DE2333663A1

DE2333663A1 - Messeinrichtung zur refraktometrischen bestimmung physikalischer groessen einer substanz

Info

Publication number: DE2333663A1
Application number: DE19732333663
Authority: DE
Inventors: Klaus Edel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-07-02
Filing date: 1973-07-02
Publication date: 1975-01-30

Description

Vertreter:

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Adolf H. Fischer
Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Fischer
67 Ludwigshafen am Rhein
Richard-Wagner-Straße 22

Meßeinrichtung zur refraktometrischen Bestimmung physikalischer Größen einer Substanz

Die Erfindung "betrifft eine Meßeinrichtung zur refraktometrischen Bestimmung physikalischer Größen einer Substanz unter Zugrundelegung der Totalreflexion, bei der von einer Lichtauelle über ein Linsen- und Polarisationssystem Licht auf eine Grenzfläche zwischen Prisma und der Substanz auftrifft und reflektiert wird und das auf einen Schirm auftreffende reflektierte Licht hinsichtlich seiner HeIl-Dunkel-Grenze mit Photoelementen abgetastet wird.

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Die physikalische Größe ζ. B. Konzentration einer Substanz wird mit/SiIfeypn optischen Methoden ermittelt, wobei der Brechungsindex zur Kennzeichnung der Konzentration benutzt wird. Es ist beispielsweise ein Apparat mit streifendem Lichteinfall bekannt,bei dem monochromatisches Licht streifend auf die Fläche eines Prismas» das sich in einer Zelle befindet, durch welche die Flüssigkeit strömt, fällt. Die Hell-Dunkel-Grenze wird mit Hilfe einer beweglichen Spaltblende abgetastet, hinter der sich eine Photozelle befindet. Die Öffnung der Spaltblende wird mechanisch so Innge eingestellt, bis sich der Spalt genau auf die Grenze zwischen hell und dunkel einreguliert hat. Die Spaltstellung ist dann ein Maß flir den Brechungsindex.

Ferner ist eine Meßeinrichtung bekannt, bei der die Grenze zwischen hell und dunkel mit Hilfe von zwei Photoelementen abgetastet wird. Diese laufen der Licht-Schattengrenze nach, bis auf das eine Photoelement kein Licht fällt, während sich das andere im Lichtstrahl befindet. Der Weg, den die Photoelemente zurücklegen, wird mechanisch vergrößert angezeigt und dient als Maß für den Brechungsindex. Bei einer anderen bekannten Meßeinrichtung wird zum Messen des Brechungsindexes in der Bahn des reflektierten Lichtes ein axial verschiebbarer optischer Raster vorgesehen, hinter oder über dem eine entsprechend der Lage des Rasters verschiebbare Photodiode angeordnet ist, der ein mit einem Zählwerk verbundener Verstärker nachgeschaltet ist. Bei dieser bekannten Ausführungsform ist es auch notwendig, mehrfach tei Messungen das Raster einzustellen, damit die Hell-Dunkel-Grenze nicht auf den lichtundurchlässigen Flächenbereich des Rasters fällt.

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AlIe fliese "bekannten Einrichtungen sind mit erheblichen Nochteilen behaftet. Diese Nachteile bestehen insbesondere in einem großen optischen und mechanischen Aufwand, wodurch die Herstellungskosten derart hoch werden, daß ein praktischer Einsatz derartiger Gerste mit erheblichen Kosten verbunden ist. Ferner sind diese komplizierten Einrichtungen störanfällig und führen infolge von Maßtoleranzen bei der Herstellung der mechanischen Teile und bei Abnutzungserscheinungen zu Meßwertfehlern, die oftmals nicht erkannt werden. Ein Teil dieser Geräte weist außerdem den Nachifceil auf, daß Schwierigkeiten bei der Konstanthaltung der Lichtnuelle auftreten und außerdem wird der Einfluß der Trübe sowie der Temperatur auf die Auswertung nicht oder nur teilweise berücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Meßeinrichtung so auszubilden, daß die genannten Nachteile vermieden werden, insbesondere ein Gerät geschaffen wird, das mit geringem mechanischen Aufwand auskommt und in Betrieb nicht störanfällig ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine große Anzahl von Photoelementen über den gesamten Meßbereich in Form von eher oder mehreren Zeilen angeordnet ist und die Photoelemente zur Bestimmung der Hell-Dunkel-Grenze über eine elektronische Schaltung an einen Adressenzähler .angeschlossen sind, dem ein Maßfestwertspeicher sowie eine Anzeigeeinheit nachgeordnet sind.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung hat den Vorteil, daß Veränderungen in der Lichtintensität der Lichtquelle, die Trübe der zu messenden Substanz, sowie die Temperatur und

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-Alterungserscheinungen bei den Photoeleroenten und dergleichen keinen Einfluß auf das Meßergebnis haben. Weiterhin ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß auf komplizierte optische und mechanische Einrichtungen verzichtet werden kann, wobei das Meßergebnis ohne zusätzlichen Analogdigital-Wandler direkt digital angezeigt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Meßbereichsspektrum derart vergrößert ist, daß die Breite dieser zu überwachenden Zone der Längseretreckung des Feldes der Photoelemente entspricht. Bei dieser Ausführungsform liegt der besondere Vorteil darin, daß man in einem relativ kleinen Meßbereich eine große Auflösung erreichen kann, und zwar so, daß die Photoelementengruppe, die die definierten physikalischen Maße aufweint, in einem genügend großen Lichtfleck so plaziert werden kann, daß an der gewünschten Stelle die größtmögliche Auflösung erreicht wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß zum Erzeugen einerdefinierten Hell-Dunkel-Zone eine

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Blende einschiebbar ist, wobei das Ergebnis in' einer besonderen elektronischen KontfoILeinheit überpiü ft ist. Damit wird eine einfache Einrichtung geschaffen, die ein Überprüfen des Systems ermöglicht.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nHher erläutert.

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Es zeigen,

Figur 1 ein Ausftihrungsbeispiel einer derartigen Meßeinrichtung in schematischer Anordnung der Einzelteile,

Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des Grundrisses nach der Linie A-A gemäß Figur 1,

Figur 3 ein weiteres AusfUhrungsbeispiel gemäß Figur 1 und j

Figur 4 eine Ansicht nach der Linie B-B in Figur 3 im Grundriß.

Bei dem in Figur 1 dargestellten AusfUhrungsbeispiel wird von einer Lichtquelle 1 der Lichtstrahl über ein Linsensystem 2 und ein Polarisationssystem 3 zu einem Meßprisma 5 gegeben, das mit einer seiner Basisflächen an der zu messenden Substanz 4 anliegt. Das reflektierte Licht gelangt über eine Linse 6 auf .einen Schirm 7, an dem in Form von einer oder von mehreren Reihen Photoelemente 8 angeordnet sind, die sich über den gesamten möglichen Meßbereich erstrecken. Es bildet sich auf dem Schirm 7 eine Hell-Dunkel-Grenze 9 aus, mit dem Lichtfleck 17 (Figur 2). Die Photoelemente 8 stellen Über eine einbaute Elektronik diese Hell-Dunkel-Grenze 9 fest, die mit einer weiteren elektronischen Schaltungseinheit verbunden ist. Diese Schaltungseinheit besteht aus einem Adressenzähler 10, der die Zahl der beleuchteten oder nicht beleuchteten Photoelemente 8 zählt, wobei diese Zahl als Adresse für einen Maßfestwertspeicher 11 dient, der den Wert der gemessenen Substanz an einer Anzeigeeinheit 12 anzeigt.

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-6-Die Funktionsweise ist wie folgt:

Die Photoelemente 8 werden mittels eines Schieberegisters, das mit den Photoelementen 8 einen integrierten Kreis "bildet, nacheinander aufgeschaltet und auf ihren elektrischen Zustand geprüft. Wenn ein Photoelement 8 nicht "belichtet ist, steht auf seinem Ausgang ein entsprechendes Signal an, das diesen Zustand eindeutig darstellt. Wenn ein Element 8 wieder belichtet ist, ergibt sich am Aus"gang ein Signal, das de? Beleuchtungsstärke proportional ist. Das Schieberegister bringt von jedem einzelnen Photoelement 8 auf seinem Ausgang das entsprechende Signal. Wenn man das Signal zu einem Vergleicher führt und der eine entsprechende einstellbare Kippschwelle aufweist, dann ergeben 'sich eindeutige Aussagen über die Veränderungen auf den Photoelementen 8. In dem Augenblick, wo der Vergleicher kfcpt, d.h. die Hell-Dunkel-Grenze 9 erzeugt ist, wird ein Signal abgegeben, das die Impulse, die im Adressenzähler 10 laufen, sperrt. Die Zahl der Impulse ; im Adressenzähler 10 entspricht dann der Anzahl der belichteten Photoelemente 8. Diese Adresse wird ,letzt für den Festwertspeicher 11 verwendet, in dem die Wertigkeiten eines Maßsystems gespeichert sind, beispielsweise öchsle-, Brix-Werte oder dergleichen. Dieser Adressenwert-Zählerstand entspricht dabei einem Meßwert in dem Festwertspeicher' 11, der anschließend in der Anzeigeeinheit 12 dargestellt wird.

Eine zusätzliche Verbesserung der Konturenschärfe der Hell-Dunkel-Zone und damit ein Ausschalten des Einflußes des diapergierten Lichtes wird mit Hilfe eines Zirkumpolariaierten Pilterglase'3' erreicht.

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Bei der Aus f Uhrungs form nach, den Figuren 1 und 2 ist eine Möglichkeit zutn Überprüfen des Systems vorgesehen, wobei mit Hilfe eines Elektro-Magneten 14 eine Blende 15 in das Lichtstrahlbündel eingeschoben werden kann, wobei diese Blende 15 um einen "bestimmten .Betrag" eingeschoben wird, um eine ganz genau definierte HeIl-Dunkel-Zone zu simulieren. Das Meßwertergebnis wird mit einer elektronischen Kontrolleinheit 16 (Figur ?) geprüft, wobei das Ergebnis zum Ausdruck bringt^ ob das Gerät noch funktionsfähig ist« Gleichzeitig erscheint der Wert auch in der Anzeigeeinheit 12 zur optischen Kontrolle.

Bei der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsform wird der reflektierte Lichtstrahl auf einen Schirm 7' projiziert, der den zu überwachenden Meßbereich 13 in Vergrößerung widergibt. In diesem zu überwachenden Meßbereich 13 mit hoher Auflösung befindet sich auch die Gruppe der Photoelemente 8. Eine Verwertung der Meßsignale erfolgt in der gleichen Weise wie bei Figur 2 beschrieben.

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Claims

Patentnnsprüche

[I)J Meßeinrichtung zur refraktometrischen Bestimmung ^^^ physikalischer Größen einer Substanz unter Zugrundelegung der Totalreflexion, bei der von einer Lichtouelle Über ein Linsen- und Polarisationssystem Licht auf eine Grenzfläche zwischen Prisma und der Substanz auftrifft und reflektiert wird und das auf einen Schirm auftreffende reflektierte Licht hinsichtlich seiner Hell-Dunkel-Grenze mit Photoelementen abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine große Anzahl von Photoelementen (θ) über den gesamten Meßbereich in Form von einer oder mehreren Zeilen angeordnet 1st und die Photoelemente (θ) zur Bestimmung der Hell-Dunkel-Grenze (9) über eine elektronische Schaltung an einen Adressenzähler (10) angeschlossen sind, dem ein Maßfestwertspeicher (11) sowie eine Anzeigeeinheit (12) nachgeordnet sind.

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?) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßbereichsspektrum (13) derart vergrößert ist, daß die Breite dieser zu tiberwachenden Zone (13) der Längser9treckung des Feldes der Photoelemente (^) entspricht.

3) Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen einer definierten Hell-Dunkel-Zone eine Blende (14) einschiebbar ist, wobei das Ergebnis", in einerTbesprideren elektronischen Einheit Xi&) kon- ·"'~troilierbarTiiiröQd _in..einer Anzeigeeinheit (12) aufscheint ·

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4) Meßeinrichtung nach Anspruch 1 "bis 3,' dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Meßprisma (5) und der vor dem Schirm angeordneten Linse (6) ein Zirkum polarisiertes Filterglas (3^!) angeordnet ist.

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