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Lichtelektrisches Wechsellichtkolorimeter mit selbsttätigem Abgleich
Es sind bereits lichtelektrisch arbeitende Kolorimeter bekannt. Häufig wird zwischen
der Lichtquelle und einem Photoelement eine Küvette angeordnet, in die die kolorimetrisch
zu untersuchende Flüssigkeit eingefüllt wird.
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Da das Meßergebnis dieser Kolorimeter außer von der gemäß dem Beer'schen
Gesetz sich aus der Färbung ergebenden Konzentracion der zu bestimmenden Komponente
in der Meßlösung durch die Trübung der Meßlösung sowie die Spannungsschwankungen
der elektrisch beheizten Lichtquelle und die Alterung des Photoelementes beeinflußt
wird, hat man Zweizellenkolorimeter entwickelt, bei denen eine gemeinsame Lichtquelle
zwei Photoelemente beleuchtet, wobei in dem einen Strahlengang die Küvette mit der
zu untersuchenden Meßlösung angeordnet ist. Die entsprechend den auffallenden Lichtströmen
von den beiden Photoelementen erzeugten Ströme fließen in 0entgegengesetzter Richtung
durch ein Drehspulmeßwerk. Häufig wird im Vergleichsstrahlengang gleichfalls eineKüvette
angeordnet, die ebenfalls von der Meßlösung durchflossen wird, während in diesem
Falle die durch die Meßküvette fließende Meßlösung durch eine Zugabelösung der Konzentration
der zu bestimmenden Komponente entsprechend gefärbt wird. Es wird also erreicht,
daß das Meßergebnis vom Trübungsgrad der Meßlösung unabhängig ist. Gleichzeitig.wird
erreicht, daß die Messung auch in der Nähe der Absorption = O sehr empfindlich ist.
Eine Unabhängigkeit des Meßergebnisses von den Schwankungen der die Lichtquelle
speisenden Spannung ist jedoch bei der beschriebenenAusschlagmethode nicht zu erreichen.
Weiterhin sind Methoden bekannt, bei denen die von den beiden Photoelementen erzeugten
Ströme an Widerständen Spannungsabfälle erzeugen, die einander entgegengeschaltet
werden. Ein in dem Nullstromkreis liegender Abgriff an einem dieser Widerstände
wird so lange verstellt, bis das
als Nullstromindikator wirkende
Meßgerät den Strom Null anzeigt. Dann kann die Konzentration der kolorimetrisch
zu bestimmenden Komponente an der Stelle des Abgriffes an dem einenm Widerstand
abgelesen werden.
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Das Ergehnis dieser SIessung ist von den Schwankungen der die Lichtstromquelle
speisenden Spannung unabhängig. Jedoch ist für die selbsttätige Durchführung des
Abgleiches, die z.B. für kolorimetrisch arbeitende Schreiber oder Regler unbedingt
notwendig ist, ein umfangreiches Gerät erforderlich.
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Diese Meßmethode wird für selbsttätige Auf zeichnung oder Regelung
praktisch nicht verwendet.
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Weiterhin sind Wechsellichtkolorimeter bekanntgeworden, deren Arbeitsweise
darauf beruht, daß die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtströme z. B. durch eine
rotierende Lochscheibe zerhaclit werden, so daß die durch die Küvette fallende Strahlung
häufig zwischen hell und dunkel wechselt.
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Derartige Wechsellichtkolorimeter wurden mit Lichtschwächungseinrichtungen
im Vergleichsstrahlenweg verschen, die von Hand so lange betätigt werden, bis der
durch den Vergleichsstrahlenweg und die Lichtschwächungseinrichtung gehende Lichtstrom
ebenso groß ist wie der durch die Meßlösung gehende Eichtstrom.
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Lichtelektrische Wechsellichtkolorimeter sind auch als Relais benutzt
worden, und zwar in der Art, daß in dem Augenblick, in dem die Absorption in der
Meßküvette die Absorption in der Vergleichsküvette übersteigt, ein Relais gesteuert
wird, das die Verdünnung der Meßlösung mit einer nicht gefärbten Flüssigkeit bewirkt.
Beide Einrichtungen arbeiten nicht selbstabgleichend und sind nicht als anzeigendes
oder schreibendes Gerät für Betriebskontrollzwecke geeignet.
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Entsprechend diesem Stande der Technik geht die Erfindung aus von
einem lichtelektrischen Wechsellichtkolorimeter mit selbsttätigem Abgleich, bei
dem zwei von einer gemeinsamen Lichtquelle herrührende Lichtströme z. E. durch eine
von einem Synchronmotor angetriebene Lochscheibe in der Art zerhackt werden, daß
die entsprechend den Extinktionen in der ÄIeß- bzw. Vergleichsküvette geschwächten
Lichtströme unmittelbar aneinander anschließend oder überlappend auf die lichtempfindliche
Fläche einer Photozelle auftreffen, deren Strom an einem in Reihe geschaltetem Widerstand
einen ein Elektronenrohr steuernden Spannungsabfall erzeugt.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einem solchen Wechsellichtkolorimeter
der Anodenstrom des Elektronenrohres die Wicklung auf einem Eisen eines Induktionsmeßwerkes
durchfließt, dessen andere Wicklung vom Wechselstromnetz unmittelbar gespeist wird,
und die rotierende Ankerscheibe des Induktionsmeßwerkes mit Hilfe eines Triebes
ein Lichtschwächungsmittel im Vergleichsstrahlengang (z. B. Graukeil, Polarisationsprisma)
so lange verstellt, bis die auf die lichtempfindliche Fläche der Photozelle auffallenden
Lichtströme gleich groß sind. Gemäß weiterer Ausgestaltung des Erfindung betätigt
der das Lichtschwächungsmittel verstellende Induktionsmotor gleichzeitig eine Schreibfeder
z. B. mit Hilfe eines Seilzuges.
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An Hand des in der Abbildung dargestellten Ausführungsbeispieles
soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Die beiden von der gemeinsamen Lichtquelle L herrührenden parallelen
Lichtströme I0 werden durch eine von einem Synchronkleinmotor angetriebene ständig
umlaufende Lochscheibe L0 zerhackt. Die beiden zerhackten Lichtströme I0 fallen
durch je eine Küvette G1, G2 und werden dann über ein System von Spiegeln in der
Art reflektiert, daß sie auf die lichtempfindliche Fläche einer Photozelle auffallen.
Die Löcher in der Loch scheibe L0 sind hierbei in der Art angeordnet, daß die lichtempfindliche
Fläche stets nur von dem durch die Küvette G1 oder von dem durch die Küvette G2
fallenden Lichtstrom getroffen wird.
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Außerdem ist bei der Anordnung der Löcher beachtet worden, daß die
lichtempfindliche Fläche der Photozelle bereits von dem einen Lichtstrom belichtet
wird, kurz bevor der andere unterbrochen wird, so daß ununterbrochen ein Lichtstrom
auf die lichtempfindliche Fläche der Photozelle auffällt.
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Füllt man die Küvette G1 mit der Meßlösung, der eine Zusatzlösung
zur kolorimetrischen Kenntlichmachung der zu bestimmenden Komponente zugefügt ist,
und die Vergleichsküvette G* mit der Meßlösung ohne tlic @ Zusatzlösung, so wird
der durch die Meßküvette G1 fallende Lichtstrom entsprechend der Konzentration der
zu bestimmenden Komponente geschwächt. Das Ergebnis besteht darin, daß auf die lichtempfindliche
Fläche der Photozelle iiacheinander Lichtströme auftreffen, deren Intensitäten voneinander
abweichen. Entsprechend der wechselnden Intensität des auf die Photozelle auffallenden
Lichtstromes erzeugt die an der Photozelle wirkende Gleichspannung an einem in Reihe
geschalteten Widerstand einen Spannungsabfall, dessen Größe sich entsprechend der
wechselnden Intensität des auf die Photozelle auffallenden Lichtstromes ändert.
Der Spannungsabfall an diesem Widerstand liegt an der Kathode und an der Steuergitter
eines Elektronenrohres, dessen Anodenstrom somit
der Größe des auf
die Photozelle auffallenden Lichtstromes proportional ist. Der Anodenstrom durchfließt
die Wicklung auf dem Stromeisen eines Induktionszählers. Die Spannungswicklung dieses
Induktionszählers liegt ständig am Wechselstromnetz. Die Anzahl der Löcher in der
Üochscheibe und die Umdrehungszahl der Lochscheibe sind so gewählt, daß der bei
ungleicher Absorption in den Küvetten Gi, G2 fließende Anodenwechselstrom die gleiche
Frequenz aufweist wie das speisende Netz.
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Die beiden in den Wicklungen des Strom-bzw. Spannungseisens des Induktionszählers
fließenden Ströme erzeugen ein auf die Ankerscheibe wirkendes Drehmoment. Die Drehgeschwindigkeit
der Ankerscheibe ist in dem Falle, daß die Bremsung elektromagnetisch durchgeführt
wird, der Größe des die Stromeisenwicklung durchfließenden Anodenstromes proportional.
Die Drehrichtung hängt davon ab, ob der durch die I(üvette G" oder der durch die
KüvetteC;J fallende Lichtstrom größer ist als der andere. über einen Schneckentrieb
verstellt die rotierende Ankerscheibe A des Induktionsmotors einen Graukeil Gr oder
einen Film mit stetig zunehmender Schwärzung, der sich im Strahlengang der Vergleichsküvette
G2 befindet. Der Graukeil bzw. der Film stetig zunehmender Schwärzung wird durch
den Induktionsmotor so lange verstellt, bis die auf die lichtempfindliche Fläche
der Photozelle auffallenden Lichtströme gleich groß sind.
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Denn dann wird zwischen Steuergitter und Kathode des Elektronenrohres
keine Wechselspannung mehr erzeugt, der Anodenstrom weist keine Wechselstromkomponente
mehr auf, und die Ankerscheibe=4 des Induktionsmotors befindet sich in Ruhe. An
der Stellung des Graukeiles bzw. des Films stetig zunehmender Schwärzung ist die
Konzentration der zu bestimmenden Komponente in der Meßlösung ablesbar. Gleichzeitig
wird das Meßergebnis dieses selbstabgleichenden Wechsellichtkolorimeters mit Hilfe
eines Seilzuges auf die Stellung einer Schreibfeder übertragen und auf dem mit gleichförmiger
Geschwindigkeit bewegten Papierstreifen R in Abhängigkeit von der Zeit aufgeschrieben.
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Das Meßergebnis ist sowohl von dem Trühungsgrad der Meßlösung als
auch von den Schwankungen der die Lichtquelle L speisenden Spannung unabhängig.
Weiterhin gehen die Änderungen der Kennwerte der Photozelle des Elektronenrohres
sowie die Netzspannungsschwankungen nicht in das Meßergebnis ein.
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Da das vorbeschriebene selbst-tätig abgleichende Wechsellichtkolorimeter
keine empfindlichen Teile aufweist, arbeitet es betriebssicher und ist besonders
für die selbsttätige Betriebskontrolle in Werkstätten und Laboratorien geeignet.