DE2829736C2 - Eicheinrichtung zur Aufnahme der Eichkurve eines fotoelektrischen Aerosolanalysators - Google Patents

Description

a) daß der Lichtleiter (2) durch den Kanal der Düse (3) ragt und sein eines Ende im Meßbereich (4) in Form einer Kugel (5) ausgehi'det ist und sein anderes Ende als ebene Stirnfläche (6) ausgebildet ist;

b) daß zur Erzeugung des Referenzlichtstroms eine steuerbare Referenzlichtstromquelle (17) in einer Referenzlichtstromeinheit (9) vorhanden ist;

c) daß zur Messung der Beleuchtungsstärke eine Meßeinheit (10) für die Beleuchtungsstärke mit einem Fotoempfänger (27) vorhanden ist;

d) und daß die Referenzlichtstromeinheit (9) und die Beleuchtungsstärkemeßeinheit (10) abwechselnd so auf den Analysator (1) aufsetzbar sind, daß sie mit der ebenen Stirnfläche (6) des Lichtleiters (2) zusommenv. irken.

2. Eicheinrichtung nach An pruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (12, 25) der Referenzlichtstromeinheit (9) bzw. der Beleuchtungsstärkemeßeinheit (10) eine Büchse (28) aufweisen, mit deren Hilfe das jeweilige Gehäuse auf das Gehäuse (8) des Lichtleiters (2) aufsetzbar ist, wobei die geometrische Achse der Büchse (28) mit der optischen Achse des Lichtleiters (2) zusammenfällt.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Fotoelektrische Aerosolanalysatoren werden zur Messung der Luftverstaubung, beispielsweise in Schachtanlagen, Präzisionsmontageabteilungen und dergleichen verwendet. Zur Feststellung des Gehalts und der Zusammensetzung der in der Luft vorhandenen Aerosole wird ein Luftstrom aus einer Düse in einen Meßbereich geblasen, auf den ein Beleuchtungsstrahl einer Beleuchtungsquelle gerichtet ist. Ebenfalls auf den Meßbereich gerichtet ist der Sehstrahl eines Fotoempfängers. Wenn ein Schwebeteilchen durch den Meßbereich fliegt, reflektiert und streut es das Licht des Beleuchtungsstrahls je nach seiner Größe mehr oder weniger stark, was vom Fotoempfänger registriert wird, wobei dessen Ausgangssignale entsprechend ausgewertet werden. Um die Größe der Aerosolteilchen zu ermitteln, bedient man sich einer Eichkurve, die den Zusammenhang zwischen der Größe bzw, dem Durchmesser der Aerosolteilchen und der Größe des Ausgangssignals des Fotoempfängers wiedergibt.

Während des Betriebs können die optischen Systeme des Beleuchtungssirahls und des Sehstrahls verschmutzen, und es kann sich die Lichtausbeute der Beleuchtungseinrichtung und die Empfindlichkeit des Fotoempfängers ändern, was zu entsprechenden Falschmessun-■s gen führt. Um solche Veränderungen rechtzeitig zu entdecken und durch geeignete Maßnahmen zu kompensieren, haben bekannte Aerosolanalysatoren eine Eicheinrichtung zur Prüfung der genannten Eichkurve. Nach dem Ergebnis der mit dieser

in Eicheinrichtung vorgenommenen Messungen kann dann z. B. die Verstärkung des Signals des Fotoempfängers so erhöht werden, daß die ursprüngliche Eichkurve wieder gelten kann.
Aus der Druckschrift ν Photoelektrischer Aerosolteilohenzähler A3-5«, Kennkarte, V/O »Techmashexport«, Moskau, ist eine Eicheinrichtung zur Aufnahme der Eichkurve eines fotoelektrischen Aerosolanalysators mit einer Beleuchtungseinrichtung bekannt, deren Beleuchtungsstrahl sich in eineiv Meßbereich mit dem

2« Sehstrahl eines Fotoempfängers kreuzt, und einer die Aerosolteilchen durch den Meßbereich leitenden Düse, wobei die Eicheinrichtung einen eine Kalibrieröffnung aufweisenden, von einem Elektromotor angetriebenen, umlaufenden Referenzlichtstromunterbrecher sowie

2=> einen den unterbrochenen Referenzlichtstrom in den Analysator leitenden Lichtleiter aufweist.

Der Referenzlichtstrom, der impul;>artig auf den Fotoempfänger auftrifft, simuliert dabei das Auftreffen des von einem Aerosolteilchen bestimmter Größe

jo reflektierten Lichts, so daß ein Punkt der Eichkurve festgelegt und das Ausgangssignal des Fotoempfängers wieder auf den zugehörigen Sollwert gebracht werden kann.

Bei der bekannten Ausbildung wird der Referenz-

J5 lichtstrom von der Beleuchtungseinrichtung selbst in der Weise abgeleitet, daß auf der Achse des Beleuchtungsstrahls hinter dem Meßbereich eine umlaufende Schlitzblende als Referenzlichtstromunterbrecher angeordnet ist und anschließend an diese der impulsartig unterbrochene Referenzlichtsirom mittels einer Lichtleiteranordnung mehrfach umgelenkt wird, so daß er auf der Achse des Sehstrahls austritt und in den Fotoempfänger eintritt.
Da bei dieser bekannten Einrichtung die Beleuch-

ii tungsquelle nicht regelbar ist, kann nur ein einziger, einem bestimmten Durchmesser der Aerosolteilchen entsprechender Punkt der Eichkurve festgelegt und bei Bedarf nachjustiert werden, während die Meßgenauigkeit im gesamten übrigen Bereich der Teilchengrößen

ίο nicht geprüft wird, was große Meßfehler zur Folge hat. Darüber hinaus erlaubt die bekannte Einrichtung nur eine pauschale Aussage über das Nachlassen des Ausgangssignals des Fotoempfängers, ohne daß unterschieden werden kann, ob dieses Nachlassen hervorge-

π rufen ist durch Veränderungen im Bereich der Beleuchtungseinrichtung, z. B. durch Verschmutzung von deren optischem System oder durch Nachlassen der Lichtleistung der Beleuchtungsquelle, oder aber durch Veränderungen im Bereich des Fotoempfängers, z. B.

durch Verschmutzung von dessen optischem System oder Nachlassen der Empfindlichkeit des Fotoelements, Schließlich ist bei der bekannten Ausbildung die

Eicheinrichtung im Aerosolanalysator als integraler Bestandteil eingebaut und speziell optisch justiert, was

hi es unmöglich oder zumindest rocht schwierig macht, diese für sich mitteis üblicher Meßgeräte nachzuprüfen, um eventuelle, die Mcßgcnauitrkeit beeinträchtigende Veränderungen festzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Eicheinrichtung zur Aufnahme der Eichkurve eines fotoelektrischen Aerosolanalysators, mit der einfach und schnell sowie mit erhöhter Genauigkeit die gesamte Eichkurve aufgenommen bzw. nachgeprüft werden kann, wobei unterscheidbar sein soll, in welchem Bereich des Analysators eventuelle Meßfehlerquellen aufgetreten sind und wobei auch die Eicheinrichtung selbst auf einfache Weise einer Nachprüfung unterzogen werden kann.

Ausgehend von der vorstehend betrachteten bekannten Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Lichtleiter durch den Kanal der Düse ragt und sein eines Ende im Meßbereich in Form einer Kugel ausgebildet ist und sein anderes Ende als ebene Stirnfläche ausgebildet ist; daß zur Erzeugung des Referenzlichtstroms eine steuerbare Referenzlichtstromquelle in einer Referenzlichtstromeinheit vorhanden ist; daß zur Messung der Beleuchtungsstärke eine Meßeinheit für die Beleuchtungsstärke mit einem Fotoempfängei· vorhanden ist; und daß die Referenzlichtstromeinheit und die Beleuchtungsstärkemeßeinheit abwechselnd so auf den Analysator aufsetzbar sind, daß sie mit der ebenen Stirnfläche des Lichtleiters zusammenwirken.

Dadurch, daß ein Lichtleiter mit einem kugelförmigen Ende in den Meßbereich des Analysators ragt, ist die Möglichkeit geschaffen, durch Einleiten von normiertem Licht in den Meßbereich den Trakt des Fotoempfängers für sich zu prüfen und durch Herausleiten des von der Beleuchtungseinrichtung erzeugten Lichtstroms bzw. eines Teils hiervon den Trakt der Beleuchtungseinrichtung für sich zu prüfen. Durch die schnelle und leichte Abnehrnbarkeit der Meßeinheit für die Beleuchtungsstärke und der Referenzlichtstromeinheit können diese für sich ebenfalls leicht geprüft werden. Die besondere steuerbare Referenzlichtstromquelle erlaubt es, die Referenzlichtstromimpulse in verschiedener Intensität zu erzeugen und somit das Durchfliegen verschieden großer Aerosolteilchen durch den Meßbereich zu simulieren und dadurch den gesamten Bereich der Eichkurve zu überprüfen.

Um die Referenzlichtstromeinheit sowie die Meßeinheit für die Beleuchtungsstärke leicht und schnell aufsetzen und abnehmen zu können, weisen zweckrnäßigerweise die Gehäuse der Referenrlichtstromeinheit bzw. der Beleuchtungsstärkemeßeinheit eine Büchse auf, mit deren Hilfe das jeweilige Gehäuse auf das Gehäuse des Lichtleiters aufsetzbar ist, wobei die geometrische Achse der Büchse mit der optischen Achse des Lichtleiters zusammenfällt.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Bauprinzip einer Eicheinrichtung zur Aufnahme bzw. Nachprüfung der Eichkurve eines fotoelektrischen Aerosolanalysators, wobei die Referenzlichtstromeinheit auf den Analysator aufgesetzt ist,

F i g. 2 die Anordnung der Eicheinrichtung, wenn die Meßeinheit für die Beleuchtungsstärke auf den Analysetor aufgesetzt ist.

F i g. 3 die Standardeichkurve des fotoelektrischen Aerosolanalysators, wie sie mit Musteracrosohcilchen bekannter Größe aufgenommen wird.

Fig. 4 Kichkurve des fotnelckmschcn Aerosolanalysators, wie sie mn der Eicheinrichtung aufgenommen wird.

Der Aerosolanalysator /. zu d'"ii die vorgeschlagene

Eicheinrichtung gehöri, besteht aus einer Düse 3, durch die im normalen MeQ- und Analysebetrieb die zu überwachende Luft durchströmt, sowie aus eine! Beleuchtungseinrichtung mit einer Beleuchtungsquelle 32 mit Objektiv 31 und aus einem Fotoempfänger 29, dem ein Verstärker 30 und ein Anzeigegerät 33 nachgeschaltet sind. Der Meßbereich 4 befindet sich unmittelbar am Austritt aus der Düse 3, und auf diesen Meßbereich ist sowohl der Beleuchtungsstrahl der Beleuchtungseinrichtung 32/31 gerichtet als auch der (gestrichelt gezeigte) Sehstrahl des Fotoempfängers 29. Es versteht sich, daß im normalen Meßbetrieb die Düse 3 leer ist und ihr himeres Ende auf geeignete Weise an eine Zufuhr der bezüglich ihrer Verschmutzung zu überprüfenden Luft angeschlossen ist.

Wenn mit dem Luftstrom Aerosolteilchen durch den Meßbereich fliegen, so reflektieren und streuen sie den kurzzeitig auf sie auftreffenden Beleuchtungsstrahl, so daß vom Fotoempfänger ein entsprechender Lichtimpuls registriert wird, dessen Amplitude bei gegebenem Reflexionsverhalten der Teilchen von der jeweiligen Größe derselben abhängt

Zur Eicheinrichtung des fotoelektrischen Aerosoianalysators 1 gehört ein in die Düse 3 einsetzbarer Lichtleiter 2, dessen vorderes Ende in Form einer Kugel 5 ausgebildet ist, welche nach dem Einsetzen des Lichtleiters im Meßbereich 4 zu liegen kommt. Durch dieses Kugelende kann allseitig und gleichmäßig Licht empfangen und ausgesandt werden. Das hintere Ende des Lichtleiters hat eine ebene Stirnfläcne 6 und ist in eine hohle zylindrische Fassung 7 eingeschlossen. Der Lichtleiter 2 mit der Fassung 7 wird in einem Gehäuse 8 fixiert.

Zur Eicheinrichtung gehören weiterhin eine Referenzlichtstromeinheit 9 zur Erzeugung normierter Lichtimpulse einstellbarer Intensität und eine Meßeinheit 10 für die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung 32/31. Die Einheiten 9 und 10 werden abwechselnd auf die Düse 3 mit in ihr befindlichem Lichtleiter 2 zur Durchführung der Messungen aufgesetzt.

Die Referenzlichtstromeinheit 9 hat einen Elektromotor 11 und einen in einem Gehäuse 12 untergebrachten Unterbrecher 13 für den Referenzlichts'rom mit einer Kalibrieröffnung 14, der auf einer Welle 15 des Elektromotors 11 mittels Schrauben 16 befestigt ist. Der Unterbrecher 13 ist in Form eines Bechers ausgeführt, innerhalb dessen eine Referenzlichtstromquelle 17 untergebracht ist, die mit einer Schraube 18 am Gehäuse 12 derart befestigt ist, daß ihr Lichtstrom bei entsprechender Stellung der Kalibrieröffnung 14 des Unterbrechers 13 auf die ebene Stirnfläche 6 des Lichtleiters 2 trifft. Die der Lichtstromquelle 17 zuf?ew-.nc!te Oberfläche des Unterbrechers 13 weist einen Lichtabsorptionsüberzug 19 auf.

Die Referenzlicrusiromquelle 17 wird gespeist von einem Lichtstromregler 21, bestehend aus einer elektrischen Stromquelle 22 und einem elektrischen Strommeßgerät 23.

Die Meßeinheit 10 für die Beleuchtungsstärke enthält ein Galvanometer 24 sowie in einem Gehäuse 25 eine Gleichspannungsquelle 26 und einen Fotoempfänger 27. Das Galvanometer 24 ist an die Quelle 26 angeschlossen.

An den Gehäusen 12 und 25 der Einheiten 9 bzw. 10 sind Buchsen 28 befestigt, mit denen diese auf das Gehäuse 8 des Lichtleiters 2 sowie die Düse 3 aufgesetzt werden, wobei die geometrische Achse der Buchse 28

mit der optischen Achse des Lichtleiters 2 zusammen fällt.

Fig. 1 zeigt den Analysator 1 mit aufgesetzter Referenzlichtstromeinheit 9 und F i g. 2 mil aufgesetzter Meßeinheit IO für die Beleuchtungsstärke.

Die Aufnahme oder die Überprüfung der in fig. 3 gezeigten Standardeichkurve des fotoelektrischen A"· rosolanalysators geschieht ohne Verwendung der Eicheinrichtung in der Weise, daß man durch die Düse 3 einen Gasstrom mit Standardaerosolteilchen bekannter Größe leitet. Diese durchqueren den Beleiichtungsstrahl der Beleuchtungseinrichtung 32/31 und erzeugen dabei durch Reflexion und Streuung l.iehtimpulsc. deren Dauer von der Flugzeit der Teilchen durch den Meßbereich 4 abhängt. Diese Lichtimpulsc werden vom Fotoempfänger 29 des Analysator* I empfangen und in elektrische Impulse umgewandelt, wobei die Amplitude der Spannung i/der elektrischen Impulse bei einheitlichem Reflexinnsverhjlieii der Teilchen den Orö!^((<n derselben proportional ist. Die Abhängigkeit der durch das Meßgerät 33, z. B. einen Impulsspannungsmesser registrierten Amplitude der Spannung Il der elektrischen Impulse am Verstärker 30 vom Durchmesser d der Teilchen stellt dann die Standardeichkiirve 34 des Analysator 1 dar.

Die wesentlich einfachere Aufnahme bzw. Überprüfung der F.ichkurve mittels der vorgeschlagenen Eicheinrichtung verläuft wie folgt:

Vor Beginn der Messung und Eichung der F.ichkurve wird der Lichtleiter 2 in die Düse 3 so eingesetzt, daß sein Kugelcnde 5 im Meßbereich 4 zu liegen kommt. Dann wird zur Überprüfung des Beleuchtungstraktes auf das Gehäuse 8 des Lichtleiters 2 mit Hilfe der Buchse 28 das Gehäuse 25 der Meßeinheit 10 für die Beleuchtungsstärke gesetzt.

Das durch die Beleuchtungsquclle 32 des Analysator* I erzeugte Licht wird durch die Kugel 5 aufgenommen und beaufschlagt über den Lichtleiter 2 den mit der Gleiehspannungsquclle 26 und dem Gal\ ,inometcr 24 in Reihe liegenden Fotoempfänger 27. Die Anzeige des Galvanometers 24 liefert eine Aussage darüber, ob die Beleuchtiingsintensii.i; im Meßbereich den Sollpcgel aufweist. Ist dies der F\ill, so wird die Rclcuchtiingsqucl-Ie 32 abgeschaltet, !'-.nach wird das Gehäuse 12 der Refercn/.lichtstmmeiilieit 4 auf das Gehäuse 8 des Lichtleiters 2 gesetzt.

Nach Einschaltung des l.ichtstromrcglers 21 und Speisung der Referenzlichtstroinquelle 17 mit einem elektrischen Strom bestimmter Größe fällt ein bestimm tcr Lichtstrom durch die Kalibrieröffnung 14 des mit einer bestimmten Geschwindigkeit durch den Flekiru motor Il gedrehten rmerbrcchers 13 intervallweise aiii die ebene Stirnfläche β des Lichtleiters 2. Dieser l.ichtstrom gelangt über den Lichtleiter 2 zu dessen Kugel 5 und wird mn hier allseitig abgestrahlt. Die Lichtimpulse werdet. w>m Fotoempfänger 29 empfaii gen und in elektrische Impulse verwandelt, durch den Verstärker 30 vcrsi.:kt und durch den Impiilsspannungsmesser 33 registriert. Die Abhängigkeit der durch den Spannungsmesser 3.3 registrierten Amplitude der Spannung (/ der elektrischen Impulse von dem die Referenzlichtstromqi'elle 17 speisenden elektrischen Strom /des I.ichtsiiomrcglers 21 stellt die in F ι g. 4 wiedergegebene F.ichkurve 35 des Analysator*· 1 dar.

Falls die erhaltene F.ichkurve 35 des Analysator 2 von dessen Siandardeichkurve 34 abweicht, wird die Eichkur-e 35 im gesamten Bereich der zu messenden Teilchen durch entsprechende Einstellung des Verstärkers 30 des Analysator* 1 wieder auf den .Sollverlauf gebracht und die Abu eiehung beseitigt.

Die beiden Einheiten 9 und 10 sowie der Lichtleiter 2 können leicht ihrerseits mit üblichen Meßgeräten geprüft werden, so dall deren sämtliche Parameter und folglich auch die Genauigkeit der Messung und Eichung der F.ichkurve der fotoelektrisch^ Aerosolanahsatoren im Laufe der gesamten Lebensdauer der Finrieh tung gewährleistet werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Eicheinrichtung zur Aufnahme der Eichkurve eines fotoelektrischen Aerosolanalysators mit einer Beleuchtungseinrichtung, deren Beleuchtungsstrahl sich in einem Meßbereich mit dem Sehstrahl eines Fotoempfängers kreuzt, und einer die Aerosolteilchen durch den Meßbereich leitenden Düse, wobei die Eicheinrichtung einen eine Kalibrieröffnung aufweisenden, von einem Elektromotor angetriebenen, umlaufenden Referer.zlichtstromunterbrecher sowie einen den unterbrochenen Referenzlichtstrom in den Analysator leitenden Lichtleiter aufweist, dadurch gekennzeichnet,