DE2133204A1

DE2133204A1 - SINGLE-BEAM PHOTOMETER

Info

Publication number: DE2133204A1
Application number: DE19712133204
Authority: DE
Inventors: Goetz-R Dr Lampe; Ernst-Peter Salfeld
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1971-07-03
Filing date: 1971-07-03
Publication date: 1973-01-18

Description

Einstrahlphotometer Die vorliegende Erfindung bezieht sich-auf ein Einstrahlphotometer mit einem photoelektrischen Empfänger zur Erzeugung des Meßsignals und einer nachgeordneten Meßwertausgabe. Single beam photometer The present invention relates to a Single beam photometer with a photoelectric receiver for generating the measurement signal and a subsequent output of measured values.

Solche Photometer sind gegenüber den Zweistrahigeräten einfacher in ihrem Aufbau und deshalb auch preiswerter.Such photometers are simpler than the two-beam devices their structure and therefore also cheaper.

Bei einem Eintrahlphotometer tritt Licht vorgewahlter Wellenlänge durch die zu messende Probe und fällt auf einen photoelektrischen Empfänger. Zur Messung wird zunächst eine Küvette mit Vergleichslösung in den Strahlengang gebracht und es wird auf den Wert 1000,0/ Transmission bzw. Extinktion 0 eingestellt.In the case of a single-beam photometer, light of a preselected wavelength occurs through the sample to be measured and falls on a photoelectric receiver. To the For the measurement, a cuvette with reference solution is first placed in the beam path and it is set to the value 1000.0 / transmission or extinction 0.

Wird anschließend die Probe in den Strahlengang gebracht, so kann der Meßwert unmittelbar ausgegeben, beispielsweise an der Skala eines Anzeigeinstruments abgelesen werden.If the sample is then brought into the beam path, so can the measured value is output immediately, for example on the scale of a display instrument can be read.

Ein sehr wesentlicher Nachteil der Einstrahlphotometer ist ihre verhältnismäßig schlechte Langzeitkonstanz durch die sich der für die Vergleichslösung eingestellte Wert im Lauf der Zeit.A very significant disadvantage of single beam photometers is their relative size poor long-term constancy due to the one set for the reference solution Value over time.

ändert. Das ist insbesondere bei ltoutinemessungen von Nachteil, da man gezwungen ist, bei längeren Meßreihen den Wert für die Vergleichslösung immer wieder zu kontrollieren und gemebenenfalls nachzustellen.changes. This is particularly disadvantageous for routine measurements because you are forced to always use the value for the reference solution for longer series of measurements to check again and if necessary readjust.

Untersuchungen haben ergeben, daß die schlechte Langzeitkonstanz der Einstrahlphotometer in den temperaturempfindlichen Eigenschaften maßgebender Photometerteile begründet ist. So ist z.B. die Empfindlichlçeit von photoelektrischen Empfängern sie Photozellen oder Sekwldärelektronenverviellachern sehr temperaturabhängig. Bei Filterphotometern h.ingt zudem der Durchlaßgrad der zur Aussonderung der monochromatischen Meßstrahlung benutzten Filter mehr oder weniger stark von der Temperatur ab. Diese Temperaturabhängigkeit maßgebender Bauelemente läßt sich grundsätzlich nicht-vermeiden.Studies have shown that the poor long-term constancy of the Single-beam photometer in the temperature-sensitive properties of decisive photometer parts is justified. For example, the sensitivity of photoelectric receivers they photocells or secondary electron multipliers are very temperature-dependent. at Filter photometers also have the Permeability of the separation of the monochromatic measuring radiation used filters to a greater or lesser extent from the temperature. This temperature dependency of decisive components can be generally not-avoid.

Es ist bekannt, zur Verbesserung der Langzeitkonstanz in Einstrahlphotometer Ventilatoren einzubauen, mit deren ililfe eine Erwärmung des Photometers infolge der in ihm verbrauchten elektrischen Leistung vermieden werden soll. Diese NaßnaIite kann jedoch nur eine sehr begrenzte Abhilfe schaffen. Durch den Ventilator wird zwar die Erwärmung des Photometers durch die in ihm verbrauchte elektrische Leistung vermieden, auf der anderen Seite wird jedoch ein besonders rascher Einfluß der Zimmertemperatur auf das Photometer bewirkt. Selbst Temperaturänderungen von wenigen Graden ergeben schon erhebliche Änderungen des Ausschlages. Da thernmstatisierte Räume noch keineswegs allgemein verbreitet sind, liegt hier ein entscheidender Nachteil der Verwendung von Ventilatoren.It is known to improve the long-term constancy in single-beam photometers Install fans, with the help of which the photometer heats up as a result the electrical power consumed in it is to be avoided. This wet naIite however, can only provide a very limited remedy. The fan will the heating of the photometer due to the electrical power consumed in it avoided, on the other hand, however, a particularly rapid influence of the room temperature is achieved causes on the photometer. Even temperature changes of a few degrees result already considerable changes in the deflection. By no means thermostatized rooms are widespread, this is a decisive disadvantage of their use of fans.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Einstrahlphotometer mit einem photoelektrischen Empfänger zur Erzegung des Meßsignals und einer nachgeordneten Meßwertausgabe zu schaffen, bei dem der Einfluß der Temperaturabhäiigigkeit naßgebender Photometerteile kompensiert oder stark verringert ist, so daß sowohl die Erwärmung durch im Photometer verbrauchte elektrische Leistung als auch eine änderung der Zimmerteinperatur keinen oder höchstens noch einen sehr geringen Einfluß auf das Meßergebnis hat. Der Aufbau des neuen Einstrahlphotometers soll zudem einfach sein, so daß sich also ein Einstrahlphstsometer gemäß der Erfindung durch einfachen Aufbau und eine besonders hohe Langzeitkonstanz auszeichnet.It is the object of the present invention to provide a single beam photometer with a photoelectric receiver for generating the measurement signal and a downstream one To create measured value output in which the influence of the temperature dependency is wetting Photometer parts compensated or greatly reduced, so that both the heating due to the electrical power consumed in the photometer and a change in the Room temperature has no or at most a very little influence on the Measurement result has. The construction of the new single-beam photometer should also be simple, so that a Einstrahlphstsometer according to the invention by simple construction and is characterized by a particularly high long-term constancy.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch erreicht, daß zwischen Empfänger und Meßwertatssgabe eine zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit des Meßsignals dienende, unter Verwendung von temperaturabhängigen elektronischen Bauelementen aufgebaute Anordnung vorgesehen ist. Diese Anordnung ist vorteilhaft als Verstärker mit temperaturabhängigem Verstärkungsfaktor ausgebildet.This object is achieved according to the invention by that between Receiver and Meßwertatssgabe one to compensate for the temperature dependence of the Measuring signal serving, using of temperature-dependent Electronic components constructed arrangement is provided. This arrangement is advantageously designed as an amplifier with a temperature-dependent gain factor.

Verstärker mit temperaturabhängigem Verstärkungsfaktor sind verhältnismäßig einfach in ihrem Aufbau, so daß das Rinstrahl photometer durch ihre Verwendung nicht wesentlich verteuert wird. Durch die Verwendung von temperaturabhängigen elektronischen Bauelementen ist dafür gesorgt, daß auch kleine Demqeraturänderungen schnell ausgeregelt wu?den, so daß eine gute Langzeitkonstang des Einstrahlphotometers unabhängig von langsam oder schnellverlaufenden Temperaturänderungen stets gewährleistet ist.Temperature-dependent amplifiers are proportionate simple in their construction, so that the Rinstrahl photometer by their use does not is made significantly more expensive. Through the use of temperature-dependent electronic Components ensures that even small demqerature changes are quickly corrected so that a good long-term constancy of the single-beam photometer is independent of slow or rapid temperature changes is always guaranteed.

Es ist besonders vorteilhaft, im Gegenkopplungszweig des Verstärkers einen Spannungsteiler anzuordnen, der einen temperaturabhängigen Widerstand enthält. Die übrigen Widerstanie dieses Spannungsteilers sind als temperaturunabhängige Widerstände ausgebildet und können verschieden geschaltet sein, wie dies die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen.It is particularly advantageous in the negative feedback branch of the amplifier to arrange a voltage divider which contains a temperature-dependent resistor. The remaining resistances of this voltage divider are temperature-independent resistances designed and can be connected differently, such as the one in the figures show illustrated embodiments.

Der temperaturabhängige Widerstand im Spannungsteiler hat vorteilhaft einen negativen Temperaturkoeffizienten, da derartige Bauelemente eine verhältnismäßig gut lineare Kennlinie aufweisen. Falls der Temperaturkoeffizient des Widerstandes nicht ausreicht, die Temperaturänderungen auszuregeln, so ist es zweckmäßig, in den anderen Zweig des Spannungsteilers zusätslich einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienter.The temperature-dependent resistance in the voltage divider has advantageous a negative temperature coefficient, since such components are a relatively have a good linear characteristic. If the temperature coefficient of resistance is not sufficient to regulate the temperature changes, it is advisable to use in the other branch of the voltage divider also has a positive resistor Temperature coefficient.

einzufügen.to insert.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren 1 - 4 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des neuen Einstrahlphotometers; Fig. 2 - ein Ausführungsbeispiel eines Verstärkers mit temperaturabhängigem Verstärkungsfaktor; Fig. 3 ein anderes Auführungsbeispiel eines solchen Verstärkers; Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verstärkers ) mit temperaturabhängigem Verstärkungsfaktor.The invention is illustrated below with reference to FIGS. 1-4 of the accompanying drawings Drawings explained in more detail. Show in detail: 1 shows a schematic diagram of the new single beam photometer; Fig. 2 - an embodiment of an amplifier with temperature-dependent gain factor; Fig. 3 shows another embodiment such an amplifier; 4 shows a further embodiment of an amplifier ) with temperature-dependent gain factor.

In Fig. 1 mit mit 1 ein photoelektrischer Empfänger dargestellt, auf welchen die Meßstrahlung des Einstrahlphotometers nach ihrem Durchtirtt durch die Meß- bzw. Vergleichslösung trifft.In Fig. 1 with 1 shown with a photoelectric receiver, on which the measuring radiation of the single beam photometer after it has passed through the Measurement or comparison solution meets.

Das vom Empfänger 1 erzeugte Meßsignal wird einem Vorverstärker 2 zugeführt, welcher mit der schematisch dargestellten Anordnung 3 zur Temperaturkompensation verbunden ist. Mit 4 ist ein regelbarer Meßverstärker und mit 5 ein linearer Gleichrichter bezeichnet. Das von diesem ausgehende Meßsignal wird der Meßwertausgabe 6 zugeführt, die beispielsweise als Drucker, als Eingang eines Rechners oder auch als Anzeigeinstrument ausgebildet sein kann.The measurement signal generated by the receiver 1 is sent to a preamplifier 2 supplied, which with the arrangement 3 shown schematically for temperature compensation connected is. With 4 is a controllable measuring amplifier and with 5 a linear rectifier designated. The measuring signal emanating from this is fed to the measured value output 6, for example as a printer, as an input to a computer or as a display instrument can be formed.

In Fig. 2 ist der dem Empfänger 1 nachgeordnete Vorverstärker 2 zweckmäßig als Operationsverstärker ausgebildet. Xm Gegenkopplungszweig dieses Verstärkers ist ein Spannungsteiler angeordnet, der einen temperaturabhängigen Widerstand 7 sowie die Serienschaltung der temperaturunabhängigen Widerstände 8 und 9 und den ebenfalls temperaturunabhängigen Widerstand 10 enthält. Der Widerstand 9 ist einstellbar ausgebildet and dient zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten des Sparnlmgsteiiers, d.h. mit seiner Hilfe wird festgelegt, wie groß der Einfluß des temperaturabhängigen Widerstandes 7 auf ac Gege;£ opplungsspannung des Verstärkers 2 sein. soll.In FIG. 2, the preamplifier 2 arranged downstream of the receiver 1 is expedient designed as an operational amplifier. Xm negative feedback branch of this amplifier a voltage divider is arranged, which has a temperature-dependent resistor 7 and the series connection of the temperature-independent resistors 8 and 9 and the also temperature-independent resistor 10 contains. The resistor 9 is adjustable trained and used to set the temperature coefficient of the Sparnlmgsteiiers, i.e. with its help it is determined how great the influence of the temperature-dependent Resistance 7 to ac counter; £ coupling voltage of amplifier 2. target.

Bei zunehmender Temperatur nimmt der Anodenstrom des Empfängers 1 und damit auch die Spannung über dem Widerstand 10 ab, die gleich der Teilspannung UT des Spannungsteilers ist. Damit würde ohne besondere Maßnahme auch die Ausgangsspannung UA kleiner werden, d.h. die veränderte Temperatur würde das Meßergebnis des Einstrahlphotometers verändern.As the temperature increases, the anode current of the receiver 1 increases and thus also the voltage across the resistor 10, which is equal to the partial voltage UT of the voltage divider. This would also reduce the output voltage without any special measures UA become smaller, i.e. the changed temperature would be the measurement result of the single beam photometer change.

In der dargestellten Schaltung wird jedoch bei zunehmender Temperatur der Widerstand 7 ebenfalls kleiner. Dadurch wird das Teilerverhältnis (R8+R9+R7)/(R9+R7) so geändert, daß die Gegenkopplungsspannung UT ebenfalls kleiner und damit der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 2 größer wird. Dadurch bleibt die Ausgangsspannung UA unabhängig von der Temperatur, d.h. der vom Einstrahlphotometer angezeigte Meßwert wird durch die Temperatur nicht verändert.In the circuit shown, however, with increasing temperature the resistor 7 is also smaller. This will make the division ratio (R8 + R9 + R7) / (R9 + R7) changed so that the negative feedback voltage UT is also smaller and thus the gain factor of the operational amplifier 2 becomes larger. This leaves the output voltage UA independent of the temperature, i.e. the measured value displayed by the single beam photometer is not changed by the temperature.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die richtige Einstellung der Temperaturkompensation verhältnismäßig schwierig zu erreichen, da mit dem einstellbaren Widerstand 9 außer der gewünschten temperaturabhängigen Verstärkungsänderung noch eine zusätzliche temperaturunabhängige Verstärkungsänderung verbunden ist. Zur Vermeidung dieses Nachteiles sind in der Schaltung nach Fig. 3 an£telle des einstellbaren Widerstandes 9 zwei cinstellbare Widerstände 11 und 12 vorgesehen, deren Abgriffe mechanisch gekoppelt sind. Die Gegenkopplungsspannung wird hier am Verbindungspunkt der beiden einstellbaren Widerststände 10 und 12 abgegriffen. Weiterhin ist ein einstellbarer Widerstand 13 vorgesehen. Dieser Widerstand wird so eingestellt, daß bei konstanter Temperatur durch die Veränderung der Widerstände 11 und 12 keine Verstäkungsänderung erfolgt. Durch die mechonisuche Kopplung der Abgriffe der Widerstände 11 und 12 wird erreicht, daß bet der Einstellung der Temperaturkornpensation lediglich ci ne temperaturabhängige Verstärkungsänderung riolgt:, deren Größe von der Einstellung der AJiderstonde 11 und 12 abhängig ist.In the embodiment of Fig. 2 is the correct setting the temperature compensation is relatively difficult to achieve, since with the adjustable Resistor 9 apart from the desired temperature-dependent change in gain an additional temperature-independent gain change is connected. To avoid this disadvantage are in the circuit of FIG. 3 instead of the adjustable resistor 9 two cinable resistors 11 and 12 are provided, the taps of which are mechanical are coupled. The negative feedback voltage is here at the junction of the two adjustable resistors 10 and 12 tapped. There is also an adjustable Resistance 13 is provided. This resistance is adjusted so that at constant Temperature due to the change in resistors 11 and 12 no change in gain he follows. Through the mechonic coupling of the taps of the resistors 11 and 12 it is achieved that bet the setting of the temperature compensation only ci ne temperature-dependent gain change riolgt: whose size depends on the setting the AJiderstonde 11 and 12 is dependent.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel' bei dem der Spannungsteiler aus der Serienschaltung der temperaturunabhängigen Widerstände l4, 15, 16 besteht. Der Widerstand 15 ist dabei einstellbar und ihm ist die Serienschaltung eines weiteren einstellbaren temperaturunabhangigen Widerstandes 17 und des temperaturabhängigen Widerstandes 7 parallel geschaltet. Die Gegekopplungsspannung ist hier am Verbindungspunkt der Widerstände 17 und 7 abgegriffen. Der einstellbare Widerstand 15 legt den Temperaturkoeffizienten, d.h. den Einfluß des temperaturabhängigen Widerstandes 7 auf den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 2 fest. Es wird also in dieser Schaltung anstelle der beiden einstellbaren Widerstände 11 und 12 der Fig. 3 ein einziger einstellbarer Widerstand 15 verwendet, wobei durch die Schaltung dafiir gesorgt ist, daß bei einer Veränderung dieses Widerstandes keine temperaturlmabhängige Verstärkungsänderung ausgelöst wird. Der einstellbare Widerstand 17 hat die gleiche Funktion wie der Widerstand 13 in Fig. 3.Fig. 4 shows a further embodiment in which the voltage divider consists of the series connection of the temperature-independent resistors l4, 15, 16. The resistor 15 is adjustable and it is the series circuit of another adjustable temperature-independent resistor 17 and the temperature-dependent Resistor 7 connected in parallel. The feedback voltage is here at the connection point the resistors 17 and 7 tapped. The adjustable resistor 15 sets the temperature coefficient, i.e. the influence of the temperature-dependent resistor 7 on the gain factor of amplifier 2. So it will be adjustable in this circuit instead of the two Resistors 11 and 12 of FIG. 3 use a single adjustable resistor 15, whereby the circuit ensures that when this resistance is changed no temperature-dependent gain change is triggered. The adjustable one Resistor 17 has the same function as resistor 13 in FIG. 3.

Der temperaturabhängige Widerstand 7 weist-einen negativen Temperaturkoeffizienten auf. Falls dieser Temperaturkoeffizi ent für die erstrebte Regelung nicht ausreichend ist, können die Schaltungen auch so ausgebildet werden, daß ein zusätze licher Widerstand mit positivem Demperaturkoeffiz-enten in den anderen Zweig des Spannungsteilers eingebaut wird. Nin solcher zusätzlicher Widerstand wäre beispielsweise in der Schaltung nach Fig. 2 in den Zweig des Spannungsteilers einzlballen, der den Widerstand 8 enthält,The temperature-dependent resistor 7 has a negative temperature coefficient on. If this temperature coefficient is not sufficient for the desired control is, the circuits can also be designed so that an additional Licher resistor with a positive temperature coefficient in the other branch of the voltage divider is installed. Nin such additional resistance would be in the circuit, for example according to Fig. 2 in the branch of the voltage divider, which the resistor 8 contains,

Claims

Claims (1J single beam photometer with a photoelectric Receiver for generating the measuring signal and a subsequent output of measured values, characterized in that between the receiver (1) and MeS.ertausgabe (6) one for Compensation for the temperature dependency of the measurement signal using Arrangement (3) constructed from temperature-dependent electronic components is provided is.

2. Single beam photometer according to claim 1, characterized in that the arrangement provided between receiver (1) and display instrument (6) as an amplifier (2) is designed with a temperature-dependent gain factor.

3. Single beam photometer according to claim 2, characterized in that In the negative feedback branch of the amplifier (2) a voltage divider is arranged which contains a temperature-dependent resistor (7).

4. single beam photometer according to claim 3, characterized in that the voltage divider from the series circuit of a temperature-independent (8) and a temperature-dependent (7) resistor.

5. single beam photometer according to claim 3, characterized in that that the voltage divider from the series circuit at least two temperature-independent there is an adjustable (11, 12) and a temperature-dependent resistor (7), that the taps of the two adjustable resistors are mechanically coupled and that the negative feedback at the connection opuri.t of the two adjustable resistors (11, 12) is tapped.

6. Einstrahlphotomet-r according to claim 3, characterized in that the voltage divider from the series connection of a first temperature-independent (14), one adjustable temperature-independent (153 and a second temperature-independent (16) Contradiction exists, whereby the adjustable resistor (15) is connected in series a second adjustable temperature-independent (17) and a temperature-dependent one (7) resistor is connected in parallel and the negative feedback voltage at the connection point of the second adjustable resistor (17) with the temperature-dependent resistor (7) is tapped.

7. Single beam photometer according to claim 3 - 6, characterized in that that the temperature-dependent resistor (7) has a negative temperature coefficient having.

8. single beam photometer according to claim 7, characterized in that in the other branch of the spam lung divider, there is also a positive resistor Tenperaturkeeefficient is inserted.

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