DE8807364U1

DE8807364U1 - Refraktometer

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Publication number: DE8807364U1
Application number: DE8807364U
Authority: DE
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Priority date: 1988-06-06
Filing date: 1988-06-06
Publication date: 1989-01-19

Description

Dipl.-Ing. Helmut Herz, Lauterbachstr. 14, 8000 München 50 Dipl.-Ing. Klaus Kaufmann, Lauterbachetr. 14, 8000 München 50

Refraktometer

Die Neuerung bezieht sich auf ein Refraktometer mit einem eine ^; bekannte Brechzahl aufweisenden Lichtleiterkörper, welcher an das Volumen des bezüglich der Brechzahl zu untersuchenden Mediums angrenzende Meßflächen aufweist und mit einer Strahlungsquelle, von der aus ein MeBstrahlenbündel zur Meßflächenanordnung und von dieser zu einer DeteAtoranordnung verlaufend ' erzeugt wird.

Es ist bekannt, einen Lichtleiterkörper in Gestalt eines Stabes vorzusehen, dessen Ende nach Art eines Rotationskörpers mit einer Parabel als Erzeugender gestaltet ist. Aufgrund dieser Gestaltung des Lichtleiterkörpers konzentrieren sich von einer Strahlungsquelle am jeweils anderen Ende des Stabes ausgehende Strahlen im Parabelscheitel, um dann zu einem neben der Strahlungsquelle befindlichen Lichtdetektor zurückzukehren, solange an - den Grenzflächen des Lichtleiterkörpers die Bedingungen für die Totalreflexion aufgrund einer entsprechenden Brechzahl des umgebenden Mediums eingehalten sind. Man erhält auf diese Weise eine Meßeinrichtung mit einer nahezu punktfönaigen Meßstelle am Scheitel des etwa parabelförmigen Axialquerschnitt aufweisenden Lichtleiterkörpers.

Das in dieser Heise gestaltete bekannte Refraktometer eignet sich jedoch nicht ohne weiteres zur Miniaturisierung und neigt zur Empfindlichkeit gegenüber Strömungen und Einflüssen, etwa dann, wenn Gefäßwände eines Gefäßes zur Aufnahme einer zu untersuchenden Flüssigkeit zusätzlich Licht zum Detektor der

Einrichtung reflektieren und so dag Meßergebnis verfälschen,

&igr; Es ist ferner bekannt, eine bezüglich ihrer Brechzahl zu untersuchende Flüssigkeit in ein Behältnis einzugiessen, dessen !Wände im axialen Schnitt etwa entsprechend einer Parabel geformt sind, so dass die zu untersuchende Flüssigkeit selbst einen LichtIelterkörper bildet, dessen Gestalt etwa dem Vorderende des Lichtleiteretabes der zuerst beschriebenen bekannten Einrichtung entspricht.

j Diese bekannte Einrichtung zur Bestimmung des Brechungsindex exfief Flüssigkeit &eegr;&aacgr;&tgr; nen näChteil äiiiex &Bgr;&khgr;&bgr;&udiagr;&idiagr;&idigr;&ngr;&tgr;&bgr;&Ggr; böii &idigr;&idigr;&idigr;&idigr;&agr; mit— unter nicht reproduzierbaren Anbringung der Lichtstrahlenquelle und des Detektors relativ zu dem zu untersuchenden Flüssigkeitsvolumen .

Durch die Neuerung soll ein Refraktome:fcflr der eingangs beschriebenen Art geschaffen werden, welches sich für die Miniaturisier ung eignet, von StöreinflUssen unabhängig zuverlässige Meßergebnisse liefert und vergleichsweise einfach herzustellen ist. In seiner Bauart soll das hier angegebene Re&äteometer robust sein und sich an beliebigen Stellen innerhalb von Behältern, Rohrleitungen und dergleichen einbauen lassen, ohne dass die Meßeinrichtung ein Strömungshindernis bildet.

IDieses Ziel wird neuerungsgemäss dadurch erreicht, dass die

Meßflächenanordnung eine im Lichtleiterkörper gebildete, vorzugsweise rotationssymmetrische Vertiefung ist, deren Wände über den Lichtleiterkörper hinweg der Strahlungsquelle gegenüberliegen und dass die Detektoranordnung, ebenfalls über den Lichtleiterkörper der MeBflächenanerdnung gegenüberliegend nahe jOder an einer weiteren Wand des Lichtleiterkörpers angeordnet !ist.

Die Meßflächenanordnung kann von einer flachen Kugelkalottenwand gebildet sein oder auch die Gestalt einer flachen Kegelstumpfwand haben. Zur Verwirklichung bestimmter Kennlinien kann es jauch zweckmässig sein, flache Kugelkalottenwände oder Kegeljstumpfwände mit jeweils unterschiedlichem Kugelradius bzw. ^; - - - - 2 -

Kegelwinkel abgestuft aneinander anschllessend vorzusehen.

Gemäss einer praktischen AusfUhrungsform hat der Lichtleiterikörper die Gestalt einer flachen Saphirscheibe, in welche die Vertiefung zur Bildung der Meßflächenanordnung als eine Kugelkalotte eingeschliffen ist. Da praktisch nur die Kugelfläche !einer Kugelschicht als Meßflächenanordnung verwendet wird, ist im zentralen Bereich der Vertiefung eine Kugelkalotte mit kleinerem Kugelradius eingeschliffen.

Auf der von der eingeschliffenen Vertiefung abgewandten Seite des flachscheibenförmigen Lichtleiterkörpers ist dieser mit !Detektoren besetzt, wobei eine Mehrzahl von Detektoren zur !Mittelwertbildung entweder in Reihe geschaltet werden kann oder auch eine Parallelschaltung vorgenommen werden kann oder wobei eine Mehrzahl von Detektoren der Reihe nach abgefragt wird, um !einen von Störeinflüssen, etwa durch Blasenbildung verfälschten Meßwert auszuschalten.

!Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf ^die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

j Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Refraktometer i der vorliegend angegebenen Art,

! Fig. 2 eine Untersicht des Refraktometers nach : Figur 1 in verkleinertem Maßstab,

i Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Figur 2

gemäss einer abgewandelten Ausführungs- ! form und

Fig. 4 einen Axialschnitt durch ein Refraktometer ! mit einer gegenüber Figur 1 abgeänderten

&iacgr; Form des Lichtleiterkörpers.

Das in Figur 1 gezeigte Refraktometer ist in einö Wand 1 eines Behälters eingebaut, der mit einer entsprechenden Bohrung !versehen ist, die mit einem Absatz 2 zur Abstützung des etwa !scheibenförmigen Lichtleiterkörpers 3 aus Saphir ausgestattet ;ist.

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Lichtleiterkörper 3 ist in die abgesetzte Bohrung der Wand des Behälters 1 in der aus Figur 1 ersichtlichen Weise mittels Silikonkautschuk oder mittels eines Kittes 4 eingesetzt. Auf .derjenicph Seil* äw Mchtlrörpers 3, auf der dieser an das Volumen des zu untersuchenden Mediums, etwa einer Flüssigkeit, angrenzt, ist der Lichtleiterkörper 3 mit einer kugeligen Vertiefung versehen, derart, dass der obere Teil der Vertiefung von einer Kugelschichtwand 5 gebildet ist. Nach unten zu wird die Kugelschichtwand 5 von einer Kugelkalottenwand 6 entsprechend einer Kugel geringeren Durchmessers begrenzt. Die Kugelschichtwand 5 bildet die Meßflächenanordnung des LichtisitsrköjTpsjrs 3 _r dsr ist Ssrsich dsir Ku"slkslcttsnwaiicL £ init einem lichtabsorbierendem Belag abgedeckt ist.

Eine äussere Kegelstumpffläche 7 des Lichtleiterkörpers 3 ist mit einer Verspiegelung versehen, die sich auch über eine zylindrische Umfangewand 8 des Lichtleiterkörpers hinzieht.

{Eine Strahlungsquelle 9 in Gestalt einer Laserdiode oder einer lichtemittierenden Galliumarseniddiode ist über einen Halte-■
sockel 10 aus lichtdurchlässigem Material an den Lichtleiterkörper 3 angesetzt. Abdeckungen oder VerSpiegelungen 11 am !Haltesockel 10 und eine Verspiegelung oder Abdeckung 12 am Lichtleiterkörper 3 im Bereich einer von unten i.l diesen eingeschliffenen Kugelkalotte bewirken, dass von der Strahlungsquelle 9 nur ein Strahlenbündel in Gestalt eines Hohlkegels auf die MeBflächenanordnung in Gestalt der Kugelschichtwand 5 trifft und, soweit dort innerhalb des Lichtleiterkörpers 3 aufgrund der Brechzahlverhältnisse relativ zu dem zu untersuchenden Medium reflektier, von der Verspiegelung 7 auf die Detek-Itoren 13 geleitet wird.

Je nach Brechzahl des oberhalb des Lichtieiterkörpers 3 befindlichen Mediums, insbesondere der Flüssigkeit, ergibt sich eine Einschränkung der Breite der Ringfläche der Kugelschichtwand 5. innerhalb derer noch Totalreflexion für den Strahlengang ^&ldquor; der Strahlungsquelle 9 über die Reflexionsfläche 7 zu den Detektoren 13 hin herrscht, so dass das Ausgangssignal der !Detektoren 13 ein Maß für die jeweilige Brechzahl bildet. ^! .--.____. . - 4 -

Die Anordnung der Detektoren auf der Unterseite des Lichtleiter-I körpers 3 ist aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Bei der Aus- j fübrungsform nach Figur 2 sind vier etwa rechteckige Detektorfelder vorgesehen. Diese Detektorfeider können entwerder in Reihe geschultet werden oder parallel geschaltet werden oder der Reihe nach zur Auswahl eines ungestörten Meßsignales abge-•fragt werden.

Bei der Anordnung nach Figur 3 sind die Detektoren 13 entweder

durch Blenden 14 abgeschattet oder aber relativ zu einer Radial-!

linie, wie bei 15 angedeutet, schräg gestellt, wobei diese , !Maßnahmen zur Linearisierung des Ausganges der Detektoren &igr;

!dienen. '

jEs sei hier angemerkt, dass das vorliegend beschriebene Refx&to— !

imeter in sehr kleinen Abmessungen ausgeführt werden kann. Bei- j ,spielsweise kann die Dicke des Lichtleiterkörpers nur wenige Millimeter betragen und die Detektoren 13 können in einer Empfangsfläche von wenigen Quadratmillimetern angebracht sein. Das vorliegend beschriebene Refractometer kann also bei minimalem Raumbedarf an beliebigen Punkcen einer Rohrleitungswand oder einer Behälterwand angebracht sein, wobei aufgrund der !geringen, dem Volumen der zu untersuchenden Flüssigkeit ausgesetzten Fläche bemerkenswerte Drücke aufgenommen werden j können. Weiter ist aufgrund der Möglichkeit der Miniaturisierung ^:

lein Refractometer der hier angegebenen Art in einen löffelartigen < Eintauchfühler einbaubar. Eine andere Möglichkeit besteht in der Anordnung des Lichtleiterkörpers 3 innerhalb einer die . elektronischen Schaltungsteile enthaltenen, gegossenen Geräte- J einheit unter Darbietung einer kleinen MeBflache, auf welche beispielsweise ein Tropfen einer bezüglich der Brechzahl zu untersuchenden Flüssigkeit mit einer Pipette aufgebracht wird, so dass der Flüssigkeitstropfen nur wenig mehr als den Bereich der Kugelschichtwand 5 des Lichtleiterkörpere überdeckt.

Figur 4 zeigt eine gegenüber Figur 1 abgewandelte AusfUhrungsform, welche anstelle der Kugelschichtwand im Bereich der zu untersuchenden Medium zugekehrten Seite des Lichtleitarkörpers 3

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eine Kegelstumpfwand 5¹ aufweist, derart, dass sich eine
entsprechend andersgeartete Kennlinie des von den Detektoren 13 gelieferten Ausgangssignales verwirklichen lässt. Im übrigen ist die Ausfuhrungsform nach Figur 4 ähnlich gestaltet wie diejenige nach Figur 1, wie auch durch entsprechende Bezugszeichen deutlich gemacht ist.

Claims

ORTNITSTR 50 MOQ MÖNCHEN BI TEL089/IM2S11 Schutzansprüche

1. Refraktometer mit einem eine bekannte Brechzahl aufweisenden Lichtleiterkörper (3), welcher an das Volumen des bezüglich der Brechzahl zu untersuchenden Mediums angrenzende MeBflachen aufweist und mit einer Strahlungsquelle (9), von der aus ein Meßstrahlenbündel zur Meßflächenanordnung und von dieser zu einer Detektoranordnung (13) verlaufend erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßflächenanordnung (5 bzw, 5¹) eine im Lichtleiterkörper (3) gebildete, vorzugsweise rototionssymmetrische Vertiefung ist, deren Wände über den Lichtleiterkörper hinweg der Strahlungsquelle (9) gegenüberliegen und dass die Detektoranordnung (13), ebenfalls über den Lichtleiterkörper der Meßfläch<inanordnung gegenüberliegend nahe oder an einer weiteren Wand des Lichtleiterkörpers angeordnet ist.

2. Refraktometer naca Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MeBflächenanordnung (5) von einer flachen Kugelkalottenwand oder Kugelschichtwand gebildet ist.

3. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MeBflächenanordnung (5*) von einer flachen Kegelstumpfwand gebildet ist.

4. Refraktometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch \ gekennzeichnet, dass die MeBflächenanordnung in eine Licht- &iacgr; leiterscheibe eingeformt ist, welche an die MeBflächenan- , Ordnung angrenzende, insbesondere kegelige Reflexionsflä- ;

chen (7) trägt, welche das Meßstrahlenbündel auf die j Detektoranordnung (13) le iten.

5. Refraktometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, dass auf der von der Vertiefung zur Bildung der Meßflächenanordnung abgewandten Seite des Lichtleiter-

München, den 14. November ii^ü Amtliches Aktenz.: G 88 07 364.5 •Änwa'UYaktenz.: 221 - Gm. 2

körpers (3) dieser mit einem durch Abdeckungen und/oder VerSpiegelungen gebildeten ringförmigen Fenster versehen ist, welches zu der ringförmigen Mißflächenanordnung und einer ringförmigen Anordnung von Detektoren (13) konzentrisch ist.

6. Refraktometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Detektoren (13) auf der der Vertiefung abgewandten Seite des Lichtleiterkörpers (3) in ringförmiger, zu der Vertiefung konzentrischer Anordnung vorgesehen ist und das diese Detektoren in Reihe geschaltet oder parallel geschaltet oder der Reihe nach abfragbar sind.