DE2218536A1 - Truebungsmessgeraet fuer gase und fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Trübungsmeßgerät für Gase und Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Trübungsmeßgerät für Gase und Flüssigkeiten, bei dem ein Lichtstrahl in einen Meßlichtstrahl und einen Kontroll-Lichtstrahl geteilt ist, von denen innerhalb einer Periode wechselweise der Meßlichtstrahl nach Durchlaufen einer MeBstrecke und der Kontrollichtstrahl nach*DurchlauSen einer Kontrolistrecke auf denselben fotoelektrischen Wandler gelenkt sind, in dem die Meß- oder Kontrollichtstrahlen in proportionale elektrische Meß- 6der Kontrolisignale umgewandelt sind und dem Verstärker und Meß- undoder Anzeigeeinrichtungen nachgeschaltet sind.
• Bei bekannten nach der sogenannten Zweistrahlmethode arbeitenden Trübungsmeßgeräten wird der Lichtstrahl mittels einer optischen Teilungs- und Modulationseinrichtung in einen Meßlichtstrahl und einen Vergleichslichtstrahl geteilt. Der Meßlichtstrahl wird in eine Meßstrecke gelenkt, wo er proportional der Trübung eine Schwächung erfährt, der Vergleichslichtstrahl Seitlich versetzt in eine Vergleichsstrecke. Beide Lichtstrahlen werden nach Reflektion an je einem Reflektor auf denselben fotoelektrischen Wandler umgelenkt, dem eine elektronische Schaltungsanordnung zur Trennung der dem reflektierten Meßlichtstrahl proportionalen Signale von den dem reflektierten Vergleichs lichtstrahl proportionalen Signalen und zur Durchführung der Trübungsmessung über die Differenz der Signale nachgeschaltet ist. Sowohl die eilungs- und Modulationseinrichtung für die Lichtstrahlen als auch die dem fotoelektrischen Empfänger nachgeschaltete elektronische Schaltungsanordnung für die Signale sind aufwendig und dadurch störanfällig. Andererseits wird der Zweistrahlmethode gegenüber der - weniger aufwendigen - Einstrahlmethode, bei der die Trübung über den Ausschlag eines Meßgeräts festgestellt wird, der proportional der Schwächung eines die Meßstrecke durchlaufenden Meßstrahls ist, der Vorzug gegeben, weil bei der Zweistrahlmethode während des Betriebs auftretende Veränderungen von Lichtquelle und/oder fotoelektrischem Wandler kompensiert werden und das Meßergebnis nicht beeinflussen.
• Die Erfindung verfolgt den Zweck, Trübungsmeßgeräte zu verbessern. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, für ein rübungameB-gerät eine modifizierte Zweistrahlmethode zu schaffen, die es ermöglicht, den Aufwand und damit die Störanfälligkeit des Trübungsmeßgeräts erheblich zu verringern, die aber unverändert genaue Meßergebnisse gewährleistet. Bei der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von folgenden Erkenntnissen aus: Bei den bekannten Trübungsmeßgeräten wird praktisch kontinuierlich kompensiert, da auf den fotoelektrischen Empfänger im Wechselspiel jeweils gleich lange ein Meßlichtstrahl und ein Vergleichslichtstrahl gelangen. Es ist aber nur eine Eompensation solcher Störungen notwendig, die einen Meß-fehler zur Folge haben würden, der die Anseige- und Meßgenauigkeit der bei dem Trübungsmesser verwendeten Anzeiger und Meßgeräte erreicht.
• Es wurde gefunden, daß Veränderungen der Lichtquelle und des fotoelektrischen Wandlers, die einen Fehler in dieser Größenordnung erzeugen, erst nach Stunden, bei Glühlampen sogar erst nach noch wesentlich großer2n Zeiteri, feststellbar sind. Auf der Grundlage dieser Erken:jtnis-e wird die gestellte Aufgabe dadurch gelUsts daß der fotoelektrische Wandler innerhalb der Periode nur für einen Bruchteil ßrl n dem Kontrollichtstrahl, in der übrigen Zeit von dem Meßlichtstrahl beaufschlagt ist, und daß das verstärkte Kontrollsignal einer vom Meßsignal unbeaufschlagten Regeleinrichtung zugeführt, mit einem Eichwert verglichen und mit Hilfe der Regeleinrichtung auf den Eichwert geregelt ist.
• Bei der Erfindung ist eine aufwendige Lichttrenneinrichtung für den ausgesandten Lichtstra'hl nicht notwendig. Vielmehr durchläuft der Lichtstrahl in der bei weitem überwiegenden Zeit- -als Größenordnung sei genannt: Innerhalb einer Stunde ca.
• 59 Minuten - die Meßstrecke. Nur für einen Bruchteil der Zeit - bei dem genannten Beispiel innerhalb einer Stunde ntir ca.
• 1 Minute - wird der Lichtstrahl in die Kontrollichtstrecke gelenkt, überprüft, ob das so gewonnene Kontrolleignal mit dem Eichwert übereinstimmt, und ggfl. das Eontrollsignal auf den Eichwert geregelt. Es entfällt daher auch die Trennung des Meßsignals von dem Kontrollsignal. Vielmehr werden beide Signale bis hinter den - in jedem Fall für die Anzeige des Meßwerts notwendigen - Verstärker geführt und im Fall der Kontrolle die Regeleinrichtung angeschaltet, die beim Durchlauf des Meß" signals abgeschaltet ist. Hierdurch werden auch Fehler eleR° tronischer Bauteile bis zum Eingang der Meß» und Anzeigegeräte erfaßt. Das rübungsmeßgerät nach der Erfindung ist also einfach aufgebaut und dadurch wenig störanfällig. Es arbeitet aber ebenso genau und sicher wie bekannte Trübungsmeßgeräte. Das ist insbesondere von Bedeutung im Hinblick auf den Einsatz des Trübungsmeßgeräts als Rauchdichtemeßgerät sur Erfassung von Staubauswürfen von Feuerungen, also für den Einsatz im Umweltschutz.
• In Ausgestaltung der Erfindung erfoXt, nicht eine Umlenkung des Lichtstrahls zur Verwendung einmal als Meßlichtstrahl, zum anderen als Kontrollichtstrahl, sondern es ist die Regeleinrichtung mit dem Verstärker über einen Schalter verbunden, der ausgeschaltet ist, wenn der Meßlichtstrahl freigegeben und der Kontrollichtstrahl von einer Blende abgedeckt ist, und eingeschaltet, wenn der Kontrollichtstrahl freigegeben und der Meßlichtstrahl von einer Blende abgedeckt ist. Die gesamte optische Einrichtung kann bei dieser Ausgestaltung ortsfest im Trübungsmeßgerät angebracht sein. Es braucht lediglich eine Blende zur Abdeckung einmal des Meßlichtstrahls, zum anderen des Kontrollichtstrahls geschwenkt zu werden. Hierdurch werden optische Fehler des rübungsmeßgeräts weitgehend vermieden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Als Ausführungsbeispil für das Trübungsmeßgerät ist ein Rauchdichtemeßgerät gewählt. Die Fig. zeigt den optischen Teil des Rauchdichtemeßgeräts in schematischer Seitenansicht, seinen elektronischen Teil im Blockschaltbild.
• In dem als Ausführungsbeispiel gewählten Rauchdichtemeßgerät ist eine Lichtquelle 1 vorgesehen, die einen Lichtstrahl A aussendet. Die Lichtquelle 1 kann aus einer impulsgesteuerten, lichtvmitierenden Halbleiterdiode oder aus einer Glühlampe bestehen, die sowohl wechsel- wie gleiciistromgespeist sein kann.
• Der Lichtstrahl A wird durch einen Kondensor 2 gebündelt und passiert einen Eeilungsspiegel 6, der einen Teil des Lichtstrahls A, den Kontrollichtstrahl B, um 900 ablenkt, den anderen Teil, den Meßlichtstrahl C, durchläßt. Der Meßlichtstrahl C passiert ein Objektiv 3, das den Meßlichtstrahl C in ein Meßlichtstrahlenbündel paralellen Iiichtsiimwandelt.
• Das Meßlichtstrahlenbün-del durchläuft eine Meßstrecke 4, wird von einem am Ende der Meßstrecke 4 angeordneten Meßreflektor 5 in sich selbst reflektiert und gelangt danach, durch das Objektiv 3 gebündelt und den Deilungsspiegel 6 umgelenkt, auf einen fotoelektrischen Wandler 7. Die Intensität des reflektierten Meßlichtstrahls C ist in Abhängigkeit davon, pb die Rauchdichte in der Meßstrecke 4 gering oder groß ist, größer oder kleiner.
• Der fotoelektrische Wandler 7 erzeugt aus dem auftreffenden Meßlichtstrahl C ein elektrisches Signal, das Meßsignal, dessen Größe proportional der Intensitat des auftreffenden Meßlichtstrahls C und damit der Trübung in der Meßstrecke 4 ist.
• Im Meßzustand des Rauchdichtemeßgeräts trifft der Kontrolllichstrahl B auf eine schwenkbare Blende 8, die den Kontrolllichstrahl B absorbiert. Im Kontrollzustand des Rauchdichtemeßgeräts ist die Blende 8 in eine um 900 geschwenkte --gestrichelt dargestellte - Lage gebracht, in der sie sich zwischen Teilungsspiegel 6 und Objektiv 3 befindet In dieser Lage absorbiert die Blende 8 den Meßlichtstrahl C, wo hingegen der Kontrollichtstrahl B ungehindert einen Kontrollreflektor 9 erreicht. Der Kontrollreflektor 9 reflektiert den Eontrollichtstrahl B in sich, so daß dieser nach Passieren des Teilungsspiegels 6 auf den fotoelektrischen Wandler 7 gelangt. Bei dieser geschwenkten Stellung der Blende 8 ist das von dem fotoelektrischen Wandler 7 erzeugte Kontrollsignal proportional der Intensität des Kontrollaichtstrahls B.
• Dem fotoelektrischen Wandler 7 sind ein Verstärker 11, ein Logarithmierverstärker 12 und ein Gleichrichter 13 nachgeschaltet. Das elektrische Signal des fotoelektrischen Wandlers 7 wird in dem Verstärker 11 verstärkt, in dem Logarithmierverstärker 12 linearisiert und in dem Gleichrichter 13 gleichgerichtet.
• Im Meßzustand des Rauchdichtemeßgeräts ist das verstärkter Meßsignal am Ausgang des Gleichrichters 13 proportional der in der Meßstrecke 4 vorhandenen Trübung. Dieses verstärkte Meßsignal wird einem Spannungskompensator 14 zugeführt, der es ermöglicht, in weiten Grenzen unabhängig von der Bürde der angeschlossenen Meß- und Anzeigeinstrumente, im Ausführungsbeispiel eines AmpeMmeters 15, einen genauen Meßwert anzugeben. Das Ampexmeter 15 zeigt die Trübung in der Meßstrecke 4 an.
• Zur Kontrolle des Rauchdichtemeßgeräts ist an die Verbindungsleitung von GleichrichteF 13 und Spannungskompensator 14 über einen Schalter 16 ein Regler 17 angeschlossen. Der Schalter 16 schließt, wenn die Blende 8 in die Kontrollstellung geschwenkt ist. Das in der Kontrollstellung des Rauchdichtemeßgeräts am Ausgang des Gleichrichters 13 anstehende Signal ist proportional der Intensität des Kontrollichtstrahls B. Dieses verstärkte Kontrollsignal wird dem Regler 17 zugeführt und mit einem Eichwert verglichen. Stimmen Eichspannung und Kontrollsignal überein, wird das Rauchdichtemeßgerät unverändert weiter betrieben. Besteht zwischen Eichspannung und Kontrollsignal eine Differenz', wird das Rauchdichtemeßgerät verstellt. Dies kann - wie im Au s führmngsbe isp iel angegeben - durch Verstellen der Intensität des von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtstrahls A erfolgen. Es kann aber auch auf andere Weise, z.B.
• durch Verändern des Verstärkungsfaktors des Logarithmierverstärkers 12,erfolgen. Die Verstellung wird so lange durchgeführt, bis das Kontrollsignal am Ausgang des Gleichrichters 13 gleich dem Eichwert ist. Das Amperemeter 15 zeigt dann den Eichstrom an.
• Das Einschalten des Schalters 16 und das gleichzeitige Schwenken der Blende 8 erfolgt im festen Rhythmus. Das Intervall zwischen zwei Kontrollen liegt in der Größenordnung einer Stunde, während für die Kontrolle selbst eine Zeit benötigt wird, die in der Größenordnung einer Minute liegt.
• Bei dem Rauchdichtemeßgerät nach der Erfindung wird, was den Meßvorgang anbetrifft, nach einer Einstrahlmethode gearbeitet.
• Von Zeit zu Zeit wird die Genauigkeit dieser Einstrahlinethode dadurch überprüft, daß nach Art einer Zweistrahlmethode ein Kontrollichtstrahl das Rauchdichtemeßgerät durchläuft und dafür sorgt, daß das Rauchdichtemeßgerät auf detn Eichwert bleibt.

Claims (7)

Patentansprüche

1. Trübungsmessgerät für Gase und Flüssigkeiten, bei dem ein Lichtstrahl in einen Meßlichtstrahl und einen Kontrolle lichtstrahl geteilt ist, von denen innerhalb einer Periode wechselweise der Meßlichtstrahl nach Durchlaufen einer Meßstrecke und der Kontrollichtstrahl nach Dur-chlaufen einer Kontrolistrecke auf denselben fotoelektrischen Wandler gelenkt sind, in dem die Meß oder Kontrollichtstrahlen in proportionale elektrische Meß- oder Kontrollsignale um gewandelt sind und dem Verstärker und AeSe und/oder Anzeigeeinrichtungen nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der fotoelektrische Wandler (7) innerhalb der Periode nur für einen Bruchteil von dem Kontrollichtstrahl (B), in der übrigen Zeit von dem Meßlichtstrahl (C) beaufschlagt ist, und daß das verstärkte Kontrollsignal einer vom Meßsignal unbeaufschlagten Regeleinrichtung (17) zugesführt, mit einem Eichwert verglichen und mit Hilfe der Regeleinrichtung (17) auf den Eichwert geregelt jSte

2. Trübungsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Ausgangssignal der Regeleinrichtung (17), das der Differenz zwischen verstärktem Kontrollsignal und Eichwert proportxnal ist, eine den Lichtstrahl (A) aussendende Lichtquelle (1) steuerbar ist.

3. Trübungsmeßgerät nach Aspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Ausgangssignal der Regeleinrichtung (17), das der Differenz zwischen verstärktem Kontrollsignal und Eichwert proportional ist, der Verstärker (11, 12) steuerbar ist.

4. Trübungsmeßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (17) mit dem Verstärker (11, 12) über einen Schalter (16) verbunden ist, der ausgeschaltet ist, wenn der Meßlichtstrahl (C) freigegeben und der Kontrollichtstrahl (B) von einer Blende abgedeckt ist, und eingeschaltet, wenn der Kontrollichtstrahl (B) freigegeben und der Meßlicbstrahl (C) von einer Blende abgedeckt ist.

5. Trübungsmeßgerät nach Anspruch 4, bei dem ein eilungsspiegel für die Teilung des Lichtstrahls in den Meßlic4tstrahl und den Kontrollichtstrahl, die Umlenkung des reflektierten Neßlichtstrahls auf den fotoelektrischen Empfänger und den Durchlaß des reflektiren Kontrollichtstrahls auf den fotoelektrischen Empfänger vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine zwischen den Teilungsspiegel (6) und einen Kontrollreflektor (9) geschwenkte, in den Strahlengang des Mßlichtatrahls (C) nach Durchtritt durch den eilungsspiegel (6) schwehkbare Blende (8).

6. Trübungsmeßgerät nach Anspruch 5, bei dem dem Teilungsspiegel ein Objektiv nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbare Blende (8) zwischen den Teilungsspiegel (6) und das Objektiv (3) schwenkbar ist.

7. rübungameßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (17) über den Schalter (16) mit dem Ausgang eines Gleichrichters (13) verbunden ist, dessen Eingang mit einem Logarithmierverstärker (11), einem Verstärker (10) und dem Ausgang des fotoelektrischen Wandlers (7) in Reihe geschaltet ist, und an dessen Ausgang die Meß-und Anzeigeeinrichtungen (14, 15) angeschlossen sind.