DE2206628A1

DE2206628A1 - Verfahren zur bestimmung der strahlendurchlaessigkeit eines mediums, geraet zur durchfuehrung des verfahrens und anwendung des verfahrens

Info

Publication number: DE2206628A1
Application number: DE2206628A
Authority: DE
Inventors: Johann Meier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-26
Filing date: 1972-02-11
Publication date: 1973-08-02
Also published as: ATA136372A; CH534873A

Description

Verfahren zur Bestimmung der Strahlendurchlässigkeit eines Mediums, Gerät zur Durchführung des Verfahrens und Anwendung des Verfahrens Das vorliegende Patent betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Strahlendurchlässigkeit eines Mediums, ein Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens und eine Anwendung des Verfahrens.
Es ist bereits ein Trübungsüberwachnungsgerät bekannt, bei dem mittels einer Lichtquelle und einem ein paar hundert Lrjal in der Sel:unde sich hin und her bewegenden Spiegel ein Messstrahl und ein Vergleichsstrahl erzeugt wird. Der Messstrahl wird in das Llessgut hinein geleitet, wo bei Vorhandensein von Trübungspartikelchen ein Streulicht entsteht, dessen Intensität mit einer Photozelle gemessen wird. Der Vergleichsstr>hl wird durch einen geeichten, aus Glas bestehende Trübungsvergleichsstandard und anschliessend durch das Messgut hindurch auf die Photozelle geleitet. Eine im Strahlengang des Vergleichsstrahles angeordnete Messblende wird in ihrer Blendenwirkung solenge verändert, bis an der Messstelle der Photozelle die I.ichtintensität des Vergleichsstrahles gleich gross ist wie die Lichtintensität des durch den Messstrahl hervorgerufenen Streulichtes im IXessgut. Eine mit der Messblende gekoppelte Skalatrommel dient dann zur Ablesung der Trübung. Dieses Gerät weist die Nachteile auf, dass es kompliziert im Aufbau ist, da es einen sehr schnell schwenkbaren Spiegel und eine verstellbare Messblende aufweist, dass es eine grössere Anzahl von einsetzbaren Trübungsvergleichsstandarde benötigt, deren Wahl durch probieren festgestellt werden muss, und dass die Intensität des durch den Messstrahl erzeugten Streulichtes von der Oberflächenbeschaffenheit der Trdbungspsrtikelchen abhängig ist, was durch den Vergleichsstrahl wlberüclsichtigt bleibt.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und eines Gerates, das diese Nachteile nicht aufweist.
Das erSindungsgemasse Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man mittels einer einzigen Strahlungsquelle zwei voneinander getrennt verlaufende Strahlengänge erzeugt, von denen einer durch das zu messende ISedium geleitet wird, die Strahlenintensität am Ende der beiden Strahlengänge in je eine analoge elektrische Spannung und die letzteren in je eine analoge Frequenz umsetzt und dann die beiden derart erhltenen Frequenzen miteinander vergleicht.
Es ist zweckmässig, wenn man die dem durch das zu messende Medium zu führenden Strahlengang entsprechende analoge Frequenz einer ersten dekadischen Zähleinheit zuführt und den resultierenden Zählstand in einer Speichereinheit speichert, die dem anderen Strahlengang entsprechende analoge Frequenz einer zweiten dekadischen Zähleinheit zuführt, die bei Erreichen eines bestinirnten Zahlstandes die i,peichereinheit auslöst, so dass der Zählstand der ersten Zähleinheit in einer Digitallanzeige sichtbar gemacht wird, und die Zähleinheiten wieder in ihre Nullstellung bringt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Speichereinheit zur Anzeige des in ihr gespeicherten Zählständes in einer Digitalanzeige dann ausgelöst wird, wenn der Zählstand der ersten dekadischen Zähleinheit lOOfo Durchlässigkeit entspricht.
Gegenstand des vorliegenden Patentes ist ferner ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von zwei voneinander getrennt verlaufenden Strahlengängen, am Ende jedes Strahlenganges einen Strahlungsempfänger zur Erzeugung je einer der einfallenden Strahlungsintensität entsprechenden analogen elektrischen Spannung, je einen mit jedem einzelnen Strahlungsempfänger elektrisch verbundenen Spannungs-Frequenz-Umwandler zur Erzeugung je einer zur eingespeisten Spannung analogen Frequenz, und eine Vergleichsschaltung zur Vergleichung der durch die beiden Spannungs-Frequenz-Umwandler erzeugten Frequenzen, aufweist.
Es ist zweckmässig, wenn der dem durch das zu messende Medium verlaufenden Strahlengang zugeordnete Spannung Frequenz-Umwandler mit einer ersten dekadischen Zähleinheit ünd die letztere mit einer Speichereinheit elektrisch verbunden ist, und dass der dem anderen Strahlengang zugeordnete Spannungs-Frequenz-Umwandler mit einer zweiten dekadischen Zähleinheit elektrisch verbunden und die letztere derart mit der Speichereinheit zusammengesch.ltet ist, dass sie bei Erreichen eines bestimmten Zählstandes die Speichereinheit auslöst und bewirkt, dass der Zählstand der ersten Zähleinheit in einer mit der Speichereinheit verbundenen Digitalanzeige sichtbar gemacht wird.
Zur Vermeidung von störenden Einflüssen bei Temperatur veränderungen ist es vorteilhaft, wenn die in den beiden Strahlengängen angeordneten Bauteile gleich angeordnet und ausgebildet sind.
Zur Vornahme von Trüburigsmessungen in Flüssen, Seen oder Kläranlagen ist es zweclamassig, wenn als Strahlungsquelle eine Lichtquelle verwendet wird, die zusctmmen mit den Strahlungsempfängern und den Spannungs-Frequenz Umwandlern in einem flüssigkeitsdichten Gehäuse angeordnet sind, das mit einem stabförmigen Teil zur Absenkung des Gerätes in eine zu kontrollierende Blüssigkeit verbunden ist und dass die mit der Digitalanzeige versehene Vergleichsschaltung in einem nicht in die Flüssigkeit eintauchbaren Teil angeordnet und über elektrische Leiter mit dem im Gehäuse sich befindenden elektrischen Geräteteil elektrisch verbunden ist.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Nessung der Trübung in einem festen, gasförmigen oder flüssigen Medium.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung nher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine Seitenansicht einer beispielsweisen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Gerätes zur Bestimmung der Trübung in einer Flüssigkeit wie zum Beispiel im Wasser eines Sees,Flusses oder einer Eläranlage; Figur 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Figur 1; und Figur 3 und 4 schematisch die wesentlichen Funktionsteile des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Gerätes.
Die in der Zeichnung dargestellte beispielsweise Ausführungsform eines erfindungsgeruclssen Gerades zur Bestimmung der Trübung in einer Flüssigkeit wie zum Beispiel im wasser eines Sees, Flusses oder einer lGäranlage weist wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, eine durch eine Glühlampe gebildete Strahlungsquelle 1 zur Erzeugung von zwei voneinander getrennt verlaufenden Strahlengängen I und II auf. Am Ende jedes Strahlenganges ist ein photoelektrisches Element 2 bzw.2 zur Erzeugung je einer der einfallenden Lichtintensität entsprechenden analogen elektrischen Spannung vorgesehen, das über je einen Verstärker 3 bzw. 3' mit je einem Sparmungs-Frequenz-Umwandler 4 bzw. 4' zur Erzeugung je einer zur eingespeisten Spannung analogen Frequenz elektrisch verbunden ist.
Um für den Messstrahlengang I und den Referenzstrahlengang-II gleiche optische Bedingungen zu schaffen, sind die in den beiden Strahlengängen angeordneten Bauteile wie die Kollektoren 5 und 5', die Prismen 6 und 6', die Fenster 7,7' und 8,8', die Sondensoren 9 und9' und die photoelektrischen Elemente 2 und 22 gleich angeordnet und ausgebildet. Zwischen den im Messstrahlengang I angeordneten Fenstern 7 und 8 befindet sich die brjesszone M, innerhalb welcher sich die zu messende Flüssigkeit befindet. Die nur der Symmetrierung dienenden Fenster 7' und 8' im Referenzstrahlengang II dienen nur der Symmetrierung und begrenzen eine Referenzzone mit der Durchlässigkeit T von lOOC)fo bzw. Absorption von 0 %.
Beim Messen der Trübung in einer farbigen Flüssigkeit können die im Referenz strahlengang II sich befindenden Fenster 7' und/oder 8' durch entsprechende Farbkompensationsfilter ersetzt werden.
Die in den photoelektrischen Elementen 2 und 2' einfallenden Lichtmengen bewirken in denselben den Lichtintensitäten entsprechende elektrische Ströme, die in den Verseerkem 3 und 3' getrennt voneinander verstärkt werden. Die den Spannungs-Frequenz-Umwandlern 4 und 4' zugeführte Messwert- bzw. Referenzwertspannung bewirkt am Ausgang der ersteren eine analoge Frequenz fx bzw. f100.
Die Durchlässigkeit der Referenzzone ( T = 100 ffi ) entspricht somit der am Ausgang 10 vorliegenden Referenzfrequenz q 0O, diejenige der Messzone ( Tx) entspricht der Messfrequenz f am Ausgang 11, wobei fx = o bei Tx = ° und fx = f100 bei Tx = T100 = 100 %.
Dieser Abgleich ( fx = f100 bei Tx = 100 %) wird mit einer einmaligen Justierung der optischen Elemente und der Verstärker 3 und 3' erzielt.
Die Messwertfrequenz fx wird die aus Figur 4 ersichtlich, drei dekadischen Zählstufen 12,13 und 14 zugeführt. Der jeweilige Zählstand wird in den Speichern 15,16 und 17 gespeichert. Die Referenzfrequenz. f100 wird ebenfalls drei dekadischen Zählstufen 18,19 und 20 zugeführt..
Nach Erreichen des Maximalzählstandes 100,0 im durch die Zählstufen 12,13 und 14 gebildeten Zähler gibt der Endwertschalter 21 einen Uebertragungsimpuls an die Speicher 15,16 und 17 ab. Dadurch wird der gespeicherte Zählerstand zu den entsprechenden Ziffernanzeigen 22,23 und 24 transferiert.
Eine vom Endwertschalter 21 ausgelöste Impulsquelle 25 bewirkt zudem die Nullstellung oder Löschung aller Zählstufen, sodass beide Frequenzen f und f1OO wieder von Null an gezählt werden. Der an den Ziffernanzeigen 22, 23 und 24 ablesbare Zahlenwert entspricht der Durchlässigkeit der Messzone M.
Die Messfolge m beträgt : f100 m = 1000 Messungen / sec.
erden zum Beispiel 2,5 Messungen pro Sekunde durchgeführt, dann gilt : f100 = 2'500 Hz.
wie aus den Piguren 1, 2 und 3 ersichtlich, ist die Lichtquelle 1 zusammen mit den optischen Elementen 5,5' 6, 6', 9 und 9', den Fenstern 7,7',8 und 8', den Kondensoren 9 und 9', den photoelektrischen Elementen 2 und 2', den Verstärkern 3 und 3' und den Spannungs-Frequenz-Umwandlern 4 und 4' in einem gabelförmig ausgebildeten flüssigkeitsdichten Gehäuse 26 angeordnet, das mit einem stabförmigen Teil 27 zur Absenkung des Gerätes in die zu kontrollierende Flüssigkeit verbunden ist. Die mit der Digitalanzeige versehene Vergleichsschaltung (Figur 4) ist in einem nicht in die Flüssigkeit eintauchbaren Teil 28 angeordnet und über elektrische Leiter 29 mit dem im Gehäuse 26 sich befindenden elektrischen Geräteteil elektrisch verbunden.
Die frequenzabhängigen Informationen erlauben ohne weiteres eine geometrische Trennung von lElessteil und Anzeigeeinheit, da selbst bei langen Verbindungsleitungen zwischen diesen beiden Teilen keine Spannungsabfälle berücksichtigt werden müssen0 Selbstverständlich ist es auch möglich, dieses Gerät als Standgerät auszubilden und die zu prüfende Flüssigkeit z.B.
in einem Glasbehälter in der Messzone M anzuordnen. Zur Berücksichtigung der Lichtabsorption durch den dabei verwendeten Glasbehälter kann ein gleicher leerer Glasbehälter in der Referenzzone angeordnet werden.
Wenn in beschichtetes ijaterial ohne Einfluss der Beschichtung gemessen werden soll, dann kann eine gleichartige Beschichtung in der Referenzzone angeordnet werden, wodurch der Einfluss der Beschichtung des in der Messzone sich befindenden beschichteten Materials im in der Digitalanzeige 22,23,24 erscheinenden Resultat nicht zum Ausdruck kommt.
Wird anstatt einer Lichtquelle eine andere Strahlenquelle verwendet, dann ist es zum Beispiel s.uch möglich, über die Strahlenintensitätsabnahme die Dicke eines in die Messzone M eingebrachten lichtundurchläscigen Werkstüches zu bestimmen.

Claims

PATENTAN SPRUEG<HE

yl) Verfahren. zur Bestimmung der Strahlendurchlässig keit eines itiediums, dadurch gekennzeichnet, dass man mittels einer einzigen Strahlungsquelle zwei voneinander getrennt verlaufende Strahlengänge erzeugt, von denen einer durch das zu messende Medium geleitet wird, die Strahlenintensität am Ende der beiden Strahlengänge in je eine analoge elektrische Spannung und die letzteren in je eine analoge Frequenz umsetzt und dann die beiden derart erhaltenen Frequenzen miteinander vergleicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die dem durch das zu messende Medium zu führenden Strahlengang entsprechende analoge Frequenz einer ersten dekadischen Zähleinheit zuführt und den resultierenden Zählstand in einer Speichereinheit speichert, die dem anderen Strahlengang entsprechende analoge Frequenz einer zweiten dekadischen Zähleinheit zuführt, die bei Erreichen eines bestimmten Zählstandes die Speichereinheit auslöst, so dass der Zählstand der ersten Zähleinheit in einer Digitalanzeige sichtbar gemacht wird, und die Zähleinheiten wieder in ihre Nullstellung bringt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Strahlungsquelle eine Lichtquelle verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lichtintensität am Ende der beiden Strahlengange mittels je einem photoelektrischen Element bestimmt und in je eine dazu analoge elektrische Spannung umwandelt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Bestimmung der Trübung in einem festen gasförmigen oder flüssigen gefärbten Medium den einen Strahlengang durch das zu messende Medium leitet und im anderen Strahlengang ein Farbkompensati onsfilter anordnet.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man bei der Bestimmung der Strahlendurchlässigkeit eines beschichteten oder umhüllten Mediums den einen Strahlengang durch das letztere leitet und im anderen Strahlengang zur Kompensation die Beschichtung oder Umhüllung anordnet.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit zur Anzeige des in ihr gespeicherten Zählstandes in einer Digitalanzeige dann ausgelöst wird, wenn der Zählstand der ersten dekadischen Zähleinheit lOOSo Durchlässigkeit entspricht.
8. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Strahlungsquelle (1) zur Erzeugung von zwei voneinander getrennt verlaufenden Strahlengängen, am Ende jedes Strahlenganges einen Strahlungsempfänger (2,2') zur Erzeugung je einer der einfallenden Strahlungsintensität entsprechenden analogen elektrischen Spannung, je einen mit jedem einzelnen Strahlungsempfänger (2,22) elektrisch verbundenen spannungs-Frequenz-uinwandler (4,4') zur Erzeugung je einer zur eingespeisten Spannung analogen Frequenz, und eine Vergleichsschaltung (12-21) zur Vergleichung der durch die beiden Spannungs-Prequenz-Umwandler (4,4') erzeugten Frequenzen, aufweist.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dem durch das zu messende Medium verlaufenden Strahlengang zugeordnete Spannungs-Frequenz-Umwandler (4) mit einer ersten dekadischen Zällleinheit (12,13,14) und die letztere mit einer Speichereinheit (15,16,17) elektrisch verbunden ist, und dass der dem anderen Strahlengang zugeordnete Spannung Frequenz-Umwandler (4') mit einer zweiten dekadischen Zähleinheit (18,19,20) elektrisch verbunden unc. die letztere derart mit der Speichereinheit (15,16,17) zusammengeschaltet ist, dass sie bei Erreichen eines bestimmten Zählstandes die Speichereinheit (15,16,17) auslöst und bewirkt, dass der Zählstand der ersten Zähleinheit (12,13,14) in einer mit der Speichereinheit (15s16,17) verbundenen Digitalanzeige (22,23,24) sichtbar gemacht wird.
10. Gerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung gemäss Figur 4, ausgebildet ist.
11. Gerät nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in den beiden Strahlengängen angeordneten Bauteile (2-8, 2'-8') gleich angeordnet und ausgebildet sind.
12. Gerät nach einem oder mehreren der vorangehenden Unteranspritche 8 bio 11, dadurch gekennzeichnet, dass die als Lichtquelle (1) ausgebildete Strahlung quelle zusammen mit den Strahlungsempfängern (2,22) und den Spa.nnungs-Prequenz-Umwandlern (4,4') in einem flüssigkeits- und/oder gasdichten Gehäuse (26) angeordnet sind, das mit einem stab- oder seilförmigen Teil (27) zur Absenkung des Gerätes in eine zu kontrollierende Flüssigkeit verbunden ist und dass die mit der Digitalanzeige (22,23,24) versehene Vergleichsschaltung in einem nicht in die Flüssigkeit eintauchbaren Teil (28) angeordnet und über elektrische Leiter (29) mit dem im Gehäuse (26) sich befindenden elektrischen Geräteteil elektrisch verbunden ist.
13. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Messung der Trübung in einem festen, gasförmigen oder flüssigen Mediums
14. Anwendung gemäss Anspruch 13 zur Messung der Trübung in Wasser.

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