DE2121744A1

DE2121744A1 - Optoelektronische Einrichtung zur Messung und Regelung der Konzentration von Lösungen

Info

Publication number: DE2121744A1
Application number: DE19712121744
Authority: DE
Inventors: A Michel; W Rummel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1971-05-03
Publication date: 1972-11-09
Also published as: CA959670A; BR7202758D0; LU65280A1; BE782944A; US3751672A; FR2135584B1; IT954925B; NL7205326A; GB1362732A; SE373665B; FR2135584A1

Description

Optoelektronische Einrichtung zur Messung und Regelung der Konzentration von Lösungen

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Einrichtung mit einer nach dem Prinzip der Totalreflexion eines Lichtstrahls arbeitenden Sonde zur Messung und/oder Regelung der Konzentration von Lösungen.

Es ist bekannt, daß durch Messung des Grenzwinkela der Totalreflexion der Brechungsindex von Flüssigkeiten bestimmt werden kann. Dazu läßt man beispielsweise in Refraktometern in die Flüssigkeit Licht aus optisch dichterem Glas mit bekanntem Brechungsindex eintreten.

Aus der US-Patentschrift 3 526 771 ist eine Vorrichtung zum Messen und Regeln der Konzentration von Lösungen bekannt, bei der die Erscheinung der Totalreflexion an einem optisch dünneren Medium ausgenützt wird. Dazu wird auf die Oberfläche der Lösung, deren Konzentration gemessen bzw. geregelt werden soll, ein Prisma aufgesetzt, das einen größeren Brechungsindex als die zu untersuchende Lösung hat. Nahe am Prisma ist eine bewegliche Lichtquelle angebracht, mit der ein Lichtstrahl einstellbaren Einfallswinkels auf die Grenzfläche zwischen Lösung und Prisma eingestrahlt werden kann. Der Einfallswinkel kann so eingestellt werden, daß er innerhalb, der nach kleineren Konzentrationen hin zulässigen Regelabweichung kleiner ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Mittels eines Steuergerätes wird eine Vorrichtung zum Einstellen der Konzentration betrieben. Im Strahlengang des reflektierten und des gebrochenen Lichtes sind lichtelektrische Wandler angeordnet, die auf das Steuergerät elektrische Signale übertragen. . -

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Derartige Vorrichtungen genügen jedoch noch nicht allen Anforderungen. So ist beispielsweise für viele Anwendungszwecke eine höhere Empfindlichkeit wünschenswert. Weiterhin sind für verschiedene Verwendungsmöglichkeiten kleine Vorrichtungen mit kompakter Bauweise erforderlich. Schließlich sollten derartige. Vorrichtungen leicht hergestellt werden können und insbesondere ein breites Spektrum der Verwendungsmöglichkeiten aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optoelektronische Einrichtung mit einer nach dem Prinzip der Totalreflexion eines Lichtstrahls arbeitenden Sonde zur Messung und/oder Regelung der Konzentration von Lösungen derart auszugestalten, daß " sie den Betriebsanforderungen noch besser genügt als die bekannten Vorrichtungen. Insbesondere soll eine optoelektronische Einrichtung geschaffen werden, die eine geringe Baugröße und eine große Empfindlichkeit aufweist, sowie für ver-. schiedene Anwendungsmöglichkeiten gleichermaßen gut geeignet ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die optoelektronische Einrichtung einen stabförmigen Sondenkörper aufweist, der am unteren Ende einen Fortsatz mit wenigstens zwei reflektierenden Flächen besitzt,- die beim Betrieb in die zu untersuchende Lösung eintauchen, daß die erste reflektierende Fläche des Sondenfortsatzes gegen die Längsachse des Sondenkörpers geneigt ist, daß^im Sondenkörper nahe der ersten reflektierenden Fläche des Sondenfortsatzes eine lichtausstra'hlende Fläche angeordnet iat und nahe der letzten reflektierenden Fläche des Sondenfortsatzes eine Empfängerfläche für das Licht, daß die vom Lichtstrahl nacheinander getroffenen reflektierenden Flächen des Sondenfortsatzes annähernd einen Winkel von 2 06^ bilden, wobei Qi^ der Gfenzwinkel der Totalreflexion zwischen der zu untersuchenden Lösung und dem Material des Sondenfortsatzes ist, bezogen auf die mittlere Konzentration der zu untersuchenden Lösung, und daß der Sondenkörper elektrische Anschlüsse für die '

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Verbindung zu einem Stromversorgungsgerat und einem Meßverstärker aufweist.

Unter einer lichtausstrahlenden Fläche wird eine Lichtquelle verstanden, die Licht in eine Vorzugarichtung ausstrahlt. Bei der optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung erfolgt die Lichtausstrahlung vorzugsweise in Richtung auf die erste reflektierende Fläche des Sondenfortsatzes.

Die optoelektronische Einrichtung gemäß der Erfindung weist einen stabförmigen Sondenkörper auf, der am unteren Ende mit einem Sondenfortsatz versehen ist. Nur dieser Sondenfortsatz braucht mit der zu untersuchenden Lösung in Berührung gebracht zu werden, wodurch sich der große Vorteil einer geringen Eintauchtiefe ergibt. Der Sondenfortsatz weist wenigstens zwei reflektierende Flächen auf. Durch die Anwendung mehrerer totalreflektierender Flächen ergibt sich für die erfindungsgemäße optoelektronische Einrichtung eine erhöhte Empfindlichkeit.

Der SDndenkörper enthält eine lichtausstrahlende Fläche und eine Empfängerfläche für das Lieht. Dadurch sind wesentliche Bestandteile der optoelektronischen Einrichtung in einem kompakten Bauteil mit geringen Ausmaßen vereinigt. Durch elektrische Anschlüsse ist der Sondenkörper schließlich mit einem Stromversorgungsgerät und einem Meßverstärker verbunden.

Die lichtausstrahlende Fläche, die im Sondenkörper nahe der ersten reflektierenden Fläche des Sondenfortsatzes angeordnet ist, wodurch sich durch Streulicht hervorgerufene Schwierigkeiten vermeiden lassen, ist vorteilhaft eine Lumineszenzdiode oder die Endfläche eines mit einer Lumineszenzdiode in optischer Verbindung stehenden Lichtleiters. Die Verwendung eines Lichtleiters ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die eigentliche Lichtquelle, wie eine Lumineszenzdiode, nicht in unmittelbarer Nähe der ersten reflektierenden Fläche ange-

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ordnet werden soll, beispielsweise wenn nachteilige Auswirkungen durch erhöhte Temperatur der zu untersuchenden Lösung zu erwarten wären. Als lichtausstrahlende Fläche können aber auch andere Lichtquellen Verwendung finden, wie beispielsweise fokussierende Glühlampen, Die Lichtleiter könnnen in den an sich bekannten Formen, wie Lichtleitstäben oder Lichtleitfaserbündeln, verwendet werden.

Da die meisten Lichtquellen, in gewissem Ausmaß auch Lumin.es.-zenzdioden, kein paralleles Licht, sondern ein divergierendes Lichtbündel ausstrahlen, kann zur Parallelisierung des Lichtstrahls nach der Lichtquelle, beispielsweise einer Lumineszenzdiode, im Strahlengang vorteilhaft eine fokussierende Linse angebracht werden. Die Empfängerfläche für das Licht, d.h. die lichtempfindliche Fläche, die im Sondenkörper der optoelektronischen Einrichtung nahe der letzten reflektierenden Fläche des Sondenfortsatzes angeordnet ist, kann vorteilhaft eine Photodiode oder die Endfläche eines mit einer Photodiode in optischer Verbindung stehenden Lichtleiters sein. Der Lichtleiter kann dabei wie der bei der Lichtquelle verwendete Lichtleiter ausgebildet sein. Als Photodiode kann beispielsweise eine Siliciumphotodiode verwendet werden. Die lichtempfindliche Fläche kann aber auch ein anderes an sich bekanntes Photoelement sein, beispielsweise ein Photowiderstand.

Die Sonde der optoelektronischen Einrichtung kann verschiedenartig aufgebaut sein. Vorteilhaft kann ein plättchenförmiger Sondenfortsatz, der von einer vorgeformten Leiste abgetrennt und an den reflektierenden Flächen poliert wird, in eine Halterung im Sondenkörper eingesetzt werden. Zur Verbindung dient dabei ein geeignetes Bindemittel, wie Gießharz. Im Sondenkörper, der beispielsweise zylindrisch ausgebildet sein kann, sind dabei neben einer Aussparung zur Aufnahme des Sondenfortsatzes Bohrungen bzw. Aussparungen zur Aufnahme der lichtausstrahlenden und der lichtempfindlichen Fläche und deren Anschlüssen vorgesehen. Die aus Sondenkörper und Sondenfortsatz bestehende Sonde kann aber auch in einem Stück im Spritzguß oder in Gießtechnik hergestellt sein.

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Für die Sonde, d.h. sowohl für den Sondenkörper als auch für den Sondenfortsatz, sind als Materialien vorteilhaft Methacrylsäureester (wie Plexiglas® oder PlexigunP), Polystyrol, Pölysulfon oder Glas geeignet. Bei der Herstellung der Sonden, können aber auch andere geeignete Materialien.Verwendung finden. Die Auswahl geeigneter Sondenmaterialien richtet sich jeweils vor allem nach dem"Verwendungszweck der optoelektronischen Einrichtung und nach der zu untersuchenden Lösung.

Durch die Verwendung billiger Spritzgußmaterialien, wie Polystyrol, als Sondenmaterial kann die optoelektronische Einrichtung gemäß der Erfindung in großen Stückzahlen und zu niedrigem Preis gefertigt werden. Durch Variation des Winkels,, den die reflektierenden Flächen des Sondenfortsatzes zueinander einschließen, und auch durch Variation des Materials des Sondenfortsatzes, können, wie im folgenden noch ausführlich erläutert wird, Sonden bzw. optoelektronische Einrichtungen hergestellt werden, mit denen weite Konzentrationsbereiche erfaßt werden können. Aus all diesen Gründen eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft als universelles Meß- und Schal'tgerät, beispielsweise zur Elektrolytüberwachung elektrochemischer Zellen oder zur Steuerung von Elektrolytrekonzentratoren in Brennstoffbatterien. Ferner eignet sich die Vorrichtung vorteilhaft zur Überwachung der Säuredichte von Akkumulatoren, insbesondere mit Hilfe von Datenverarbeitungsanlagen, denen die durch die Vorrichtung ermittelten Meßwerte zugeführt werden können.

Anhand mehrerer Figuren und mehrerer Ausführungsbeispiele soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt.

Fig, 1 in graphischer Darstellung die Abhängigkeit des reflektierten Lichtanteils vom Brechungsindex bei der Reflexion, Fig. 2a bis 2c verschiedene Ausführungsformen von Sondenfortsätzen für mehrfache Totalreflexion,

Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 Kennlinien verschiedener Ausführungsformen, der optoelektronischen Einrichtung, Fig. 6 .bruchstückhaft eine Sonde mit einem Sondenforteatz für sechsfache Totalreflexion,

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Fig. 7 die Anordnung der reflektierenden Flächen eines Sondenfortsatzes in einer Kaskade,

Fig. 8 eine beispielhafte Ausführungsform einer Sonde, Fig. 9 eine mit der Sonde nach Fig. 8 aufgenommene Meßkurve, Fig. 10a und b eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Sonde,

Fig* 11 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer vollständigen optoelektronischen Einrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 12 eine Fertigungsmöglichkeit für plättchenförmige Sondenfortsätze.

ψ Tritt ein Lichtstrahl von einem optisch dichteren Medium mit dem Brechungsindex η- in ein optisch dünneres Medium mit dem Brechungsindex η? über, so gilt für den Grenzwinkel der Totalreflexion ■

• Aus dieser Gleichung läßt sich der Grenzwinkel der Totalreflexion ermitteln.

Der Sondenfortsatz der optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung kann nun vorteilhaft so viele reflektierende Flächen . aufweisen, daß der nach der mehrfachen Totalreflexion auf die lichtempfindliche Fläche auftreffende Lichtstrahl wenigstens annähernd antiparallel zu dem aus der lichtausstrahlenden Fläche austretenden Lichtstrahl, verläuft.

Bei Werten von n_t * 1,48 für Plexiglas® und n₂ = 1,38 für 6 m KOH beispielsweise ergibt sich nach der obigen Gleichung der Grenzwinkel der Totalreflexion zu Qc^ = 68°36'. Der Komplementärwinkel 90° -Ot₁J, beträgt 21⁰24^f, d.h. etwa den vierten Teil eines rechten Winkels (22°30^f)· Ein annähernd antiparalleler Verlauf des auf die lichtempfindliche Fläche auftreffenden Lichtstrahls zu dem aus der Iichtausstrahlenden Fläche austretenden Lichtstrahl kann unter diesen oder ähnlichen, im allgemeinen bei der Konzentrationabeatimmung von Säuren und Laugen vorliegenden Verhältnissen vorteilhaft mit einem Sondenfortsatz

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erreicht werden, der vier oder fünf reflektierende Flächen aufweist.

Fig. 1 zeigt in graphischer Darstellung theoretische Kurven für.den reflektierten Lichtanteil in Abhängigkeit vom Brechungsindex für einfache und vierfache Reflexion, wo^bei der Grenzwinkel der Totalreflexion o^ = 68°36· (H₁ ^-= 1,49 für

Plexiglas®, n₂ = 1,38 für 6m KOH) ist. Auf der Abszisse ist dabei der Brechungsindex n₂ des zu untersuchenden Mediums aufgetragen und auf der Ordinate die Intensität des reflektierten Lichtes bei einfacher (R₁) und vierfacher (R.) Reflexion Die Kurven gelten unter der Voraussetzung, daß im einfallenden Licht die Anteile, die parallel und senkrecht zur Einfallsebene schwingen, gleich groß sind.

Die Kurven 1 und 2 gelten für die einfache Reflexion und zeigen die Intensität des reflektierten Lichtes mit einer Schwingungsebene parallel bzw. senkrecht zur Einfallsebene. Die Kurven 3 bzw. 4 zeigen die entsprechenden Intensitäten bei der vierfachen Reflexion.

Die Darstellung zeigt, daß beispielsweise bei der vierfachen Reflexion beim Überschreiten des Grenzwinkels der Totalreflexion, d.h. bei steigendem Brechungsindex n₂ des zu untersuchenden Mediums, die Intensität des reflektierten Lichtes stark abnimmt, so daß die Empfindlichkeit der Sonde gegenüber einfacher Reflexion wesentlich erhöht ist.

Die theoretischen Kurven der Fig. 1 gelten streng genommen nur für ideales paralleles Licht. Da bei der Verwendung üblicher Lichtquellen fast immer mit leicht divergierenden Lichtbündeln gearbeitet wird, ergeben sich dadurch geringe Abweichungen für den Einfallswinkel, so daß sich das reflektierte Licht aus Anteilen zusammensetzt,deren Einfallswinkel in einem engen Bereich um den Grenzwinkel der Totalreflexion liegen. Diese Erscheinung wirkt sich naturgemäß am stärksten in den steil abfallenden Teilen der Kurven aus und führt zu einer Abflachung der Kurven. Diese Abflachung hat für die durchzuführende Messung und/oder Regelung keine nachteiligen Folgen, \

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aie "bewirkt im Gegenteil eine Erweiterung des Meßbereiches. Im übrigen kann die Steilheit der Kurven durch eine geeignete Ausblendung des Lichtbündels beeinflußt werden.

In den Figuren 2a bis 2c sind plättchenförmige Sondenfortsätze mit jeweils vier reflektierenden Flächen in Draufsicht dargestellt. In den Sondenfortsätzen ist der Strahlengang des Lichtes jeweils mit gestrichelten Linien eingezeichnet. Plättchenförmige Sondenfortsätze haben gegenüber anderen möglichen Ausführungsformen den Vorteil, daß sie - allein oder zusammen mit dem Sondenkörper - leichter gefertigt werden können. U-förmige Sondenfortsätze beispielsweise zeigen den Nachteil, daß infolge schlechter Parallelität der beiden Schenkel unkontrollierbare Fehler auftreten können. Der Sondenfortsatz 21 (Fig. 2a) ist für einen ,Grenzwinkel der Totalreflexion von 67,5° ausgelegt, d.h. der Winkel zwischen den reflektierenden Flächen 22, 23, 24 und 25 beträgt jeweils 2<u_T = 135°. Die Sondenfortsätze 26 (Fig. 2b) und 27 (Fig. 2c) sind für einen Grenzwinkel der Totalreflexion von 68° bzw. 70° ausgelegt. Der Winkel zwischen den reflektierenden Flächen beträgt dabei jeweils 136° bzw. HO⁰.

Fig. 3 zeigt Meßkurven, die mit optoelektronischen Einrichtungen mit den in Fig. 2 dargestellten Sondenfortsätzen an Kalilaugen verschiedener Konzentration erhalten wurden. Auf der Abszisse ist die Konzentration c der Kalilauge in Mol/Liter aufgetragen, auf der Ordinate die Intensität R des reflektierten Lichtes. Die Kurve 31 wurde unter Verwendung des Sondenfortsatzes 21 erhalten, die Kurve 32 mit dem Sondenfortsatz 26 und die Kurve 33 mit dem Sondenfortsatz 27. Zur Normierung der Meßkurven wurde der Meßwert (Spannungsmessung) der einzelnen Sondenfortsätze gegen Luft verwendet. Deshalb weichen die Werte für die Intensität bei c = 0 Mol/l, entsprechend reinem Waeser, geringfügig voneinander ab.

Als Empfängerfläche für dae Licht diente jeweils eine in den Sondenkörper eingekittete Siliciumphotodiode (TypeBPY 11), als lichtausstrahlende Fläche fanden sowohl fokussierende Glühbirnchen als auch LuiainegsBenzdioden Verwendung. He Lichtquelle

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war jeweils in den Sondenkörper eingekittet. Zur Messung diente ein Röhrenvoltmeter als Meßverstärker. Um vom Tageslicht unabhängig zu sein, können vorteilhaft Messungen auch mit-Impulsbetrieb der Lumineszenzdioden in Verbindung mit einem ■ Resonanzverstärker gemacht werden. Der Resonanzverstärker kann dazu vorteilhaft mit spulenlosen Filtern versehen sein. Weiter kann im Resonanzverstärker eine Temperaturkompensationseinrichtung vorgesehen sein. Darüber hinaus wird vorzugsweise ein Resonanzverstärker mit niedrigem Eingangswiderstand verwendet.

Die Messungen erfolgten durch Eintauchen des Sondenfortsatzes in Kalilaugen verschiedener Konzentration, die sich in einem Gefäß aus schwarzem Kunststoff befanden. Bei Gleichlichtbetrieb lag der Tageslichtanteil bei maximal 4- $. Die Kurven zeigen deutlich eine Verschiebung der relativ steilen Intensitätskante des reflektierten Lichtes in Richtung auf eine höhere Konzentration hin mit zunehmend flacherem Lichteinfall, d.h. mit zunehmendem Winkel zwischen den reflektierenden Flächen des Jeweiligen Sondenfortsa,tzes.

Die Kurve 32 zeigt beispielsweise die beste. Anpassung an den Konzentrationsbereich um 6 Mol KOH/1. In diesem Bereich liegt üblicherweise die Konzentration der Elektrolytflüssigkeit bei Brennstoffelementen und Brennstoffbatterien mit alkalischem Elektrolyten. Anhand der Kurve 32 kann auch gezeigt werden, daß infolge der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex die Meßpunkte bei Verwendung von Glühlampenlicht (fokussierende Birne; Strom: 300 mA) und Lumineszenzdiodenlicht (Lumineszenzdiode mit einer Strahlung im ultraroten Bereich; Lumineszenzdiodenstrom: 30 mA) geringfügig voneinander abweichen. Die Meßpunkte sind in Fig. 3 durch unterschiedliche Symbole, ο für die Glühlampe und χ für die Lumineszenzdiode, dargestellt.

Mit einer optoelektronischen Einrichtung mit einem Sondenfortsatz entsprechend dem Sondenfortsatz 26 (Fig. 2b) wurden weitere Messungen durchgeführt, die in Fig. 4 in graphischer Darstellung wiedergegeben sind. Auf der Ordinate ist dabei wiederum die Intensität des reflektierten Lichtes aufgetragen, auf der

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Abszisse ist die Konzentration c von Kalilauge bzw. von Schwefelsäure, jeweils in Mol/liter, aufgetragen. Die Intensitäten für c=0 Mol/l wurden jeweils gegen Wasser gemessen.

Kurve 41 entspricht Kurve 32 in Fig. 3· Sie zeigt durch Messung an KOH mittels einer Lumineszenzdiode (Lumineszenzdiodenstrom: 30 mA, Widerstand des Meßverstärkers, d.h. des Röhrenvoltmeters: 10¹³Λ , Intensität R = 1 = 328 mV;·Symbol: x) und einer Glüh- ' lampe (Strom: 300 mA, Widerstand des Meßverstärkers: 10 *Λ, Intensität R = 1 =" 347 mV; Symbol: o) erhaltenen Werte. Die Kurve 42 gibt die unter denselben Bedingungen mit einer Lumines-} zenzdiode (Symbol: ·) bzw. einer Glühlampe (Symbol: +) bei der Messung an HpSO, erhaltenen Ergebnisse wieder. Es zeigt sich, daß bei Verwendung von Gleichlicht (Glühlampe oder Lumineszenzdiode) die Kurven einen annähernd gleichen Verlauf aufweisen, die Kurve für Schwefelsäure ist jeweils lediglich zu etwas geringeren Molkonzentrationen hin verschoben.

Daß bei der optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung vorteilhaft die Lumineszenzdiode impulsweise betrieben und zur Auswertung der von der Photodiode abgegebenen Signale ein Resonanzverstärker vorgesehen werden kann, zeigt ein Vergleich der Kurven 41 und 42 mit den Kurven 43 und 44. Kurve 43, die wie Kurve 41 · für KOH gilt, und Kurve 44, die wie Kurve 42 für ' HnSO^ eiH»ι wurden mit gepulstem Lumineszenzdiodenstrom (Frequenz: 20 kHz), d.h. mit Wechseilicht, erhalten. Die Meßwerte für die Kurven 43 und 44 wurden jeweils mit einem Resonanzverstärker mit einem Eingangswiderstand von 10 k JTL erhalten. Die Intensität von R = 1 entspricht bei Kurve 43 einer. Spannung von 6,5 V, bei Kurve 44 einer Spannung von 6,6 V. Es zeigt sich, daß auch bei Wechsellicht die Kurven für Kalilauge und Schwefelsäure einen annähernd gleichen Verlauf aufweisen, die Eleßkurven für Wechsellicht verlaufen aber viel steiler als diejenigen für Gleichlicht.

Aus Kurve 43 kann man entnehmen, daß in diesem Fall der günstigste Arbeitsbereich dar zur Messung verwendeten optoelektronischen Hinrichtung um eine KOH-Konzentration von 5,5 Mol/Liter

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liegt. Da der Wert R = 1 einer Spannung von 6,5 V entspricht "und zur Schaltung eines Relais ein Spannungsunterschied von etwa 0,5 V erforderlich ist, ergibt sich daraus, daß mil; einer derartigen optoelektronischen Einrichtung beispielsweise auf einen Wert von etwa 5,5 ± 0,1 Mol/Mter genau gesteuert werden kann.

Bei der optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung kann der Photodiode vorteilhaft ein einstellbarer Parallelwiderstand und ein Meßverstärker nachgeschaltet sein, wobei durch Einstellung des Parallelwiderstandes der Arbeitsbereich der Sonde dem zu überwachenden Konzentrationsbereich der zu untersuchenden Lösung angepaßt werden kann. Die damit erzielbaren Vorteile werden anhand von Pig. 5 dargestellt.

Fig. 5 zeigt in graphischer Darstellung Meßkurven, die unter Verwendung einer optoelektronischen Einrichtung mit einem wie in Fig. 2b dargestellten Sondenfortsatz bei Messungen an Kalilauge erhalten wurden.Auf der Abszisse ist die Konzentration c von Kalilauge in Mol/Liter aufgetragen, auf der Ordinate die gemessene Spannung U in mV. Als Meßverstärker diente ein Röhrenvoltmeter (Widerstandί 10 Ci) und der Photodiode wurden verschiedene Parallelwiderstände nachgeschaltet. Die Kurven wurden mit einer Lumineszenzdiode bei Gleichlicht erhalten.

Kurve 51 zeigt die Meßergebnisse einer Vergleichsmessung ohne Parallelwiderstand. Die Kurven 52 bis 56 geben in dieser Reihenfolge die Ergebnisse wieder, die mit Parallelwiderständen von 100 k& , 47 kil, 22 kXl, 10 kilbzw. 4,7 JIk erhalten werden. Es zeigt sich, daß der Wendepunkt der charakteristischen Kurve, ausgehend von Kurve 51 (Röhrenvoltmeter mit. einem Widerstand von 10 S)D, zu um so geringeren Konzentrationen hin verschoben wird, je niedriger der Widerstand des der Photodiode nachgeschalteten Parallelwiderstandes ist. Bei niederohmiger Belastung wird auch die Anfangsspannung vermindert.

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Die aus Fig. 5 erkennbare Abhängigkeit des Kurvenverlaufes, d.h. der Charakteristik der Sonde, vom Belastungswiderstand bringt wesentliche Vorteile mit sich. Durch verschiedene Einstellung eines Parallelwiderstandes kann der Meßbereich ein und derselben optoelektronischen Einrichtung verändert und insbesondere zu geringeren Konzentrationsbereichen hin erweitert werden, darüber hinaus können, wenn die Werte vieler optoelektronischer Einrichtungen miteinander verglichen werden sollen, wozu die Charakteristik aller Sonden gleich sein soll, alle Sonden durch Einregeln eines hohen Widerstandes auf dieselbe Charakteristik abgeglichen werden. -Schließlich kann auch der maximale Wert für die Spannung durch verschiedene Maßnahmen, beispielsweise-durch einen Vorwiderstand, bestimmten Erfordernissen angepaßt werden.

Führt man die Messungen, deren Meßergebnisse in Fig. 5 graphisch dargestellt sind, nicht an Kalilauge, sondern an Schwefelsäure verschiedener Konzentration, d.h. verschiedener Dichte, durch, so erhält man mit den entsprechenden Parallelwiderständen Kurven mit nahezu gleichem Verlauf wie bei den Messungen an Kalilauge. Diese Kurven sind deshalb nicht gesondert dargestellt. Nimmt man beispielsweise die Kurve, die der Kurve 54 in Fig. entspricht, d.h. die Kurve, die mit einem Parallelwiderstand von 22 kilerhalten wird, so zeigt sich, daß mit einer derartigen optoelektronischen Einrichtung ein Dichtebereich von Schwell feisäure von etwa 1,1 bis 1,35 g/cnr bei 20⁰C, entsprechend einem Konzentrationsbereich von etwa 1,5 bis 6,5 Mol/Liter, ausgezeichnet erfaßt werden kann. Dies ist beispielsweise der Bereich, der bei einem Bleiakkumulator interessant ist, da er sowohl den geladenen als auch den ungeladenen Zustand erfaßt. Mit Hilfe der optoelektronischen Einrichtung naoh der Erfindung kann demnach der Ladungszustand von Akkumulatoren, anhand der Säurekonzentration, die während des Entladungsvorganges sinkt, in hervorragender Weise verfolgt und festgestellt werden.

Die optoelektronische Einrichtung nach der Erfindung ist also zur Messung und/oder Regelung der Konzentration von Säuren und laugen gleichermaßen gut geeignet. Dazu können, wie bereite ausgeführt würde, die Sondenfortsätze vorteilhaft vier oder

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fünf reflektierende Flächen aufweisen, wobei der Lichtstrahl nach der letzten reflektierenden Fläche inagesamt um annähernd 180° umgelenkt wird. Derartige Sondenfortsätze weisen also soviele reflektierende Flächen auf, daß der auf die lichtempfindliche Fläche auftreffende Lichtstrahl wenigstens annähernd antiparallel zu dein aus der lichtausstrahlenden Fläche austretenden Lichtstrahl verläuft. Vorteilhaft kann der Sondenfortsatz auch soviele reflektierende Flächen aufweisen, daß der auf die lichtempfindliche Fläche auftreffende Lichtstrahl wenigstens annähernd senkrecht zu dem aus der lichtausstrahlenden Fläche austretenden Lichtstrahl verläuft. Dazu kann der Sondenfortsatz vorzugsweise sechs reflektierende Flächen aufweisen, so daß der Lichtstrahl nach der letzten reflektierenden Fläche insgesamt um annähernd 270° umgelenkt ist. Eine einen derartigen Sondenfortsatz aufweisende Sonde ist bruchstückhaft in Fig. 6 dargestellt. Der Verlauf des Lichtstrahls ist durch strichpunktierte Linien angedeutet. In eine Aussparung des Sondenfortsatzes 61 ist dabei der Sondenkörper 62 eingeklebt, so daß der aus einer Lumineszenzdiode austretende Lichtstrahl nach Eintritt in den Sondenfortsatz auf die erste reflektierende Fläche 64- trifft und nach Austritt aus dem Sondenfortsatz 61 nach der letzten reflektierenden Fläche 65 auf die lichtempfindliche Fläche, d.h.-, eine Photodiode 66, trifft. Lumineszenzdiode 63 und Photodiode 66 sind samt ihren Anschlüssen jeweils in Bohrungen im Sondenkörper 62 angeordnet» Die Photodiode 66 ist teilweise mit schwarzem Lack 67 abgedeckt. Optoelektronische Einrichtungen mit einem sechsfach totalreflektierenden Sondenfortsatz können beispielsweise zur Konzentrationsermittlung von Akkumulatorensäure oder von Seewasser dienen.

Der Sondenfortsatz der optoelektronischen Einrichtung kann beispielsweise aber auch nur zwei reflektierende Flächen aufweisen, so daß der Lichtstrahl nach der letzten reflektierenden Fläche insgesamt um annähernd 90° umgelenkt ist. Ein entsprechender Sondenfortsatz 1st nicht zeichnerisch dargeattllt, die Anordnung kann jedoch anhand des in Fig. 6 abgestellten Sondenfort satzes gezeigt werden, wenn &an si el; vorteilt, daß dar Lichtstrahl dort bereits naoh der zweiten rt&tJcti er enden

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Fläche 68 den Sondenfortsatz verlassen und auf eine lichtempfindliche Fläche auftreffen würde.

Die reflektierenden Flächen des Sondenfortsatzes einer optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung können schließlich vorteilhaft auch in einer Kaskade angeordnet sein, wobei die Führung des- Lichtstrahls annähernd wellenförmig erfolgt. Ein entsprechender Sondenfortsatz ist in Fig. 7 dargestellt. Durch eine Vervielfachung der totalreflektierenden Flächen durch Käskadierung, im aufgeführten Beispiel sind es zwölf totalreflektierende Flächen, kann eine hohe Empfindlichkeitsste:j03rung erzielt werden. Optoelektronische Einrichtungen mit W derartigen Sondenfortsätzen eignen sich insbesondere zur Untersuchung von wäßrigen Lösungen, wie Seewasser. Mit 71, 72 und sind in Fig.*7 Teile des Sondenfortsatzes mit jeweils vier reflektierenden Flächen bezeichnet, die auf einem gemeinsamen Träger 74 aufgeklebt sind. Der Träger 74 ist mit Halterungen 75 versehen, mit denen der Sondenfortsatz in Aussparungen des zugehörigen Spndenkörpers befestigt ist.

Die zu untersuchenden Lösungen, deren Konzentration gemessen und/oder geregelt werden soll, können Temperaturen aufweisen, die die Raumtemperatur oft erheblich übersteigen. So werden beispielsweise Brennstoffelemente und Brennstoffbatterien mit * alkalischen Elektrolyten, wie KOH, bis zu Temperaturen von 90⁰C und darüber betrieben. Um eine gute Betriebssicherheilt auch "bei erhöhten Temperaturen zu gewährleisten, ist bei der optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung der Lumineszenzdiode zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Lumineszenzdiode und/oder der Photodiode vorteilhaft ein Temperaturkompensätionsglied vorgeschaltet. Dabei können Lumineszenzdiode und Temperaturkompensationsglied gegebenenfalls gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht werden, das im Sondenkörper angebracht oder auf den Sondenkörper aufgesetzt ist. Im letzten Fall &ient dann als lichtausstrahlende Fläche ein mit der Lumineso@£zdiode in Verbindung stehender Lichtleiter. Das Gehäuse für dt© Lumineszenzdiode und das Temperaturkompensationsglied kann feaitifö^'-teiRaiiar vorteilhaft mit einem- KitlsJkörp^r ttiermisch leitend

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Als Temperaturkompeneationaglied werden vorzugsweise Heißpleiter verwendet. Heißleiter, die auch als Thermistoren bezeichnet werden, bestehen beispielsweise aus einem Gemisch verschiedener Metalloxide und weisen einen negativen Widerstands-Temperatur-Koeffizientenauf. Sie dienen in der optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Lumineszenzdiode und/ oder der Photodiode. Lumineszenzdioden zeigen nämlich einen starken.Abfall des emittierten Lichtstromes mit der Temperatur. Darüber hinaus erfolgen bei Temperaturen ab etwa 80 bis 90⁰O mit der Zeit irreversible Schädigungen der Lumineszenzdioden. Diese Schwierigkeiten werden durch die Verwendung von Temperaturkompeneationsgliedern in Verbindung mit Lichtleitern ebenso beseitigt wie die Temperaturabhängigkeit der Photodioden, Als Temperaturkompensationsglied kann beispielsweise ein im Handel erhältlicher Heißleiter Type K 11 (Siemens AG) verwendet werden, der bei Raumtemperatur einen Widerstand von etwa 200 Λ aufweist. Zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit von Lumineszenzdiode und Photodiode kann auch je ein Heißleiter verwendet werden, wobei die beiden Heißleiter dann in Serie geschaltet werden. Gleichzeitig kann vorteilhaft ein Resonanzverstärker mit niedrigem Eingangswiderstand verwendet werden, weil die Temperaturabhängigkeit des Kurzschlußstromes der Photodiode gering ist. In diesem Fall kann auch ein Heißleiter mit niedrigerem Widerstand verwendet werden.

Fig. 8 zeigt schematisch eine Sonde einer optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung, die insbesondere zur Untersuchung von Alkalilaugen, wie KOH, dient. Sondenkörper 81 und Sondenfortsatz 82 bestehen aus Plexiglas·*. Der Sondenkörper 81, der zylindrisch ausgebildet ist, ist im oberen Bereich verdickt. Die Sonde hat beispielsweise folgende Abmessungen. Der Durchmesser des Sondenkörpers beträgt etwa 15 mm bzw. im verdickten Bereich etwa 20 mm; der Sondenkörper ist etwa 50 mm lang. Der Sondenfortsatz 82 ist plättchenförmig ausgebildet und in eine Aussparung in den Sondenkörper eingeklebt, die mit 83 angedeutet ist; er ragt etwa 1- bis 2 mm in den Sondenkörper hinein. Der Sondenfortsatz weist fünf reflektierende Flächen auf und ist für einen Grenzwinkel der Total-

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reflexion von 72° ausgelegt. Der freie Teil des Sondenfortsatzes hat eine Länge von etwa 5 bis 6 mm. Die Breite des Sondenfortsatzes an der Basis beträgt etwa 10 mm und seine Dicke etwa 2 bis 3 mm. Der Sondenfortsatz kann aber auch stärker sein. Die Eintauchtiefe des Sondenfortsatzes ergibt sich zu etwa 5 mm,"d.h. der Sondenfortsatz weist den großen Vorteil einer sehr geringen Eintauchtiefe auf.

Die Ausführungsform der optoelektronischen Einrichtung nach Fig. 8 hat den weiteren Vorteil, daß die Zu- und Ableitungen der Lumineszenzdiode bzw. der Photodiode gegen Hochfrequenzstörungen abgeschirmt sind. Dazu befinden sich Lumineszenzdiode 84 und Photodiode 85 und deren Zuleitungen jeweils in Gehäusen aus Metall, beispielsweise aus Eisen. Das Gehäuse für die Photodiode ist fast vollständig im Sondenkörper 81 untergebracht. Der herausragende Teil ist mit einem Hochfrequenznippel 87 versehen. Das Gehäuse 88 für die Lumineszenzdiode 84, das aus demselben Material bestehen kann wie das Gehäuse 86, ragt nur teilweise in den Söndenkörper 81 hinein. Dieser Teil nimmt eine fokussierende Linse 89, die zur Parallelisierung des Lichtstrahls im Strahlengang angeordnet ist, und den oberen Teil eines Lichtleiters 90 auf, der ganz im Sondenkörper ■angeordnet ist. Die Endfläche des optisch mit der Lumineszenzdiode 84 in Verbindung stehenden Lichtleiters 90 dient als lichtausstrahlende Fläche. Vorzugsweise werden solche Lumineszenzdioden verwendet, die Licht im ultraroten Bereich ausstrahlen. Es können aber auch Lumines ζ enzdio.den mit einer Strahlung in einem anderen Bereich, beispielsweise im sichtbaren Gebiet, verwendet werden. Der Lumineszenzdiode 84 ist ein Heißleiter 91 vorgeschaltet und zusammen mit dieser im gemeinsamen Gehäuse 88 untergebracht und zwar in dem Teil, der über den Söndenkörper 81 hinausragt. Das Gehäuse 88 ist mit einem Hochfrequenznippel 92 versehen. Auf die Nippel 87 und können gegen Hochfrequenz abgeschirmte Kabel aufgeschraubt werden. Der obere Teil de8 Gehäuses 88 für Lumineszenzdiode und Heißleiter 91 ist mit einem mit Kühlrippen versehenen Kühlkörper 93 thermisch leitend verbunden.

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Mg. 9 zeigt in graphischer Darstellung eine Meßkurve, die unter Verwendung einer optoelektronischen Einrichtung mit der in Fig. 8 dargestellten Sonde erhalten wurde. Auf der Abszisse • ist die Konzentration c von Kalilauge in Mol/Liter angegeben, auf der Ordinate die gemessene Spannung U in Volt. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur (22⁰C) durchgeführt. Der Widerstand des Heißleiters betrug etwa 30OiI bei Raumtemperatur. Die Lumineszenzdiode (RCA, Type 40736 R) wurde impulsweise betrieben (Frequenz: 20 kHz), die Auswertung der Signale der Photodiode (Siliciumphotodiode BPY 11) erfolgte mit einem Resonanzverstärker mit einem Eingangswiderstand von 56 *ß · Der Photodiode wurde ein Parallelwiderstand von 400Sl nachgeschaltet.

Die Kurve zeigt einen linearen Zusammenhang zwischen Konzentration und Spannung in einem weiten Bereich. Die Steigung der Kurve beträgt etwa 260 mV/Mol, d.h. bei einem Konzentrationsunterschied von 1 Mol/Liter beträgt die gemessene Spannungsdifferenz 260 mV.

Fig. 10a und 10b zeigen schematisch eine Sonde einer optoelektronischen Einrichtung nach der Erfindung, die insbesondere zur Untersuchung von Säuren, wie Akkumulatorsäure, verwendet werden kann. Sondenkörper und Sondenfortsatz bestehen aus Plexiglas^. Der zylindrische Sondenkö'rper besteht aus zwei Teilen, einem stabförmigen Unterteil 101 (Fig. 10a) und einem Aufsteckteil 102(Fig. 10b). Das Unterteil 101 weist einen'Durchmesser von etwa 15 mm auf und ist etwa 50 mm lang; das Aufsteckteil hat etwa 18 mm im Durchmesser und ist etwa 15 mm hoch. In eine Aussparung 103 des Unterteils 101 des Sondenkörpers ist ein plättchenförmiger Sondenfortsatz 104 eingeklebt. Der Sondenfortsatz weist vier reflektierende Flächen auf und iat für einen Grenzwinkel der Totalreflexion von 67,5° ausgelegt. Er ragt etwa 1 bis 2 mm in den Unterteil 101 des Sondenkörper hinein, ist an seiner Basis etwa 12 mm breit und hat eine Höhe von etwa 6 mm, woraus sich eine Eintauchtiefe von etwa 5 bis 6 mm ergibt.. Die Dicke dee Sondenfortsatzes beträgt etwa 2 mm. Im Unterteil 101 des Sondenkörpers ist in zwei Kanälen je ein Lichtleiter angeordnet. Die Lichtleiter reichen am unteren Ende fast bis an den Sondenfortsatz heran und ragen am oberen

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Ende aus dem Sondenkörperunterteil hinaus. Die dem Sondenfortsatz benachbarte Endfläche des Lichtleiters 105 dient als' lichtausstrahlende Fläche, die entsprechende Endfläche'des Lichtleiters 106 als lichtempfindliche Fläche.

Das Aufsteckteil 102 des Sondenkörpers hat eine Aussparung 107, in die das Unterteil 101 eingesetzt wird. Durch eine Bohrung 108a im Aufsteckteil und eine entsprechende Bohrung 108b im Unterteil kann ein Arretierungsstift gesteckt werden, der die beiden Teile des Sondenkörpers fest zusammenhält. Das Aufsteckteil 102 weist zwei Führungen 109 und 110 auf, in die beim Zusammenbau der beiden Teile des Sondenkörpers die aus dem Unter-" teil 101 herausragenden Enden der Lichtleiter 105 und 106 eingefügt werden. Die Oberkanten der Lichtleiter 105 und 106 kommen dabei unmittelbar an der Lumineszenzdiode -111 bzw. der Photodiode 112 zu liegen und stehen mit diesen in optischer Verbindung. Die Führungen für die Lichtleiter im Aufsteckteil 102 sind von röhrchenförmigen Hochfrequenzabschirmungen umgeben; die Abschirmung 113 nimmt die Lumineszenzdiode 111 auf, die Abschirmung 114 die Photodiode 112. Die Abschirmungen sind auf das Aufsteckteil 102 aufgesetzt und mit einem Gießharz zu einer kompakten .Einheit von etwa 20 mm Durchmesser und 20 mm Höhe vergossen. In der Vergußmasse 115 ist eine Bohrung 116 angebracht, in der ein Kühlkörper, deijnicht dargestellt ist, befestigt werden kann. In einem gemeinsamen Gehäuse 117, das Bestandteil der genannten kompakten Einheit ist, ist ^ neben der Lumineszenzdiode 111 ein Heißleiter 118 untergebracht, der der Lumineszenzdiode vorgeschaltet ist. Hochfrequenzleitungen 119a und 119b, die am Rand mit der kompakten Einheit verklebt sind, dienen als Anschlüsse für Lumineszenzdiode bzw. Photodiode.

In Fig. 11 ist eine vollständige optoelektronische Einrichtung nach der Erfindung in Art eines Blockschaltbildes schematisch wiedergegeben. In der Figur ist dargestellt, daß die Sonde der optoelektronischen Einrichtung vorteilhaft anstelle eines Schraubdeckels auf einen'Akkumulator 122 aufgesetzt sein kann. Zur Konzentrationsermittlung ist es ausreichend, wenn nur der Sondenfortsatz 123 in die zu untersuchende Flüssigkeit 124- ein-

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taucht. Die in der Sonde angeordnete Lumineszenzdiode ist •über eine Verbindung 125 an ein Stromversorgungsgerät 126 angeschlossen. Von der Photodiode führt eine Verbindung 127 zu einer Meß- bzw. Regeleinrichtung, die in einem gemeinsamen Gehäuse 128 untergebracht ist. Mit 129 ist ein der Photodiode nachgeschalteter Parallelwiderstand bezeichnet. 130 stellt einen Meßverstärker bzw. einen Resonanzverstärker dar, der mittels eines Schalters 131 entweder mit einem Meßinstrument 132 oder mit einem Relais 133 verbunden werden kann. Mit Hilfe des Relais 133 und eines damit verbundenen Schalters 134 kann eine Regelung bzw. Steuerung vorgenommen werden.

Fig. 12 zeigt, wie gleiche plättchenfö'rmige Sondenfortsätze mit großer Übereinstimmung der Abmessungen hergestellt werden können. Dazu werden von einer vorgeformten leiste 141 aus geeignetem Material die einzelnen plättchenförmigen Sondenfortsätze 142 und 143 abgetrennt. Vor dem Einbau in die Halterung im Sondenkörper werden die Sondenfortsätze an den reflektierenden Flächen poliert.

19 Patentansprüche
12 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Iy Optoelektronische Einrichtung mit einer nach dem Prinzip der Totalreflexion eines Lichtstrahls arbeitenden Sonde zur Messung und/oder Regelung der Konzentration von Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen s,tabförmigen Sondenkörper aufweist, der am unteren Ende einen Fortsatz mit wenigstens zwei reflektierenden Flächen besitzt, die beim Betrieb in die zu untersuchende Lösung eintauchen, daß die erste reflektierende Fläche des Sondenfortsatzes gegen die Längsachse des Sonden« körpers geneigt ist, daß im Sondenkörper nahe der ersten reflektierenden Fläche des Sondenfortsatzes eine lichtausstrahlende Fläche angeordnet ist und nahe der letzten reflektierenden Fläche des Sondenfortsatzes eine Empfängerfläche für das Licht, daß die vom Lichtstrahl nacheinander getroffenen reflektierenden Flächen des Sondenfortsatzes annähernd einen Winkel von 2 QC^ bilden, wobei oc_m der Grenzwinkel der Totalreflexion zwischen der zu untersuchenden Lösung und dem Material des Sondenfortsatzes ist, bezogen auf die mittlere Konzentration der zu untersuchenden Lösung, und daß der Sondenkörper elektrische Anschlüsse für die Verbindung zu einem Stromversorgungsgerät und einem Meßverstärker aufweist.

2. Optoelektronische Einrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtausstrahlende Fläche eine Lumineszenzdiode oder die Endfläche eines mit einer Lumineszenzdiode in optischer Verbindung stehenden Lichtleiters ist.

3. Optoelektronische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Parallelisierung des Lichtstrahls nach der Lumineszenzdiode im Strahlengang eine fokussierende Linse angebracht ist.

4. Optoelektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerfläche für das Licht eine Photodiode oder die Endfläche eines mit einer Photodiode in optischer Verbindung stehenden Lichtleiters ist.

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5. Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein plättchenförmiger Sondenfortsatz, von einer vorgeformten Leiste abge- * trennt und an den reflektierenden Flächen poliert, in eine Halterung im Sondenkörper eingesetzt ist.

6. Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Sondenkörper · und Sondenfortsatz'in einem Stück im Spritzguß oder in Gießtechnik hergestellt sind.

7« Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Sondenkörper und/oder Sondenfortsatz aus Methacrylsäureester, Polystyrol, Polysulfon oder Glas bestehen.

8. Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenfortsatz so viele reflektierende Flächen aufweist, daß der auf die Empfängerfläche auftreffende lichtstrahl wenigstens annähernd antiparallel zu dem aus der lichtausstrahlenden Fläche austretenden Lichtstrahl verläuft.

9. Optoelektronische Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konzentrationsbestimmung von Säuren und Laugen der Sondenfortsatz vier oder fünf reflektierende Flächen aufweist und der Lichtstrahl nach der letzten reflektierenden Fläche insgesamt um annähernd 180° umgelenkt ist.

10. Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenfortsatz so viele reflektierende Flächen aufweist, daß der auf die Empfängerfläche auftreffende Lichtstrahl wenigstens annähernd senkrecht zu dem aus der liohtausetrahlenden fläche austretenden Lichtstrahl verläuft.

1t. Optoelektronische Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenfortsatz seeis reflektierende Fläohen aufweist und der Lichtstrahl nach der letaten rtflek-

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tierenden Fläche insgesamt um annähernd 270° umgelenkt ist.

12. Optoelektronische Einrichtung naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenfortsatz zwei reflektierende Flächen aufweist und der Lichtstrahl nach der letzten reflektierenden Fläche inagesamt um annähernd 90° umgelenkt ist.

13· Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen des Sondenfortsatzes in einer Kaskade angeordnet sind, wobei die Führung des Lichtstrahls annähernd wellenförmig erfolgt.

w 14. Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche.4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der'Photodiode ein einstellbarer Parallelwiderstand und ein Meßverstärker nachgeschaltet ist und daß durch Einstellung des Parallelwiderstandes der Arbeitsbereich der Sonde dem zu überwachenden 'Konzentrationsbereich der Lösung angepaßt ist.

15· Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lumineszenzdiode impulaweiae betrieben und zur Auswertung der von der Photodiode abgegebenen Signale ein Resonanzverstärker, vorzugsweise mit niedrigen lingangswiderstand, vorgesehen ist, und daß die elektrischen Zu- und Ableitungen der Lumineszenzdiode bzw. der Photodiode gegebenenfalls gegen Hochfrequenzstörungen abgeschirmt sind*

16. Optoelektronische Einrichtung nach Anspruch H oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Lumineszenzdiode und/oder der Photodiode der Lumineszenzdiode ein Temperaturkompensationaglied vorgeschaltet ist und daß Lumineszenzdiode und Temperaturkompenaationsglied gegebenenfalls gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht sind, das im Sondenkörper angebracht oder auf den Sondenkörper aufgesetzt ist.

17· Optoelektronische Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse für die Lumineszenzdiode und

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das Temperaturkompensatlonsglied mit einem Kühlkörper thermisch •leitend verbunden ist.

18. Optoelektronische Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17_f dadurch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzdiode wenigstens ein Heißleiter vorgeschaltet ist.

19· Optoelektronische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde anstelle eines Schraubdeckels auf einen Akkumulator aufgesetzt ist.

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