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EINRICHTUNG ZUM REGISTRIEREN VON FREMDTEILCHEN
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IN FLUSSIGKEITEN Die Erfindung betrifft die Meßtechnik, genauer genomnien
aber Einrichtungen zum Registrieren der Fremdteilchen-Zusammensetzung in Flüssigkeiten
(d.h. zum Ermitteln der Anzahl und Größe von Fremdteilchen, die in Flüssigkeiten
vorhanden sind) und kann hauptsächlich für die Analyse von Suspensionen schwacher
Konzentration benutzt werden, z.B.
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für die Registrierung von Schmutzteilchen, die in Eraftstoffen und
Ölen vorhanden sind.
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Für dieses Meßgebiet ist ein Spektrometer zum Registrieren der Kornzusammensetzung
(der Fremdteilchen-Zusammensetzung) in Gasen bekannt. Das Spektrometer enthält eine
Kammer,durch die ein Gasstrom (Luftst@om mit herosolteilchen
) fließt,
und eine Lichtquelle, die ein der Aerosolstrom durchquerendes Lichtbündel ausstrahlt.
Um die laminare Strömung des Aerosoles im Schnittpunkt mit dem Lichtbündel einzuhn1ten,
ist der Aerosolstrom in einen gefilterten Luftstrom eingehüllt.
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Es ist ein optisches Gebergerät zur Bestimmung der Teilchenanzahl
in einer Flüssigkeitsprobe bekannt. Das Gebergerät enthält eine Durchflußzelle mit
zwei Fenstern. Durch diese Zelle fließt eine Flüssigkeitshülle,in dessen Inneres
die Flüssigkeitsprobe eingeführt wird. Die Flüssigkeitshülle schirmt die Probe von
den Teilchen an den Zellenwänden ab und leitet die Probeteilchen genau in den Brennspunkt
des Lichtbündels, das durch die Fenster in der Durchflußzelle gerichtet wird.
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Es ist auch eine Einrichtung zum Registrieren der Fremdteilchen-Zusammensetzung
in Flüssigkeiten bekannt (siehe Frankreich-Patent Nr. 2065190, Klasse G01 Nr. 15/00,
1971).
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Sie enthält einen Zuleitungskanal für die zu prüfende Flüssigkeit,
der durch eine rohrförmige Düse mit dem Aufnahmekanal in Verbindung steht, welcher
einen großen Durchmesser aufweist und gleichachsig mit dem Zuleitungskanal liegt.
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Im Ringraum zwischen der Rohr-Düse und den Wänden des Aufnahmekanals
sind Röhrchen zur Zuführung reiner Flüssigkeit angeordnet, die eine flüssige Hülle
bildet, welche den Strahl der zu untersuchenden Flüssigkeit umfaßt.
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Der Aufnahmekanal ist mit durchsichtigen Fenstern versehen
| zum Durchlassen durch |
| eines Lichtstromes von |
die im Kanal laufende Flüssigkeit einem Beleuchtungsgerät, dessen optische Achse
unter einem Winkel zur Düsenachse steht.
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Die Einrichtung enthält zur Aufnahme des von den Deilchen reflektierten
Lichtes auch eine lichtempfindliche Einheit, die so angeordnet ist, daß ihre optische
Achse durch den Schnittpunkt der Düsenachse mit der optischen Achse der Lichtquelle
geht.
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Die flüssige fülle muß ihren optischen Eigenschaften nach identisch
der zu prüfenden Flüssigkeit sein. Am ein-Lachsten wird dies erreicht, wenn die
zu prüfende Flüssigkeit und die flüssige Hülle dieselbe Zusammensetzung aufweisen,
die Flüssigkeit aber, die als flüssige Hülle benutzt wird, ist als reine Flüssigkeit
zuzuführen, d.h. aus ihr sind alle Fremdteilchen entfernt, deren Größe die Empfindlichkeitsgrenze
der lichtempfindlichen Einheit übertreffen.
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Deshalb sind bei dieser Einrichtung solche Einheit ten erforderlich,
wie ein Flüssigkeitsbehälter, eine Pumpe und ein Flüssigkeitsreiniger, der eine
hohe Reinigungsstufe der Flüssigkeit gewährleistet.
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Außerdem ist zur Verhinderung einer mischung des Stromes der zu prüfenden
Flüssigkeit mit demäenigen der flüssigen Hülle im Schnittbereich der zu prüfenden
Flüssigkeit mit dem Lichtbündel, d.h. zur Vermeidung eines Überganges der l'eilchen
aus
der zu prüfenden Flüssigkeit in die flüssige Hülle, eine Sondervorrichtung zum Ausgleich
der Geschwindigkeit der erwähnten Ströme erforderlich.
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Es ist auch zu vermerken, daß im Verlauf des Einsatzes der Einrichtung
oft ein wechsel der Plüssigkeit erforderlich ist, die durch ein und dieselbe Einrichtung
kontrolliert wird. Da aber die flüssige Hülle dieselben optischen Eigenschaften
aufweisen soll, wie die Prüfflüssigkeit, ist die flüssige Hülle ebenfalls zu wechseln.
Eine solche Auswechslung verursacht in erheolichem Maße eine leistungsverminderung
und erhöht die Selbstkosten der Kontrolle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Einrichtung
zum Registrieren von Fremdteilchengehalt und -größein Flüssigkeiten zu entwickeln,
die keine Bildung einer flüssigen Hülle um den Strom der zu prüfenden Flüssigkeit
erfordert.
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In Ubereinstimmung mit der gestellten Aufgabe besteht das Wesen der
Erfindung darin, daß an der Einrichtung zum Registrieren der Fremdteilchen-Zusammensetzung
in Flüssigkeiten, die einen Zuleitungskanal enthält, der durch eine Düse mit dem
Aufnahmekanal in Verbindung steht, welcher mit durchsichtigen Fenstern zum Durchlassen
durch die in den Kanal strdmende zu prüfende Flüssigkeit des Licht stromes von einem
Beleuchtungsgerät versehen ist, dessen optische Achse unter einem Winkel zur Düsenachse
liegt, und eine lichtenpfindliche
Einheit zur Aufnahme durch ein
weiteres Fenster des von den in der Flüssigkeit vorhandenen Teilchen reflektierten
Lichtes, die so angeordnet ist, daß ihre optische Achse durch den Schnittpunkt der
Düsenachse mit der optischen Achse des Beleuchtungsgerätes geht, erfindungsgemäß
das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Düse und des Aufnahmekanals 1/4 bis
1/7 beträgt.
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Es ist zweckmäßig, zur Verminderung des Störungapegels den Zuleitungskanal
und Aufnabmekanal senkrecht zueinander und so anzuordnen, daß die optische Achse
der lichtempfindlichen Einheit mit der Düsenachse zusammenfällt, das Fenster aber,
welches durchsichtig für das reflektierte Licht ist, soll in der Wand des Zuleitungskanals
gegenüber der Düsenaustrittsöffnung ausgeführt werden.
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In diesem Falle ist zur Verminderung der Verschmutzung der Einrichtung
durch Teilchen wünschenswert, den Zuleitungskanal, Aufnahmekanal und die Innenflächen
der Däse abwärts geneigt in Strömungsrichtung der zu prüfenden Flüssigkeit anzuordnen.
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Zur Sicherung der Beseitigung von Gasbläschen (der Entgasung) kann
der Aufnahmekanal senkrecht angeordnet werden; dabei soll in der Strömungærichtung
der zu prüfenden F1üßsigkeit seine Einlauföffnung niedriger als die Auslauföffnung
liegen.
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Die erfindungsgemäß ausgeführte Einrichtung zum Registrieren von
Fremdteilchengehalt und -größe in Flüssigkeiten ermöglicht es, die Kontrolle von
Flüssigkeiten sowohl in Einzelproben als auch in Ger btrömung ohne bildung einer
flüssigen Hülle um den Strom der zu prüfenden Flüssigkeit auszuführen, wodurch hohe
Genauigkeit und leistung der Kontrolle bei erheblicher Vereinfachung der Einrichtungs-Bauart
gewährleistet wird.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und Deigelegter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 Schematische Darstellung
der Bauart der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Registrieren der Fremdteilchen-Zusammensetzung
in Flüssigkeiten mit geneigter Anordnung der Kanäle.
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Fig. 2 Schematische Darstellung der Bauart der erfindungsgemäßen
Einrichtung zum Registrieren der Fremdteilchen-Zusammensetzung in Flüssigkeiten
mit senkrechter Anordnung des Aufnahmekanals.
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Die in Fig 1 dargestellte Einrichtung zum Registrieren der Fremdteilchen-Zusammensetzung
in Flüssigkeiten enthält eine Kammer 1, in welcher der Zuleitungskanal 2 und der
mit diesem durch die kegelförmige Düse 3 in Verbindung stehende, mit durchsichtigen
Fenstern 5 und 6 versehene Aufmahmekanal 4 ausgeführt sind.
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Der Kanal 4 ist aui einer Achse mit der Düse 3 und senkrecht zum
Kanal 2 angeordnet. Die Fenster 5 und 6 sind zum Durchlassen des Lichtstromes vom
Beleuchtungsgerat 7 durch die im Kanal 4 strömende Prüfflüssigkeit bestimmt.
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Die optische Achse des Beleuchtungsgerätes 7 liegt unter einem gleichen
Winkel zur Achse der Düse 3. Auf der Kammer 1 sitzt eine lichtempfindliche Einheit
8, die so angeordnet ist, daß ihre optische Achse durch den Schnittpunkt der Achse
der Düse 3 mit der optischen Achse des Beleuchtungsgerätes 7 läuft. Das Beleuchtungsgerät
7 besteht aus einem Satz der Linsen 9, blende 10 und Lichtquelle 11. Zur Absorption
des durch den Aufnahmekanal 4 geströmten Lichtes dient der Lichtfänger 12. Das lichtempfindliche
Gerät 8 besteht aus den Linsen 13, blende 14 und lichtempfindlichem Element 15 (Fotoelektronenvervielfacher).
Die Düse 3 dient zur Bildung eines Freistrahls 16 (durch punktierte Linien angedeutet)
der zu prüfenden Flüssigkeit. Das Verhältnis zwischen den Durchmessern d und D der
Düse 3 bzw. des Aufnanmekanais 4 ist gleich 1/4 bis 1/7.
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Der Zuleitungs- und Aufnahmekanal 2 ozw. 4 sind senkrecht zueinander
angeordnet. Die Düse 3 sitzt im Einlaufteil des Aufnahmekanals 4, die optische Achse
der lichtempfindlichen Einheit 8 aber fällt mit der Achse der Düse 3 zusammen. In
der -;and des Zuleitungskanals 2, der Auslauföffnung der Düse 3 gegenüber, ist das
Fenster 17 vorgesehen,
das für den Lichtstrom durchsichtig ist,
der von den Teilchen reflektiert und der lichternpfIndlichen Einheit 8 zugeführt
wird.
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Der Zuleitungskanal 2, Aufnahmekanal 4 und die Innenflächen der Düse
3 sind abwärts geneigt in Strömungsrichtung der zu prüfenden Flüssigkeit angeordnet.
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Der Kegelwinkel der Düse 3 ist zweckmäßig mit Rücksicht auf hydraulische
Verluste klein anzunehmen, aber nicht kleiner, als den ert des Raumwinkels, der
durch den 11Sehstrat2" der lichtempfindlichen Einheit 8 gebildet ist.
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Die in Fig. 2 gezeigte schematische Darstellung einer Abwandlung
der bauart aer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Registrieren der Fremdteilchen-Zusammensetzung
in Flüssigkeiten unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Abwandlung dadurch,
daß der Aufnahmekanal 4 senkrecht angeordnet ist, wobei seine Einlauföffnung tiefer
als die Auslauföffnung liegt; die Düse 3 sitzt im unterem Teil des kanals 4.
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Der betrieb der erfindungsgemaßen Einrichtung zum Registrieren der
h'remdteilchen-Zusammensetzung in Flüssigkeiten verläuft in folgender Weise.
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Die zu prüfende Flüssigkeit wird durch den Zuleitungskanal 2 (Fig.
1), Düse 3 und Aufnahmekanal 4 gepumpt, in dem sich der Freistrahl 16 der zu prüfenden
Flüssigkeit bildet. Im Aufnahmekanal 4 bilden sich im Raum 18 der Prüfflüssigkeit
um den Freistrahl 16 ringförmige Wirbelungen 19 (durch Pfeile angedeutet), die durch
Reibkräfte
(Viskosität) erzeugt werden, welche bei mUsamXnenwirkung des durchlaufenden Strahls
16 mit der Flüssigkeit im Raum 18 entstehen. Zwischen Raum 18 und Strahl 16 findet
ein Flüssigkeitsaustausch statt, der hauptsächlich in dem von der Düse 3 entternten
leil des Aufnahinekanais 4 verläuft, näher am Ort, an dem der sich ausbreitende
Strahl 16 die Wände des Kanals 4 erreicht.
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Infolge des winzigen Inhaltes des Raumes 18 und des erwähnten Austausches
erfolgt eine schnelle Entgasung des Raumes 18 (Entfernen der Gasbläschen).
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Der Durchmesser des Lichtstrahles vom Beleuchtungsgerät 7 muß im
Schnittpunkt mit dem Strahl 16 etwas größer als der Durchmesser des Strahls 16 sein,
um ein Durchlaufen von Teilchen außerhalb des beleuchteten Bereiches zu vermeiden.
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Die Schmutzteilchen, die in der Prüfflüssigkeit im Schwebezustand
sind, strahlen beim Durchlauf des Bereiches, der durch den Lichtstrahl beleuchtet
ist, dessen brennpunkt unmittelbar an der Auslauf öffnung der Düse 3 liegt, einen
Impuls indirekten (reflektierten) Lichtes aus. Ein Teil der durch das Teilchen reflektierten
Lichtenergie, dessen Größe durch den vom kegel der Düse 3 gebildeten Raumwinkel
bestimmt wird, gelangt durch das Fenster 17, Linsen 13 und Blende 14 uuf die Katode
des Fotoelektronenvervielfachers.
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Im Elektronenvervielfacher wird ein entsprechender Stromimpuls erzeugt,
der dem sekundären (Anzeige)Gerät (in der
Zeichnung nicht angedeutet)
zugeführt wird.
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Die Annahme des Verhältnisses zwischen den Durchmesnern der Düse
3 und des Aufnahmekanals 4 gleich 1/4 ois 1/7 ermoglicht es, die kontrol@e der Flüssigkeit
ohne Bildung einer flüssigen Hulle auszuführen, wodurch die leistung der Kontrolle
erhöht und die Bauart der Einrichtung vereinfacht wird. Das erwähnte Verhaltnis
zwischen den Durchmessern wird unter Berücksichtigung folgender Bedingungen angenommen.
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Eine Verminderung des Durchmessers D des Aufnahmekaaufrechterhaltenem
nals 4 oei v Durchmesser d der Düse verursacht einerseits: 1. Eine Vergrößerung
der Einrichtungs-Empfindlichkeit infolge Verminderung der Dicke der durchleuchteten
Flüssigkeitsschicht.
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2. Eine Verbesserung der Bedingungen für die Entgasung (Entfernen
der Gasbläschen) infolge Verminderung des Raumes 1.
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Andererseits aber verursacht eine Verminderung des Durchmessers D
des Aufnahmekanals 4 die Näherung an die Düse 3 und hiermit an den Eingang in die
lichtempfindliche Einheit 8 sowie die Annäherung aneinander der durchsichtigen Fenster
5 und 6, weshlb das durch die Fläche der erwähnten Fenster zerstreute Licht eine
erhöhung des Rauschstrompegels, d.h. eine Senkung der Emp@indlichkeit oringt. Das
erwähnte Verhältnis zwischen den Durchmessern d und D der Düse 3
bzw.
des Aufnahmekanals 4 wurde durch versuche erhalten und entspricht den oben erwähnten
Bedingungen.
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Die Anordnung der Kanäle 2 und 4 sowie der lnnenflächen der Düse
3 abwärts geneigt in Strömungsrichtung der @rüfflüssigkeit,@egünstigt das schnellere
entfernen der aus der Flüssigkeit ln den Siederschlag gefällten Teilchen ciurch
den Flüssigkeitsstrom selbst. Dadurch wird eine Verschmutzung aer anäle 2, 4 verhindert,
die die Genauigkeit der verschlechtert, kontrolle @ @n diesem Falle sitzt das Fenster
17 in einer in bezug auf die durchfließende Prüfflüssigkeit oberen Stellung, wodurch
ein Niederschlag von Teilchen auf sei-Verminderung ne Fläche und eine hierauf beruhende
v der Empfindlichkeit verhindert werden. Der Verlauf des Ausfallens von teilchen
erfolgt hauptsächlich während einer unterbrechung des Pumpens der Flüssigkeit. Eine
periodische Unterbrechung des Durchpumpens der Prüfflüssigkeit ist bei der Kontrolle
von Flüssigkeitsproben sowie bei der kontrolle eines Flüssigkeitsstromes erforderlich,
in dem Gasbläschen (Luftbläschen ) vorhanden sind. In diesem Falle sind vor den
Kontrollieren einer Flüssigkeitsportion die Gasbläschen aus inr zu entfernen, die
als Teilchen registriert; werden können.
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Für den all der Kontrolle einer ununterbrochen durchgepumpten Flüssigkeit,
die keine Gasblaschen-Einschlüsse hat, kann die in Fig. 2 dargestellte Bauart benutzt
werden.
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Der @etrieb dieser Abwandlung der erfindungsgemäßen Einrich-@ung verläuft
in ähnlicher Weise, wie der oben beschrieben@, der Unterschied jedoch besteht darin,
daß in diesem Falle die Kanäle 2 und 4 und die Düse 3 am schnellsten entlüftet werden,
d.h. von der Luft, die hier bis zur Zuführung aer Flüssigkeit war, da die Richtung
der Auftriebskraft in diesem Falle mit der Richtung des Flüssigkeitsstromes zusammenfällt.