DE3609156A1

DE3609156A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen messung geringer truebungen

Info

Publication number: DE3609156A1
Application number: DE19863609156
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Chem Dr Geppert; Gerhard Langkopf; Horst Dipl Chem Dr Thielemann; Jochen Dipl Ing Deinert; Gert Dipl Ing Mehling
Original assignee: LEIPZIG WOHN FREIZEIT
Current assignee: LEIPZIG WOHN FREIZEIT
Priority date: 1984-12-07
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1987-09-24
Also published as: CH670512A5; BE904505A; BG48064A1

Description

Anwendungsgebiete der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen photometrischen Messung geringer Trübungen in Flüssigkeiten, insbesondere auch in gefärbten Flüssigkeiten wie Bier und anderen Getränken mit dem Ziel der Überwachung und Regelung der Filtration und ist in die Klasse G 01 N einzuordnen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur kontinuierlichen Messung geringer Trübungen in Flüssigkeiten ist eine Anordnung bekannt, bei der das Licht einer Glühlampe mittels eines Flimmer spiegels mit 600 Hz moduliert wird und abwechselnd zwischen einem Meßstrahl zur 90°-Trübungsmessung und einem Vergleichsstrahl zur Durchlichtmessung hin- und herwechselt. Im Vergleichsstrahl befindet sich eine motorgetriebene Meßblende zur Ausführung eines optischen Nullabgleichs. Die jeweilige Stellung der Meß blende ist ein Maß für die Trübung der eine quadratische Küvette durchströmenden Flüssigkeit. Als Detektor dient eine Vakuumphotozelle, deren Signal nach ent sprechender Verstärkung den Servemotor der Meßblende ansteuert (Prospekt T1, Sigrist- Photometer AG, Zürich/Schweiz).

Bei dieser Anordnung ist der mechanische Aufwand sehr groß, da der Flimmerspiegel ein feinmechanisches Präzisionsbauteil darstellt. Ebenso erfordern Meßblende und Servemotor einen erheblichen Anteil an Mechanik. Nachteilig für den Dauerbetrieb sind die bewegten Teile. Die verwendeten Bauelemente, wie Glühlampe und Vakuum photozelle, entsprechen nicht mehr dem jetzigen Stand der Technik.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der zur Erzielung größerer Signale bei geringen Trübungen das Prinzip der Vorwärtsstreuung bei annähernd 0° ver wendet wird (DD-WP 1 25 735). Das Primärlicht wird durch eine Dunkelfeldanordnung ausgeblendet. Dieses Prinzip ist für eine Farbkompensation nicht geeignet und bei geringsten Trübungen des größeren Störlichtanteils nicht optimal. Außerdem ist ein raumsparender kompakter Aufbau kaum möglich.

Alle bekannten Anordnungen nach dem Prinzip der Absorptionsmessung, z. B. die der G-S-T-Regelungstechnik, Bochum (DE-AS 23 63 432/79), eignen sich nicht für gefärbte Medien.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren für eine kontinuierliche Messung geringer Trübungen in farblosen und gefärbten Flüssigkeiten und eine dazu gehörige Vorrichtung zu entwickeln, mit dessen Einsatz ein direkt ausweichbares lineares Signal für die Trübung gewonnen werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, wo durch geeignete Lichtquellen und Verwendung eines einzigen Strahlungsem pfängers auf bewegte Teile in der Vorrichtung verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei Lumineszenzdioden als Lichtquellen für Meß- und Vergleichsstrahl und ein Strahlungsempfänger verwendet werden. Der Arbeitspunkt des als Strahlungsempfänger dienenden Photo transistors wird durch einen regelbaren Gleichlichtanteil festgelegt. Die beiden Lumineszenzdioden senden modulierte Strahlung aus, die sich in der Modulations frequenz um einen Faktor n unterscheidet (n < 2 oder < 0,5). Die Amplitude der Strahlung beider Lumineszenzdioden wird proportional in der Weise geregelt, daß die Amplitude des Vergleichsstrahlsignals konstant bleibt. Das vom Photo transistor gelieferte modulierte Signal wird in einem Demodulator in die beiden Frequenzanteile zerlegt. Der Meßstrahlanteil stellt ein direktes Maß für die Trübung dar.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Durchflußküvette vorgesehen, die an vier um jeweils 90° versetzten Stellen je ein Fenster enthält. Hinter einem Fenster ist der Strahlungsempfänger angeordnet, ihm gegenüber die Lumineszenz diode für den Vergleichsstrahl. Rechtwinklig dazu befinden sich die Lumineszenz dioden für den Meßstrahl. Das ihr gegenüberliegende Fenster ist geschwärzt. Vor der Meßstrahl-Lumineszenzdiode und vor dem Phototransistor befinden sich Sammellinsen.

Die Funktion der Vorrichtung ist folgende:

Die zu messende Flüssigkeit wird durch die Durchflußküvette gepumpt. Auf den Phototransistor fällt gleichzeitig Licht des Vergleichsstrahls mit der Frequenz nf und des Meßstrahls mit der Frequenz f. Nach entsprechender Verstärkung gelangt das Signal in den Demodulator, der es in die beiden Signale von Meßstrahl und Vergleichsstrahl aufteilt. Das Meßstrahlsignal wird dem Ausgang zugeführt und angezeigt. Das Vergleichsstrahlsignal wird wie im Ver fahren beschrieben verarbeitet.

Ausführungsbeispiel (Fig. 1)

Eine Durchflußküvette 1 mit quadratischem Querschnitt enthält an den Seiten die Fenster 2 bis 5, von denen Fenster 2 geschwärzt ist. In der Durchflußküvette 1 befinden sich Blenden 6 zur Abschirmung von Störlicht. Vor dem Fenster 5 ist die Lumineszenzdiode 7 für den Vergleichsstrahl, vor dem Fenster 4 die Lumineszenzdiode 8 für den Meßstrahl, und an dem Fenster 3 der Phototransistor 9 angebracht. Das Licht der Lumineszenzdiode 8 wird mittels einer Linse 10 auf den Mittelpunkt der Durchflußküvette 1 konzentriert, das Streulicht auf dem Phototransistor 9 mit einer Linse 11 abgebildet.

Die Lumineszenzdiode 7 wird gleichzeitig mit Gleich- und Wechselstrom gespeist, die Lumineszenzdiode 8 nur mit Wechselstrom. Das Signal des Phototransistors 9 wird im Verstärker 12 verstärkt und in ein Gleichspannungs- und ein Wechsel spannungssignal aufgespalten. Das Gleichspannungssignal gelangt zum Regelver stärker 13, der den Arbeitspunkt des Phototransistors 9 konstant hält. Sein Ausgangssignal wird in der Mischstufe 14 mit dem Wechselstromsignal aus dem Modulator 15 mit der Frequenz nf gemischt. Das Wechselspannungssignal aus dem Verstärker 12 gelangt in den Demodulator 16, der nach phasenempfindlicher Gleichrichtung und Glättung zwei Ausgangssignale liefert. Eines davon steuert den Regelverstärker 17, der gleichzeitig die Amplituden der mit den Frequenzen nf bzw. f in den Modulatoren 15 bzw. 18 erzeugten Wechselströme regelt. Bei dem gewählten Beispiel ist n = 10 und f = 500 Hz. Zur synchronen Modulation ist der Taktgeber 20 vorgesehen. Modulator 18 liefert den Strom für die Lumineszenz diode 6 zur Erzeugung des Streulichtes. Die Amplitude des Vergleichssignals wird konstant gehalten.

Das andere Signal aus dem Demodulator 16 gelangt zum Ausgang bzw. zu einer Anzeige auf einem Meßinstrument 19. Das Ausgangssignal ist mit einem nicht gezeichneten Schreiber verbunden. Außerdem steuert es einen nicht gezeichneten Regler. Die Meßbereichsumschaltung geschieht durch stufenweise Änderung der Modulationsamplitude der Frequenz f im Modulator 18. Die Lumineszenzdioden arbeiten im nahen Infrarotbereich.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Durchflußküvette in einem kleinen licht dichten Gehäuse untergebracht, das an der Seite des Elektronikgehäuses befestigt ist. Der Einsatz des Gerätes erfolgt durch Überwachung und Regelung der Bier filtration. Entsprechend den dortigen klimatischen Bedingungen wurde eine Feuchtraumausführung gewählt.

Ausführungsbeispiel 2 (Fig. 2)

Bei einer anderen Variante gelangt das Wechselspannungssignal aus dem Ver stärker 12 in den Regelverstärker 17, der die Amplitude des Wechselspannungs signals des Strahlungsempfängers in der Weise regelt, daß das Signal der Fre quenz nf konstant bleibt. Die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 17 wird dem Demodulator 16 zugeführt, der nach phasenempfindlicher Gleichrichtung und Glättung zwei Ausgangssignale liefert.

Das Signal der Frequenz f wird wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben auf einem Meßinstrument 19 angezeigt und ausgegeben. Das Signal der Frequenz nf wird in den Regelverstärker zurückgeführt und dient als Regelspannung. Die mittels des Taktgebers 20 synchron mit den Frequenzen nf bzw. f in den Modu latoren 15 bzw. 18 erzeugten Wechselströme dienen wie im Ausführungsbeispiel 1 zur Ansteuerung der Lumineszenzdioden 7 bzw. 8.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung geringer Trübungen mit einer Durch flußküvette (1), zwei Lichtquellen (7, 8) und einem Strahlungsempfänger (9), gekennzeichnet dadurch, daß die Strahlung der einen Lichtquelle (8) mit der Frequenz f moduliert ist und durch Lichtstreuung auf den Strahlungsempfänger (9) auftrifft, daß die Strahlung der anderen Lichtquelle (7) mit der Frequenz nf moduliert ist und direkt auf den Strahlungsempfänger (9) auftrifft, daß das vom Strahlungsempfänger (9) gelieferte Signal der Frequenz nf durch Paral lelregelung der Ströme beider Lichtquellen oder durch Verstärkungsregelung des Wechselspannungssignals des Strahlungsempfängers auf konstanter Amplitude gehalten wird und daß das Signal der Frequenz f als Ausgangssignal verwendet wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß n größer als 2 oder kleiner als 0,5, vorzugsweise 10 beträgt.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der mit der Frequenz nf modulierten Lichtquelle (7) zusätzlich ein Gleichstrom zugeführt wird, der auf konstanten Arbeitspunkt des Strahlungsempfängers (9) geregelt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Mehrbereichs umschaltung durch stufenweise Änderung des Modulationsstromes der Lichtquelle für den Meßstrahl erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bis 4, mit einer Durchflußküvette (1), zwei Lichtquellen (7, 8) und einem Strahlungsempfänger (9), gekennzeichnet dadurch, daß modulierbare Lichtquellen, vorzugsweise Lumineszenzdioden für den sichtbaren oder infraroten Bereich verwendet werden und daß der Strahlungsempfänger (9) ein Phototransistor oder eine Photodiode ist.