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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Sachgebiet der Erfindung
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1. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von
Trübheit
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2. Beschreibung des in
Bezug stehenden Stands der Technik
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Eine Trübheit-Messeinrichtung wird
zum Messen der Trübheit
von Rohwasser und gereinigtem Wasser bei der Wasserbehandlung verwendet,
wobei ein System mit transmittiertem Licht, ein System mit gestreutem
Licht, ein System mit Oberflächenstreulicht
und ein System mit transmittiertem-gestreutem Licht eingesetzt werden.
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In dem System mit transmittiertem
Licht wird ein Verfahren so vorgenommen, dass dann, wenn Probewasser
durch eine Durchflusszelle fliegt, mit einem Lichtstrahl von einer
Lichtquelle bestrahlt wird, das Licht, das durch das Fluid transmittiert
wird, durch einen photoelektrischen Wandler aufgenommen wird, und
wobei Spannung, umgewandelt darin, zu einer Trübheit zurückgewandelt wird. Dieses System
ist zur Prüfung
von Probewasser geeignet, das eine hohe Trübheit besitzt.
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In dem System mit gestreutem Licht
wird ein Verfahren so vorgenommen, dass dann, wenn das Probewasser,
das durch eine Durchflusszelle fließt, mit einem Lichtstrahl von
einer Lichtquelle bestrahlt wird, das Licht, das durch feine Teilchen
innerhalb des Fluids gestreut wird, durch einen photoelektrischen
Wandler empfangen wird, und wobei die Spannung, umgewandelt darin,
zu einer Trübheit
zurückgewandelt
wird. Dieses System ist zum Prüfen
von Probewasser, das eine niedrige Trübheit besitzt, passend.
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In dem System
mit an der Oberfläche
gestreutem Licht wird einem Verfahren nach
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gegangen, bei dem dann, wenn die
Oberfläche
des Probewassers nicht über
eine Durchflusszelle bestrahlt wird, sondern direkt mit einem Lichtstrahl
von einer Lichtquelle bestrahlt wird, das Licht, gestreut durch feine
Teilchen in der Nähe
der Oberfläche
des Probewassers, durch einen photoelektrischen Wandler empfangen
wird, und die Spannung, die darin umgewandelt ist, wird in eine
Trübheit
zurück
gewandelt. Dieses System besitzt das Merkmal, dass das Probewasser
durch die Kontaminierung der Durchflusszelle unbeeinflusst bleibt,
da die Durchflusszelle und das Probewasser nicht in Kontakt miteinander
in dem Lichtstrahl-Bestrahlungsbereich gebracht werden.
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In dem System mit transmittiertem-gestreutem
Licht wird eine Menge, die aus einem Teil der Intensität des gestreuten
Lichts durch die Intensität
des transmittierten Lichts resultiert, in eine Trübheit zurück gewandelt.
Dieses System ermöglicht
eine Messung von einer niedrigen Trübheit an bis zu einer hohen
Trübheit
hin.
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Eine genaue Kontrolle der Qualität von gereinigtem
Wasser wird zunehmend vorgenommen, um sich mit Cryptospolydium,
und dergleichen, zu befassen, und entsprechend dem versuchsweisen
Anweisungsprinzip, herausgegeben durch den Gesundheitsminister, „sollte
die Trübheit
bei 0,1 oder niedriger an dem Auslass eines Filterreservoirs irgendeiner
Reinigungsanlage beibehalten werden, wo das Rohwasser für Stadtwasser durch
Cryptospolydium kontaminiert sein kann". Als Folge wird eine Trübheit-Messeinrichtung für einen On-Line-Betrieb,
geeignet zum dauerhaften Messen einer Trübheit von 0,1 oder niedriger,
wesentlich. Allerdings ist es für
eine typische, herkömmliche
Trübheit-Messeinrichtung
schwierig, eine solche niedrige Trübheit zu messen, da die herkömmliche
Trübheit-Messeinrichtung
so ausgelegt ist, das Streuen und das Transmittieren eines Lichtstrahls
aufgrund von feinen Teilchen in der Form von Gruppen, da die Anzahl
von feinen Teilchen innerhalb eines Beobachtungsbereichs beträchtlich
klein ist, zu erfassen. Um die vorstehend angegebene Messung möglich zu
machen, muss die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von feinen
Teilchen durch Modifizieren der herkömmlichen Trübheit-Messeinrichtung dahingehend
erhöht
werden, dass die optische Weglänge
in dem System für
das transmittierte Licht erhöht
wird oder ansonsten der Lichtstrahl-Bestrahlungsbereich in dem System mit
gestreutem Licht vergrößert wird.
Allerdings ist, aufgrund des vorstehend angegebenen Modifikations-Ergebnisses
beim Vergrößern des
optischen Systems der Trübheit-Messeinrichtung,
ein Erhalten einer zweizahligen, hohen Empfindlichkeit bei der Trübheit-Messung
nur schwer möglich,
wenn eine Größenbeschränkung berücksichtigt
wird.
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Weiterhin wird nun damit begonnen,
eine Membran-Behandlungstechnologie bei der Wasserbehandlung einzusetzen,
und um die Stabilität
des behandelten Wassers, erhalten aus der Membran-Behandlung, sicherzustellen,
werden eine Trübheit-Messeinrichtung und
ein Zähler
für feine
Teilchen zum Überwachen
des behandelten Wassers verwendet. Allerdings ist die herkömmliche
Trübheit-Messeinrichtung
nur für
die Erfassung bei einem Fall verwendbar, bei dem der Bruch von Membranen
bewirkt, dass eine beträchtliche
Menge an Rohwasser in das behandelte Wasser hineinfließt, und
sie ist nicht geeignet, den Ausfluss einer kleinen Menge an Rohwasser
zu erfassen, wenn einige Membrane gerissen sind; der angezeigte
Wert der Trübheit
zu diesem Zeitpunkt ist nahezu Null, ähnlich dem Wasser, das einer
normalen Membran-Behandlung unterworfen ist. Es ist deshalb schwierig,
den abnormalen Zustand von behandeltem Wasser über eine Trübheit-Messung zu deren frühesten Zeitpunkten
zu entdecken. Andererseits wird der Zähler für feine Teilchen zum Messen
der Konzentrationszahl von feinen Teilchen verwendet, die einen
Teilchendurchmesser größer als
ein nominaler Porendurchmesser der Membran bei der Wasserbehandlung
besitzen, um so ein Erhöhen
der feinen Teilchen zu überwachen,
wenn die Membran zerrissen oder gerissen ist. Da die Konzentrationszahl
von feinen Teilchen durch Zählen
der optischen Impulse, gestreut oder unterbrochen durch die jeweiligen,
feinen Teilchen eines nach dem anderen, erhalten wird, ist die Empfindlichkeit
gut im Vergleich zu der Trübheit
in einem Bereich, wo die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von
feinen Teilchen in dem Beobachtungsbereich niedrig ist, so dass
der Zähler
für feine
Teilchen für
eine Erfassung des normalen Zustands der Membran geeignet ist. Allerdings
sollte sorgfältig
darauf geachtet werden, einen Fehler bei einer fehlerhaften Zählung der
Zahl von feinen Teilchen zu beobachten, wenn sich die Wahrscheinlichkeit
des Vorhandenseins von feinen Teilchen in dem Beobachtungsbereich
erhöht.
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In dem Falle einer Messung in einem
Bereich mit extrem niedriger Trübheit,
das bedeutet in einem Fall, bei dem behandeltes Wasser und mit einer
Membran behandeltes Wasser bei einer Trübheit von 0,1 oder niedriger
liegt, ist die Empfindlichkeit der herkömmlichen Trübheit-Messeinrichtung unzureichend,
und es ist demzufolge bevorzugt, den Zähler für feine Teilchen zum Messen
der Konzentrationszahl von feinen Teilchen innerhalb des behandelten
Wassers zu verwenden. Allerdings ist es in der Vergangenheit so
gewesen, dass die Trübheit
für viele
Jahre auf dem Gebiet der Wasserbehandlung gemessen worden ist, und
deshalb ist dort keine Erfahrung über die Wasserqualität in Bezug
auf die Konzentration von Teilchen vorhanden, die in einer Reinigungsanlage,
oder dergleichen, gemessen wird.
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In dem Artikel „A method for measuring particle
and aggregate size distribution in colloidal dispersions", COLLOID AND POLYMER
SCIENCE, Vol. 0258, Seiten 4303–4304, werden
Teichen in einer Durchflusszelle durch einen fokussierten Strahl
eines Lasers hindurchgeführt,
das gestreute Licht wird mit einem Photomultiplier erfasst und ein
Multikanal-Analysieren und eine Berechnungseinrichtung bestimmen
die Größen und die
Größenverteilungen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist im
Hinblick auf die vorstehend angegebenen Umstände gemacht worden, und deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zu schaffen, die effektiv zum Umwandeln der Konzentrationszahl
von messbaren, feinen Teilchen in eine Trübheit und zum Ausgeben der
Trübheit,
die so umgewandelt ist, ist gerade in einem Bereich mit niedriger
Trübheit,
wo eine Messung der Trübheit
unmöglich
ist.
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Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, wird,
gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung, ein Verfahren zum Messen der Trübheit gemäß Anspruch
1 geschaffen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren zum Messen der Trübheit nach Anspruch 2 geschaffen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist der individuelle Koeffizient ein Licht
streuender Querschnittsbereich, erhalten auf der Basis eines durchschnittlichen
Werts bei jeder Teilchendurchmesser-Teilung, der Wellenlänge des
Lichtstrahls und den Brechungsindizes des Probewassers und des feinen Teilchens.
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Gemäß einem vierten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen der Trübheit nach
Anspruch 4 geschaffen.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Messen der Trübheit nach Anspruch 5 geschaffen.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird der Koeffizient auf der Basis eines Werts,
der sich aus der Teilung des Querschnittsbereichs des Lichtstrahls
durch die Strömungsrate
des Probewassers zum Zeitpunkt der Hinzugabe und der Lichtstrahlintensität ergibt,
erhalten.
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Gemäß einem siebten Aspekt der
Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen der Trübheit gemäß Anspruch
7 geschaffen.
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Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung
wird eine Vorrichtung zum Messen der Trübheit gemäß Anspruch 8 geschaffen.
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Gemäß einem neunten Aspekt der
Erfindung ist der individuelle Koeffizient ein Licht streuender
Querschnittsbereich, erhalten auf der Basis eines Durchschnittswerts
bei jeder Teilchendurchmesser-Teilung, der Wellenlänge des
Lichtstrahls und der Brechungsindizes des Probewassers und des feinen
Teilchens.
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Gemäß einem zehnten Aspekt der
Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen der Trübheit gemäß Anspruch
10 geschaffen.
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Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird eine Vorrichtung zum Messen der Trübheit gemäß Anspruch
11 geschaffen.
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Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird der Koeffizient auf der Basis eines Werts, der sich
aus einer Teilung des Querschnittsbereichs des Lichtstrahls durch
die Strömungsrate
des Probewassers zum Zeitpunkt der Hinzugabe und der Lichtstrahlintensität ergibt,
erhalten.
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Gemäß einem dreizehnten Aspekt
der Erfindung erhält
die arithmetische Einrichtung die Trübheit auf der Basis eines gemessenen
Werts von einer Peak-Halteschaltung zum Messen eines Peakwerts eines
Impulssignals von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung.
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Gemäß einem vierzehnten Aspekt
der Erfindung erhält
die arithmetische Einrichtung die Trübheit auf der Basis eines Vergleichs
von Ausgängen
von einer Vielzahl von Komperatoren zum Vergleichen des Peakwerts
eines Impulssignals von der photoelektrischen Umwandlungseinrichtung
mit jedem der unterschiedlichen Schwellwerte.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Diagramm, das eine Konfiguration eines optischen Systems in
einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 zeigt
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Impulssignal und
einem Peakwert des Impulses aufgrund von feinen Teilchen darstellt;
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3 zeigt
ein Blockdiagramm, das ein elektronisches Schaltungssystem (unter
Verwendung einer Peak-Halteschaltung) in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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4 zeigt
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen Teilchendurchmessern
und Licht streuenden Querschnittsbereichen darstellt;
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5 zeigt
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Kaolin-Konzentration und berechneten
Trübheit-Werten
darstellt;
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6 zeigt
ein Blockdiagramm, das ein elektronisches Schaltungssystems (unter
Verwendung von Komparatoren) in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt; und
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7 zeigt
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einem Impulssignal aufgrund
von feinen Teilchen und Schwellwerten der Komparatoren darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
wird eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung vorgenommen.
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(Ausführungsform 1)
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1 stellt
ein optisches System für
die Verwendung in einer Vorrichtung dar, die die vorliegende Erfindung
einsetzt, vorgesehen zum Messen der Trübheit, mit einem System für vorne
gestreutes Licht, das darin angewandt wird. In 1 wird ein Lichtstrahl 1A, abgestrahlt
von einer Lichtquelle 1, durch feine Teilchen gestreut,
die in einem Probewasser existieren, das durch einen Lichtstrahl-Bestrahlungsbereich
einer Durchflusszelle 2 hindurchführt. Das Licht, das direkt
von der Lichtquelle 1 emittiert ist, und durch das Probewasser
und durch die Druchflusszelle 2 hindurchführt, wird
durch eine Strahlblende 3 (Strahl-Stop), installiert an
der Rückseite
der Durchflusszelle 2, gesehen von der Lichtquelle 1 aus,
ausgeblendet, und ein Teil des Lichts, durch die feinen Teilchen
gestreut und durch Löcher,
gebohrt in der Strahlblende 3, hindurchgeführt, wird
durch eine kollimierende Linse 4, installiert auf derselben
Achse wie die optische Achse 4A des Lichtstrahls, gebündelt. Das
gestreute Licht wird durch ein Nadel- bzw. Stiftloch 5 hindurchgeführt, das
dazu vorgesehen ist, Streulicht zu blockieren, bevor es in ein elektrisches
Signal durch ein photoelektrisches Umwandlungselement 6,
installiert auf derselben Achse wie die optische Achse 4A des
Lichtstrahls, umgewandelt wird. Das elektrische Signal wird durch
einen Impuls erfasst, der einen Peakwert entsprechend der Größe des feinen
Teilchens besitzt, und zwar zu jedem Zeitpunkt, zu dem das feine
Teilchen durch den Lichtstrahl-Bestrahlungsbereich
hindurchführt,
wie dies in 2 dargestellt
ist. Das elektrische Signal, das so erfasst ist, wird zu einer elektronischen Schaltung
der 3 als Eingangssignal
eingegeben und in einem Vorverstärker 8 und
einem Hauptverstärker 9 verstärkt, und
dann wird das Rauschen in einem Tiefpassfilter (nachfolgend bezeichnet
als LPF) 11 entfernt. Andererseits wird der Durchschnittswert
des elektrischen Signals, das bedeutet eine Gleichstromkomponente, aufgrund
des Streulichts, durch Glätten
des elektrischen Signals erhalten, das von dem Hauptverstärker 9 ausgegeben
wird, und zwar mittels eines LPF 10, wo die Grenzfrequenz
ausreichend niedrig ist.
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Darauffolgend wird der Durchschnittswert
des elektrischen Signals, erhalten durch das LPF 10, von dem
elektrischen Signal, hindurchgeführt
durch das LPF 10, in einem differenziellen Verstärker 12 subtrahiert, wodurch
ein elektrisches Signal erhalten wird, das aus der Subtraktion der
Gleichstromkomponenten aufgrund des Streulichts resultiert. Dann
wird der Peakwert des Impulssignals, erzeugt in dem elektrischen
Signal, in einer Peak-Halteschaltung 13 gemessen. Wenn
die Durchflussrate des Probewassers von 10 bis 100 ml/min, zum Beispiel,
reicht, liegt die Grenzfrequenz des LPF 10 und diejenige
des LPF 11 vorzugsweise bei 30 Hz oder niedriger und 100
kHz oder höher,
jeweils. Der Peakwert, gemessen durch die Peak-Halteschaltung 13, wird,
immer wenn feine Teilchen durch den Lichtbestrahlungsbereich hindurchführen, was
bewirkt, dass das Impulssignal erzeugt wird, mit einer Schwellwert-Teilung
entsprechend zu einer Teilchendurchmesser-Teilung verglichen, die durch eine arithmetische
Schaltung 14 vorbestimmt ist, und auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen
gezählt.
Ein Wert, der aus einem Umwandeln der Zahl, gezählt für jede Teilung, zu der Zahl, gezählt pro
Zeiteinheit, nach dem Ablauf einer Probenahmezeit, resultiert, wird
mit einem Koeffizienten multipliziert und dann durch eine Abtastdurchflussrate
dividiert, um die Konzentrationszahl von feinen Teilchen auf der
Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen zu erhalten. Weiterhin wird
eine Trübheit
durch Multiplizieren von unterschiedlichen Licht streuenden Querschnittsbereichen
auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen erhalten, und die
Trübheit
oder die Konzentrationszahl der feinen Teilchen kann auf der Basis
der Teilchendurchmesser-Teilungen, angezeigt auf einer Anzeigeausgabeschaltung 15,
ausgegeben werden.
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Die Inhalte der vorstehend angegebenen
Messung der Trübheit
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf numerische Formeln beschrieben.
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Unter der Annahme, dass der Teilchendurchmesser
d eines feinen Teilchens in einem Probewasser konstant ist, das
bedeutet in dem Fall einer Mono-Dispersion, wird eine Trübheit D1
unter Verwendung der Zahl n1 von einem Teilchen pro Kubikvolumen
und des Licht streuenden Querschnittsflächenbereichs C1 des feinen Teilchens
wie folgt angegeben: D1
= n1 C1 (1)
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Deshalb ist eine Trübheit aus
einem Multiplizieren der Anzahl von Impulssignalen, beobachtet in
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, und proportional zu der Anzahl von feinen Teilchen des
Licht streuenden Querschnittsbereichs, erhaltbar. Da der Licht streuende
Querschnittsbereich die Menge, variiert mit dem Teilchendurchmesser,
ist, ist sie zum Messen von mono-dispergiertem Probewasser verwendbar,
mit anderen Worten ist die Gleichung (1) nicht auf gewöhnliches
Probewasser anwendbar, da tatsächliches
Probewasser nicht ein mono-dispergiertes Wasser ist. Demzufolge
muss die Konzentrationsszahl von feinen Teilchen auf der Basis der
Teilchendurchmesser-Teilungen mit dem individuellen Streuquerschnittsflächenbereich auf
der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen multipliziert werden, um die
Trübheit
D aus der Summe zu erhalten, wie dies durch Gleichung (2) dargestellt
ist. D = dΣnd Cd (2)
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Cd stellt einen Licht streuenden
Querschnittsflächenbereich
in der Teilchendurchmesser-Teilung d von feinen Teilchen dar, was
aus der Simulation basierend auf der Lichtstreu-Logik von Mie erhaltbar
ist. Die Lichtstreu-Logik von Mie ist eine Logik, dass die Intensität von gestreutem
Licht zu allen sphärischen
Teilchen in Bezug gesetzt ist, die einer Rayleigh-Streung unterworfen
werden, die durch feine Teilchen kleiner als die Wellenlänge verursacht
wird, die Streuung Mie, die durch feine Teilchen so groß wie die
Wellenlänge
verursacht wird, und der Fraunhofer'schen Diffraktion, die durch feine Teilchen
größer als
die Wellenlänge
verursacht wird, als eine vollständige
Lösung
der elektromagnetischen Maxwell-Gleichungen erhaltbar ist. Genauer
gesagt wird ein Licht streuender Querschnittsflächenbereich proportional zu
der Intensität
des gestreuten Lichts, die mit einem vorbestimmtes Licht aufnehmenden
Bereich integriert wird, auf der Basis der Wellenlänge eines
abgestrahlten Lichts, dem Brechungsindex des Probewassers, dem Brechungsindex
von feinen Teilchen und dem Radius von feinen Teilchen berechnet. 4 stellt eine Beziehung
zwischen dem Teilchendurchmesser und dem Licht streuenden Querschnittsflächenbereich
in Bezug auf feine Teilchen, hergestellt aus einem Material mit
einem Brechungsindex von 1,595 in Wasser (Brechungsindex ist 1,33),
unter dem Zustand dar, wo die Wellenlänge der Lichtquelle 780 nm
beträgt,
was über
die vorstehende Berechnung erhalten wird. Obwohl nd die Zahl
von feinen Teilchen bei der Teilchendurchmesser-Teilung d pro Kubikvolumen-Einheit
darstellt, ermöglicht die
Verwendung der Zahl Nd von feinen Teilchen
und einer Abtastströmungsrate
F, gemessen durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
pro Zeiteinheit, dass Gleichung (2) wie folgt ausgedrückt wird: D = dΣ Nd Cd/F (3)
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Falls die Teilchendurchmesser-Teilung
in einem Bereich von (1) 0,5 bis 1 μm; (2) von 1 bis 2 μm; und (3)
2 μm oder
größer eingestellt
wird, wird Gleichung (3) ausgedrückt
durch D = (N1 C1
+ N2 C2 + N3 C3)/F (4)
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In diesem Fall stellt N1 – N3 die
Zahl von feinen Teilchen pro Zeiteinheit in den Teilchendurchmesser-Teilungen
(1)–(3)
dar, wogegen C1–C3
Durchschnittswerte von Licht streuenden Querschnittsflächenbereichen
in den jeweiligen Teilchendurchmesser-Teilungen, erhalten durch die Streulicht-Simulation,
darstellt; nämlich
C1 = 5,32 × 10–3 ,
C2 = 5,36 × 10–12,
C3 = 5,18 × 10–11.
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5 stellt
berechnete Trübheit-Werte
dar, die daraus resultieren, dass Probewasser tatsächlich unter 50
ml/min durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung strömt,
was bestätigt,
dass diese Vorrichtung zum Berechnen einer Trübheit mit einer Empfindlichkeit
von 1000 mal größer als
zuvor geeignet ist, sogar zum Zeitpunkt einer geringen Trübheit, wenn
der gemessene Wert 0 ist, und zwar durch die Verwendung einer Trübheit-Messeinrichtung
eines Systems mit transmittiertem – gestreutem Licht, angewandt
bei dem Probewasser.
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Bei dem Vorhandensein von vielen
Licht absorbierenden Teilchen unter den feinen Teilchen, enthalten in
Probewasser, ist es akkurater, eine Trübheit durch Multiplizieren
der Konzentrationszahl von feinen Teilchen auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen
durch einen dämpfenden
Querschnittsflächenbereich
zu erhalten, resultierend aus einem Addieren des Licht streuenden
Querschnittsflächenbereichs
und eines absorbierenden Querschnittsflächenbereichs, als dann, wenn
die Trübheit
durch Multiplizieren der Konzentrationszahl von feinen Teilchen
auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen durch den Licht
streuenden Querschnittsflächenbereich,
erhaltbar aus der Licht streuenden Simulation, erhalten wird.
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Obwohl die Trübheit durch Multiplizieren
der Konzentrationszahl von feinen Teilchen auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen
durch den Licht streuenden Querschnittsflächenbereich gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erhalten worden ist, kann es bevorzugt
sein, die Trübheit
unter Erhalten einer Menge (ein Trüb heit-Umwandlungskoeffizient)
zu erhalten, die zu der Trübheit
eines feinen Teilchens auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilung
aus Experimenten und Multiplizieren der Konzentrationszahl von feinen
Teilchen auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen durch den
Wert der Menge, die so erhalten ist, beitragen, um so die Werte
aufzuaddieren.
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In der arithmetischen Schaltung 14 wird
der Ausgang des LPF 10 beobachtet, und wenn der Ausgang einen
vorbestimmten, oberen Grenzwert übersteigt,
wird erfasst, dass sich die Konzentration der Durchflusszelle 2 in
einem solchen Zustand befindet, dass er die Messung beeinträchtigt,
wogegen dann, wenn der Ausgang niedriger als ein vorbestimmter,
unterer Grenzwert wird, der Lichtstrahl nicht von der Lichtquelle 1 länger abgestrahlt
wird, das bedeutet der abnormale Zustand der Lichtquelle 1 wird
erfasst. Dann wird jeder der Ausgänge, der erfasst ist, zu der
Anzeigeausgabeschaltung 15 zugeführt und dann angezeigt.
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(Ausführungsform 2)
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Obwohl die Peak-Halteschaltung dazu
verwendet worden ist, den Impulspeakwert zu erfassen, um so die
Konzentrationszahl von feinen Teilchen auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen
in Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung zu messen, werden, falls die Anzahl
der Teilchendurchmesser-Teilungen klein ist, Komparatoren vorgesehen,
so viele, wie die Anzahl der Teilchendurchmesser-Teilungen, anstelle
der Peak-Halteschaltung,
wie dies in 6 dargestellt
ist, damit die Konzentrationszahl von feinen Teilchen auf der Basis
der Teilchendurchmesser-Teilungen durch Vorsehen von Schwellwerten
entsprechend zu den jeweiligen Teilchendurchmesser-Teilungen gemessen
werden kann. Eine Beschreibung der Trübheit-Messung wird angegeben,
wenn drei Teilchendurchmesser-Teilungen so eingestellt werden, wie
in Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung nämlich
(1) 0,5 bis 1 μm;
(2) von 1 bis 2 μm;
und (3) 2 μm
oder größer.
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Ein Impulssignal, das einen Peakwert
entsprechend zu der Größe der feinen
Teilchen besitzt, zu jedem Zeitpunkt, zu dem das feine Teilchen
durch den Lichtstrahl-Bestrahlungsbereich
hindurchführt,
wie in Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung, wird zu einer elektronischen Schaltung
der 6 als ein Eingangssignal 16 von
einem photoelektrischen Wandlerelement 6 eingegeben. Das
Eingangssignal wird in einem Vorverstärker 17 und einem
Hauptverstärker 18 verstärkt und
dann wird Rauschen in einem Tiefpassfilter (nachfolgend bezeichnet
als LPF) 20 entfernt. Darauffolgend wird der Durchschnittswert
des elektrischen Signals, erhalten von dem elektrischen Signal,
hindurchge führt
durch das LPF 20, durch Glätten des elektrischen Signals
in einem LPF 19, in einem differenziellen Verstärker 21 subtrahiert,
wodurch ein elektrisches Signal, das sich auf einem Subtrahieren
einer Gleichstromkomponenten von dem Streulicht ergibt, in Komparatoren 22–24 eingegeben
wird. Die Schwellwerte 22A–24A der Komparatoren
werden auf Spannungen entsprechend zu den jeweiligen Teilchendurchmesser-Teilungen
eingestellt, wie dies in 7 dargestellt
ist, und das Impulssignal wird auf einen binären Wert reduziert. Weiterhin
kann die Konzentrationszahl von feinen Teilchen auf der Basis der
Teilchendurchmesser-Teilungen so, wie in Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung, durch Zählen
von Impulsen gemessen werden, die Peakwerte nicht geringer als die
Schwellwerte entsprechend zu den jeweiligen Teilchendurchmesser-Teilungen
haben. Die Werte werden dann wie in Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung berechnet, um eine Trübheit
zu erhalten, und die Trübheit
oder die Konzentrationszahl von feinen Teilchen kann auf der Basis
von Teilchendurchmesser-Teilungen, angezeigt durch eine Anzeigeausgabeschaltung 26,
ausgegeben werden.
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(Ausführungsform 3)
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Obwohl die Trübheit durch Messen der Konzentrationszahl
von feinen Teilchen auf der Basis von Teilchendurchmesser-Teilungen
in den Ausführungsformen 1 und 2 erhalten
worden ist, kann die Trübheit
durch das folgende Verfahren erhalten werden.
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Wie in Ausführungsform 1 werden Impulssignale
aufgrund von feinen Teilchen einem Peak-Halten unterworfen, und
die Peakwerte der jeweiligen Impulse in einer Periodeneinheit werden
durch die arithmetische Schaltung aufaddiert. Dann wird ein addierter
Wert der Peakwerte mit einem Koeffizienten multipliziert. Wenn die
Konzentrationszahl der feinen Teilchen für jede der Teilchendurchmesser-Teilungen
gleichzeitig gemessen ist, werden die Peakwerte, die dem Peak-Halten
unterworfen sind, in der Periodeneinheit so, wie sie sind, gespeichert,
und der addierte Wert der Peakwerte, die gespeichert sind, wird
mit einem Koeffizienten multipliziert. Demzufolge zeigt der Wert,
der so erhalten ist, die Trübheit
an, und auch ein Probewasser, das in der Teilchengrößen-Verteilung
unterschiedlich ist, ist zu einer früheren Trübheit korreliert. Wenn die
Konzentrationszahl von feinen Teilchen gemessen ist, werden die
Schwellwert-Teilungen äquivalent
zu den vorbestimmten Teilchendurchmesser-Teilungen mit den vorab
gespeicherten Peakwerten verglichen und auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen
gezählt.
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Die Inhalte der vorstehend angegebenen
Messung der Trübheit
werden nachfolgend durch numerische Formeln ausgedrückt.
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Der Impulspeakwert V
d aufgrund
eines feinen Teilchens, das einen Teilchendurchmesser d, beobachtet
in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, besitzt, ist ein Wert proportional zu Cd, wie dies durch Gleichung
(5) dargestellt ist.
Vd = Io WRAv Cd/S (5)wobei Io
= Lichtstrahlintensität;
W = Lichtaufnahmeempfindlichkeit eines photoelektrischen Umwandlungselements
in dem Wellenlängenband
einer Lichtquelle; R = Lastwiderstandswert zum Umwandeln des Signals,
das einer photoelektrischen Umwandlung unterworfen ist, in ein Spannungssignal;
Av = ein Verstärkungsfaktor
einer Schaltung, umfassend einen Vorverstärker und einen Hauptverstärker; und
S = Querschnittsflächenbereich
des Lichtstrahls in einem Beobachtungsbereich. Deshalb kann, obwohl
die Konzentrationszahl von feinen Teilchen, beobachtet auf der Basis
der Teilchendurchmesser-Teilungen,
kollektiv durch den Licht streuenden Querschnittsflächenbereich
entsprechend zu der Teilchendurchmesser-Teilung gemäß Gleichung
(3) in Ausführungsform
1 multipliziert worden ist, eine Trübheit auch durch Aufaddieren
der Peakwerte der Impulse, gemessen innerhalb einer Zeiteinheit,
wie in dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, erhalten werden. Mit anderen Worten
kann, unter der Annahme, dass N Impulse innerhalb einer Zeiteinheit
beobachtet werden,
die Trübheit mit den Gleichungen (
3)
und (5) ausgedrückt
werden.
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In Gleichung (6) werden, um die Gesamtheit
der Impulspeakwerte für
jede der Teilchendurchmesser-Teilungen durch eine Zeitfolge insgesamt
zu ersetzen, d und (NdVd)
in Gleichung (3) durch i und Vi jeweils ersetzt. Da W, R und Av Schaltungskonstanten sind, ist der vorstehende
Koeffizient, mit dem der addierte Wert der Peakwerte multipliziert
wird, S/(Flo).
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Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist äquivalent
zu einem Verfahren, bei dem eine Zahl von Teilchendurchmesser-Teilungen
so vorgesehen ist, wie dies in den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben
ist, und führt
eine hoch genaue Trübheit-Messung
aus. Wenn eine Trübheit und
die Konzentrationszahl von feinen Teilchen auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilungen
gleichzeitig gemessen werden, ist es allerdings notwendig, den Peakwert
des Einzelimpulses zu speichern, so dass dies eine zusätzliche
Speicherkapazität
erfordert. Demzufolge sind Fälle
vorhanden, bei denen die Anwendung des Verfahrens, das in Ausführungsform
1 oder 2 beschrieben ist, bevorzugt ist.
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Obwohl der Impulspeakwert jedes feinen
Teilchens mit dem Querschnittsflächenbereich
des Lichtstrahls multipliziert wird und das Ergebnis durch die abgetastete
Durchflussrate und die Lichtstrahlintensität geteilt wird, um eine Trübheit gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu erhalten, kann es bevorzugt sein,
ein Fluid mit einer standardmäßigen Trübheit zuvor
zu messen, um einen Koeffizienten zu bestimmen, mit dem der Impulspeakwert
jedes feinen Teilchens multipliziert wird.
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Obwohl das System mit vorne gestreutem
Licht als das optische System in den Ausführungsformen 1–3 der vorliegenden
Erfindung eingesetzt worden ist, können ein System mit von der
Seite gestreutem Licht oder eine Kombination von Systemen mit von
vorne und von der Seite gestreutem Licht, ein Lichtausblendsystem,
oder dergleichen, eingesetzt werden, solange wie irgendein anderes
System die Funktion hat, die Konzentrationszahl von feinen Teilchen
auf der Basis der Teilchendurchmesser-Teilung auszugeben, so dass
eine Umwandlung zu einer Trübheit
leicht durchführbar
ist. In dem Fall eines Lichtausblendsystems ist, zum Beispiel, eine
Blende, die Löcher
besitzt, um nur den Lichtstrahl 1A hindurchzulassen (d.h.
Ausblenden des gestreuten Lichts), anstelle der Strahlblende 3 installiert;
das Licht, hindurchgeführt
durch die Löcher
der Blende, wird durch das photoelektrische Umwandlungselement 6 einer
photoelektrischen Umwandlung über
das Stiftloch 5 unterworfen; und der Ausgang kann ähnlich wie
mit den Anordnungen der 3 und 6 verarbeitet werden.
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Da die vorliegende Erfindung erfordert,
eine Messung unter solchen Bedingungen vorzunehmen, wie die Gleichförmigkeitsverteilungen
der Intensität
innerhalb des Strahls, sind ein Verfahren einer Verwendung eines
flachen Strahls, wie dies in der Japanischen Patentoffenlegung Nr.
6246/1990 offenbart ist, oder ein Verfahren eines Abtastens eines
Strahls, wie dies in der Japanischen Patentoffenlegung Nr. 288139/1986
offenbart ist, bereits ausreichend bekannt, als das, was zum Erfüllen der
vorstehenden Bedingung geeignet ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die Menge einer Verteilung zu einer Trübheit, die ein feines Teilchen
besitzt, auf der Basis von feinen Teilchen aufaddiert worden, wo durch
eine Trübheit-Messung
in einem Bereich mit niedriger Trübheit, den die herkömmliche
Trübheit-Messeinrichtung
nur schwer handhaben kann, erhaltbar ist. Gerade wenn Probewasser,
das unterschiedlich in der Teichengrößenverteilung ist, geprüft wird, wird
eine Trübheit-Messung,
die zu einer früheren
Trübheit
korreliert ist, möglich
gemacht. Demzufolge ist die vorliegende Erfindung nicht nur bei
der Wartung und der Kontrolle einer Wasserqualität an dem Auslass eines Filterreservoirs
anwendbar, sondern auch bei dem Sensor zum Erfassen einer Abnormalität eines
Membranmoduls in einem Membranbehandlungssystem.