DE2220230C3 - Schaltung zum automatischen Nullabgleich für ein Phonometer zur digitalen Anzeige der Lichtabsorption einer Messprobe - Google Patents

Description

""'zur Messung wird zunächst eine Küvette mit einer geht. Bei Erreichung des Sollwertes _ und damit

Vergleichs- bzw. Blindlösung in den Strahlengang Speicherung des Wertes ^n"^s>^ durch d.ezulctz

gebracht, und dabei wird genau manuell entweder 50 wirksame Regelgröße '"^ ^der J₁^L_6n

auf Vollausschlag oder auf den Nullpunkt des An- Lampe, eine Änderung des ^Nu"P3^ f^r8™fⁿ·

Zeigeinstrumentes eingestellt. Wird nun die Probe in Dies um so mehr, als ab Festlegung und S^cheran

den Strahlengang gebracht, so kann der Meßwert, dos Soll- bzw. Bezugspunktes einige Zer vergeht bis

welcher der Extinktion entspricht, unmittelbar an die Küvette mit der Blindlösung mit einer Küvette

der Skala des Anzeigeinstrumentes abgelesen werden. 55 mit der Probelösung_ ausgetauscht ist.

Daraus folgt, daß es zur Durchführung genauer Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Photo-

Messungen nötig ist, den einer Blindlösung ent- meter einen Nullabgleich vorzusehen w,richer ich

sprechenden Einltellpunkt, auf den sich die Messung selbsttätig vollelektronisch ohne manuelle E.njus ie-

he*!«hf k£tt!*tattt?u halten rung und ohne manuellen Wechsel von Meß- und

*^VffifiS^**m bei welchem «tar « f ^probe-eacl^hfflh^^ BHfldprobe in das

BinstöJlpunkt mit Hilfe einer elektronischen, mecha- Gerät einstellt. Esi«tt ΑΛ«*™ TasJe mit Lampe

nischen Regeleinrichtung konstant gehalten wird. 6^^^^erden^^m^^tl^fL^^Ln!t

Diese Regeleinrichtung vergleicht eine dem Aus- ^fP^^^^f^iff^i^StJ^i

schlag des Photometer^ proportionale Spannung mit Loslassen der Taste soll die eigertk«*f Mewung

einer stabilen, im Photometer erzeugten Spannung, H ohne Zeilvemig mit der schon vorher eingeführten

die so groß ist, dafl sie genau Vollausschlag des An- Probelosung beginnen. ν*α»Α«_ηα

zeigeiflstrumemes hervorruft. Über einen Stellmotor Zur Lösung dieser Aufgabe geht d e Brfmdung

wird bei Vorliegen einer Differenzspannung ein vor- aus von einer Schaltung zum automatischen Null·

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abgleich für ein Photometer zur digitalen Anzeige Meßwerte automatisch auf diesen gespeicherten der Liübtsbsorplion einer Meßprobe mit einem Meß- Blindwert bezogen werden, und Vergleichsstrahlengang, aus deren elektrischen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Größen ein Verhältnis gebildet wird, wobei für die folgenden an Hand der in den Zeichnungen darelektrischen Größen von Meß- und Vergleichs- 5 gestellten Fi g. 1 und 2 beschrieben. Es zeigt strahlengang Verstärker vorgesehen sind, die auf Fig. 1 in einem vereinfachten Blockschaltbild die einem minimalen Verstärkungsgrad arbeiten, und Baugruppen des erfindungsgemäßen Nullabgleiches, eine Abgleich- und Speicherlogik den Verstärkungs- Fig.2a bzw. 2b den Spannungsverlauf beim Abgrad elektronisch stufenweise grob erhöht und der gleich der Signale A und B von Meß- und Vergleich^ Feinabgleioh zur Gleichstftzung beider elektrischer io kanal.

Signale über einen Binärzähler und einen Digital- Der Lichtstrahl der HG-Lampe trifft dabei nach

Analogwandler mittels eines Komperators geschieht, Passieren der hier nicht dargestellten Küvette mit

der am Ausgang der Schaltung vorgesehen ist. der Blindlösung auf die Meß- bzw. Photozelle 1 auf

Über eine Umlenkvorrichtung wird vor der Küvette Im folgenden sei zur Vereinfachung das Signal, das

mit der Meßprobe in an sich bekannter Weise ein 15 den Meßkanal betrifft, Signal A und das Signal wel-

Vergleichsstrahl abgezweigt, welcher eine Photozelle ches auf den Vergleicherkanal bezogen ist, Signal B

beleuchtet, die dann eine Spannung abgibt, welche genannt.

verstärkt der Intensität des Strahles vor der Küvette Das Signal A gelangt in einen Regelbahnverstärproportional ist. Die Meßprobe in der Küvette wird ker 2, welcher von einer Abgleichlogik 3 angesteuert dann mit einer Intensität beleuchtet, weiche der In- 20 wird. Der Vergleichsstrahl, der in üblicher Weise von tensität des Vergleichstrahles entspricht. Beim Aus- der Küvette abgezweigt wird, gelangt auf eine Vertritt aus der Küvette trifft der nicht absorbierte Teil gleicherzelle 4, von wo das Signal B den Eingang des Lichtes auf eine Meßzelle auf, von wo die er- eines zweiten Regelbahnverstärkers 5 erreicht. Auch zeugte Spannung ebenso wie beim Vergbichsstrahl dieser Verstärker 5 wird von der Abgleichlogik dabei einem Verstärker zugeführt wird. 25 angesteuert.

Das Prinzip des Nullabgleiches ist, daß die beiden Beide Verstärker 2 und 5 befinden sich zunächst

elektrischen Größen aus Vergleichsstrahlen und dem auf einem niedrigen Verstärkungsgrad, bzw. geben

Lichtstrahl durch die Küvette bzw. durch die Blind- eine geringe Spannung ab. Durch Druck der Taste 6

probe mit Hilfe von Verstärkern gleich groß gemacht wird ein hier nicht dargestellter Zähler innerhalb der

werden. Ist diese Bedingung einer gleichen elektri- 30 Abgleichlogik 3 gestartet, welche den Verstärkungs-

schen Größe von Vergleich- und Meßstrahl erfüllt, grad der beiden Verstärker 2 und S grob stufenweise

hat man einen klar definierten Ausgangspunkt, bzw. um maximal 16 Stufen erhöht.

Nullpunkt, bezogen auf eine Blindprobe von wo aus Die Verstärkungserhöhung geschieht z. B. mit

Messungen begonnen werden können. einem Feldeffekttransistor, der im Rückkopplungs-

Zu diesem Zweck befinden sich die Verstärker, 35 zweig der Verstärker liegt und anfänglich niederweiche die elektrischen Größen aus Meß- und Ver- ohmig ist. Mit insgesamt 16 Stufen des Zählers innergleichsstrahlen registrieren zunächst auf einem mini- halb der Abgleichlogik wird nun die Spannung am malen Verstärkungspegel. Über eine Abgleichlogik Feldeffekttransistor so geändert, daß er Stufe für wird nun die Verstärkung stufenweise zunächst grob Stufe hochohmiger wird, wobei sich auch der Vererhöht, z. E. mittels eines Feldeffekttransistors als 40 stärkungsgrad bzw. die Ausgangsspannung der Vcrelcktrischer Schalter, welcher im Rückkopplungs- stärker proportional erhöht.

zweig der Verstärker angeordnet ist, bis die Signale Ein Komparator 7 mißt am Ausgang 15, 16 der

einen Mindestpegel erreicht haben. Das Signal des Schaltung die beiden Spannungen A und B und stoppt

Mcßkanals wird dabei durch die Grobregelung auf die Grobverstärkungsregelung sobald die Spannungen

einen etwas höheren Wert gebracht als das Signal 45 einen für die Messung ausreichenden Wert haben. Das

des Vergleidiskanals. Ein Komptrator, der die Si- Signal D des Meßkanals hat dabei von Anfang an

gnale am Ausgang ständig vergleicht, stoppt die eine geringe Vorgabe der Verstärkung und ist somit

Grobeinstellung und setzt die Feinregelung der elek- etwas größer als das Signal B. Selbstverständlich

trischen Größen in Gang. Die Feinregelung der Ver- könnte es auch umgekehrt der Fall sein, wichtig ist

Stärkung wird bei dem Vergleicherkanal vorgenom- 50 nur, daß eine Spannungsdifferenz nach der Grob-

men und geschieht mittels eines Binärzählers, der die regelung zwischen den Signalen A und B besteht, da-

Vcrstärkung in kleinen Stufen mit einer Frequenz mit mittels einer Feinregelung eine genaue exakte

von 2OkHz hochregelt. Gleichsetzung beider Signale erfolgen kann.

Sind beide ausgangsseitigen Signale von Meß- und Das Starten Her Feinregelung übei nimmt ebenfalls

Vergleioherkanal gleich groß, so ist der Nullabgleich 55 der Komparator 7, welcher über die Abgleichlogik 3

beendet, worauf ein Anzeigczähler auf Null gesetzt einen Binärzr.hler 8 startet. Dieser Binärzähler kann

wird. in 2'² Stufen die Verstärkung fein regeln, wobei die

Dieser Abgleich geschieht vollautomatisch und Umschaltung aer einzelnen Stufen mit einer Frequenz

sehr schnell. Es muß nach Einsetzen der Blindprobe von 2OkHz bzw. mit einer Zeit von SOusec. erfolgt, lediglich eine Taste mit Lampe gedruckt werden, die 60 Der Feinabgleich des Signals B witd dabei in

den Abgleich elektronisch in Gang setzt. Nach Er- einem Digital-Analogwandler 9 durchgeführt, an

löschen der Lampe, was maximal 2 Sekunden dauert, dessen Ausgang der Komparator 7 die Spannungen A

ist der Nullabgleich erfolgt, der Anzeigewähler zeigt und B vergleicht. Stimmen diese Spannungen nun

digital den Wert Null an. exakt überein, so wird der Abgleich gestoppt und

Von Vorteil ist, daß die erforderliche Anzahl von 65 eine Lampe 10 leuchtet auf. Dies ist das Zeichen, daß

Stufen für Grob- und Fiinabgleich gespeichert wird. der Nullabgleich beendet ist und die Drucktaste 6

Damit sind die optischen Eigenschaften der Blind- braucht nicht mehr betätigt zu werden. Der gesamte

lösung im Gerät gespeichert, so daß die folgenden Abgleich, während dein die Taste 6 gedrückt wird,

dauert maximal etwa 2 Sekunden. Steht viel Licht zur Verfügung, z. B. bei Proben mit geringer Trübung, so schaltet die Grobverstärkung schneller, wobei dann ein noch schnellerer Nullabgleich möglich ist.

Wichtig ist, daß in der Abgleichlogik 3 die erforderliche Anzahl von Stufen für Grob- und Feinabgleich gespeichert werden. Den Abgleich, bzw. die Speicherung nehmen Binärzähler vor, die nach erfolgtem Abgleich nicht auf Null gesetzt werden, so daß in ihnen das Ergebnis erhalten bleibt. Damit sind die optischen Eigenschaften der Blindlösung im Gerät gespeichert, so daß die folgenden Meßwerte automatisch auf diesen gespeicherten Blindwert bezogen wenden.

Da die Abgleichlogik mit digitalen Signalen arbeitet, die nach den Verstärkern 2 und 5 zur Verfügung stehen, werden durch Gleichrichter 12,13 in diese Ausgangssignale der Verstärker gleichgerichtet und dem Ausgang 15 der Schaltung bzw. dem Digital- Anal ogw a η el I e r zugeführt, von wo der Vergleich mittels des Komparators 7 erfolgt.

Fig. 2a und 2b zeigen den Spannungsverlauf der Signale A und B im Laufe des Nullabgleich». S In Fig. 2a ist der Verlauf des Meßsignals A zu erkennen, wobei die Spannung U_A durch die Grobverstärkung stufenweise erhöht wird. Dieser Grobabgleich ist beendet wenn die Spannung U_A einen Wert U_Aa annimmt, welcher für die weiteren Messungen ausreichend groß ist.

In F i g. 2 b wird die Spannung U_n des Vergleicherkanals B ebenfalls stufenweise erhöht, jedoch nur bis zu einer Spannung U_Oi, weiche kleiner ist als U_Ae. Ist diese Spannung erreicht, so setzt der Feinabgleich

ein, welcher in maximal 2'*-Stufen die Spannung U_Bi bis zur Spannung U_Bo erhöht, so daß U_ff. gleich U_Ao gilt. Die Spannungsübenvachung übernimmt dabei der Komparator?, der den Grob- und Feinabgleich kontinuierlich kontrolliert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 änderbarer Widerstand so lange verstellt, bis die nifferenzsnannung versehwindet. Bei diesem Photo-Patentansprüche: meer ist iedoch die Regeleinrichtung durch den „ u , · u Seimotor sehr langsam und teuer, weiterhin hat

1. Schaltung zum automatischen Nullabgleich ^ " r " _ei_e;_nrichtung nur einen begrenzten Regel-Für ein Photometer zur digitalen Anzeige der 5 J«** JJ_nT ' ist aus Gründen der notwendigen Auf-Ljchtabs^tion einer Meßprobe, mit einem MeB- °r„ J ., "_{d der} notwendigen Linearität des Verstür- und Vergleichsstrahlcngang, aus deren elektri- l^ung un u uw .._{ch djesen Bereich} wesentlich sehen Größen ein Verhältnis gebildet wird, da- ^kers^"f""

d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß Tür die elek- ^m*™™ SSeres bekanntes Verfahren benutzt zum frischen Größen (U_A, U_ß) von Meß- und Ver- " bin.«weτ ^ ^ _e,_{ektrjsche QuotienUa}.

gleiehsstrahlengang Verstärker (2,5) vorgesehen phojoeienins"J?'^ _{und der} Meßstrahlengang sind, die auf einem minimalen Verstärkungsgrad ^bl.^löu"|· V _abwechselnd auf eine Photozelle geschalarbeiten, wobei eine Abgleich- und Speicherlogik ^w'^rd„„„ I^ _da_nn die jeweiligen Strahlengänge ge-(3) den Verstärkungsgrad elektronisch stufen- «*J°» ^a£ _k5nnen, wobei das Vergleichssignal weise grob erhöht und der Feinabgleich zur 15 trenn^ ^w^"^ _{des MeBs}}g_naJs abgeschwächt wird Gleichseizung beider elektrischer Signale (U_A, aut ⁰^⁰", phasenumkehr die beiden Sirahlen- U_B) über einen Bmärzähler (8) und einen Digital- und j.ach einer _ensi 3, _{addiert werden>}

Analog-Wandler (9) mittels etaes Komparators gange zu ζ _{den Abglejch steuert}.

(7) geschieht, der am Ausgang (15,16) der Schal- welches naen v^ ^^ ^_hotometer muß an* Ani;,ng tung vorgesehen ist. ^IO _{m von Hand} bedienten Potentiometers

2. Photometer aach Anspruch 1, dadurch ge- mit HJ ζ ^ Stellung einer Verkennzeichnet, daß die Abgleichlog.k(3) einen e J Nu»ab_e^ _{ejner Blindlösung} vorgenom-Zähler zur Speicherung der erforderlichen Anzahl starKcrsiuic ut _B

von Stufen über den Grob- und Feinabgleich ent- ^m™.^we^_{res bekannte}s Photometer dieser Art be^haltnutzt zur Nachregelung, bzw. Einstellung auf einen

Sollwert eine elektronische Regeleinrichtung. Es w.rd

_dabei ebenfalls eine, dem Ausschlag des Photometers

proportionale Spannung bei Einführung einer Blind-30 lösung mit einer stabilen, im Photometer erzeugten

30 lösung mit einer stabilen, g

c^iicnannimp vcrelicheH. Über eine elektronische Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zum ^⁰¹'^"",""⁸ J^ _dabei die Differenzspannung automatischen Nullabgleich für ein Photometer zur ^S ein« Rewlkieises ausgerichtet. Dieser Regeldigitalen Anzeige der Lichtabsorptior» einer Meß- ™Y.^e _b(l_{eht aus dem} photoelektrischen Meßelement, probe in einer Küvette, mit einer Lic: tquelle und Kras^* _tionsve^_{taAert einem} elektrischen

e.nem photoelektr.schen Empranger, welchem die 35 «™ ^_d ^^ _Transistor, welcher als Endglied auf die Meßprobe geführten Lichtstrahlen der Licht- ^n^a"f^ Helligkeit der Beleuchtungslampe

quelle nach Abs_Oφtion von der Meßprobe zugeführt ^gj}™ m Wt entsprechend

auf die Meßprobe geführten Lichtstra ^f^ Helligkeit der Beleuchtungslampe

quelle nach Abs_Oφtion von der Meßprobe zugeführt ^gj}™ zuletzt gemessene Wert, entsprechend

^"bekannten Photometem geht das Licht von JS^^t^^^^^E

einer Lichtquelle aus durch die Meßprobe, welche 40 speghert ^*J«J _{ej e}f_{ührt und die}

sich in einer Gasküvette befindet, zu einem photo- Ρ«** '^{n d}™ ^ _des Sicherten Grundwertes

elektrischen Empfänger, z. B. einer Photozelle. Je 7^ess.^ung _f.·?," ^B

nach Lichtabsoφtion innerhalb der Meßprobe ge- durcngetunn. Photometer ist zwar die

langt mehr oder weniger Licht auf die Photozelle, so Bei diesem bekannte η Ρ"~¹^' J^ wl·rd

daß sich an dieser eine der Ab^tion proportio- « *™^^ *^iS na,e Spannung ergibt, welche zur Anzeige benützt