DE3902028C2 - UV-Sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen UV-Sensor, insbesondere zur Überwachung der Wasserentkeimung durch UV-Strahlung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Wasserentkeimung durch UV-Strahlung verwendete UV- Strahler benötigen infolge ihres Alterns eine Überwachung ihrer biologischen Wirksamkeit. Da die UV-Strahler UV-Strahlung mit großer Intensität liefern, kann diese nicht mit Hilfe von Fotodetektoren für UV-Strahlung direkt gemessen werden, zumal hohe Strahlungsintensitäten auch zu einer strahlungsbedingten Alterung von Fotodetektoren führen.

Ein UV-Sensor der eingangs genannten Art ist aus der DE-OS 23 41 134 bekannt, der einen Fotodetektor aufweist, der hinter einer von zwei Quuarzglasfenstern begrenzten, mit eine für UV-Strahlung durchlässigen Flüssigkeit gefüllten Kammer angeordnet ist, wobei die flüssigkeitsgefüllte Kammer eine Luftblasenausbildung in der überwachten Flüssigkeit verhindern soll. Eine Schwächung der durch die Eintrittsöffnung einfallenden UV-Strahlung erfolgt jedoch durch die beiden Fenster und die dazwischen befindliche Flüssigkeitskammer nicht ausreichend.

Aus der DE-OS 24 17 399 ist es ebenfalls bekannt, der Strahlungsmessungen durch UV-Sensoren unter Eliminieren räumlicher Inhomogenitäten der spektralen Verteilung einer einfallenden Strahlung vorzunehmen, ohne daß der UV-Sensor jedoch für hohe Strahlungsintensitäten ausgelegt ist. Der dort vorgesehene Hohlkörper mit einer diffus reflektierenden Innenoberfläche und mit einem lichtstreuenden transparenten Körper an der UV- Eintrittsseite reflektiert zwar die einfallende Strahlung mehrfach, sorgt aber nicht für eine Reduzierung der auf einen Strahlungsempfänger auftreffenden Intensität.

Die biologische Wirkung der UV-Strahler wird folglich nach wie vor sicherheitshalber durch aufwendiges Zählen der noch vorhandenen Keime in dem behandelten Wasser bestimmt.

Aus der DE-OS 30 46 456 ist ferner ein UV-Sensor bekannt, der eine Eingangsoptik, umfassend eine Linsen-Filter-Anordnung, einen Fotodetektor und ein Leistungsschaltteil, umfaßt. Zwar kann man hierdurch beispielsweise den biologisch wirksamen Frequenzbereich einer UV-Quelle überwachen, jedoch wird die auf den Fotodetektor auftreffende Intensität nicht geschwächt.

Aus der US-PS 4 463 262 ist es bekannt, bei Infrarotsensoren hinter einem mit Löchern versehenen Eintrittsfenster ein mit korrespondierenden Löchern versehenes Hitzeschild zum Schutz eines nachfolgenden Infrarotdetektors vor auffallender Laserstrahlung anzuordnen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen UV-Sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem UV-Strahlung hoher Intensität gemessen werden kann, der langzeitstabil ist und richtungsunabhängig arbeitet.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch wird ein UV-Sensor geschaffen, bei dem die auffallende Strahlung einerseits in allen Richtungen zumindest teilweise wieder abgestrahlt wird, und andererseits die in den UV-Sensor eintretende Strahlung durch eine polykristalline Quarzscheibe, diffus gestreut wird, wodurch eine wesentliche Abschwächung der Strahlungsintensität bewirkt wird.

Dabei kann die Streuscheibe zwischen Lochscheibe und dem Fotodetektor an­ geordnet sein. Desweiteren kann das Gehäuse des UV-Sensors derart gas- und flüssigkeitsdicht ausgebildet sein, daß zumindest ein Grobvakuum erzeugbar ist. Für eine Adsorption von Feuchtigkeit können Adsorptionsmittel in das Gehäuse einbringbar sein, beispielsweise mittels einer auswechselbaren Kie­ selgelpatrone. Schließlich kann auch ein die Signale des Fotodektors über eine Zuleitung empfangender Verstärker mit dieser Zuleitung in dem Gehäuse untergebracht sein, um mögliche Störeinflüsse auf die Zuleitung auszu­ schließen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Abbildung im Schnitt dargestellten ersten Ausführungsbeispiels sowie eines zweiten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Der dargestellte UV-Sensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel besitzt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 1, das einen Gewindeabschnitt 2 aufweist, der eine Kontermutter 3 trägt, über die das Gehäuse 1 in einer Wandung oder einem sonstigen Träger befestigt werden kann. Das Gehäuse 1 nimmt einen Fotodetektor 4 auf, der sich an einer Schulter im Inneren des Gehäuses 1 abstützt. Der Fotodetektor 4 ist über entsprechende Anschluß­ drähte 5 mit Anschlußkontakten 6 einer Buchse 7 verbunden, die in einem Sockel 8 angeordnet ist, der das Gehäuse 1 an der der Eintrittsseite für UV-Strahlung abgewandten Seite verschließt. Der Deckel 8 kann mit Hilfe von Schrauben 9 über Klemmsitz oder dergleichen an dem Gehäuse gesichert sein.

Im Gehäuseinneren ist ferner eine zur Eintrittsseite für die UV-Strahlung gerichtete Schulter vorgesehen, an der sich eine Streuscheibe 10 abstützt, die über einen Distanzring 11 mit Abstand zu einer Loch­ scheibe 12 gehalten wird, die ihrerseits über einen Abschlußring 13 in ihrer Position in dem Gehäuse 1 benachbart zum Eintrittsende für die UV- Strahlung gehalten wird. Der Abschlußring 13 besitzt einen nach außen ge­ richteten umlaufenden Flansch, der sich auf der Stirnseite des Gehäuses 1 abstützt. Der Abschlußring 13 ist über Klemmsitz, Schrauben oder derglei­ chen gegen Herausfallen gesichert.

Die Anordnung kann auch derart getroffen sein, daß anstelle des die Streuscheibe 10 und den Photosensor 4 trennenden Gehäuseabschnitts ein Distanzring vorgesehen ist, während eintrittsseitig eine dem Abschlußring 13 entsprechende Abstützschulter vorgesehen sein kann.

Die Lochscheibe 12 kann ein oder insbesondere mehrere Löcher 14 aufweisen. Gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch die Lochscheibe 12 mit der Streuscheibe 10 in der Position vertauscht sein, jedoch wird die dargestellte Position bevorzugt.

Die Streuscheibe 10 besteht vorzugsweise aus Quarzfritte. Diese ist besonders langzeitstabil gegenüber UV-Strahlung und bewirkt, daß auf­ fallende Strahlung in allen Richtungen wieder abstrahlt, so daß sich eine über die Austrittsfläche der Streuscheibe 10 mit praktisch gleicher In­ tensität verteilt austretende und auf den Fotodetektor 4 fallende Strah­ lung ergibt; Die Lochscheibe 12 bewirkt eine wesentliche Abschwächung der Strahlungsintensität. Bei der Wasserentkeimung ist beispielsweise eine Abschwächung um einen Faktor von etwa 2000 bis 10 000 erforderlich. Dem­ entsprechend klein sind die Löcher 14 der Lochscheibe 12 ausgebildet. Da­ mit auch bei schrägem Strahlungseinfall dieser noch durch die Lochscheibe 12 auf die Streuscheibe 10 und damit auf den Fotodetektor 4 gelangt, ist es bevorzugt, die Lochscheibe 12 mit einer Vielzahl kleiner Löcher 14 zu versehen. Die Löcher 14 sind vorzugsweise siebartig angeordnet und können ferner in Richtung zum Fotodetektor 4 hin sich konisch öffnend ausgebildet sein.

Die Streuscheibe 10, die durch ihre Abstrahlung in allen Rich­ tungen auch zur Intensitätsabschwächung dient, bewirkt, daß die UV-Strah­ lung durch den Fotodetektor 4 richtungsunabhängig gemessen werden kann. Außerdem bewirkt sie zusammen mit der Lochscheibe 12, daß die Abschwächung der UV-Strahlung derart ist, daß keine strahlungsbedingte Alterung des Photodetektors 4 durch insgesamt zu hohe oder durch punktuell zu hohe Strahlungsintensität auftritt. Außerdem ist die Abschwächung der UV- Strahlung wellenlängenneutral.

Für die Entkeimung von Wasser ist eine Wellenlänge der UV-Strahlung von 160 bis 300 nm biologisch wirksam. Deshalb ist für diesen Anwendungszweck ein Fotodetektor geeignet, der insbesondere in diesem Wellenlängenbereich anspricht. Dies ist vorzugsweise eine Vakuumfotozelle mit einer Fotoka­ thode aus Cäsiumtellurid.

Um ohne zusätzliche Eichung reproduzierbare Meßergebnisse auch nach einem Auswechseln des UV-Sensors zu erhalten, ist in dem Gehäuse 1 ein Kalib­ rierungswiderstand 15 vorgesehen, der mit zwei elektrischen Anschlüssen 16 der Buchse 7 verbunden ist. Der Kalibrierungswiderstand 15 ist derart gewählt, daß die Auswertelektronik für den UV-Sensor unabhängig von dem jeweils individuellen Sensor bei gleichem UV-Strahlungsempfang den glei­ chen Meßwert anzeigt.

Der UV-Sensor kann auch zum Beispiel in Zusammenhang mit einem Fotoreak­ tor verwendet werden.

Gemäß einem zweiten nicht weiter dargestellten Ausführungsbeispiel ist der UV-Sensor gegenüber dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungs­ beispiel derart modifiziert, daß das Gehäuse 1 gas- und flüssigkeitsdicht abschließbar ist, so daß zumindest ein Grobvakuum in dem Gehäuse 1 er­ zeugbar ist. Dies kann durch ein über O-Ringe abgedichtetes Verschließen der beiden Seiten des Gehäuses 1 erreicht werden, wobei an der UV-Ein­ trittsseite des Gehäuses 1 vor die Lochscheibe 12 noch eine Quarzscheibe gesetzt wird. Die Buchse 7 kann gegebenenfalls durch dichte Anschluß­ stecker ersetzt sein.

Zur Adsorption der in dem Gehäuse 1 verbliebenen Feuchtigkeit ist eine Einlagerung eines Adsorptionsmittels, wie z.B. Kieselgele, vorgesehen. Für eine leichte Austauschbarkeit dieses Adsorptionsmittels kann eine Patrone dienen.

Desweiteren kann das Gehäuse 1 noch derart ausgestaltet sein, daß auch ein Verstärker einer Auswertelektronik zusammen mit dem Zuleitungskabel in dem Gehäuse angeordnet ist, um hierdurch eine Abschirmung des Zuleitungskabels zu erreichen.

Claims (8)

1. UV-Sensor, insbesondere zur Überwachung der Wasserentkeimung durch UV-Strahlung, mit einem Fotodetektor (4), der in einem mit elektrischen Anschlüssen (6) versehenen Gehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Gehäuse (1) an der Eintrittsseite für die UV-Strah­ lung vor dem Fotodetektor (4) eine mehrere kleine Löcher (14) aufweisende Lochscheibe (12) und eine Streuscheibe (10) aus Quarzfritte hintereinander angeordnet sind.

2. UV-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streu­ scheibe (10) zwischen der Lochscheibe (12) und dem Fotodetektor (4) ange­ ordnet ist.

3. UV-Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotodetektor (4) eine Vakuumfotozelle mit einer Fotokathode aus Cäsium­ tellurid ist.

4. UV-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) ein Kalibrierungswiderstand (15) angeordnet ist, der mit elektrischen Anschlüssen (16) des Gehäuses (1) verbunden ist.

5. UV-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) evakuierbar ausgebildet ist.

6. UV-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) ein Adsorptionsmittel für Gase, Dämpfe und Flüssig­ keiten austauschbar einbringbar ist.

7. UV-Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Adsorp­ tionsmittel ein Kieselgel vorgesehen ist.

8. UV-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotodetektor (4) zusammen mit einem Verstärker einer Nachweiselek­ tronik in dem Gehäuse (1) angeordnet ist.