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Zweistrahl-Wechsellicht-Kolorimeter Die Erfindung bezieht sich auf
einen Zweistrahl-Wechsellicht-Kolorimeter, bestehend aus einer Beleuchtungsoptik,
einer umlaufenden, den Lichtweg zu einer ersten Messküvette mit vergleichsweise
grosser Schichtdicke und darauffolgend zu einer zweiten Messküvette mit halber Schichtdicke
steuernden Blende, einem Spiegelsystem zur Lenkung der beiden Lichtstrahlen, nämlich
des Mess-und Vergleichsstrahles,auf ein Fotoelement sowie auf eine mit dem Fotoelement
elektrisch verbundene Mess- und Steuerschaltung.
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Der Vorteil derartiger Zweistrahl- Wechsellicht-Kolorimeter besteht
gegenüber den anderen bekannten Einstrahl- und Zweistrahl-Kolorimetern in der Verwendung
eines einzigen Strahlungsempfängers (Fotoelement) für das Mess- und Vergleichsstrahlsignal,
während bei anderen Kolorimetern zwei gleichartige Strahlungsempfänger vorhanden
sind. Bei Helligkeitsänderungen und der Verwendung von zwei Strahlungsempfängern
ist es schwierig, die Eigenschaftsänderungen der beiden Strahlungsempfänger zu eliminieren.
Durch die Verwendung von zwei die Objektflüssigkeit führenden Messküvetten, von
denen eine eine vergleichsweise hohe Schichtdicke und die andere nur die halbe Schichtdicke
aufweist, wird es ermöglicht, bei auftretender unterschiedlicher Helligkeitsänderung
durch Differenzbildung der elektrischen Meßsignale -nach dem fotometrischen Absorptionsgesetz-
die Konzentration der zu messenden Komponente in der Objektflüssigkeit zu ermitteln.
Eine derartige Verfahrensweise besitzt den Vorteil der Unabhängigkeit von anker
fremden Vergleichslösung. Die bekannten Zweistrahl-Wechsellicht-Kolorimeter besitzen
ein Steuerorgan, welches den von einer Beleuchtungsoptik erzeugten Meßstrahl im
Wechseltakt durch die erste und darauffolgend durch die zweite Messküvette lenkt.
Hierzu ist es bekannt, entweder einen oszillierenden Spiegel oder eine umlaufende
Blende (Chopper-Scheibe) zu verwenden. Mittels eines Spiegelsystems wird
der
von der Beleuchtungsoptik erzeugte Meßstrahl auf die Küvettenfenster der beiden
Messküvetten gerichtet. Das vom einzigen Fotowiderstand bzw. Foto element gelieferte
Meßsignal gelangt in die Messwertschaltung, die nunmehr die Messdifferenz zwischen
dem ersten und zweiten Signal bildet, wobei diese Differenz ein Mass für die Konzentration
der Objektflüssigkeit ist.
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Die bekannten Zweistrahl-Wechsellicht-Kolorimeter sind indessen raumgreifend
gebildet; sie besitzen auch keine Steuerschaltung, welche es ermöglicht, das Meßsignal
unmittelbar in ein Steuersignal, z.B. zur Steuerung von Korrekturflüssigkeit, zu
einem überwachten metallabscheidenden Bad zu steuern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zweistrahl-Wechsellicht-Kolorimeter,
insbesondere für einen Analyse-Automat in raumsparender Bauweise zu schaffen, der
eine zur Steuerung von Korrekturflüssigkeiten für metallabscheidende oder Vorbehandlungsbäder
ein konkretes Steuersignal liefert. Ferner solider Zweistrahl-Kolorimeter derart
gebildet sein, dass er im Dauerbetrieb zu betreiben ist, d.h. während des kontinuierlichen
oder intermetierenden Durchlaufes der Objektflüssigkeit über einen längeren Zeitraum
-z.B. einer Betriebsschicht von mindestens 8 Stunden- zur Uberwachung der Bäder
geeignet ist.
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Ausgehend von einem Zweistrahl-Wechsellicht-Kolorimeter der vorstehend
genannten Art besteht die Erfindung darin, dass innerhalb des Kolorimetergehäuses
im Wege des Lichtstrahl es im Raum zwischen der Beleuchtungsoptik und der Blende
zwei Spiegel angeordnet sind, von denen einer halbdurchlässig ist und in der optischen-Achse
zwischen der Beleuchtungsoptik und der ersten Messküvette (der Referenzküvette)
gelegen ist, während der andere Spiegel den vom halbdurchlässigen Spiegel reflektierten
Lichtstrahl zur zweiten der Messküvetten umlenkt und dass ferner auf der von der
Blende abgewandten Seite der beiden Messküvetten ein den Referenzstrahl auf das
im Meßstrahl der Messküvette gelegene und beiden Messküvetten gemeinsame Foto element
umlenkender dritter Spiegel angeordnet ist. Im gleichenGehäuse ist auch die Mess-
und Steuerschaltung eingeordnet.
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Durch diese konstruktive Ausbildung erhält man einen zum Einbau in
einenAnalyse-Automaten geeigneten, d.h. vergleichsweise kleinen jedoch sehr genau
arbeitenden Zweistrahi-Wechsellicht-Kolorimeter zur Überwachung und Steuerung von
Bädern der vorstehend genannten Art.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die beiden Messküvetten
in einem auch den Antriebsmotor für die Blende aufnehmenden Block einsetzbar angeordnet,
wobei der Antriebsmotor zwischen den beiden Messküvetten gelegen ist. Der die Messküvette
und den Antriebsmotor für die Blende aufnehmende Block trägt zwei der Antriebswelle
des Motors radial gegenüberliegende massenlos arbeitende Diskriminatorschalter,
die Bestandteil der Messwertschaltung sind. Vorzugsweise sind an der umlaufenden
Blendenscheibe oder deren Halterung die Schalter betätigenden Magnete angeordnet.
Die hnordnung ist derart getroffen, dass jeder der Magnete während eines Umlaufes
der Blendenscheibe den ersten Schalter öffnet und den im Umlauf nachfolgenden Schalter
schliesst. Durch den Versatz der beiden Schalter und der Magnete wird ein genauer
Wechseltakt des Mess- und Vergleichssignals ermöglicht. Das Mess- und Vergleichssignal
werden in den entsprechenden Schaltkreisen der Schaltung in proportional verstärkte
Gleichspannungen umgewandelt; sie gelangen Jeweils in einen Messwertspeicher (Kondensatorspeicher),
wobei vorteilhaft der Messwertspeicher des Vergleichssignals am Eingang eines weiteren
hochohmigen Endverstärkers gelegen ist und dieser einen Verstärkerpotentiometer
aufweist, der derart eingestellt ist, dass im "Soll"-Zustand der Objektflüssigkeit
an den jeweiligen Endverstärker-Ausgängen die Spannungsdifferenz gleich Null ist.
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Weicht nunmehr der IST-Zustand vom SOLL-Zustand ab, so erscheint am
Differenzbildner ein positives oder negatives Signal; dieses Signal ist die Steuergrösse
für die Zufuhr von Korrekturflüssigkeit zum Bad.
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Ein gemäss der Erfindung gebildeter Wechsellicht-Zweistrahl-Kolorimeter
nebst der zugehörigen Schaltung sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Gemäss Figur 1 besteht der Zweistrahl-Kolorimeter aus einem Gehäuse
1 mit in einem Wandungsteil 2 eingesetzter Beleuchtungsoptik 3 und einem ihre optische
Achse 4 schneidenden halbdurchlässigen Spiegel 5. Dieser Spiegel ist derart ausgebildet,
dass er den von der Beleuchtungsoptik gelieferten Lichtstrahl 6 teilt und diesen
einerseits in Richtung der optischen Achse 4 durchlässt und andererseits zu einem
Umlenkspiegel 7 abzweigt. In einem Bock 8 sind beidseitig zwei Messküvetten 9 und
10 angeordnet bzw. eingesetzt. Die erste (die Referenz-) Messküvette 9 besitzt vergleichsweise
eine grosse Schichtdicke d, wohingegen die Schichtdicke der zweiten Messküvette
10 d/2 beträgt. Im Beispiel ist hinter der Referenzküvette 9 ein weiterer Umlenkspiegel
12 angeordnet, der den auftreffenden Lichtstrahl auf ein Fotoelement 13 ablenkt.
Der die Objektflüssigkeit in der Nessküvette 10 durchdringende Lichtstrahl 11' gelangt
unmittelbar auf das gleiche Fotoelement 13. Mittels einer umlaufenden Blende, einer
Chopper-Scheibe 14, wird vorteilhaft -es muss aber nicht sein- ein Messfenster 9'
oder 10' der Messküvette abgedeckt, wohingegen das andere Messfenster 10' oder 9'
offen ist. Ein ebenfalls im Block 8 angeordneter Antriebsmotor 15 versetzt die Blende
in eine Rotation, und zwar vorzugsweise mit 50 Upm; dieser Motor 15 ist ein Gleichstrom-Synchronmotor.
Die ObjektflUssigkeit wird bei 16 in die Messküvette 10 eingespeist und durchströmt
diese; sie gelangt sodann in die Messküvette 9 und verlässt sie durch den Stutzen
17. Die beiden Messküvetten sind hier in Richtung des Objektstromes hintereinander
geschaltet; sie können aber auch im Objektstrom parallel geschaltet sein. Im Gehäuse
1 befindet sich eine Kammer 18, welche die mit dem fotoelektrischen Element (Empfindlichkeitsbereich
etwa 400 bis 700 Nanometer) verbundene Auswerteschaltung 19 beinhaltet.
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Mittels eines Steckers 20 ist der Kolorimeter mit einem Korrekturgeber
und/oder einem Anzeigegerät verbindbar.
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Wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht, trägt der den Motor 15 aufnehmende
Block 8 mittels Magneten 21 ansteuerbare massenlose Schalter 22. Die Magnete 21
sind in einer die Blende 14 aufnehmenden und mit der Motorwelle 23 verbundenen Triebscheibe
24 angeordnet. Durch die rotierende Blende werden beide Lichtstrahlen
periodisch
abwechselnd mit einer Modulationsfrequenz von 2,5 Hz unterbrochen, so dass die vom
Foto element abgegebenen elektrischen Impulse abwechselnd dem Mess- und Vergleichssignal
entsprechen, wobei die Sortierung dieser beiden Signale durch die beiden.massenlosen
Schalter 22 und 22' -welche Bestandteil des Signaldiskriminators sind- sortiert
werden. Die Magne-te 21 bilden in Bezug auf die Drehachse 23 einen vom gestreckten
Winkel abweichenden Winkel miteinander, und zwar derart, dass einer der Schalter
22 oder 22' nur öffnet bzw. schliesst, wenn die Blende 14 ein Fenster 9' oder 10'
der Messküvette 9 oder 10 abgedeckt hat. Möchte man indessen die Magnete radial
an die Trägerscheibe 21 ansetzen, so besteht auch die Möglichkeit, die magnetempfindlichen,
massenlosen Schalter 22 oder 22t entsprechend zu versetzen. Im Block 8 ist der Motor
15 mittig gehalten. Der Block besitzt fernerhin zwei Traversen 24 und 24', in welchen
beidseitig benachbart vom Motor die Messküvetten 9 und 10 eingesetzt sind. Der Block
8 ist mit der Bodenplatte 25 (Fig. 1) des Gehäuses 1 des Zweistrahl-Wechsellicht-Kolorimeters
verschraubt und verstiftet.
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Entsprechend sind auch die Aufnahmen für die Spiegel und für das lichte-X.lpSindliche
Element mit dem Boden des Kolorimeters verbunden.
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Figur 3 zeigt die Mess- und Auswerteschaltung des Zweistrahl-Weciisellicht-Kolorimeters.
Das fotoempfindliche Element 13 liegt an einem Eingangsverstärker 25, wobei das
ausgehende Signal am Messwertdiskriminator 26, bestehend aus den beiden magnetempfindlichen
massenlosen Schaltern 22 und 22', liegt. Wie vorbeschrieben, kann während eines
Umlaufes der Blende 14 nur einer der beiden Schalter, entweder 22' oder 22 geöffnet
sein. Der vom fotoempfindlichen Element und dem nachgeschalteten Verstärker ausgegebene
Messwert wird in Abhängigkeit von den Stellungen der Schalter 22 oder 22' in einem
der Kondensatoren 27 und 28 gespeichert, wobei der Kondensator 27 den Referenz-Wert
und der andere Kondensator 28 den Messwert speichert. Jeweils ein Verstärker 29
und 30 mit hochohmigem Eingang ermöglichen an ihren jeweiligen Ausgängen 291 bzw.
30' die Abfrage der betreffenden Messwerte. Hierbei ist die Anordnung derart getroffen,
dass der Verstärker 30 mittels
des rückgekoppelten Potentiometers
31 hinsichtlich des Verstärkungsfaktors einstellbar ist. Zum Abgleichen der Schaltung
wird derart verfahren, dass man zunächst mittels einer Eichlösung die Küvetten 9
und 10 des Zweistrahl-Wechsellicht-Kolorimeters füllt. Darauffolgend wird der -sogenannte-
Nullpunkt-Potentiometer 31 derart eingestellt, dass die Differenz der beiden Spannungen
an den Ausgängen 29' und 30' gleich Null ist. Bei ordnungsgemässem Betrieb des Kolorimeters
ergibt sich somit bei einer Änderung des Absorptionsvermögens der zu messenden Flüssigkeit
gegenüber der Eichlösung an den Ausgängen 29' und 30' eine positive bzw. negative
Spannungsdifferenz. Diese Spannungsdifferenz ist die Steuergrösse zur Zufuhr von
Korrekturflüssigkeit zu den mittels des Kolorimeters überwachten Bäder.
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6 Patentansprüche 3 Figuren