DE2120421B2 - Vorrichtung zur messung und ueberwachung der konzentration einer loesung - Google Patents

Description

lindrischen Kopf 3, der in die Lösung 1 über eine öffnung 4 der Küvette 2 eingetaucht ist Der zylindrische Kopf 3 ist an seinem Ende mit einem optischen Prisma 5 versehen, von dem ein ebener Abschnitte ein Bodenelement des zylindrischen Kop- fes 3 bildet. Das Refraktometer hat auuh eine Lichtquelle 8 und eine Anordnung von Linsen und Spiegeln (ohne Bezugszeichen), die einen einfallenden Lichtstrahl 9 auf das Prisma 5 lenken. Im Innern des Prismas S fallen nach einer ersten Totalreflexion die Lichtstrahlen auf die in Berührung mit der Lösung stehenden Räche 6 des Prismas 5 entsprechend ihrem verschiedenen Einfallswinkel. In Abhängigkeit vom Wert der Konzentration ändert sich der Brechungsindex der Flüssigkeit, was auch den Grenzwinkel der Totalreflexion an dur Fläche 6 des Prismas 5 variiert. Nach einer erneuten Totalreflexion im Prisma 5 erzeugt ein reflektierter Lichtstrahl 10 nach Durchlaufen eines Objektivs 11 ein Trennlinienbild auf einem Schirm 12, das auf dem Schirm 12 eine helle und eine dunkle Zone voneinander trennt. Die Lage der Trennlinie auf dem Schirm 12 ändert sich also mit der Änderung des Konzentrationswerts der Lösung 1.

Auf der anderen Seite des Schirms 12 hat das Refraktometer einen verschiebbaren Schlitten 13, der parallel zum Schirm 12 verschoben werdsn kann. Der Schlitten 13 trägt zwei Photozellen 14 und 15, deren lichtempfindlicher Teil faser- oder fadenförmig und zum Schirm 12 hin parallel zur Trennlinie angeordnet ist. Die Photozellen 14 und IS sind etwas in der Höhe gegeneinander versetzt.

In F i g. 2 sind schematisch Führungen 18 zu sehen, die d^n Schlitten 13 mit den Photozellen 14 und 15 bei der Verschiebung führen. Eine Strichskala 19 ist auf dem Schirm 12 senkrecht zur Richtung der Trennlinie 20 eingraviert. Der Schlitten 13 trägt einen Zeiger 21, der die Lage des Schlittens 13 in bezug auf die Skala 19 anzeigt.

Die Photozellen 14 und 15 sind an Verstärker 24 bzw. 25 angeschlossen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 25 wird in den einen der beiden Eingänge eines Vergleichers 26 eingespeist, dessen anderer Eingang das Ausgangssignal des Verstärkers 24 über einen Spannungsteiler aus Widerständen 27 und 28 empfängt. Das Ausgangssignal des Vergleichers 26 wird einem ODER-Gatter 29 zugeführt, das außerdem direkt das Ausgangssignal des Verstärkers 25 empfängt

Das ODER-Gatter 29 steuert eine Schall- oder Lichtwarneinrichtung 30 über einen Verstärker 31.

Um die automatische Überwachung der Entwicklung der Konzentration der Lösung 1 in der Kochküvette 2 zu gewährleisten, wird die Lage des Schlittens 13 so eingestellt, daß der Zeiger 21 auf die Marke der Skala 19 zeigt, bei der der gesuchte Konzentrationswert erreicht ist. Wenn mit P₁ das Signal bezeichnet wird, das am Ausgang des Verstärkers 24 abgenommen wird und dem Pegel der Beleuchtung der Photozelle 14 entspricht, und mit P₂ das Ausgangssignal des Verstärkers 25, der der Photozelle 15 zugeordnet ist, nimmt der Spannungsteiler aus den Widerständen 27 und 28 am Signal P₁ eine Spannungsteilung oder Schwächung K (K <1) vor. Der Vergleicher 26 erhält so gleichzeitig das Signal KP₁ und das Signal P₂, wobei der Vergleicher 26 so eingestellt ist, daß er zustandsmäßig kippt, wenn das Signal P₂ kleiner als das Signal KP₁ wird. Es sei jetzt angenommen, daß während des Kochvorgangs die Änderung der Konzentration in einer Verschiebung der Trennlinie 20 nach oben in Fig.2 sich äußert. Unter diesen Bedingungen erreicht die dunkle Zone zuerst die Photozelle 15 und danach die Photozelle 14, und das Signal P₂ beginnt vor dem Signal P₁ abzunehmen.

Die Kurven in Fig. 3 zeigen qualitativ den Gang der zeitlichen Änderung des Signals P₁ und des Signals P₂. Außerdem ist in Fig. 3 das Signal KP₁ aufgetragen, das in den Vergleicher 26 eingespeist wird. Man erhält selbstverständlich eine Kurve mit dem gleichen Verlauf, wenn die Koordinate Zeit durch eine Koordinate ersetzt wird, die die relative Lage der Trennlinie 20 gegenüber dem Zeiger 21 des Schlittens 13 angibt. Es ist hier ersichtlich, daß das Kippen des Vergleichers 26 im Zeitpunkt i₀ erfolgt, wenn das Signal P₂ kleiner als das Signal KP₁ wird. Der Spannungsteiler aus den Widerständen 27 und 28 dient daher zur Nullpunkteinstellung der Vorrichtung. Das Kippen des Vergleichers 26 betätigt die Warneinrichtung 30. Das ODER-Gatter 29 wird durch das Signal P₂ gesperrt, sobald dieses klein genug geworden ist, d. h. die Trennlinie 20 vollständig das Überwachungsfeld der Photozellen 14 und verlassen hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

lieh, die Entwicklung der Konzentration einer Lo- Patentansprüche: sung zu überwachen, z. B. während eines Kochvorgangs, indem die Lage des Bilds der Trennlinie eines

1. Vorrichtung zur Messung und Überwachung Lichtbündels überwacht wird, das eine Totalrefleder Konzentration einer Lösung unter Ausnut- 5 xion in einem Prisma erfahren hat, von dem eine zung der Totalreflexion eines Lichtstrahles an Fläche die Lösung berührt

einer Planfläche eines Prismas, das die Lösung In der Praxis interessiert man sich noch mehr für berührt, wobei auf einem Schirm mit einer die Entwicklung (während des Kochvorganges) der Strichskala ein optisches Bild einer Trennlinie er- Konzentration in der Nähe eines vorbestimmten zeugt wird, die die Grenze des reflektierten Licht- io Werts als für die Messung der Konzentration selbst. Strahles bildet, mit einer beweglichen Einheit, die Das erfordert eine ständige Überwachung der Entparallel zur Verschiebungsebene des reflektierten wicklung der Verschiebung des Bildes der Trennlinie Lichtstrahles verschiebbar ist und zwei Photozel- auf dem Schirm, um sein Eintreffen in einer chalen haltert, deren lichtempfindliche Teile dem rakteristischen Zone eines bestimmten Kochzustands Schirm gegenüber angeordnet sind, dadurch 15 der Lösung nachzuweisen. Dabei ist es von Bedeugekennzeichnet, daß das verstärkte Signal tung, daß der Nullpunkt der für die Messung und (P₂) der einen Photozelle (14) direkt und das ver- Überwachung vorgesehenen Vorrichtung unabhängig stärkte Signal (P₂) der anderen Photozelle (IS) von der Lichtstärke einstellbar ist, wobei sich diese nach Schwächung um einen konstanten Faktor beispielsweise durch Schwankungen der Netzspan- (K) in einem Glied (27, 28) in einen Vergleicher 20 nung verändern kann.

(26) eingespeist werden, der dann kippt, wenn Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Signal (P₂) der einen Photozelle (14) gleich eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzuist zum geschwächten Signal (KP₁) der anderen geben, die eine Nullpunkteinstellung ermöglicht, wo-Photozelle (15) und daß das Kippen des Verglei- bei diese insbesondere von Schwankungen der Lichtchers (26) eine Warneinrichtung (30) betätigt. 25 stärke unabhängig sein soll.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vergleicher (26) löst, daß das verstärkte Signal der einen Photozelle und der Warneinrichtung (30) ein Gatter (29) direkt und das verstärkte Signal der anderen Photovorgesehen ist, das dann sperrt, wenn die Trennli- zelle nach Schwächung um einen konstanten Faktor nie (20) das Uberwachungsfeld der Photozellen 3° in einem Glied in einen Vergleicher eingespeist wer-(14,15) verlassen hat. den, der dann kippt, wenn das Signal der einen Photozelle gleich ist zum geschwächten Signal der ande-

ren Photozelle und daß das Kippen des Vergleichers

eine Warneinrichtung betätigt.

35 Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mes- Nullpunkteinstellung möglich, wobei der Nullpunkt

sung und Überwachung der Konzentration einer Lö- erreicht wird, wenn das von der einen Photozelle

sung unter Ausnutzung der Totalreflexion eines ausgesandte Signal ein bestimmtes Verhältnis zu dem

Lichtstrahles an einer Planfläche eines Prismas, das von der anderen Photozelle ausgesandten Signal er-

die Lösung berührt, wobei auf einem Schirm mit 40 reicht. Damit ist eine von der Lichtstärke unabhän-

einer Strichskala ein optisches Bild einer Trennlinie gige Nullpunktmessung möglich, wobei sich die

erzeugt wird, die die Grenze des reflektierten Licht- Lichtstärke beispielsweise abhängig von Schwankun-

strahles bildet, mit einer beweglichen Einheit, die gen der elektrischen Netzspannurg verändern kann,

parallel zur Verschiebungsebene des reflektierten Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin,

Lichtstrahles verschiebbar ist und zwei Photozellen 45 daß zwischen dem Vergleicher und der Warneinrich-

haltert, deren lichtempfindliche Teile dem Schirm ge- tung ein Gatter vorgesehen ist, das dann sperrt, wenn

genüber angeordnet sind. die Trennlinie das Überwachungsfeld der Photozel-

Bekanntlich setzt sich die Änderung der Konzen- len verlassen hat.

tration einer Lösung in einer entsprechenden Ände- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an rung des dieser Lösung eigenen optischen Brechungs- 50 Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
index fort. Diese Eigenschaft wird in an sich bekann- F i g. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch ein ter Weise in einem Refraktometer ausgenutzt, wo Refraktometer, das für die kontinuierliche Überwaman ein Lichtbündel auf ein Diopter schickt, das chung des Kochvorganges eines zuckerhaltigen Safts durch die Planebene eines Prismas in Berührung mit bestimmt ist, der zur Herstellung von Konfitüren der zu untersuchenden Lösung gebildet ist. Wenn das 55 dient, wobei das Refraktometer eine Überwachungseinfallende Lichtbündel mit der Grenzfläche der bei- vorrichtung gemäß der Erfindung aufweist,
4en Medien einen Winkel bildet, der dem Grenzwin- F i g. 2 schematisch die Anordnung eines Schlitttel der Totalreflexion des Diopters nahekommt, au- tens, der Photozellen trägt, und das Schaltbild einer iert sich eine Änderung des Brechungsindex der Lö- elektronischen Verstärker- und Vergleicher-Schallung in einer Änderung dieses Grenzwinkels, und die 60 tung, die an die beiden Photozellen angeschlossen ist, Winkellage der Begrenzung des reflektierten Licht- und

bündeis variiert in derselben Weise. Man kann auf F i g. 3 eine qualitative Darstellung der Änderung

tinem Schirm durch ein geeignetes optisches System der von den Photozellen abgegebenen Signale, wenn

»in Bild dieser Trennlinie erzeugen, die die Grenze das Bild der Trennlinie auf dem Schirm sich in der

Zwischen der dunklen Zone und der hellen Zone auf 65 Nähe der Photozellen befindet.

Crund des Auf falls des reflektierten Lichtbündels bil- Gemäß F i g. 1 ist eine Lösung 1, deren Konzentra-

tlet. tionsentwicklung zu überwachen ist, in einer Koch-

Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung ist es mög- küvette 2 enthalten. Das Refraktometer hat einen zy-