DE3821543A1 - Verfahren zur simultanen messung der truebung und der partikelkonzentration von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen Messung der Trübung und der Partikelkonzentration von Flüssigkeiten, das zur Überwachung und gezielten Beein­ flussung natürlicher und künstlicher Gewässer sowie in Leitungen eingeschlossener teilchenbeladener Flüssig­ keiten, die sowohl strömen als auch ruhen können, einsetzbar ist. Zu den Anwendungsobjekten zählen u. a. Speicherbecken, Absetzbehälter, Rohrleitungen, Kanäle und verfahrenstechnische Apparate. Die Partikeln können organischer und/oder anorganischer Art sein.

Es ist bekannt, mittels unterschiedlicher optischer Ver­ fahren die Trübung oder die Partikelkonzentration in Flüssigkeiten zu bestimmen.

Es sind zahlreiche industriell gefertigte Trübungsmeßge­ räte in der Praxis in Anwendung. Die Trübung wird aus der Extinktion eines parallelen Lichtbündeln, das die Flüssigkeit mit einem relativ großflächigen Bündelquer­ schnitt durchsetzt, erhalten. Die Länge der Meßstrecke beträgt einige Zentimeter bei einem Bündelquerschnitt von einigen Quadratzentimetern.

Die bekannten Trübungsmeßgeräte gestatten auf Grund des großen Meßvolumens keine Auflösung der dispersen Eigen­ schaften der beladenen Flüssigkeiten, wie sie beispielsweise als lokale Partikelkonzentrationen vorliegen.

Es ist aber auch bekannt, mit Hilfe von optischen Verfahren, die auf Grund ihres kleinen Meßvolumens für einzelne Teilchen empfindlich sind, die lokalen Partikel­ konzentrationen in Flüssigkeiten zu erfassen.

Zu diesen optischen Verfahren zählen die Laser-Doppler­ anemometrie, Streulichtzählverfahren und auch die faser­ optischen Meßmethoden.

Solche faseroptischen Meßverfahren werden z. B. in den DD- WP 1 42 473, 1 60 200 und 2 16 902 beschrieben.

So wird nach dem DD-WP 1 42 473 das kontinuierliche Messen der lokalen Teilchengrößenverteilung in einem Strömungsmittel vorgeschlagen. Dazu wird eine kombinierte Absorptions-/Reflexionssonde in die Mehrphasenströmung gebracht. In Abhängigkeit von der Teilchengröße und dem optischen Reflexionsvermögen werden Meßimpulse erhalten und angezeigt.

Nach dem DD-WP 1 60 200 ist eine Vorrichtung zur Messung der lokalen Größen- und Konzentrationsverteilung in Mehrphasenströmungen unter Nutzung von elektronischen Wandlern, entsprechenden Modulen und austauschbaren Koppellichtleitbündeln bekannt. Auf Grund ihrer dispersen Empfindlichkeit lassen sich diese genannten lokalen Meßverfahren zur Bestimmung der Trübung von Flüssigkeiten nicht einsetzen. Besonders bei geringen Trübungen wird das Meßsignal instabil und liefert damit keine reproduzierbaren Ergebnisse.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die Trübungsmethoden nicht zur Bestimmung lokaler Partikelkonzentrationen und lokale Meßmethoden zur Bestimmung der Teilchenkonzentration nicht zur Messung des gesamten Trübungsbereiches der Flüssigkeiten, insbesondere bei geringen Trübungen, einsetzbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist eine simultane Messung sowohl der Trübung über den gesamten Trübungsbereich als auch der Partikelkonzentration bei Gewährleistung relativ kleiner Meßvolumina.

Es war nicht zu vermuten, daß bereits an einem optischen Querschnitt von ca. 3 Quadratmillimetern im Meßkanal einer faseroptischen Meßanordnung eine stabile Messung im unteren Trübungsbereich von Flüssigkeiten möglich ist. Erfindungsgemäß wir die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer getrübten und mit Partikeln beladenen Flüssigkeit über einen optischen Meßkanal an zwei optisch unterschiedlichen Empfängerkanälen der Trübungskanal mit Wechsellicht und der Konzentrationskanal mit Gleichlicht beaufschlagt werden.

Der Trübungskanal besteht aus einem relativ großflächigen Lichtleitbündel mit einer Querschnittsfläche von einigen Quadratmillimetern.

Der Konzentrationskanal wird durch eine einzelne Lichtleitfaser mit einer Querschnittsfläche von weniger als 0,1 Quadratmillimeter gebildet.

Das schmalbandige intensitätsmodulierte Wechsellicht und das Gleichlicht mit konstanter breitbandiger Lichtintensität gelangen über einen optischen Meßkanal als paralleles Strahlenbündel durch den Meßraum an die Empfängerkanäle. Das Trübungssignal wird über Lichtleitfasern zu einer Fotodiode geführt, optoelektronisch gewandelt und zur analogen und/oder digitalen Anzeige gebracht.

Das Konzentrationssignal gelangt über die einzelne Lichtleitfaser zu einem Fototransistor, wird optoelektronisch gewandelt und einem Teilchenzähler zugeführt.

Bei geringsten Trübungen wird über eine Wechsellichtquelle einem als Lichtleitfaser ausgeführten Referenzkanal Licht zu einer Fotodiode geführt, optoelektronisch gewandelt und mit dem Trübungssignal aus dem Fluid verglichen.

Mit dem vorliegenden Verfahren zur simultanen Messung der Trübung und der Partikelkonzentration von Flüssigkeiten wurde die Möglichkeit geschaffen, beide Größen bei geringem Meßaufwand in einer Vorrichtung aus bekannten Baugruppen zu ermitteln.

Die Erfindung soll an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In einer Rohrleitung soll eine organische Flüssigkeit auf ihre Trübung und Konzentration von Partikeln überwacht werden. Dazu wird über einen als Stablinse ausgebildeten optischen Sender Licht in die Flüssigkeit eingebracht. Dieses Licht gelangt über Lichtleitfasern von einem Faserkoppler zur Stablinse. Dieser Faserkoppler ist wiederum mit Lichtleitfasern mit zwei unabhängigen Lichtquellen verbunden.

Eine intensitätsmodulierte Lichtquelle liefert Licht der Wellen λ ₁ und eine Gleichlichtquelle mit konstanter Intensität liefert bei breitbandiger Abstrahlung ein Licht der Wellenlänge λ ₂. Das von der Stablinse abgestrahlte kohärente Licht durchdringt die Flüssigkeit und trifft auf einen zweikanaligen optischen Empfänger. Beim Auftreten einer Trübung der Flüssigkeit wird das Wechsellicht in seiner Intensität abgeschwächt, d. h. absorbiert und von einem großflächigen optischen Meßkanal aufgenommen.

Die in der Flüssigkeit auftretenden Partikeln erzeugen im Gleichlicht an dem anderen kleinflächigen Meßkanal Absorptionsimpulse. Die beiden sich unterscheidenden Signale werden über Lichtleitfasern unterschiedlichen Signalwandlern zugeführt. Das Trübungssignal wird beispielsweise digital als Spannungsabfall angezeigt, während das Konzentrationssignal auf einem Impulszähler als Impulsrate zur Anzeige gebracht wird.

Beim Nachweis geringer Trübungsunterschiede kann die Signalstabilität durch Einsatz eines Referenzkanales erhöht werden.

Es ist auch möglich, durch Verwendung von optischen Filtern jeweils nur die eine oder andere Meßgröße zur Verarbeitung zu bringen.

Der Vorteil der simultanen oder auch quasi-simultanen Messung von Trübung und Partikelkonzentrationen in beliebigen Flüssigkeiten besteht darin, daß komplexe Aussagen sowohl hinsichtlich ihrer physikalisch- chemischen als auch ihrer physikalischen Beschaffenheit mit nur einem Verfahren ermittel werden können.

Claims (1)

1. Verfahren zur simultanen Messung der Trübung und der Partikelkonzentration von Flüssigkeiten, gekennzeichnet dadurch, daß über einen faseroptischen Meßkanal Licht als parallele Strahlenbündel durch den Meßraum gestrahlt wird, an zwei optisch unterschiedlichen Empfängerkanälen im Fluid der als relativ großflächiges Lichtleitbündel mit einer Querschnittsfläche von einigen Quadratmillimetern ausgebildete Trübungskanal mit schmal­ bandigen intensitätsmoduliertem Wechsellicht und der als einzelne Lichtleitfaser mit einer Querschnittsfläche in der Größenordnung von 0,01 bis 0,001 Quadratmillimetern ausgebildete Konzentrationskanal mit Gleichlicht von konstanter breitbandiger Lichtintensität beaufschlagt werden, das Trübungssignal über Lichtleitfasern zu einer Fotodiode geführt, optoelektronisch gewandelt und zur analogen und/oder digitalen Spannungsanzeige gebracht wird, wobei bei geringsten Trübungen über einen als Lichtleitfasern ausgeführten Referenzkanal Licht von einer Wechsellichtquelle zu einer gesonderten Fotodiode geführt, optoelektronisch gewandelt und mit dem Trübungssignal verglichen wird.