterschieden werden. Dadurch entstehen bisher nicht korrigierbare Meßfehler.From the theory it is known in principle that when irradiated one Gas (especially air) or liquid column with variable temperatures a curvature of the light rays takes place, which can cause a Collecting or dispersing the light rays like a (glass) lens occurs. However, this effect has so far been observed in the design and data evaluation of opacimeter not taken into account. However, it has been shown that this effect has a decisive influence on the "zero value" in the Turbidity measurement is. If the temperature of the zero gas is in a Turbidity meter for gaseous media only a few ° C from the Differentiates the wall temperature of the (generally tubular) measuring volume, changes of a few tenths of a percent of the zero value can occur. That The same applies, of course, to the measuring gas, but here the effect of the Temperature gradients do not depend on the effect of light obscuration to be measured can be distinguished. This results in measurement errors that could not be corrected up to now.

Es hat sich nun gezeigt, daß sich auch der Effekt des Temperatur­ gradienten durch einen einmaligen Kalibriervorgang kompensieren läßt. Bei diesem Kalibriervorgang wird die Temperatur des einströmenden Mediums, TG, entweder kurz von der Meßzelle (siehe Kalibriersensor 20 in Fig. 1) oder an einem geeigneten Punkt in der Meßzelle gemessen, sowie die Temperatur TM (Kalibriersensor 21 in Fig. 1) der Wand der Meßzelle. In vielen Fällen ist dann eine einfache Korrektur mit der Differenz der Temperaturen möglich. Das Detektorsignal wird dann insgesamt z. B. folgendermaßen korrigiert:
It has now been shown that the effect of the temperature gradient can also be compensated for by a one-time calibration process. During this calibration process, the temperature of the inflowing medium, T G , is measured either briefly by the measuring cell (see calibration sensor 20 in FIG. 1) or at a suitable point in the measuring cell, as is the temperature T M (calibration sensor 21 in FIG. 1). the wall of the measuring cell. In many cases, a simple correction using the difference in temperatures is then possible. The detector signal is then a total of z. B. corrected as follows:

UDet korr = UDet meß (1 + a (IL-IL 0) + c (TL-TL 0)) + d (TDet-TDet 0) + e (TG-Tm)).U Det korr = U Det meß (1 + a (I L -I L 0 ) + c (T L -T L 0 )) + d (T Det -T Det 0 ) + e (T G -T m )) .

Zusätzlich hat sich gezeigt, daß auch bei Änderung des Druckes in der Meßkammer (PM) (Kalibriersensor 19 in Fig. 1) ein "Effekt" wie bei einem Temperaturgradienten auftreten kann, d. h. daß der "Nullwert" am Detektor geändert wird. Die Funktion dieser Änderung ist im allgemeinen komplizierter als die der anderen Effekte (wo im allgemeinen ein einfacher linearer Zusammenhang herrscht). Sie wird in die endgültige Korrektur beispielhaft als f(PM) einbezogen:
In addition, it has been shown that even when the pressure in the measuring chamber (P M ) (calibration sensor 19 in FIG. 1) changes, an "effect" like a temperature gradient can occur, ie the "zero value" at the detector is changed. The function of this change is generally more complicated than that of the other effects (where there is generally a simple linear relationship). It is included in the final correction as f (P M ):

UDet korr = UDet meß (1 + a (IL-IL 0) + c (TL-TL 0) + d (TDet-TDet 0) + e (TG-TM) + f (PM)).U Det korr = U Det meß (1 + a (I L -I L 0 ) + c (T L -T L 0 ) + d (T Det -T Det 0 ) + e (T G -T M ) + f (P M )).

Zusätzlich könnte auch noch der Einfluß der an der Strahlungsquelle anliegenden Spannung (UL - Kalibrierdetektor 23 in Fig. 1) separat ent­ sprechend quantifiziert und berücksichtigt werden.In addition, the influence of the voltage applied to the radiation source (U L - calibration detector 23 in FIG. 1) could also be quantified and taken into account separately accordingly.

Diese Korrekturen mit Druck und Temperatur des Null- bzw. Meßgases, welche nicht nur auf den Meßwert, sondern ebenso auf den Nullwert angewendet werden müssen und von der speziellen Ausführung des Trübungsmeßgerätes abhängen, dürfen nicht mit der üblichen Druck- und Temperaturkorrektur bzw. "Reduzierung auf Normalbedingungen" verwechselt werden, welche nur auf den Trübungsmeßwert N
These corrections with the pressure and temperature of the zero or measuring gas, which must be applied not only to the measured value but also to the zero value and depend on the special design of the opacimeter, must not be carried out with the usual pressure and temperature correction or reduction to normal conditions ", which only apply to the measured turbidity value N

N(%) = (1-Umeß/U0) . 100
N (%) = (1-U meas / U 0 ). 100

oder, genauer, den Absorptionskoeffizienten k,
or, more precisely, the absorption coefficient k,

K = -ln (Umeß/U0)/Leff
K = -ln (U meas / U 0 ) / L eff

angewendet werden müssen. Die "Reduzierung auf Normalbedingungen" ist die einfache Anwendung des idealen Gasgesetzes, sie muß zusätzlich zu den früher beschriebenen Korrekturen des Detektorsignalwertes, UDEt, durchgeführt werden. Diese früher beschriebenen Korrekturen des Detektorwertes müssen erfindungsgemäß sowohl auf Umeß als auch U0 angewendet werden. Die "Reduzierung auf Normalbedingungen" hingegen wird auf k bzw. (weniger korrekt) auf N angewendet.must be applied. The "reduction to normal conditions" is the simple application of the ideal gas law; it must be carried out in addition to the previously described corrections of the detector signal value , U DEt. According to the invention, these corrections of the detector value described earlier must be applied to both U meas and U 0. The "reduction to normal conditions", however, is applied to k or (less correctly) to N.

Abgesehen von der angedeuteten konkreten Anordnung der einzelnen Kalibiersensoren gemäß Fig. 1 bzw. deren Verbindung mit der Auswerte­ einrichtung 4 könnten entsprechende Sensoren aber auch an beliebiger anderer geeigneter Stelle der Trübungsmeßvorrichtung angeordnet und auf andere Weise (etwa auch zum Teil gemeinsam) mit der Auswerteeinrichtung oder entsprechenden ausgelagerten Einrichtungen verbunden sein. Wichtig ist lediglich, daß die unabhängigen Einflüsse auf das Detektorsignal auch unabhängig quantifiziert und dann entsprechend bei der Auswertung der eigentlichen Messung berücksichtigt werden können.Apart from the indicated specific arrangement of the individual calibration sensors according to FIG. 1 or their connection with the evaluation device 4 , corresponding sensors could also be arranged at any other suitable location of the turbidity measuring device and in a different way (e.g. partly together) with the evaluation device or appropriate outsourced facilities. It is only important that the independent influences on the detector signal can also be quantified independently and then taken into account when evaluating the actual measurement.

Claims (16)

1. Trübungsmeßverfahren, wobei ein Trägermedium für die zu messende Sub­ stanz einmal mit dieser und einmal ohne diese mit elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise im Bereich sichtbaren Lichtes, durchstrahlt und aus einem Vergleich von dabei ermittelten Detektorsignalen die Trübung durch die zu messende Substanz bestimmt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Korrektor von von der zu messenden Substanz unabhängigen Einflüssen auf die Detektorsignale derartige Einflüsse in jeweils unabhängigen Kalibriervorgängen quantifiziert und zur Korrektur der Detektorsignale bei der hlessung verwendet werden.1. turbidimetric, wherein a carrier medium for the substance to be measured Sub once with this and one without this with electromagnetic radiation, preferably visible light range, irradiated and the turbidity is determined by the substance to be measured from a comparison of this measured detector signals, characterized it indicates that for the correction of influences independent of the substance to be measured on the detector signals, such influences are quantified in each independent calibration process and used to correct the detector signals during the measurement. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Emissioü der Strahlungsquelle von dem von dieser aufgenommenen Strom (IL) ermittelt und nach
UDet korr = UDet meß (1 + a (IL-IL 0))
mit a = ermittelte Kalibrierkonstante
IL 0 = Strom im definierten Normalzustand
zur Korrektur des Detektorsignals UDet verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the dependence of the Emissioü of the radiation source on the current consumed by this (I L ) is determined and according to
U Det corr = U Det meas (1 + a (I L -I L 0 ))
with a = determined calibration constant
I L 0 = current in the defined normal state
is used to correct the detector signal U Det. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Emission der Strahlungsquelle von der anliegenden Spannung (UL) ermittelt und nach
UDet korr = UDet meß (1 + b (UL-UL 0))
mit b = ermittelte Kalibrierkonstante
UL 0 = anliegende Spannung im definierten Normalzustand
zur Korrektur des Detektorsignals UDet verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the dependence of the emission of the radiation source on the applied voltage (U L ) is determined and after
U Det corr = U Det meas (1 + b (U L -U L 0 ))
with b = determined calibration constant
U L 0 = applied voltage in the defined normal state
is used to correct the detector signal U Det. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Emission der Strahlungsquelle von deren Umgebungstemperatur (TL) ermittelt und nach
UDet korr = UDet meß (1 + c (TL-TL 0))
mit c = ermittelte Kalibrierkonstante
TL 0 = definierte Normaltemperatur der Lampenumgebung
zur Korrektur des Detektorsignals UDet verwendet wird.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the dependence of the emission of the radiation source on its ambient temperature (T L ) is determined and according to
U Det corr = U Det meas (1 + c (T L -T L 0 ))
with c = determined calibration constant
T L 0 = defined normal temperature of the lamp environment
is used to correct the detector signal U Det. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Empfindlichkeit des Detektors von dessen Temperatur (TDet) ermittelt und nach
UDet korr = UDet meß (1 + d (TDet-TDet 0))
mit d = ermittelte Kalibrierkonstante
TDet 0 = definierte Normaltemperatur des Detektors
zur Korrektur des Detektorsignals UDet verwendet wird.5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the dependence of the sensitivity of the detector on its temperature (T Det ) is determined and according to
U Det corr = U Det meas (1 + d (T Det -T Det 0 ))
with d = determined calibration constant
T Det 0 = defined normal temperature of the detector
is used to correct the detector signal U Det. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Übertragungsfunktion zwischen Strahlungsquelle und Detektor vom Temperaturgradienten im durchstrahlten Volumen ermittelt und nach
UDet korr = UDet meß (1 + e (TG-TM))
mit e = ermittelte Kalibrierkonstante
TG = Temperatur des zuströmenden Mediums
TM = Temperatur der Wand der Meßkammer
zur Korrektur des Detektorsignals UDet verwendet wird.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the dependence of the transfer function between radiation source and detector on the temperature gradient in the irradiated volume is determined and according to
U Det corr = U Det meas (1 + e (T G -T M ))
with e = determined calibration constant
T G = temperature of the inflowing medium
T M = temperature of the wall of the measuring chamber
is used to correct the detector signal U Det. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Übertragungsfunktion zwischen Strahlungsquelle und Detektor vom Druck (PM) in der Meßkammer ermittelt und nach
UDet korr = UDet meß (1 + f(PM))
mit f(PM). . . ermittelte nichtlineare Kalibrierfunktion
zur Korrektur des Detektorsignals UDet verwendet wird.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the dependence of the transfer function between radiation source and detector on the pressure (P M ) in the measuring chamber is determined and after
U Det corr = U Det meas (1 + f (P M ))
with f (P M ). . . determined non-linear calibration function
is used to correct the detector signal U Det. 8. Trübungsmeßvorrichtung, mit einer Meßkammer (1), welche eine Zuleitung (5) und eine Ableitung (9) für ein Trägermedium und die zu messende Substanz aufweist, einer Strahlungsquelle (2) und einem Detektor (3), sowie einer Auswerteeinrichtung (4), welche aus einem Vergleich der Detektorsignale nach Durchstrahlung des die Meßkammer (1) durch­ strömenden Trägermediums einmal mit und einmal ohne die zu messende Substanz die Trübung durch diese bestimmt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unabhängige Kalibriersensoren (18-24) vorgesehen sind, die mit der Auswerteeinrichtung (4) in Verbindung stehen und deren Korrektursignale dieser zur Korrektur von von der zu messenden Substanz unabhängigen Einflüssen auf die Detektorsignale zugeführt sind.8. Turbidity measuring device with a measuring chamber ( 1 ) which has a supply line ( 5 ) and a discharge line ( 9 ) for a carrier medium and the substance to be measured, a radiation source ( 2 ) and a detector ( 3 ), and an evaluation device ( 4) ), which from a comparison of the detector signals after irradiating the measuring chamber (1 ) through the flowing carrier medium once with and once without the substance to be measured determines the turbidity caused by this, characterized in that independent calibration sensors ( 18-24 ) are provided which are connected to the evaluation device ( 4 ) and the correction signals of which are fed to it for the purpose of correcting influences on the detector signals that are independent of the substance to be measured. 9. Trübungsmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalibriersensor (24) ein Stromaufnehmer für den von der Strahlungsquelle (2) aufgenommenen Strom (IL) vorgesehen ist.9. Turbidity measuring device according to claim 8, characterized in that a current sensor for the current (I L ) recorded by the radiation source (2 ) is provided as the calibration sensor (24). 10. Trübungsmeßvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalibriersensor (23) ein Spannungsaufnehmer für die an der Strahlungsquelle (2) anliegende Spannung (UL) vorgesehen ist.10. Turbidity measuring device according to claim 8 or 9, characterized in that a voltage sensor for the voltage (U L ) applied to the radiation source (2 ) is provided as the calibration sensor (23). 11. Trübungsmeßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalibriersensor (22) ein Temperatur­ aufnehmer im Bereich der Strahlungsquelle (2) vorgesehen ist.11. Turbidity measuring device according to one or more of claims 8 to 10, characterized in that a temperature sensor is provided in the region of the radiation source ( 2 ) as the calibration sensor (22). 12. Trübungsmeßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalibriersensor (18) ein Temperatur­ aufnehmer im Bereich des Detektors (3) vorgesehen ist.12. Turbidity measuring device according to one or more of claims 8 to 11, characterized in that a temperature sensor is provided in the region of the detector ( 3 ) as the calibration sensor (18). 13. Trübungsmeßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalibriersensoren (20, 21) Temperatur­ aufnehmer im Bereich des zuströmenden Mediums und im Bereich der Wand der Meßkammer (1) vorgesehen sind.13. Turbidity measuring device according to one or more of claims 8 to 12, characterized in that temperature sensors are provided as calibration sensors (20 , 21 ) in the region of the inflowing medium and in the region of the wall of the measuring chamber ( 1 ). 14. Trübungsmeßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Kalibriersensor (19) ein Druckaufnehmer für den Druck (PM) in der Meßkammer (1) vorgesehen ist.14. Turbidity measuring device according to one or more of claims 8 to 13, characterized in that a pressure transducer for the pressure (P M ) in the measuring chamber ( 1 ) is provided as the calibration sensor (19). 15. Trübungsmeßvorrichtung nach Anspruch 10 mit zumindest einer Halogenlampe (10) als Strahlungsquelle (2), welche mit einer Konstantspannungsquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der Halogen­ lampe (10) an Ober- und Unterseite einer Trägerplatine (12) verlötet sind, wobei die Kontakte (14) an der Unterseite mit der Stromzufuhr und die Kontakte an der Oberseite stromlos mit einer Sense-Leitung (11) zur Spannungsmeldung an die Konstantspannungsquelle verbunden sind.15. Turbidity measuring device according to claim 10 with at least one halogen lamp ( 10 ) as a radiation source ( 2 ) which is connected to a constant voltage source, characterized in that the connections of the halogen lamp ( 10 ) are soldered to the top and bottom of a carrier board ( 12) , wherein the contacts ( 14 ) on the underside are connected to the power supply and the contacts on the top are connected without current to a sense line ( 11 ) for signaling the voltage to the constant voltage source. 16. Trübungsmeßvorrichtung nach Anspruch 11 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturaufnehmer (22) auf der Unterseite der Trägerplatine (12) im Bereich der Lampenkontakte (14) montiert ist.16. Turbidity measuring device according to claim 11 and 15, characterized in that the temperature sensor ( 22 ) is mounted on the underside of the carrier board ( 12 ) in the region of the lamp contacts ( 14 ).
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