DE2918244A1 - Messystem - Google Patents

Description

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Meßsystem

Zusatz zu Patentanmeldung P 28 36 607.6

Die Priorität der Anmeldung Nr. 19046/78 vom 11. Mai 1978 in Großbritannien wird beansprucht.

In der Hauptanmeldung P 28 36 607.6 wird ein Meßsystem zur Bestimmung von Öl in Wasser beschrieben und beansprucht, das eine Streulichtzelle sowie eine Lichtquelle auf v/eist, die einen Lichtstrahl durch die Streulichtzelle schickt, ferner eine erste Fotozelle, die mit dem Lichtstrahl fluch— tend der Lichtquelle gegenüber auf der anderen Seite der Zelle angebracht ist, eine im Abstand zur ersten Fotozelle liegende zweite Fotozelle, die das Streulicht empfängt, einen an die zweite Fotozelle sich anschließenden Linearverstärker, einen das dem Direktlicht entsprechende Signal empfangenden logarithmischen Verstärker, eine automatische Verstärkungsregelung zur Eichung der Verstärker wie zur Kompensierung der übertragungsverluste in der Zelle, eine Vorrichtung zur Spülung der Zelle mit reinem Wasser nach der Eichung, einen Schwellwertschalter zur selektiven Anschaltvmg eines der zwei Verstärker, wobei die Ausgangs-

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signale der zwei Verstärker in ähnlicher Weise zum ölgehalt des durch die Zelle strömenden Wassers in Beziehung gesetzt werden und der Schalter so angeordnet ist, daß der Linearverstärker in dem Bereich der ölkonzentration angeschaltet ist, in dem die Kennlinie des Streulichtausgangssignals der Zelle weitgehend linear ist, und der logarithmische Verstärker dann eingeschaltet ist, wenn die Ölkonzentration diesen Bereich übersteigt.

Das beschriebene Meßsystem hat sich als wirkungsvoll erwiesen. Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen es erforderlich ist, den Ölgehalt von Wasser zu bestimmen, das einen bestimmten Anteil an suspendierten Feststoffteilchen, wie z. B. Rostpartikeln, enthält. Die Feststoffteilchen können unter bestimmten Umständen wesentlich zur Gesamtintensität des in der Wassermischung vorliegenden Öls ausgehenden Streulichtes beitragen und somit falsche Meßergebnisse verursachen.

Dies wird durch die vorliegende Erfindung vermieden. Im Besonderen geschieht dies mit Hilfe einer Streulichtzelle zur Bestimmung von Öl in Wasser, bei der die Ölkonzentration durch den Streueffekt des Öls auf den einfallenden Lichtstrahl bestimmt wird, wobei die Zelle ein Gehäuse aufweist, mit einem Eingangsfenster für den Lichtstrahl und einer Vielzahl von Fenstern, die unter einem bestimmten Winkel zum Lichtstrahl angeordnet sind, und eines dieser Fenster zum einfallenden Lichtstrahl unter dem Winkel angeordnet ist, unter dem die Intensität des Streulichtes den kleinsten Wert besitzt.

Experimente haben gezeigt, daß die Intensität des Streulichts sowohl von den öltröpfchen wie den Feststoffteilchen

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mit dem Streuwinkel variiert. Dariiberhinaus besteht die Möglichkeit zur Bestimmung des Streuwinkels, bei dem der von den öltröpfchen herrührende Anteil des Streulichtes weitgehend Null ist.
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Versuche haben ergeben, daß die Verteilung der Öltröpfchengröße hinreichend durch eine entsprechende Pumpe oder andere Homogenisierungstechniken erreicht werden kann. Eine derartige Größenverteilung führt zu einer Streuung des einfallenden Lichtes, die eine nichtlineare Funktion des Streuungswinkels ist. Es hat sich gezeigt, daß Öl bei kleinen Winkeln auf den einfallenden Strahl einen verhältnismäßig hohen Streueffekt ausüben. Bei einer Zelle mit der typischen Geometrie nach Fig. 1 geht dieser bei einem Winkel zwischen 40 und 60 weitgehend auf Null zurück. Die Öltröpfchengröße liegt bei einem Durchmesser bis zu 30 /am.

Die üblicherweise in Suspension gehaltenen Feststoffteilchen (Ruß, Staub etc.) geben nicht nur bei kleinen Winkeln eine hohe Streuung, sondern auch bei größeren Winkeln. So kann man einen Winkel über 30 wählen, wenn nur die Feststoffteilchen gemessen werden (der geringe auf das öl zurückgehende Anteil der Meßwerte kann vernachlässigt werden). Die unabhängige Messung der Teilchenkonzentration kann in Verbindung mit der Intensitätsbestimmung bei kleinem Winkel, bei der Bestandteile wie öl und Feststoffteilchen vorhanden sind, dazu verwendet werden, gegebenenfalls die Ölkonzentration für sich allein zu bestimmen oder die durch die Feststoffteilchen bedingte Verfälschung des Ergebnisses auf ein Minimum zu verringern.

Die Genauigkeit dieses Meßverfahrens, das eine Vielzahl.

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und nicht nur drei Detektoren bei unterschiedlichen Winkeln zwischen O und 180 verwende^kann noch verbessert werden, indem man Prüfungen durchführt, um das Ansprechen von öl und Feststoffteilchen bei Winkeländerung zu kompensieren. Die Mxkroprozessortechnxk kann hierfür eingesetzt werden. Man kann den Mikroprozessor so programmieren, daß er auf die unterschiedliche Teilchengrößenverteilung anspricht, die im Verlauf der Operation bei unterschiedlichen Situationen auftritt.
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Eine Ausbildungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.

. Fig. 1 ist der Querschnitt durch eine Streulichtzelle,

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Intensität des Streulichtes für öl und Feststoffteilchen bei einem Streulichtwinkel von 5 , und

Fig. 3 zeigt das entsprechende Verhältnis bei einem

Streulicht-winkel von 95°.

Die Streulichtzelle 11 in Fig. 1 besteht aus dem ringförmigen Gehäuse 12, daß das Einlaßfenster 13 besitzt, durch das Licht von z. B. einem Festkörperlaser in die Zelle gaLangt. Diese enthält ferner eine Vielzahl von Auslaßfenstern 14. Eine Ablenkplatte 15 bündelt den in die Zelle gelangenden Lichtstrahl und verhindert falsche Reflexionen. Die genaue Lage der Ablenkplatte ist unkritisch^ solange sie verhindert, daß Direktlicht die Fenster 14 vom Einlaß her erreicht. Die Auslaßfenster 14 sind unter den verschiedenen Winkeln o(_ 1 und ^ct2 zum Lichtstrahl I-

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angeordnet, der durch das Fenster 13 in die Zelle gelangt. Das aus den Auslaßfenster 14 austretende Licht ist an ansprechende Detektoren und Meßschaltungen gekoppelt, die nicht gezeigt sind. Vorteilhafterweise sind die Fenster und 14 mit Lichtleitfaserkopplern 16 versehen, die das Licht zu den Fenstern hin- oder wegführen.

Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, liegt es am Streuungswinkel, ob die öltröpfchen oder Feststoffteilchen das einfallende Licht streuen. So zeigt nach Fig. 2 bei kleinen Winkeln Öl einen verhältnismäßig hohen Streueffekt gegenüber dem einfallenden Strahl, dieser Effekt fällt jedoch nahezu auf Mull ab bei einem Winkel im Bereich von 40 bis 180 , und zwar bei öltröpfchen mit einem Durchmesser bis einschließlieh 3 yum. Feststoffteilchen zeigen nur eine schwache Verringerung der Streuintensität bei kleinem Streuwinkel (Fig.2). Indem man Lichtintensitätsmessungen bei Winkeln durchführt, läßt sich der überlagerungseffekt der Feststoffteilchen kompensieren und die Ölkonzentration bestimmen. Die erforderlichen Berechnungen können mittels einer elektronischen Anlage, wie z. B. einen Mikroprozessor, durchgeführt werden.

Die Feststoffteilchen in den Fig. 2 und 3 besitzen Durchmesser zwischen 0 bis 3 yum und ihr Anteil liegt gewöhnlich zwischen 30 und 70 ppm. Die Öltröpfchen besitzen einen charakteristischen Durchmesser von 18 /um und der Gehalt liegt bei 15 ppm. Fig. 2 zeigt, daß bei kleinem Streuwinkel die Rückwirkung auf das Licht bei dem Öl und den Feststoffteilchen vergleichbar ist, wo hingegen bei einem großen Streuwinkel (Fig. 3) die Rückwirkung vom öl gegenüber dem bei Feststoffteilchen unbedeutend ist.

Die aufgezeigten Ergebnisse dienen lediglich als Beispiel, + diesen zwei

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da verschiedene Öle und verschiedene Feststoffteilchen natürlich unterschiedliche Ergebnisse liefern. In jedem Fall tritt jedoch weitgehend eine ähnliche Beziehung zwischen der Lichtstreuung von Feststoffteilchen und Öl

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Claims (4)

1. G. D. Pitt - 24

   P atentansprüehe

   . Meßsystetn zur Bestimmung von Öl in Wasser, das nach der Hauptanmeldung P 28 36 607.6 eine Streulichtzelle enthält, ferner eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl durch die Streulichtzelle schickt, eine erste Fotozelle, die mit dem Lichtstrahl fluchtend der Lichtquelle gegenüber auf der anderen Seite der Zelle angebracht ist, eine im Abstand zur ersten Fotozelle liegende zweite Fotozelle, die das Streulicht empfängt, einen an die erste Fotozelle sich anschließenden Linearverstärker, einen das dem Direktlicht entsprechende Signal empfangenden logarithmischen Verstärker, eine automatische Verstärkungsregelung zur Eichung der Verstärker wie zur Kompensierung der Übertragurigsverluste in der Zelle, eine Vorrichtung zur Spülung der Zelle itiit reinem Wasser nach der Eichung, einen Schwellwertschalter zur selektiven Anschaltung eines der zwei Verstärker, wobei die Ausgangssignale der zwei Verstärker in ähnlicher Weise zum Ölgehalt des durch die Zelle strömenden Wassers in Beziehung gesetzt werden und der Schalter so angeordnet ist, daß der Linearverstärker in dem Bereich der ölkonzentration angeschaltet ist, in dein die Kennlinie des Streulichtausgangssignals der Zelle weitgehend linear ist, und der logarithmiscbe Verstärker dann eingeschaltet ist, wenn die ülkonzentration diesen Bereich übersteigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse neben dam Einlaßfennter für den Licht-

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   strahl eine Vielzahl von Auslaßfenstern auf v/eist, die unter unterschiedlichen Winkeln zum Lichtstrahl liegen, wobei eines derselben bezüglich des einfallenden Strahles in so einem Winkel angeordnet ist, daß die Intensität des Streulichtes von öl einen Minimalwert besitzt.
2. 2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Auslaßfenster fluchtend nit dem einfallenden Lichtstrahl angeordnet ist.
3. 3. Meßsystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Fenster in einem Winkel unter 40 und eines der anderen Fenster in einem Winkel über 40 zum einfallenden Lichtstrahl angeordnet ist.
4. 4. Meßsystem nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenster jeweils mit einer Lichtleitfaserkopplung versehen sind.

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