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"Verfahren und Anordnung zur selbsttätigen periodischen
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Kompensation von Empfindlichkeitsunterschieden bei Zwei strahl-Photometern"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selbsttätigen periodischen Kompensation
von Empfindlichkeitsunterschieden bei Zweistrahl-Photometern sowie auf eine Anordnung
zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein solches Verfahren ist bisher noch nicht
bekannt.
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Zweistrahl-Photometer sind bekannt und vielfach beschrieben worden,
so z.B. auch in der Zeitschrift "G-I-T", Fachzeitschrift
für das
Laboratorium, Heft 1, Jan. 1974, Seiten 20 bis 23.
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In diesem Aufsatz (Seite 23, linke Spalte, 2. Absatz) ist auf einen
Nachteil dieser Zweistrahl-Photometer hingewiesen, der darin besteht, daß sich die
Empfindlichkeiten der beiden Detektoren mit der Temperatur oder durch Alterung in
verschiedener Weise ändern, wodurch Fehlmessungen hervorgerufen werden. Zur Behebung
dieser Schwierigkeit wird dort (Abbildungen 5 und 6 mit Beschreibung) eine Lösung
vorgeschlagen, mit deren Hilfe zwar eine ständige Kompensation dieses Fehlers ermöglicht
wird, die Jedoch sehr aufwendig ist. Denn sie erfordert nicht nur zwei Lichtquellen,
die mit unterschiedlichen Frequenzen moduliert werden müssen, sondern auch zwei
auf die Modulationsfrequenzen abgestimmte Filter und eine Anzahl weiterer Elemente.
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Vie die Erfahrung gelehrt hat, ist es Jedoch nicht erforderlich, diese
Abweichungen laufend zu kompensieren, da es sich bei den oben genannten Einflüssen
(Temperatur, Alterung) um Langzeitwirkungen handelt. Es genügt also, wenn die Kompensation
in gewissen Zeitabständen und dabei zweckmäßigerweise selbsttätig erfolgt. Dadurch
läßt sich bei gleicher Wirkung der erforderliche Aufwand erheblich herabsetzen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und
eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht nun darin, daß in an sich bekannter
Weise der von nur einer Lichtquelle ausgehende Strahl zunächst mittels eines Strahlenteilers
in einen Meßstrahl und einen Vergleichs strahl aufgespalten wird, wobei der Meßstrahl
das Meßmedium und der Vergleichs strahl das Vergleichsmedium durchläuft, worauf
jeder Strahl einem Detektor zugeführt wird, deren Ausgangsspannungen auf einen Differenzverstärker
mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung gelangen, daß dabei Jedoch erfindungsgemäß
der aus dem Vergleichsmedium austretende Vergleichs strahl über einen zweiten Strahlenteiler
geführt und derart aufgeteilt wird, daß ein erster Teilstrahl auf den dem Vergleichs
strahl zugeordneten Detektor und der zweite Teilstrahl nach Umlenkung auf den dem
Meßstrahl zugeordneten Detektor gelangt, daß der Meßstrahl und der zweite Teilstrahl
periodisch und abwechselnd durch eine Blende derart unterbrochen werden, daß während
des Meßvorganges der zweite Teilstrahl unterbrochen wird und während des Kompensationsvorganges
der Meßstrahl unterbrochen wird, wodurch beide Detektoren anteilmäßig vom Vergleichs
strahl beaufschlagt und ihre Ausgangsspannungen sodann einander angeglichen werden.
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Dabei kann die Betätigung der Blende durch einen Motor erfolgen, der
z.B. durch einen Programmgeber in Tätigkeit gesetzt wird.
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Als ausreichend hat es sich erwiesen, wenn der Kompensationsvorgang
etwa einmal pro Stunde erfolgt, wozu ca. eine Minute benötigt wird.
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Die Angleichung der beiden Ausgangsspannungen der Detektoren kann
z.B. dadurch erfolgen, daß der Verstärkungsgrad eines Verstärkers mittels eines
von einem Motor getriebenen veränderbaren Widerstandes geändert wird.
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Bine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anordnung enthält
außer den bekannten Teilen wie Lichtquelle, Strahlenteiler, Je einer Küvette für
das Meß- und das Vergleichsmedium, zwei Detektoren, einem Differenzverstärker und
einer Auswerteeinrichtung erfindungsgemäß noch einen zweiten, im Vergleichsstrahl
angeordneten Strahlenteiler, eine Umlenkeinrichtung, eine von einem ersten Motor
gesteuerte Blende, drei von einem Programmgeber gesteuerte Schalter und einen von
einem zweiten Motor gesteuerten Verstärkungsregler.
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Zweckmäßigerweise ist der Differenzverstärker mehrstufig ausgebildet
und enthält für jeden Detektor zunächst einen Vorverstärker, deren Ausgänge mit
den Eingängen einer Differenzstufe verbunden sind, die ihrerseits mit den Eingängen
eines Abgleichverstärkers und eines Halteverstärkers verbunden ist, dem ein Endverstärker
mit Auswerteeinrichtung folgt.
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Es ist dabei zweckmäßig, zwei Vorverstärker für den Ausgang des Vergleichsdetektors
vorzusehen, die wahlweise an den Ausgang dieses Detektors gelegt werden können.
Dabei kann die Umschaltung über ein Relais erfolgen.
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An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens
und einer geeigneten Anordnung näher beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine Prinzipdarstellung
einer geeigneten Anordnung, Fig. 2 ein ausführliches Blockschaltbild einer Anordnung
und Fig. 3 ein Zeitdiagramm für die Umschaltung.
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Ein von einer Lichtquelle 1 ausgehender Strahl gelangt auf einen ersten
Strahlenteiler 2, durch den ein Teil des Strahls abgelenkt wird und über eine Umlenkeinrichtung
3, z.B. einen Spiegel, als Meßstrahl 4 eine Küvette 6 mit dem Meßmedium durchdringt
und auf einen ersten Detektor 8 gelangt. Der den ersten Strahlenteiler 2 durchdringende
Strahlenteil 5 durchläuft als Vergleichsstrahl eine zweite, mit dem Vergleichsmedium
gefüllte Küvette 7 und gelangt sodann auf einen zweiten Strahlenteiler 9, hinter
dem ein Teilstrahl 5' auf einen zweiten Detektor 12 gelangt.
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Der vom zweiten Strahlenteiler 9 abgelenkte Strahl wird von einer
zweiten Umlenkeinrichtung 14, z.B. einem Spiegel, auf den Detektor 8 gerichtet,
den auch der aus der MeßkUvette 6 austretende Meßstrahl 4' erreicht.
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Eine von einem nicht dargestellten Motor um eine Achse schwenkbare
Blende 11 läßt sich entweder in den vom zweiten Strahlenteiler 9 abgezweigten Teilstrahl
(ausgezogene Linie) oder in den Meßstrahl 4 (gestrichelte Linie) schwenken.
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Während des Meßvorganges liegt die Blende in der in Fig. 1 gezeigten
Lage, d.h. der vom zweiten Strahlenteiler 9 abgezweigte Teilstrahl ist unterbrochen.
Dadurch gelangen der Vergleichsstrahl nach Passieren des ersten Strahlenteilers
2, der Vergleichsküvette 7 und des zweiten Strahlenteilers 9 auf den Detektor 12
und der Meßstrahl 4, 4' nach Passieren der Meßküvette 6 auf den Detektor 8.
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Während des Kompensationsvorganges wird die Blende 11 in die andere
(gestrichelte) Lage gebracht. Dadurch wird der Meßstrahl 4' unterbrochen, und der
Vergleichsstrahl 5 gelangt gleichzeitig auf beide Detektoren 8 und 12. Dabei lassen
sich unterschiedliche Intensitäten, hervorgerufen durch Durchlaßvermögen des zweiten
Strahlenteilers 9 und Reflexionsvermögen des zweiten Spiegels 14,in den nachfolgenden
Verstärkerstufen schaltungstechnisch ausgleichen.
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Den beiden Detektoren 8, 12 sind Je.ein Vorverstärker 17 bzw.
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16 nachgeschaltet, wie Fig. 2 zeigt. Der Vorverstärker 16 enthält
zwei getrennte Verstärkerstufen 16' und 16", die wahlweise mittels eines Schalters
29, der über ein Relais 30 betätigt werden kann, an den Ausgang des Detektors 12
gelegt werden können. Der Vorverstärker 17 ist hinsichtlich seines Verstärkungsgrades
Y veränderbar, was z.B. mittels eines von einem Motor 18 betätigten veränderbaren
Widerstandes 19 erfolgen kann.
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Die Ausgänge beider Vorverstärker 16 und 17 gelangen auf die Eingänge
einer Differenzstufe 20, deren Ausgang einmal mit dem Eingang eines Abgleichverstärkers
24 und zum anderen mit einem ersten Schalter 21 verbunden ist. Dieser Schalter 21
sowie zwei weitere Schalter 25 und 28 werden von einem aus einer Taktpulsquelle
26 gesteuerten Programmgeber 27 periodisch betätigt, z.B. einmal pro Stunde. Während
des Meßvorganges legt der Schalter 21 den Ausgang der Differenzstufe 20 auf den
Eingang eines Halteverstärkers 22, dessen Ausgang einen Endverstärker 23 mit nachgeschalteter
Auswerteeinrichtung steuert. Während dieser Zeit ist der Ausgang des Abgleichverstärkers
24 durch den Schalter 25 abgetrennt.
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Während des Kompensationsvorganges, während also die Blende 11 den
Meßstrahl unterbricht, haben die Schalter 21, 25 und 28 ihre andere Position eingenommen,
wodurch der Eingang des Halteverstärkers 22 von der Differenzstufe 20 getrennt wird,
aber infolge seiner Speicherwirkung weiterhin den Meßwert an den Endverstärker 23
liefert. Gleichzeitig ist der Ausgang des Abgleichverstärkers 24, der weiterhin
von der Differenzstufe 20 angesteuert wird, mit dem Motor 18 verbunden, wodurch
der Verstärkungsgrad des Vorverstärkers 17 mittels des veränderbaren Widerstandes
19 derart nachgeregelt wird, daß beide Detektoren gleiche Ausgangssignale liefern,
d.h. daß der Ausgangswert der Differenzstufe 20 Null wird. Außerdem gelangt aus
einer nicht dargestellten Spannungsquelle U über den nunmehr geschlossenen Schalter
28 ein Strom auf das Relais 30, wodurch der Schalter 29 den Ausgang des Detektors
12 von dem
Vorverstärker 16' auf den Vorverstärker 16' legt. Der
Zweck dieses Umschaltvorganges ist, das Intensitätsverhältnis der Strahlen 5' und
10 zu berücksichtigen und Abweichungen auszugleichen. Denn der Strahl 5' ist der
Teil des Strahles 5, der den zweiten Strahlenteiler 9 passiert hat, während der
Strahl 10 am zweiten Strahlenteil 9 abgezweigt und sodann am Spiegel 14 umgelenkt
wurde. Es leuchtet ein, daß die Strahlen 5' und 10 unterschiedliche Intensitäten
haben können, was durch den Verstärker 16" mit angepaßter und konstanter Verstärkung
ausgeglichen wird.
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Demgegenüber werden Änderungen der elektrischen Eigenschaften, also
z.B. Temperaturabhängigkeit und Alterung der Detektoren, während des periodisch
vorgenommenen Kompensationsvorganges durch eine Änderung des Verstärkungsgrades
des Verstärkers 17 vorgenommen.
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Fig. 3 zeigt das Zeitdiagramm für die Betätigung der Schalter 21,
25 und 28. Dabei wird zunächst der Schalter 21, sodann der Schalter 28 und schließlich
der Schalter 25 nacheinander umgeschaltet und nach Abschluß des Kompensationsvorganges
in umgekehrter Reihenfolge nacheinander wieder zurückgeschaltet. Durch diese zeitlich
gegeneinander versetzte Betätigung der Schalter wird erreicht, daß Jeder Schaltvorgang
abgeschlossen ist, bevor der nächste beginnt. Insbesondere benötigt das Schwenken
der Blende 11 eine gewisse Zeit.
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Durch das oben beschriebene Verfahren und die beispielsweise
gezeigte
Anordnung ergeben sich folgende Vorteile. Die Empfindlichkeiten beider Detektoren
werden auf die gleiche Wellenlänge bezogen, welche zugleich auch die Wellenlänge
der Meßstrahlung ist. Die Strahlenbündel können so Justiert werden, daß die ausgeleuchteten
Flächen auf den Detektoren praktisch identisch sind. Die Intensitätsverteilungen
über die Strahlungsbündelquerschnitte sind einander gleich. Es gibt keine Verschiebungen
von Intensitätsverteilungen zweier Strahlungsquellen gegeneinander. Die Empfindlichkeitskompensation
ist unabhängig von der absoluten Intensität der Strahlung, so daß sie auch während
eines Meßvorganges durchgeführt werden kann.