DE2654155A1

DE2654155A1 - Konzentrations-bestimmungsmethode

Info

Publication number: DE2654155A1
Application number: DE19762654155
Authority: DE
Inventors: Lennart Eriksson; Gerdt Dr Phil Fladda; Torulf Pettersson
Original assignee: Svenska Traforskningsinstitutet
Current assignee: Svenska Traforskningsinstitutet
Priority date: 1975-12-01
Filing date: 1976-11-30
Publication date: 1977-06-02
Also published as: US4110044A; JPS5734898B2; SE7513524L; FI763445A; SE393864B; CA1074147A; FI58697B; JPS5275483A; FI58697C; FR2334097B1; FR2334097A1; GB1568247A

Description

Unte-döruen Vä4 Tel. 553611/12

SVENSKA TBlFORSKNINGSINSTITUTET, Drottning Kristinas väg 53-69,

Stockholm/Schweden

Konzentrations-BeStimmungsmethode

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zur Bestimmung des Gehaltes an Schwebestoffen in einem fließenden Medium der in der Präambel von Anspruch 1 angegebenen Art.

Besonders in der Forstwirschaft ist es von großem Interesse, den Prozentsatz von Schwebestoffen messen zu können, in erster Linie Fasern und Faserbruchstücke in verschiedenen Abwässern. In den heutigen Standard-Methoden versteht man unter Schwebestoffe solche Materialien, die mechanisch durch Filtern entfernt werden können. Solche Schwebestoffe können aus verschiedenen Bestandteilen bestehen, in erster Linie Fasermaterial und Füllstoffe aus der Papierherstellung von möglicherweise sehr unterschiedlicher Größe.

Die bisher vorhandenen Instrumente zum Messen von Schwebestoffen, wie Trübungsmesser, die auf der allgemeinen Lichtzerstreuungsfähigkeit des Musters basieren - oder Meßvorrichtungen, die mit polarisiertem Licht arbeiten, ermöglichen die Prozentsatzbestimmung von Schwebestoffen, vorausgesetzt, es bestehen keine Unterschiede in der Zusammensetzung. Solche Unterschiede aber sind typisch für die Abwässer in der Forstwirtschaft, besonders in sogenannten Ab- wässern, die durch Störungen oder Fehler bei der Herstellung entstanden sind.

Trübungsmeßinstrumente reagieren oft viel empfindlicher auf Abwässer mit feinen Fraktionen (z.B. Faserbruchstücke) als auf Abwässer mit erstklassigen Fasern, daher kann die Anzeige eines Instrumentes der beschriebenen Art sowohl auf einen hohen Abwassergehalt von erstklassigen Fasern als auch auf einen beträchtlich kleineren Gehalt feiner Fraktionen hindeuten.

709822/0825

Da Fasern einen großen Wert darstellen, ist es interessant zu versuchen, die Fasern im Abwasser wieder der Produktion zuzuführen. Beim Verlassen der äußeren Abwasserbehandlungsanlage der Fabrik können besagte Fasern .sich auf Grund ihrer Größe in der Nähe des Ausflusses zu Fasersträngen verbinden - im Gegensatz zu den feinen Fraktionen, die lange Zeit im Wasser verteilt bleiben und möglicherweise Umweltstörungen anderer Art verursachen können. Eine erhöhte Anzahl erstklassiger Fasern im Abwasser sind oft ein Zeichen dafür, daß irgend etwas in der Anlage nicht in Ordnung ist und verbessert werden muß. Aus diesem Grunde ist es oft wünschenswert, die Menge der erstklassigen Fasern im Abwasser getrennt messen zu können, und es gibt auch ein Instrument auf dem Markt, das im Wesentlichen nur auf die Menge der erstklassigen Fasern im Abwasser anspricht , das aber kaum einen Rückschluß auf die vorhandene Menge feiner Fraktionen ermöglicht:".

Nach den bestehenden Vorschriften zur Kontrolle umweltschädlicher Einwirkungen in der Forstwirtschaft muß der Prozentsatz der Schwebestoffe, die von einer Fabrik an einen Empfänger geliefert werden gemessen und den Behörden gemeldet werden. Die erhöhten Kontrollanforderungen haben auch die Notwendigkeit betont, ein automatisches, möglicherweise kontinuierlich aufzeichnendes Gerät einzusetzen, das schnelle Änderungen des Prozentwertes registriert.

Bis jetzt werden Schwebestoffe in der Forstwirschaft vorwiegend in den Laboratorien der Fabriken gemessen, und zwar durch mechanische Trennung eines Musters, das gewöhnlich mit Hilfe eines automatischen Musternehmers durch Teilmuster die in regelmäßigen Abständen entnommen und zu einem Gesamtmuster vereinigt werden gewonnen wird (in den meisten Fällen ein 2*f-Std.-Muster). Besagte Methode ist langsam und vergleichsweise teuer_} da sie Handarbeit erfordert, und führt bei unterschiedlicher Zusammensetzung des Musters zu verschiedenen Ergebnissen^ sie hat jedoch den Vorteil, daß sie funktioniert und einfach ist« Ihre Genauigkeit ist zufriedenstellend, es ist jedoch ein gewisser Wartungsaufwand erforderlich,, um die Funktion aufrecht zu erhaltene Biese Methode ist jedoch nur für die Kontrolle von Musterprüfungen geeignete

Es trifft ZU₃ daß es bereits eine Methode gibt, bei der eine Lichtquelle eine Suspension beleuchtet_s und wo das die Flüssigkeit in einer bestimmten Richtung durchdringende Licht gemessen wird«

. -.3-709822/0825

Nach dieser Methode wird der direkte Spannungspegel des Signals gemessen und gezählt, wievielmal die Spannung eine vorbestimmte Schwelle innerhalb einer bestimmten Zeit überschreitet. Besagte Methode arbeitet an sich zufriedenstellend, aber es bestehen einige Eichschwierigkeiten, da die Meßgenauigkeit sowohl von dem vorbestimmten Schwellenwert als auch von verschiedenen Koeffizienten, mit denen die verschiedenen Werte übereinstimmen müssen, abhängt. Diese Vorrichtung liefert auch einen Meßwert, der von der Geschwindigkeit der fließenden Flüssigkeit abhängt.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Methode zu erhalten, bei der der Gesamtprozentsatz eines Schwebestoffs genau und unabhängig von der Teilchengrößen-Verteilung ermittelt wird, und welche die Vorteile der vorbeschriebenen Methoden vereinigt, ohne ihre Schwächen bei der Messung des Gesamtprozentsatzes an Schwebestoffen zu übernehmen. Dieses Ziel wird durch den Gegenstand dieser Erfindung erreicht, und die Lösung wird durch Definition der charakteristischen Merkmale in den Ansprüchen gegeben. Nach der Methode dieser Erfindung kann außer dem Prozentsatz der Schwebestoffe auch die Teilchengrößen-Verteilung gemessen werden. Sie ermöglicht auch eine kontinuierlichere Kontrolle der zeitlichen Veränderungen verschiedener Bestandteile und somit eine Früherkennung von Änderungen.

Natürlich ist der Gegenstand dieser Erfindung nicht nur für den Gebrauch in der Forstwirtschaft geeignet sondern auch bei vielen anderen Zusammenhängen verwendbar, bei denen es wünschenswert ist, den Prozentsatz von Schwebestoffen in einer Flüssigkeit zu bestimmen.

Die Erfindung wird besser verständlich durch die Begleitzeichnungen, von denen Abb. 1 eine Kurve für kurze und lange Fasern durch die Stärke spannungstransformierten empfangenen Lichts als Frequenzfunktion zeigt. Abb. 2 zeigt den quadrierten Effektiv wert des wechselnden Spannungsanteils des Signals als Funktion der Faserlänge im Schwebestoff für den gesainten Wechselspanäungsantexl und den Effetivwert für den Wechselspannungsantexl_s nachdem das Signal zuerst einen Hochpaßfilter mit drei verschiedenen Grenzfrequenzen passiert hat; es zeigt auch den direkten Spannungspegel des empfangenen Signals in Beziehung zu einem festgelegten Pegel als Funktion der durchschnittlichen Faserlänge in der Suspension.

" ^k " 709822/082S

Abb. 3 zeigt die erste Verkörperung einer Vorrichtung zur Ausführung der Methode dieser Erfindung. Abb. k zeigt die Form einer Kurve, die zur Erk lärung eines Teils dieser Erfindung benutzt wird, und Abb. 5 und 6 zeigen zwei verschiedene Verkörperungen von Vorrichtungen zur Ausführung der Methode dieser Erfindung.

Die Methode der Erfindung basiert auf der Tatsache, daß in einer Suspension aus feinteiligem Fasermaterial, d.h. kurzen Fasern, das Fasermaterial gleichmäßigerin einer Flüssigkeit verteilt ist als grobteiliges Fasermaterial, d.h. lange Fasern. Bei gleichem Prozentsatz des Fasermaterials ist eine feinteilige Suspension trüber als eine grobteilige. Das bedeutet, daß beim Bestrahlen einer Suspension mit Licht etwa im rechten Winkel zur Fließriichtung und nach Fixierung der Lichtstrahlen in einem festen Winkel "w" und Bestimmung der Lichtstrahlen auf der anderen Seite der Flüssigkeit entweder in der Verlängerung des Einfallwinkels oder in einem bestimmten Winkel in Relation zu besagter Richtung es möglich ist, nach Umwandlung des ermittelten Lichts in ein elektrisches Signal, bei dem gleichen Prozentsatz einer grobkörnigen Suspension, ein Signal mit starken Veränderungen, mit verhältnismäßig niedriger Frequenz und einem verhältnismäßig kleinen Unterschied im Gleichstromwert, verglichen mit einem Signal ohne Suspension und mit einer feinen Fraktion, ein Signal mit starker Frequenzveranderung und mit einem verhältnismäßig großen Gleichstromanteil zu erhalten. Daß dies tatsächlich der Fall ist, ist leicht einzusehen, wenn man zuerst eine grobteilige Suspension betrachtet, bei der jede Faser, die den Lichtstrahl passiert, zu einem deutlichen Wechsel des empfangenen Signals über einen relativ längeren Zeitraum führt, ob eine Faser zwischen Lichtquelle und Detektor steht oder das Licht zum Detektor reflektiert. Je dünner die Fasern verteilt sind, desto größer ist die Chance, daß jede Faser, die den Strahl zwischen Lichtquelle und Detektor passiert, eine einzige Signaländerung auslöst, und daß zwei Fasern nicht gleichzeitig Signaländerungen auslösen. Je mehr Fasern in dem Teil der Flüssigkeit enthalten sind, die gerade den Strahl zwischen Lichtquelle und Detektor passieren, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß mehr Fasern das Licht zum Detektor gleichzeitig beeinflussen, was dazu führt, daß das Signal komplexer mit einer größeren Zahl von Frecfuenzanteilen variiert, jedoch noch immer mit vorherrschenden niedrigen Frequenzen.

⁵ "709822/0828

Wenn andererseits die Fasern der groben Fraktion klein gemahlen werden, wird man leicht einsehen, das jedes Faserteil in der so erhaltenen Suspension beim Passieren des Strahls zwischen Lichtquelle und Detektor einen relativ kleinen Impuls auslöst, aber daß eine größere Anzahl von Faserstücken hinter- und nebeneinanderschwimmen, so daß selbst ein geringerer Prozentsatz ein relativ "trübes¹' Signal mit einem stark variierenden Frequenzgehalt und einer bestimmten Vorherrschaft von höheren Frequenzen im Vergleich zu der groben Fraktion und mit einer relativ großen Gleichstromkomponente auslöst.

In Abb. 1 werden zwei Kurven des aufgespürten in Spannung umgewandelten Lichts als Funktion der Frequenz gezeigt, jedoch ohne dieGleichspannungskomponente - für zwei verschiedene Suspensionen mit einem vorbestimmten Prozentsatz an Schwebestoffen. Kurve I repräsentiert die Frequenzvariation für lange Fasern und Kurve II für kurze Fasern. Natürlich sind die Frequenzen direkt abhängig von der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Wie vom Diagramm ersichtlich, schneiden sich die Kurven bei der Frequenz f . Kurve I für lange Fasern zeigt eine höhere Spannung innerhalb des Niederfrequenzbereichs und eine niedrigere Spannung innerhalb des Hochfrequenzbereichs als Kurve II..Bei höheren Prozentsätzen als den von den Kurven dargestellten werden diese ungefähr parallel in ansteigender Sichtung verschoben, und die Überschneidungen liegen ungefähr übereinander, jedoch mit einer gewissen Verschiebung nach rechts, da die Wechselspannungskomponente sich als solche bei einer feinen Fraktion schneller vermindert als bei einer groben Fraktion, während andererseits sich die Gleichspannungskomponente bei feinen Fraktionen schneller erhöht als bei einer groben Fraktion, bedingt duch die oben beschriebene vermehrte Trübung der Suspension bei höheren Prozentsätzen. Es ist jedoch möglich, einen Frequenzbereich um den Schnittpunkt herum zu finden, bei dem der Effektivwert der Spannung

bei beiden Kurven gleich ist, und wobei das besagte Verhältnis mit den gleichen Grenzfrequenzen mit einer guten Annäherung auch für andere Prozentsätze innerhalb eines begrenzten Prozentbereichs als in Abb. 1 gezeigt zutrifft.

709822/0826

Wie aus Abb. 1 hervorgeht, erhält man für niedrige Frequenzen viel größere Unterschiede zwischen Kurve I und Kurve II als für hohe Frequenzen. Demzufolge ist es möglich, den gewählten Frequenzbereich so auszuwählen,, daß ein Niederfrequenzteil des gesamten Frequenzbands abgeschnitten wird.

Dieses Ergebnis trifft für kurze Fasern nicht ganz zu, aber für die Bestimmung des Prozentsatzes einer Suspension mit einer Fraktion über der vorbestimmten GrBße wird der gleiche Wert für den Effektivwert des aufgespürten in Spannung umgewandelten Lichts erhalten. Dies geht deutlich aus Abb. 2 hervor, in der die durchgezogenen Kurven den Effektivwert des Wechselspannungsteils des vom oben erwähnten Detektors nach dem Passieren eines Hochpaßfilters mit verschiedenen Srenzfrequenzen erhaltenen Signals als Funktion der Faserlänge in einer Suspension zeigen.

Diese Kurven erhält man bei verschiedenen Suspensionen mit einem Faserprozentsatz von Too mg/1 mit Fasern verschiedener Länge durch Messung des Effektivwertes vom Wechselspannungsanteil des Ausgangssignals vom Detektor nach Durchgang durch verschiedene Hochpaßfilter. Wie aus den verschiedenen Kurven hervorgeht, erhält man oberhalb einer vorbestimmten Faserlänge eine fast horizontale Kurve. Der horizontale Teil der Kurve verschiebt sich bei kürzeren Fasern mehr nach rechts, Je höher man die Grenzfrequenz wählt, aber der erhaltene Spannungswert wird gleichzeitig bei höher gewählten Grenzfrequenzen stärker vermindert. Beim Vergleich mit Abb. 1 ist klar ersichtlich, daß die größten Unterschiede zwischen den Kurven I und II in dem äußersten linken Teil der Kurven auftreten, wo die Begrenzung vorgenommen wird.

Folglich kann man eine ziemlich gute Annäherung erhalten, wenn man den Faserprozentsatz in einer Suspension mißt, von der man annehmen kann, daß sie Fasern enthält, die hauptsächlich über eine bestimmte Lange hinaus gehen, und zwar mit Hilfe eines Hochpaßfilters hinter dem oben erwähnten Detektor.

Abb_e 2 zeigt auch einen Gleichspannungsteil des vom Detektor gelieferten Signals im vergrößerten Maßstab, wobei der Detektor in der Winkelstellung 0° steht, d.h. genau der Lichtquelle gegenüber

709822/082S

auf der anderen Seite des Fukussierungspunktes, wobei das Signal von einem Gleichspannungswert für klares Wasser, wie durch die gestrichelte Linie dagestellt, abgezogen wird. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, ist das Gleichspannungssignal bei feinen Fraktionen am stärksten, d.h. bei kurzen Fasern und nimmt bei groben Fraktionen, d.h. langen Fasern ab, was vollkommen mit der obigen Erörterung übereinstimmt. Beim Vergleich der Kurve für das Gleichspannungssignal mit der Kurve für den quadrierten Effektivwert über den gesamten Wechselspannungsteil ergibt sich kein Zweifel, daß die Kurve für das Gleichspannungsignal und für das ungefilterte Wechselspannungssignal in entgegengesetzte Richtungen verlaufen, und Untersuchungen haben gezeigt, daß man für alle Faserlängen eine praktisch horizontale Kurve erhält, wenn man das oben erwähnte Gleichspannungs-Differenzsignal mit einem geeigneten Faktor multipliziert und dem Mittelwert des quadrierten Wechselspannungsteils hinzuaddiert. Bei unterschiedlichen Faserprozentsätzen wird diese Kurve bei höheren Schwebestoff-Prozentsätzen parallel nach oben und bei niedrigeren nach unten verschoben. Wird das Quadrat des Effektivwerts vom Wechselspannungsteil dem Gleichspannungssignal, multipliziert mit dem geeigneten Faktor, hinzuaddiert, ist das Ergebnis völlig unabhängig von der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit bis hinunter zu sehr geringen Geschwindigkeiten, was eine Eigenschaft von großem Wert ist, welche die Version dieser Methode sehr nützlich macht.

Von den Kurven für das Gleichspannungs-Differenzsignal und dem ungefilterten Wechselspannungssignal· ist auch ersichtlich, daß z.B. durch Teilen dieser Signale ein Signal erhaiten werden kann, daß bei verschiedenen Fraktionen starke Unteschiede aufweist, was sich zunutze gemacht werden kann, um Veränderungen im Verhältnis zwischen groben und feinen Fraktionen in der Suspension festzustellen,

Abb.3,5 und 6 zeigen drei verschiedene Versionen von Vorrichtungen zur Ausführung der verschiedenen Methoden gemäß dieser Erfindung. In der in Abb. 3 dargestel^en Vorrichtung beleuchtet eine Lichtquelle 1 über ein optisches Element 6 und eine Membran 7 ein transparentrs Rohr 5 durch welches eine Flüssigkeit, die Schwebestoffe enthält fließt. Auf der anderen Seite des Rohres wird ein Detektor in einem Winkel θ zu einer Linie von der Lichtquelle 1 durch die Mitte des Rohres plaziert. Soll nur der Wechselspannungsteil des

- ⁸ - 709822/082S

Signals vom Detektor bestimmt werden, ist der Winkel 0 in keinster Weise kritisch und kann zwischen 0° und 9o° gewählt werden. Die Stärke des Signals wird hierdurch jedoch beeinflußt. Die vom Lichtdetektor 2 aufgenommene Lichtstärke wird in ein elektrisches Spannungssignal umgewandelt, das durch einen Filter 3 zu einem Effektivwert-Generator k geleitet wird. Dieser Generator 4 kann ein ein Spannungsmesser sein, der den echten Effektivwert anzeigt (Effektivspannungsmesser), der Suspensions-Prozentsatz jedoch läuft nicht linear zur Skala des Spannungsmessers. Ein lineares Verhältnis zum Suspensions-Prozentsatz kann zuminest für niedrige Werte erhalten werden, wenn das Ausgangssignal vom Generator k in einem Quadrierungselement quadriert wird (4¹) > das hinter dem Generator in Signalrichtung angeschlossen wird.

Soll der Faserprozentsatz einer feinen Fraktion gemessen werden, ist Filter 3 ein Bandfilter, dessen Grenzfrequenzen auf jeder Seite der Frequenz in geeigneter Weise (F_Q) gewählt wird (Abb.1). Dadurch ' ergibt sich eine dirkete Abhängigkeit zwischen Fließgeschwidigkeit der Flüssigkeit und der Frequenz, und es muß daher eine Kontrolle der einen Größe im Verhältnis zur anderen erfolgen.

Wenn es nicht so wichtig ist, den Gehalt einer feinen Fraktion von Schwebeteilen zu bestimmen, wird anstelle des Filters 3 ein Hochpaß·*· filter genommen, wo die niedrigere Grenzfrequenz, wie aus Abb. 2 ersichtlich, höher ist, je mehr feinteilige Suspensionen zu bestimmen sind. Der Vorteil dieser Version ist der, daß die Athängigkeit von der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit nicht so kritisch ist. Es muß jedoch beachtet werden, daß die niedrigere Grenzfrequenz des Filters von der Fließgeschwindigkeit abhängig ist und es daher möglich ist, die Fließgeschwxndigkeit herabzusetzen anstatt die Frequenzgrenze zu erhöhen, wobei man die gleichen Kurven wie in Abb 2 erhält. Jedoch muß die Meßzeit in Relation zur Fließgeschwindigkeit stehen, damit die gleiche Streuung der Meßdaten erhalten wird,-

Manchmal können Farbunterschiede in der Flüssigkeit auftreten, die durch das transparente Rohr fließt; solche Unterschiede müssen kompensiert werden. Daher wird in der Version nach Abb. 3 ein zweiter Lichtdetektor 8 gezeigt, -der in einem (bestimmten ) Winkel J zu der Linie durch die Lichtquelle und die Mitte des Rohrs plaziert

- 9 - 709822/0825

Soll Licht in einem bestimmten, festen Winkel w einfallen und auf eine Flüssigkeit gerichtet werden, die keine lichtstreuenden Teilchen enthält, ist die Lichtstrahlung aus der Füssigkeit im Prinzip gleichmäßig über den gleichen festen Winkel verteilt wie das einfallende Licht auf der anderen Seite des Fukussierungspunktes, so daß ein Lichdetektor der um den Fokussierungspunkt bewegt wird kein Licht außerhalb des festen Winkelbereichs aufspüren könnte. Innerhalb dieses Bereichs gäbe es einen gleichmäßigen Lichstrahl, vorausgesetzt, daß der einfallende Lichtstrahl gleichmäßig über den festen Winkelbereich des einfallenden Lichtes verteilt wird. Ein Lichtdetektor, der um den Fokussierungspunkt gegenüber dem einfallenden Licht plaziert wird, müsste so einen rechtwinkligen Ausgangsimpuls geben. Dies kann in der Praxis nie erreicht werden, da die Lichtstreuungserscheinungen durch das Ausgangssignal des Detektors, der um den Fokussierungspunkt bewegt wird, glockenförmig sind oder die Form einer Gaußschen Kurve haben mit dem stärksten Signal gegenüber der Lichtquelle und mit steilen Flanken beim Passieren des Bereichs um die Grenze des festen Winkelbereichs. Je mehr lichstreuende Teilchen die Flüssigkeit enthält, desto geringer ist das Signal der Lichtquelle gegenüber, und desto flacher sind die Flanken der Gaußschen Kurve (siehe Abb./f). Bei gleicher Lichtaufnahme der Flüssigkeit aber mit verschiedener Streuung haben die erhaltenen Gaußschen Kurven immer die gleichen Schnittpunkte K, was bei der Messung von Nadelholzsulphatfraktionen ^16, i6-3o, 3o-5o, 50-I00, 100-200; <^ 2oo für Konzentrationen bis zu 2oo mg/1 nachgewiesen werden konnte. Wird ein Lichtdetektor so plaziert, daß die Gaußschen Kurven durch den gleichen Punkt laufen, so ist das vom Detektor angezeigte Signal unabhängig von der Streuungserscheinung und nur abhängig von der Lichtaufnahme der Flüssigkeit, d.h. dem Farbunterschied der Flüssigkeit. Es ist zu beachten, daß dies nur für den Gleichspannungsteil des Signals zutrifft, so daß folglich beim Messen einer fließenden Flüssigkeit am besagten Punkt ein Signal erhalten wird, das um einen konstanten Wert herum schwankt.

Nimmt die Absorption in der Flüssigkeit zu, fallen die beiden Kurven im Verhältnis zu der zunehmenden Absorption und folglich auch der Wert bei Punkt K in der Winkelstellung *£ .

¹⁰ 709822/0825

Dies wird für die Farbkompensation ausgenutzt, indem man den Lichtdetektor 8 in die Winkelstellung J bringt und das von diesem Detektor ausgesandte Signal durch einen Filter 9» der den Wechselspannungsteil ausfiltert, leitet zu einer Steuervorrichtung 9> die wiederum die Steuerspannungsquelle Io der Lichtquelle 1 steuert, so daß der Gleichstromteil aus Detektor 8 konstant bleibt. Es kann natürlich auch jede andere Art der Farbkompensation angewandt werden.

Da die Plazierung des Detektors 2 nicht kritisch ist, können Detektor 2 und Detektor 8 in dieser Version derselbe sein und in die Winkelstellung Ji gebracht werden. Das Ausgangssignal des Detektors wird in diesem Falle in einen Gleichstromteil zur Farbkompensation und in einen Wechselspannungsteil zum Messen des Suspensions-Prozentsatzes geteilt.

Die in Abb. 5 gezeigte Vorrichtung macht sich die Tatsache zunutze, daß es möglich ist, eine praktisch horizontale Kurve für alle Fraktionsarten zu erhalten, wenn der quadrierte Effektivwert des Wechselspannungsteils des Signals vom Detektor 2 der Differenz zwischen zwei Gleichspannungssignalen eines Lichtdetektors hinzuaddiert und mit einer Konstante multipliziert wird.

Wenn sich in Abb. Zf die Kurve Ö· auf klares Wasser bezieht, d.h. auf Wasser ohne Schwebestoffe und Kurveρ auf Wasser mit Schwebestoffen, dann ist die Differenz zwischen dem Ausgangsspannungspegel für einen Detektor in der Winkelstellung O=X und für einen Detektor in der Winkelstellung θ = y. Versuche haben gezeigt, daß das Verhältnis zwischen y und χ ungefähr eine Konstante für den niedrigen Prozentbereich einer Suspension darstellt, für die das Verfahren der Erfindung geeignet ist. Daher kann der Gleichspannungsteil in Bezug zu einem konstanten Wert von einem Detektor genutzt werden, der in jede Winkelstellung außer,7 gebracht werden kann. Jedoch sollte die Winkelstellung θ auf einem leicht definierbaren Teil der Kurve für klares Wasser außerhalb 0 liegen.

In Abb. 5 ist ein Detektor 13 in Winkelstellung 0 gezeigt. Das daher kommende Ausgangssignal wird durch den Filter 14. geleitet, der den Wechselspannungsteil ausfiltert. Das Ausgangssignal des Filters "1*f wird zu einem Verstärker 15 geleitet, dessen Verstärkung

"709822/0825

der Konstante angepaßt wird, mit der das Gleichspannungssignal zu multiplizieren ist und kann daher eine Verstärkung unter 1 haben. Wie in Abb. 3 wird das Ausgangssignal vom Lichtdetektor 2 zum Filter Π geleitet. Aber in diesem Falle filtert der Filter nur den Gleichstromteil des Signals aus. Danach wird der Effektivwert im Effektivwert-Generator 12 produziert und im Quadrierelement 12« quadriert. Das Signal aus Element 12· und das Signal aus Verstärker 15 werden im Addierer 16 addiert.

Auch in dieser Version wird eine Farbkompensation vorgenommen, jedoch findet dies am Ausgangssignal statt. Nimmt die Farbe in der Flüssigkeit zu und damit die Absorption, senken sich die Kurven in Abb. 4j und die Senkung der Kurven in der Winkelstellung 0 und Q haben eine bestimmte Beziehung zueinander. Dies wird in der Weise genutzt, daß das Signal aus Detektor 2, der in dieser Version in der Winkelposition 0 steht, getrennt von , zu einem zusätzlichen Filter 16 geleitet wird, der den Wechselspannungsteil des Signals aus filtert. Die Signale aus Filter 16 und Verstärker 15 oder alternativ aus Filter 1^- werden jeweils zu einem eigenen Eingang eines Signalbehandlungsgeräts 17 geleitet, das das gegebene Verhältnis zwischen den Signalen errechnet, und in Abhängigkeit davon wird ein Signal zu einem Steuerungseingang einer Auswertungsschaltung geleitet (18), wodurch das Ausgangssignal aus dem Addierer 16 farbkompensiert wird. Anstatt die Signale der Detektoren 2 und 13 zu benutzen, kann auch ein Detektor 8 in diesem Falle in die Winkelstellung 0 gebracht werden, und dessen Ausgangssignal kann zu dem Steuereingang der Auswertschaltung 18 für die Farbkontrolle geleitet werden.

Wie aus obigen Feststellungen hervorgeht, können der Detektor 2 und 13 zur Messung des Suspensions-Prozentsatzes ein und derselbe sein, dessen Ausgangssignal· in einen Gleichspannungsteil und einen Wechselspannungsteil unterteilt und eigens in den Schaltungen 11, 12, 12·, lh und 15 behandelt wird, wie dies auch in Abb. 6 gezeigt wird. Gemäß dieser Abb. findet die Farbkompensation genauso statt wie in Abb. 3 mit einem Detector 8 in Winkelstellung . In dieser Version kann auch das Ausgangssignal vom Filter zum Steuereingang der Auswertungsschaltung 19 geleitet werden.

- 12 -

709822/0825

Innerhalb des Rahmens dieser Erfindung sind viele Modifizierungen möglich. So kann das transparente Rohr z.B. viereckig anstatt rund sein, wenn eine Kompensation des Lichtstrahls vorgenommen wird. Auch ist es möglich, das Rohr ganz wegzulassen und die Lichtquelle mit den optischen Elementen und den Detektoren in die Flüssigkeit zu senken. Selbstverständlich ist die Methode nach dieser Erfindung nicht nur zum Messen von fließenden Flüssigkeiten geeignet sondern auch zum Messen von Teilchen in fließendem Gas.

709822/0825

Claims

ANSPRÜCHE: 26541 5 S

1. Eine Methode zur Bestimmung des Prozentsatzes von Schwebestoffen in einem fließenden Medium, das senkrecht zur Fließrichtung mit Licht bestrahlt wird, dessen Stärke während der Messung vorwiegend konstant und vorgegeben ist, das von dem Medium in eine vorgegebene Richtung ausgestrahlte Licht wird von einem ersten Lichtdetektor aufgenommen, der es in ein elektrisches Signal umwandelt, das sich je nach Lichtstärke ändert, dadurch gekennzeichnet, daß es von dem Teil des Signals, das in einem vorgegebenen Frequenzbereich liegt, das Quadrat des Effektivwerts bildet und den Prozentsatz von dem Quadrat dieses Effektivwerts ableitet.

2. Eine Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzfrequenzen des Frequenzbereichs auf jeder Seite des Schnittpunktes von zwei Kurven der Signalspannung als Funktion der Frequenz plaziert sind, eine der Kurven repräsentiert große und die, andere kleine Teilchen, die Grenzfrequenzen sind so gewählt, daß das Quadrat des Effektivwerts vom Signal, das zwischen den Grenzfrequenzen liegt, sowohl für grobe als auch feine Trennung gleich ist.

3. Eine Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzbereich nur Frequenzen oberhalb einer vorgegebenen niedrigeren Grenzfrequenz umfaßt..

4· Eine Methode nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sie für den gesamten Wechselspannungsteil das Quadrat des Effektivwerts für das Signal bildet, und in einem zweiten Lichtdetektor (13) das von dem fließenden Medium in einer vorgegebenen Richtung ausgestrahlte Licht aufnimmt und in ein elektrisches Signal umwandelt, dessen Gleichspannungsteil im Verhältnis zu einem Gleichspannungsteil aus dem Detektor in der gleichen Richtung für ein fließendes Medium ohne Schwebestoffe bestimmt wird, um mit dem Quadrat des Effektivwertes ein Signal zu bilden, das den Prozentsatz eines Schwebestoffs bestimmt,

5. Eine Methode nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Quadrat des Effektivwertes und des Gleichspannungsteils addiert und mit einer Konstante multipliziert wird.

6. Eine Methode nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß das

- 2 - 706822/0821

INSPECTED

Quadrat des Effektivwertes und des Gleichstromteils durcheinander geteilt werden, das Resultat ist ein Maßstab für die Schwebeteilchenverteilung im Medium.

7. Eine Methode nach einer der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichspannungsteil von einem dritten Lichtdetektor in Licht umgewandelt wird, daß von dem fließenden Medium in einer Richtung ausgestrahlt wird, die so gewählt ist, daß in Abhängigkeit von dem festen Winkel des einfallenden Lichts Unterschiede im Gleichspannungsteil nur von der Lichtabsorption im Medium abhängen, zu einer Kontrollvorrichtung zur Kontrolle der Beleuchtung in diesem Medium, derart, daß ein Gleichspannungsteil des Ausgangssignals aus dem 3. Lichtdetektor konstant oder auf einen kontrollierten Wert gehalten wird.

8. Eine Methode nach einer der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichspannungsteil von zwei Detektoren in Licht umgewandelt und vom Medium in zwei Richtungen ausgestrahlt wird, die so gewählt sind, daß jede auf einer Seite einer Richtung liegt, die in Abhängigkeit von dem festen Winkel des einfallenden Lichts so gewählt ist, daß Unterschiede in einem Gleichspannungsteil, die in dieser Richtung auftreten, nur von der Lichtabsorption in besagtem Medium abhängig sind, das Signal wird entweder zu einer Kontrollvorrichtung zur Kontrolle der Beleuchtung des Mediums geleitet, derart, daß besagtes Signal konstant oder auf einen kontrollierten Wert gehalten wird.

9. Methode gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Lichtdetektor ein und derselbe ist, dessen Ausgangssignal in einen Wechselspannungs- und einen Gleichspannungsteil unterteilt wird.

10. Methode gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß der erste und dritte Lichtdetektor ein und derselbe ist, dessen Ausgangssignal in einen Wechselspannungsteil zur Messung des Schwebestoff-Prozentsatzes und einem Gleichspannungsteil zur Farbkompensation unterteilt ist.

709822/0825

11» Methode gemäß Anspruch Zf dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lichtdetektor in eine Winkelstellung gebracht wird, die von der Winkelstellung des dritten Lichtdetektors (8) getrennt ist.

12. Methode gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal vom dritten Lichtdetektor (8), multipliziert mit einer bestimmten Konstante, mit dem Signal aus dem ersten Lichtdetektor (2) zusammengebracht wird und, wo angebracht, vom zweiten Lichtdetektor (13) ein Signal bildet, daß den Prozentsatz des Schwebestoffs darstellt.

709S22/082S