WO2010031477A1 - Messverfahren zur beurteilung der verunreinigung von fluiden medien und messzelle hierfür - Google Patents

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WO2010031477A1 PCT/EP2009/005994 EP2009005994W WO2010031477A1 WO 2010031477 A1 WO2010031477 A1 WO 2010031477A1 EP 2009005994 W EP2009005994 W EP 2009005994W WO 2010031477 A1 WO2010031477 A1 WO 2010031477A1
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Klaus Villforth
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Ingede Internationale Forschungsgemeinschaft Deinking-Technik E.V.
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    • G01N2201/0634—Diffuse illumination

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring optical properties, in particular the measurement of impurities from fluid media, and a measuring cell therefor.
  • Fluid media can be clear media such as water or air, but also cloudy media.
  • Turbid media are, for example, fibrous suspensions, as occur in paper production. These turbid media are to be evaluated along a process chain with regard to their properties in order to be able to control the process chain and to ensure a constant production.
  • US 2005/0019948 discloses an imaging process for pulp suspensions with a measurement window. Through this measurement window, only the reflection of the pulp suspension can be obtained or a picture in incident light.
  • US 3,773,424 discloses a color sensor with flow cuvette. Reflected light of an illuminated suspension in the flow cell is used here by means of a detector for a color measurement in the tristimulus method (three-sti ⁇ mlous).
  • the invention has for its object to provide a method for measuring optical properties of fluid media and a measuring cell for this purpose, which provide optical properties of the fluid medium as precisely as possible and without time delay.
  • a measurement in a piping system of the current production ie an online measurement, should be possible.
  • the measurement should provide reliable readings even at low solid mass concentrations of a cloudy medium.
  • a calibration with laboratory measurements should be avoided.
  • the measuring cell according to the invention for measuring optical properties of turbid media has according to claim 1, a channel with an inlet, an outlet and a wall through which the medium is feasible. Outside the channel is on one Side arranged a lighting device for illuminating the medium through the wall. On the same side, a reflection sensor for detecting the reflected light from the medium is arranged. Similarly, a reference sensor is positioned on this page which can detect a signal indicating the intensity of the illumination. Between the channel and the illumination device, a first light-scattering element is arranged. According to the invention, the reflection sensor is provided for detecting the light reflected by the medium in the channel and passing through the light-scattering element and for this purpose arranged on the side of the light-scattering element facing away from the channel.
  • the reflection sensor With known measuring cells, it was necessary to pass the reflection sensor through a hole in the light-diffusing element towards the channel in order to allow a measurement independent of the influences of the light-diffusing element. This is no longer necessary in the invention, since the optical properties of the light-scattering element are measured and taken into account in a physical model of the measuring cell.
  • the advantage of the arrangement of the reflection sensor on the side facing away from the channel of the light-scattering element is in particular that the light-scattering element acts as an optical diffuser and no opening for a passing reflection sensor must be provided.
  • An alternative measuring cell for measuring optical properties of fluid media also has a channel, a lighting device and a first light-diffusing element as described above.
  • the alternative measuring cell has at least one transmission sensor arranged on a shadow side of the channel facing away from the illumination device for detecting the from the medium transmitted light on.
  • at least one second light-scattering element is provided, which is located on the shadow side of the channel.
  • This second light-scattering element according to the invention is a cloudy glass and forms at least one wall part of the wall of the channel.
  • the light-diffusing element used is preferably an overlaid glass as the opaque glass. It is a two-layer glass, consisting of a colorless base glass facing the suspension and a thin opal layer on the back. As a result, the number of optical components in the light beam path is reduced compared to an arrangement of a wall of glass and a separate cloudy disk.
  • the overglass is characterized by a homogeneous bond between the glass and the light-diffusing layer. This compound meets the high requirements in terms of mechanical and thermal stability, aging resistance and purity, in particular with regard to disturbing light effects.
  • the light-scattering layer is preferably sufficiently thin and optically homogeneous. An embedding of the suspension between two scattering layers, in particular measuring windows or light-scattering elements at a distance of a measuring gap thickness, is made possible.
  • a measuring cell combining the features of the aforementioned measuring cells according to claim 3 enables simultaneous evaluation of sensor signals for light transmission and reflection at the same volume element. In this way, taking into account the measuring gap thickness and a solids mass concentration of the fluid medium, a measurement of density-related light scattering and light absorption coefficient of the medium based on DIN 54500 allows.
  • the first light-scattering element consists of a glass pane, which forms at least one wall part of the wall of the channel.
  • the first light-diffusing element is according to claim 5 a glass sheet of opaque glass.
  • the reflection sensor sits directly on the first light-diffusing element.
  • the illumination device laterally emitting light emitting diodes (LEDs), which are fixed in LED recordings in a third light-scattering element.
  • the third light-scattering element sits on the side facing away from the channel of the first light-diffusing element.
  • This arrangement makes it possible to even out the light distribution emanating from the illumination device. It is a low height of the third light-scattering element perpendicular to the wall of the channel Nöt- tig to be able to supply the first light-diffusing element in the direction of cloudy medium with diffused light when using laterally emitting LEDs with the same evenly distributed light.
  • the selection of LEDs thus minimizes the height.
  • the fixation of the third light-diffusing element on the first light-diffusing element avoids air pockets or even an air gap, which would lead to complications in the calculation of the light beam path in the physical model.
  • At least one fourth light-scattering element is attached between the transmission sensor and the second light-diffusing element according to claim 8.
  • At least one of the light-scattering elements has a refractive index which is equal to or greater than the refractive index of the medium to be investigated. It is particularly advantageous if each element arranged between at least one of the sensors, that is to say either the reflection sensor and / or the transmission sensor and / or the reference sensor, and the medium has a refractive index greater than or equal to the refractive index of the medium.
  • the pairing of elements of comparable refractive index minimizes the reflection of light at their phase boundaries.
  • the choice of refractive indices greater than or equal to the refractive index of the medium also avoids partial total reflection in the beam path from the suspension to a sensor.
  • the first light-diffusing element and the second light-diffusing element are made in one piece.
  • At least one of the sensors light via a light channel can be coupled. This can be realized by a shielded against external light borehole in a light-scattering element or by a laid in any manner light guide. This opens up further design possibilities for the measuring cell because the positions of the sensors are no longer determined by the source of the light. It is advantageous to choose the cross section of the light channel so that it is significantly larger than the thickness of the opal layer of the opaque glass in order to reduce the proportion of scattered light. At the same time, the cross section of the light channel should be significantly smaller than the thickness of the colorless base glass in order to avoid shading of the measuring field as far as possible. Without the light channel, the sensor would have to receive the reflected light through the third light-diffusing element, in which the illumination device is also received.
  • the sensors are designed in an advantageous embodiment according to claim 13 as a tristimulus color sensors. Alternatively, only one or a few of the sensors can be designed as tristimulus color sensors. Likewise, the sensors according to claim 14 may also be designed as spectral sensors.
  • the evaluation of spectral or multi-range color sensor measurement signals can be advantageous for the determination of optical properties of the considered turbid media.
  • the ink content is a qual- parameter of waste paper suspensions, which can be quantified by the optical property of specific light absorption in near-infrared wavelength ranges.
  • the measuring method according to the invention for assessing the contamination of a fluid medium is carried out according to claim 15 by means of a measuring arrangement and at least one sensor.
  • the measuring arrangement has an illumination device for illuminating the medium, in which the medium is passed between light-scattering elements.
  • a signal is tapped and derived therefrom a measure of the contamination of the fluid medium.
  • the signal provided by the at least one sensor is evaluated as a function of a plurality of optical parameters of the measuring arrangement.
  • the measuring arrangement is taken into account in the evaluation of the signals of the sensors.
  • This can be realized in a physical model of the measuring arrangement. The only unknown remains in such a physical model, the fluid Me ⁇ dium to be assessed. Due to the knowledge and consideration of optical parameters of the measuring arrangement, the otherwise necessary and off-line comparative measurements in laboratories with standardized methods are dispensed with. In ignorance or lack of consideration of the optical parameters of the measuring arrangement, such comparison measurements would be necessary in order to be able to assign realistic values to the outputs of the measuring method. Thus, a measuring method would be calibrated later. The measuring method according to claim 15 does not have to be compared with such laboratory measurements and subsequently calibrated.
  • the optical parameters are refractive pay for the light-scattering elements of the measuring arrangement. It is particularly advantageous to take into account refractive indices for the light-scattering elements of the measuring arrangement, because it makes it possible, or by the ratio of the refractive indices, to calculate how the light is refracted at the boundary surfaces.
  • Particularly advantageous variants of measuring methods according to the invention according to at least one of claims 17 to 19 use reflection levels, spectral transmittances and / or reflection factors for diffuse illumination as optical parameters.
  • a particularly advantageous embodiment of the measuring method according to claim 20 has a control of the illumination device with a harmonious time course for light intensity and / or light color. Also particularly advantageous is an amplitude-modulated light, either polychromatic light or monochromatic light. Since the sensors can come within a range of saturation when the medium has too high a reflectivity, variable control of the lighting device is advantageous. At least one harmonic progression of light intensity and / or light color should also be reproduced by the measuring signals of the sensors. If they are in the range of saturation, the response signals will be flattened. Thus, the measurement process perceives when the sensors are in the range of saturation, and can take this into account in the evaluation.
  • the lighting device must be switched on and controlled.
  • a clear medium is passed between the light-diffusing elements.
  • the reference sensor records measured value curves and these measured value curves become a value I Ref, ki.medi to converted.
  • cloudy medium is passed between the light-scattering elements.
  • Measured value curves are recorded with the reference sensor and measured value curves are recorded with a reflection sensor and a transmission sensor.
  • the measured value curves are converted to values I Re f, tr. Medium / IR, tr. Medium and I T / tr. Medium. From the value I Re f, ki.medium a calibration constant Io is calculated.
  • the illumination correction is processed with the underlying control of the illumination device, which takes into account possible saturation of sensor signals.
  • the knowledge of the optical parameters of the elements of the measuring arrangement which are not taken into account in the underlying physical model is extended.
  • the physical model is thereby to be kept slim. Lesser importance is not taken into account.
  • a particularly advantageous embodiment of the measuring method according to claim 22 provides the following method steps.
  • the lighting device is first turned on and controlled.
  • a clear medium is passed between the light scattering elements.
  • the reference sensor records measured value curves.
  • the reflection sensor and the trans- missionssensor measured value curves are converted accordingly to values I Re f, small medium IR, small medium and I ⁇ , medium.
  • measured values I R and I ⁇ are calculated from the calculated values I R , medium and I ⁇ , medium.
  • the measured values I R and I ⁇ thus characterize the clear medium and are now fed to the evaluation, which also takes into account the optical properties of the measuring arrangement.
  • the clear medium of water and / or air is that these clear media are available everywhere and always. They differ so drastically in their optical properties that a particularly good complement to the physical model is guaranteed.
  • a particularly advantageous embodiment of the measuring method according to claim 24 is possible if the turbid medium is a pulp suspension having a solids mass concentration of ⁇ 2%. In this range of solid matter concentrations, the method according to the invention could be validated experimentally.
  • a particularly advantageous measuring method according to claim 25 is given if the measuring arrangement is a measuring cell according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of a measuring cell
  • FIG. 2 is a schematic representation of a second embodiment of a measuring cell
  • FIG. 3 is a side view through the section DD through the second embodiment of the measuring cell, 4 shows a representation according to FIG. 2 with a registered course of the light, FIG.
  • FIG. 8 shows a method sequence for determining a fault message.
  • a first embodiment of a measuring cell according to the invention is shown.
  • the first embodiment comprises a channel 10.
  • the channel 10 is designed with a rectangular cross-section, formed by a wall 9, and opposite inlet 5 and outlet 6. Through him the fluid to be examined is performed.
  • the wall 9 consists of parallel plate-shaped light-diffusing elements 18, 118, which are spaced from one another by a measuring gap thickness 100. Accordingly, the light-scattering elements 18, 118 lie opposite each other in parallel wall planes W and form the long sides of a preferably rectangular cross-section of the channel 10.
  • the illumination device 12 On a first side of the channel 10 with the first light-scattering element 18, the illumination device 12 is arranged to illuminate the fluid medium.
  • the illumination device 12 illuminates the first light-diffusing element 18, which may be a square glass pane.
  • the lighted Area of the light-scattering element 18 forms a measuring window.
  • the illumination device 12 consists of a plurality of light sources, which are arranged around a central axis A perpendicular to the first light-scattering element 18.
  • the light sources are distributed symmetrically on a plate, not shown, for uniform illumination of the measuring window. Two light sources on both sides of the central axis A are arranged at a distance from the first light-diffusing element 18.
  • a reflection sensor 14 directly on the first light-diffusing element 18.
  • a reference sensor 17 is spaced from the first light-diffusing element 18. The reflection sensor 14 and the reference sensor 17 lie on the central axis A perpendicular to the wall planes W.
  • a transmission sensor 15 sits directly on the second light-diffusing element 118.
  • the transmission sensor 15 is located on the reflection sensor 14 and the reference sensor 17 common center axis A.
  • FIGS. 2 and 3 differs from the example in FIG. 1 in the arrangement of the reflection sensor 14, the reference sensors 17 and the illumination device 12 '. However, the same parts are designated by the same reference numerals. Two reference sensors 17 are now in a sensor plane S parallel to
  • Wall level W arranged at a distance.
  • a third light-scattering element 218 fixed on the side of the illumination device 12 'is between the reflection sensor 14 and the reference sensors 17 and the first light-scattering Element 18, a third light-scattering element 218 fixed.
  • the third light-diffusing element 218 is parallel to the wall plane W and is on the first light-diffusing element 18 z. B. glued.
  • the illumination device 12 ' preferably consists of laterally emitting light-emitting diodes (LEDs).
  • LEDs light-emitting diodes
  • LED receptacles 11 are formed on the side of the third light-diffusing element 218 facing away from the channel 10 between the reflection sensor 14 and the reference sensors 17.
  • the LED receptacles 11 receive the LEDs and can be designed as blind holes. Alternatively, the LEDs may be cast in the third light-diffusing element 218.
  • the reflection sensor 14 is mounted centrally on the side facing away from the channel 10 of the third light scattering element 218, that is, where the central axis A intersects the third light diffusing member ⁇ 218th
  • the reflection sensor 14 is optically coupled to the first light-diffusing element 18 via a light channel 16 introduced in the light-scattering element 218.
  • the light channel 16 extends along the central axis A from the side facing away from the channel 10 of the third light-scattering
  • the light channel 16 has a constant along the central axis A, a circular cross section with an inner radius of z. B. about 0.4 mm.
  • the light channel 16 is designed as a bore in the third light-diffusing element 218 with a tube therein.
  • the tube is made of metal. Its surface shines outward, what leads to a high light reflection, and inside the surface is matt black lacquered.
  • a fourth light-diffusing element 318 is mounted on the second light-diffusing element 118.
  • the fourth light-diffusing element 318 is substantially the same in outer dimensions as the third light-diffusing element 218.
  • the fourth light-diffusing element 318 has no light channel 16 and no LED recordings 11.
  • the transmission sensor 15 is thus opposite the reflection sensor 14 with respect to the medium.
  • the light-diffusing elements 18, 118 are preferably glass panes, in particular panes of opaque glass.
  • the opaque glass consists of two layers, with each one cloudy layer facing away from the channel 10 and a smooth, clear layer facing the channel 10 and thus the medium flowing through.
  • Such glass panes of opaque glass are also referred to as Milchüberfangglass.
  • the light-diffusing elements 218, 318 are preferably made of a cloudy, white plastic, although other materials can be used alternatively, for example other plastics or glass.
  • the light-diffusing elements 18, 118, 218, 318 have refractive indices which are equal to or greater than the refractive index of the medium to be examined. Consequently, in both illustrated embodiments, there is no significant element between the medium and a sensor 14, 15, 17 whose refractive index is smaller than the refractive index of the medium.
  • the sensors 14, 15, 17 are preferably tristimulus color sensors or spectral sensors.
  • the channel 10 in an embodiment, not shown, in an open design, for example. U-shaped realized.
  • a physical model which contains the previously determined optical parameters of the elements of the measuring arrangement is specified.
  • this model does not require calibration with calibration standards or reference measurements in the laboratory.
  • FIG. 7 clarifies the method sequence.
  • An evaluation unit 1001 contains the physical model and takes into account not only the measured values of the measurements by means of sensors 1000 but also optical parameters of the measuring arrangement for calculating a measure of the contamination of the fluid medium, which see the light-scattering elements 18, 118, 218, 318 is passed.
  • the model thus presupposes that optical parameters such as refractive indices, reflectivities, spectral transmittances or reflection factors for diffuse illumination are present between the sensors and the medium for all optical elements of the measuring cell.
  • the light flux shown in FIG. 4 can be simulated by the measuring cell.
  • physical equations are to be used.
  • the results are then compared with concrete measurements of air and pure water to determine deviations of the model from these known clear media and to take into account in the analysis 1001.
  • Arrows a to f and o to s * represent light beams as representatives of an infinite number of light beams in the representative direction through the optical elements and the medium.
  • a light bundle represented by the light beam a
  • this interface as, represented by two light beams which are convex and opposite to the boundary surface, transmission, reflection and negligible total reflection occur.
  • a certain amount of light represented by the light beam b, manages to pass the interface as and sets the path through the first light-diffusing element 18 in the direction of a second Interface br back to the medium.
  • the second interface br between the first light-diffusing element 18 and the medium or the channel 10 there is again a division into reflection and transmission.
  • a light beam c attenuated by a further amount passes through the turbid medium up to a third boundary surface cq between the cloudy medium and the second light-scattering element 118.
  • the interface phenomenon is again represented by two light beams convex to the third boundary surface cq.
  • a light beam d represents the light beam on the way from the cloudy medium into the fourth light-diffusing element 318.
  • the light beam d thus extends from the third boundary surface cq to the fourth boundary surface dp which lies between the second light-diffusing element 118 and the fourth light-diffusing element 318.
  • Beam angles at the phase boundary and the optical properties of the media involved form the basis for the calculation of the reflection levels at the individual boundary layers.
  • Leave water and air for the media Predicting the reflectance and use for calibration or verification of the sensor or the measuring cell.
  • turbid media such as pulp suspensions
  • light rays in the channel 10 are diffused. The resulting radiation distribution is taken into account in the second part of the calculation basis.
  • the light-diffusing elements 18 and 118 have finite dimensions, whereby the radiation angle is restricted. In a certain angular range, light rays pass through the boundary surfaces br and cq. This area is hereafter referred to as "double boundary layer" DBL.There is another angle range, which is characterized by passing through only one of the two phase boundaries.This additional angular range is denoted by the index "single boundary layer" SBL. The angular ranges result from the geometric observation of the possible beam paths taking into account the refraction of light at the phase boundaries.
  • Equation 4 determines the reflected light rays in the angular regions DBL and SBL with respect to the incident light rays of a Lambert radiator in the combined angular region CBL.
  • Decisive for the measurement is the area in the core area, which is detected by the reflection sensor 14 and the transmission sensor 15.
  • the interfaces or light-scattering layers as and dp are arranged.
  • the Ref- Degree of lexion of the opal layer of the light-diffusing element 18 or 118 can be determined by means of spectral reflection measurement.
  • the elements used for the CIE standard theoretical colors X (red), Y (green) and Z 5 (blue) result in the spectral reflection factors
  • the reflectance R CBLSL describes the ratio of the light rays r to b.
  • R CBLSL is calculated from the reflectance R CBL of the two phase boundaries with the reflectance R SL of the light-diffusing layer of element 118 in the background
  • R CBLSL (X, Y, Z) results in ZU [0.799, 0.802, 0.808] for air and [0.689, 0.697, 0.709] for water.
  • the ratio of the light rays a to s is reflected in the reflectance R SLCBLSL resulting from the reflectance R S L of the light-diffusing layer of the element 18 with the combined reflectance R CBLSL as the background according to the equation
  • the reflection sensor 14 In fact, not the entire light beam s is detected by the reflection sensor 14.
  • the light channel 16 shields the light-scattering layer of the element 18 locally. It eliminates the directly reflected portion of the light beam a, so that different from equation 6 for the measurement of the reflectance the relationship
  • R SLCB L S L [0.195, 0.189, 0.180] for air and [0.145, 0.142, 0.137] for water.
  • the proportion of the light beam a is calculated, which enters the light-scattering element 318 as the light beam e and finally as the f
  • Transmission sensor 15 reached. For this it is necessary to determine the transmittance across the phase boundaries br and cq. One possibility arises from the consideration of the beam paths in the relevant angular range, which is indicated here as "double boundary layer" DBL.
  • Equation 8 for rectangular coordina ⁇ th can be derived.
  • R DBLSL is calculated from the reflection at the two phase boundaries with the reflection R SL at the light-scattering layer in the background
  • the photoelectrical signal generated in the sensor elements 14, 15 and 17 is proportional to the intensity of the incident light beam. Between the determined reflection and transmission levels of the sensor and signals of the sensor elements therefore exists the relationship shown below.
  • the signal of the reflection sensor 14 correlates with the illumination intensity a via the relationship
  • the proportionality constants result from a two-stage calibration of the sensor or the measuring cell with pure water.
  • the illumination correction is calibrated using the calibration constant I 0 .
  • the constant I 0 is the spectral signal Ii 7 measured on the medium of water.
  • a re-calibration of the illumination correction should be made for changes in the design of the sensor, such. B. be made after the replacement of elements.
  • the spectral illumination signal I Cf is defined in the case of the tristimulus color sensor
  • the illumination signal I cf is proportional to the illumination intensity a and is therefore suitable for compensating for illumination fluctuations and as a control parameter.
  • the measured value I R results from the relationships or formulas (11), (13) and (14) with introduction of the calibration constants c R
  • the calibration constants c R , c ⁇ and I 0 combine all linear transfer functions in the measurement chain.
  • the light scattering elements 218 and 318 are included in the calibration as part of the measurement chain.
  • the constants compensate for production-related fluctuations of components.
  • the presence of a turbid medium in the channel 10 fundamentally changes the radiation distribution in the sensor or in the measuring cell, in particular the reflection and the transmission at the phase boundaries br and cq.
  • the sensor or measuring cell is designed for low-consistency, aqueous suspensions.
  • the calculations are based on a medium with the refractive index of water and unknown light scattering power SP and light absorption KP.
  • R. R as ⁇ R SL R ⁇ ⁇ K SL br
  • the reflectance R cq is based on the medium in the channel 10 with a reflectance R F in the background.
  • the medium in the channel has the reflectance R ⁇ and the transmittance T ⁇ .
  • the variables R ⁇ and T ⁇ are the unknowns about the relationship
  • Equation 24 For R ⁇ and T ⁇ , Equation 24 provides the solutions
  • Kortüm provides the equation for the total transmission of a sample between two measurement windows
  • Equation 29 can be switched to R ⁇ :
  • the transparency T according to DIN 53 147 (Testing of Paper, Determination of Transparency, April 1993) can be used to calculate the intrinsic reflection factor R 00 of the medium.
  • the intrinsic reflection factor R 00 is needed for the calculation of the scattering power.
  • the density-related light scattering and light absorption coefficients S and K result from the light scattering and light absorption capacity by the division with the mass per unit area m A :
  • FIGS. 5 and 6 show a further exemplary embodiment of a method according to the invention for measuring optical properties of fluid media.
  • the user comes to the optical properties for evaluating the suspension, such as reflection factors, light scattering power, etc.
  • the illumination correction is calibrated according to FIG.
  • the lighting 1120 is turned on and water is passed through the channel as a clear medium 1010.
  • References The historians take a course of the coupled-in light as history on 1020. This history has a harmonious course, because the lighting also alternately brighter and darker in the form of a harmonious course. From this, a moving average is formed 1030. A linearization 1040 of the moving average 1030 results in a value I Ref (water) and a calibration constant Io 1050.
  • the cloudy medium to be evaluated is guided 1100 through the channel.
  • the sensors that is to say a reference sensor, a reflection sensor and a transmission sensor, record at locations in the measuring arrangement history of coupled light 1122, 1123, from which respective moving average values 1032, 1033 are determined.
  • linearizations 1042, 1043 are performed.
  • the signal of the reference sensor in step 1122 after being further processed into the moving average 1032 and the value I Ref linearized by step 1042, is converted to a lighting signal I CF , in accordance with the calibration constant Io 1050, and given to a lighting correction 1050.
  • the signals from the reflection sensor and the transmission sensor in step 1123 are converted to measured values I R and I T after averaging 1032 and linearized 1043 by the illumination correction 1050.
  • the colorimetric values I R and I ⁇ enter into a physical model with the optical properties of the components of the measuring arrangement, which is the basis of an evaluation 1001.
  • the physical model takes into account the switched-on light from the illumination 1120 and the attenuation by the optical elements of the measuring cell.
  • the only unknown in the physical model is the cloudy medium, which is passed through the channel 10 in the case of a measuring cell according to the invention. Changes in the measured values I R and I t are therefore attributed to a change in the cloudy medium.
  • the model calculates reflection factors as well as transmission factors of the cloudy medium. If additionally a formula for transparency 1002 is used, it comes to expenditure of self-reflection factors.
  • FIG. 8 illustrates the method sequence of a measuring method according to the invention when it is to be checked whether contaminations, deposits or even abrasion caused by the medium are to be determined on the light-scattering elements.
  • Measured values I R and I T for water are recorded first and then measured values I R and I T for air.
  • the measured values are evaluated 1001 analogously to the representation in FIG. 7, first as a function of the optical parameters of the measuring arrangement.
  • Limit values are defined both for water and for air, within which optical properties of these clear media lie.
  • the two results for water and air from the analysis 1001 are combined with these limit values in a
  • Results are a pollution level and a fault message.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messzelle zur Messung optischer Eigenschaften von fluiden Medien. Die Messzelle umfasst mindestens einen Kanal (10), eine Beleuchtungseinrichtung (12), einen Reflexionssensor (14), einen Referenzsensor (17), mindestens ein lichtstreuendes Element (18, 118) und/oder einen Transmissionssensor (15). Durch den Kanal ist das Medium führbar. Die Beleuchtungseinrichtung ist außerhalb des Kanals angeordnet und beleuchtet das Medium. Auf der Seite der Beleuchtungseinrichtung sind der Reflexionssensor und der Referenzsensor angeordnet. Auf der der Beleuchtungseinrichtung abgewandten Seite des Kanals kann der Transmissionssensor angeordnet sein.

Description

Messverfahren zur Beurteilung der Verunreinigung von fluiden Medien und Messzelle hierfür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung optischer Ei- genschaften, insbesondere der Messung von Verunreinigungen von fluiden Medien, und eine Messzelle hierfür.
Fluide Medien können klare Medien, wie Wasser oder Luft sein, aber auch trübe Medien. Trübe Medien sind beispielsweise Fa- serstoffSuspensionen, wie sie in der Papierfabrikation vorkommen. Diese trüben Medien sind entlang einer Prozesskette bezüglich ihrer Eigenschaften zu bewerten, um die Prozesskette steuern zu können und eine konstante Produktion zu gewährleisten.
Viele dieser Eigenschaften müssen auch heute noch offline, d. h. nach Probennahme und unter Inkaufnahme von erheblichem Zeitverzug in Labors bestimmt werden. Dazu gehören optische Eigenschaften von FaserstoffSuspensionen, wie der Weißgrad nach ISO 2470, 11475, 11476 oder spezifische Lichtabsorptionskoeffizienten nach DIN 54500. Die Bestimmung der optischen Eigenschaften wird nicht direkt an den trüben Medien durchgeführt. Im Falle der FaserstoffSuspensionen ist sogar zunächst eine Probeblattherstellung nach ISO 3688 oder die aufwändigere Laborblattherstellung nach ISO 5269-3 nötig.
Eine online durchgeführte und direkte Bewertung der Suspensionen in der Prozesskette bedeutet eine deutlich schnellere Erfassung von Messwerten und ermöglicht eine zügige Regelung von Stellgrößen in der Prozesskette. Erste, aus dem Stand der
Technik bekannte Online-Sensoren, welche den Weißgrad der FaserstoffSuspensionen entlang der Prozesskette erfassen können, sind bereits bekannt. Aus Simat, R.; Harvey, G.: Online-measurement of residual ink in deinked pulp. Conference technologique Estival 1999, Quebec, Canada, 2-4 June 1999, Seiten 79-88 ist ein Online-Sensor zur Charakterisierung von Altpapiersuspensionen bezüglich ih- rer optischen Eigenschaften bekannt. Dabei werden Signale im sichtbaren Spektrum und im nahen Infrarotbereich eingesetzt, um auf eine Restdruckfarbenmenge in einer Altpapiersuspension zu schließen.
US 2005/0019948 offenbart ein bildgebendes Verfahren für FaserstoffSuspensionen mit einem Messfenster. Durch dieses Messfenster kann lediglich die Reflexion der FaserstoffSuspension erhalten werden bzw. ein Bild im Auflicht.
US 3,773,424 offenbart einen Farbsensor mit Durchflussküvette . Reflektiertes Licht einer beleuchteten Suspension in der Durchflussküvette wird hier mittels eines Detektors für eine Farbmessung im Dreibereichsverfahren (three-stiπmlous) genutzt .
Die Messung von optischen Eigenschaften von FaserstoffSuspensionen ist bei den bekannten Verfahren und Anordnungen lediglich über die Messung von Lichtreflexion realisiert.
Die Einbeziehung von einer Messung der Lichtransmission ist der US 4,971,441 oder der EP 1 653 214 zu entnehmen. Die Messungen von Reflexion und Transmission werden dabei jedoch nicht am gleichen Volumenelement durchgeführt sondern räumlich getrennt.
In Villforth, K. ; Göttsching, L. : On-line Messung optischer Eigenschaften von FaserstoffSuspensionen. IPW International Pa- perworld, 2003, Nr. 6, S. 61-67, http: //www. ipwonline.de/download/zellchem/2003/dp060303. pdf sind die physikalischen Grundlagen zur Bestimmung optischer Eigenschaften von FaserstoffSuspensionen basierend auf der si- multanen Messung von Reflexion und Transmission beschrieben. Ein erster Laborsensor wird dort erörtert. Die Messanordnung im Laborsensor weist eine Grenzflächenkombination Suspension- Messfenster-Luft auf, bei der ein erheblicher Teil des von der Suspension diffus gestreuten Lichtes im Messfenster reflek- tiert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung optischer Eigenschaften von fluiden Medien und eine Messzelle hierfür zur Verfügung zu stellen, welche optische Eigenschaften des fluiden Mediums möglichst präzise und ohne zeitliche Verzögerung liefern. Dazu sollte eine Messung in einem Rohrleitungssystem der laufenden Produktion, also eine Online-Messung, möglich sein. Ferner sollte die Messung auch bei niedrigen Feststoffmassenkonzentrationen eines trüben Mediums zuverlässige Messwerte liefern. Dabei soll eine Kalibration mit Labormessungen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Messzelle mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 oder 3 und ein Messver- fahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Messzelle zur Messung optischer Eigenschaften von trüben Medien weist gemäß Anspruch 1 einen Kanal mit einem Einlauf, einem Auslauf und einer Wandung auf, durch den das Medium führbar ist. Außerhalb des Kanals ist auf einer Seite eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Mediums durch die Wandung angeordnet. Auf der gleichen Seite ist ein Reflexionssensor zur Erfassung des vom Medium reflektierten Lichts angeordnet. Ebenso ist ein Referenzsensor auf dieser Seite positioniert, der ein Signal erfassen kann, das die Intensität der Beleuchtung angibt. Zwischen dem Kanal und der Beleuchtungseinrichtung ist ein erstes lichtstreuendes Element angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Reflexionssensor zur Erfassung des vom Medium im Kanal reflektierten und durch das lichtstreuende Element durchtretenden Lichts vorgesehen und hierfür auf der dem Kanal abgewandten Seite des lichtstreuenden Elements angeordnet.
Bei bekannten Messzellen war es notwendig, den Reflexionssen- sor durch ein Loch in dem lichtstreuenden Element zum Kanal hin durchzuführen, um eine Messung unabhängig von den Einflüssen des lichtstreuenden Elements zu ermöglichen. Dies ist bei der Erfindung nicht mehr nötig, da die optischen Eigenschaften des lichtstreuenden Elements gemessen und in einem physikali- sehen Modell der Messzelle berücksichtigt werden. Der Vorteil der Anordnung des Reflexionssensors auf der dem Kanal abgewandten Seite des lichtstreuendes Elementes liegt insbesondere darin, dass das lichtstreuende Element als optischer Diffusor wirkt und keine Öffnung für einen hindurchtretenden Reflexi- onssensor vorgesehen werden muss.
Eine alternative erfindungsgemäße Messzelle zur Messung optischer Eigenschaften von fluiden Medien weist gemäß Anspruch 2 ebenfalls einen Kanal, eine Beleuchtungseinrichtung und ein erstes lichtstreuendes Element wie oben beschrieben auf. Die alternative Messzelle weist mindestens einen auf einer der Beleuchtungseinrichtung abgewandten Schattenseite des Kanals angeordneten Transmissionssensor zur Erfassung des vom Medium transmittierten Lichts auf. Neben dem ersten lichtstreuenden Element zwischen der Beleuchtungseinrichtung und dem Kanal ist mindestens ein zweites lichtstreuendes Element vorgesehen, welches sich auf der Schattenseite des Kanals befindet. Dieses zweite lichtstreuende Element ist erfindungsgemäß ein Trübglas und bildet mindestens einen Wandungsteil der Wandung des Kanals .
Als lichtstreuendes Element wird als Trübglas vorzugsweise ein Überfangglas eingesetzt. Es handelt sich dabei um ein Zweischichtenglas, bestehend aus einem der Suspension zugewandten farblosen Grundglas und einer dünnen Opalschicht auf der Rückseite. Hierdurch wird die Anzahl der optischen Bauelemente im Lichtstrahlengang gegenüber einer Anordnung einer Wandung aus Glas und einer separaten trüben Scheibe reduziert. Das Über- fangglas zeichnet sich durch eine homogene Verbindung zwischen Glas und lichtstreuender Schicht aus. Diese Verbindung genügt den hohen Anforderungen hinsichtlich mechanischer und thermischer Stabilität, Alterungsbeständigkeit und Reinheit, insbe- sondere hinsichtlich störender Lichteinflüsse. Die lichtstreuende Schicht ist vorzugsweise hinreichend dünn und optisch homogen. Eine Einbettung der Suspension zwischen zwei streuenden Schichten, insbesondere Messfenster oder lichtstreuende Elemente im Abstand einer Messspaltdicke wird ermög- licht.
Eine die Merkmale der vorgenannten Messzellen kombinierende Messzelle gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine simultane Auswertung von Sensorsignalen zu Lichttransmission und -reflexion am gleichen Volumenelement. Hierdurch wird unter Berücksichtigung der Messspaltdicke und einer Feststoffmassenkonzentration des fluiden Mediums eine Messung von dichtebezogenen Lichtstreu- und Lichtabsorptionkoeffizienten des Mediums in Anlehnung an DIN 54500 ermöglicht.
In einer Ausführung gemäß Anspruch 4 besteht das erste licht- streuende Element aus einer Glasscheibe, welche mindestens einen Wandungsteil der Wandung des Kanals bildet. Das erste lichtstreuende Element ist gemäß Anspruch 5 eine Glasscheibe aus Trübglas. Diese Maßnahmen ermöglichen eine Reduzierung der Anzahl der optischen Elemente, die sich im Lichtstrahlengang vom trüben Medium zum Sensor befinden.
In einer Ausführung gemäß Anspruch 6 sitzt der Reflexionssensor direkt auf dem ersten lichtstreuenden Element.
Durch die Kombination der bisherigen Ausführungsformen gemäß den Ansprüchen 4 bis 6 wird eine Totalreflexion bei der Auskopplung von Licht aus der Suspension vermieden. Dies ermöglicht eine schlanke Modellierung des Lichtstrahlenganges durch die Messzelle in einem physikalischen Modell.
In einer vorteilhaften Ausführung weist die Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 7 seitlich emittierende Leuchtdioden (LEDs) auf, die in LED-Aufnahmen in einem dritten lichtstreuenden Element fixiert sind. Das dritte lichtstreuende Element sitzt auf der dem Kanal abgewandten Seite des ersten lichtstreuenden Elements. Diese Anordnung ermöglicht eine Vergleichmäßigung der Lichtverteilung, die von der Beleuchtungseinrichtung ausgeht. Es ist eine geringe Bauhöhe des dritten lichtstreuenden Elements senkrecht zur Wandung des Kanals nö- tig, um bei Verwendung von seitlich emittierenden Leuchtdioden mit möglichst gleich verteiltem Licht das erste lichtstreuende Element in Richtung trübes Medium mit diffusem Licht versorgen zu können. Die Auswahl der LEDs minimiert also die Bauhöhe. Die Fixierung des dritten lichtstreuenden Elements auf dem ersten lichtstreuenden Element vermeidet Lufteinschlüsse oder gar einen Luftspalt, der zu Komplikationen bei der Berechnung des Lichtstrahlenganges im physikalischen Modell führen würde.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist gemäß Anspruch 8 zwischen dem Transmissionssensor und dem zweiten lichtstreuenden Element mindestens ein viertes lichtstreuendes Element angebracht. So kommt es zu einem im Wesentlichen symmetrischen Aufbau der Messzelle, wenn das vierte lichtstreuende Element in seinen äußeren Abmessungen und Material dem dritten lichtstreuenden Element entspricht. Es ist somit auch eine Symmetrie der optischen Eigenschaften beidseits des trüben Mediums gewährleistet, was das physikalische Modell weiter verein- facht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß Anspruch 9 weist mindestens eines der lichtstreuenden Elemente eine Brechzahl auf, die gleich oder größer der Brechzahl des zu untersuchen- den Mediums ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedes zwischen mindestens einem der Sensoren, also entweder dem Reflexionssensor und/oder dem Transmissionssensor und/oder dem Referenzssensor, und dem Medium angeordnete Element eine Brechzahl größer oder gleich der Brechzahl des Mediums aufweist. Die Paarung von Elementen vergleichbarer Brechzahl minimiert die Reflexion von Licht an deren Phasengrenzen. Die Wahl von Brechzahlen größer oder gleich der Brechzahl des Mediums vermeidet zudem partielle Totalreflexion im Strahlengang von der Suspension zu einem Sensor.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß Anspruch 11 sind das erste lichtstreuende Element und das zweite lichtstreuende Element einteilig ausgeführt. Beispielsweise ent- steht so ein Kanal mit zylindrischem Querschnitt aus Trübglas, der besonders günstig herzustellen ist und die Anbindung an ein in der Regel rundes Rohrsystem erleichtert.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel gemäß Anspruch 12 ist mindestens einem der Sensoren Licht über einen Lichtkanal einkoppelbar . Dies kann durch eine gegen Fremdlichteinstrahlung abgeschirmte Bohrung in einem lichtstreuenden Element realisiert sein oder durch einen in beliebiger Art und Weise verlegbaren Lichtleiter. Hieraus eröffnen sich weitere Gestaltungsmöglichkeiten für die Messzelle, weil die Positionen der Sensoren nicht mehr durch die Quelle des Lichts festgelegt sind. Es ist vorteilhaft, den Querschnitt des Lichtkanals so zu wählen, dass er deutlich größer ist als die Dicke der Opal- schicht des Trübglases, um den Anteil an Streulicht zu reduzieren. Gleichzeitig soll der Querschnitt des Lichtkanals deutlich kleiner sein als die Dicke des farblosen Grundglases, um die Abschattung des Messfelds so weit wie möglich zu vermeiden. Ohne den Lichtkanal müsste der Sensor das reflektierte Licht durch das dritte lichtstreuende Element hindurch empfangen, in dem auch die Beleuchtungseinrichtung aufgenommen ist.
Die Sensoren sind in einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß Anspruch 13 als Dreibereichsfarbensensoren ausgeführt. Alter- nativ kann auch nur einer oder wenige der Sensoren als Dreibereichsfarbensensoren ausgeführt sein. Ebenso können die Sensoren gemäß Anspruch 14 auch als spektrale Sensoren ausgeführt sein .
Die Auswertung von Messsignalen spektraler oder Mehrbereichs- Farbensensoren kann je nach Beleuchtung für die Bestimmung von optischen Eigenschaften der betrachteten trüben Medien von Vorteil sein. So ist bspw, der Druckfarbengehalt ein Quali- tätsparameter von Altpapiersuspensionen, der über die optische Eigenschaft der spezifischen Lichtabsorption in Wellenbereichen des nahen Infrarotbereiches quantifiziert werden kann.
Das erfindungsgemäße Messverfahren zur Beurteilung der Verunreinigung eines fluiden Mediums wird gemäß Anspruch 15 mittels einer Messanordnung und mindestens einem Sensor durchgeführt. Die Messanordnung weist eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Mediums auf, bei der das Medium zwischen licht- streuenden Elementen hindurchgeführt wird. Am Ausgang des Sensors wird ein Signal abgegriffen und daraus ein Maß der Verunreinigung des fluiden Mediums abgeleitet. Das von dem mindestens einen Sensor bereitgestellte Signal wird in Abhängigkeit mehrerer optischer Parameter der Messanordnung ausgewertet.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Messanordnung bei der Auswertung der Signale der Sensoren berücksichtigt wird. Dies kann in einem physikalischen Modell der Messanordnung realisiert sein. Als einzige Unbekannte verbleibt in einem solchen physikalischen Modell das zu beurteilende fluide Me¬ dium. Es entfallen durch die Kenntnis und Berücksichtigung von optischen Parametern der Messanordnung die sonst notwendigen und off-line durchzuführenden Vergleichsmessungen in Labors mit standardisierten Verfahren. In Unkenntnis oder fehlender Berücksichtigung der optischen Parameter der Messanordnung wären solche Vergleichsmessungen nötig, um den Ausgaben des Messverfahrens realistische Werte zuordnen zu können. So würde ein Messverfahren nachträglich kalibriert. Das Messverfahren gemäß Anspruch 15 muss eben nicht mit solchen Labormessungen abgeglichen und nachträglich kalibriert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Messverfahrens gemäß Anspruch 16 sind die optischen Parameter Brech- zahlen für die lichtstreuenden Elemente der Messanordnung. Es ist besonders vorteilhaft, Brechzahlen für die lichtstreuenden Elemente der Messanordnung zu berücksichtigen, weil damit, bzw. durch das Verhältnis der Brechzahlen, berechenbar wird, wie das Licht an den Grenzflächen gebrochen wird.
Besonders vorteilhafte Varianten erfindungsgemäßer Messverfah- ren gemäß mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19 verwenden Reflexionsgrade, spektrale Transmissionsgrade und/oder Refle- xionsfaktoren für diffuse Beleuchtung als optische Parameter.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Messverfahrens gemäß Anspruch 20 weist eine Steuerung der Beleuchtungseinrichtung mit harmonischem zeitlichen Verlauf für Lichtintensität und/oder Lichtfarbe auf. Besonders vorteilhaft ist auch ein amplitudenmoduliertes Licht, entweder polychromatisches Licht oder monochromatisches Licht. Da die Sensoren in einen Bereich der Sättigung kommen können, wenn das Medium ein zu hohes Reflexionsvermögen aufweist, ist eine variable Steuerung der Be- leuchtungseinrichtung von Vorteil. Mindestens ein harmonischer zeitlicher Verlauf von Lichtintensität und/oder Lichtfarbe sollte von den Messsignalen der Sensoren ebenfalls wiedergegeben werden. Kommen sie in den Bereich der Sättigung, werden die Antwortsignale abgeflacht sein. Somit nimmt das Messver- fahren wahr, wann die Sensoren im Bereich der Sättigung sind, und kann dies in der Auswertung berücksichtigen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführung des Messverfahrens gemäß Anspruch 21, wenn es folgende Verfahrensschritte bein- haltet. Die Beleuchtungseinrichtung muss eingeschaltet und gesteuert werden. Zunächst wird ein klares Medium zwischen den lichtstreuenden Elementen hindurchgeführt. Der Referenzsensor nimmt Messwertkurven auf und diese Messwertkurven werden zu einem Wert IRef, ki.medium umgerechnet. Dann wird trübes Medium zwischen den lichtstreuenden Elementen hindurchgeführt. Es werden Messwertkurven mit dem Referenzsensor aufgenommen und es werden Messwertkurven mit einem Reflexionssensor und einem Transmissionssensor aufgenommen. Die Messwertkurven werden entsprechend ZU Werten IRef, tr .medium/ IR, tr .medium und IT/ tr .medium umgerechnet. Aus dem Wert IRef, ki.medium wird eine Kalibrierkonstante Io errechnet. Unter Berücksichtigung dieser Kalibrierkonstante Io und des aus dem Signal des Referenzsensors bei Messung des trüben Mediums errechneten Wertes IRef, tr.medium werden in einer Beleuchtungskorrektur Messwerte IR und Iτ aus den Werten IRr tr.medium und Iτ, tr.medium errechnet.
Besonders vorteilhaft an dieser Ausfuhrungsform des Verfahrens ist, dass bekannte, überall zur Verfugung stehende, klare Medien zur Kalibrierung des Verfahrens benutzt werden. Ferner ist die Beleuchtungskorrektur mit der zugrunde liegenden Steuerung der Beleuchtungseinrichtung verarbeitet, wodurch eine Berücksichtigung womöglich vorliegender Sättigung von Sen- sorsignalen erfolgt. Bei einem solchen Verfahren wird mittels der vorangehenden Messung klarer Medien die Kenntnis der optischen Parameter der Elemente der Messanordnung erweitert, die in dem zugrunde liegenden physikalischen Modell nicht berücksichtigt sind. Vorteilhafterweise ist dadurch das physikali- sehe Modell schlank zu halten. Großen von geringer Bedeutung werden darin nicht berücksichtigt.
Eine besonders vorteilhafte Ausfuhrungsform des Messverfahrens gemäß Anspruch 22 sieht folgende Verfahrensschritte vor. Die Beleuchtungseinrichtung wird zunächst eingeschaltet und gesteuert. Ein klares Medium wird zwischen den lichtstreuenden Elementen hindurchgefuhrt . Der Referenzsensor nimmt Messwert- kurven auf. Ebenso nehmen der Reflexionssensor und der Trans- missionssensor Messwertkurven auf. Die Messwertkurven werden ent sprechend ZU Werten IRef, kl .mediuπu IR, kl .medium Und Iτ, kl .medium umgerechnet. Unter Berücksichtigung des errechneten Wertes IRef, kl.medium werden Messwerte IR und Iτ aus den errechneten Wer- ten IR, kl.medium und Iτ, kl.medium errechnet. Die Messwerte IR und Iτ charakterisieren somit das klare Medium und werden nun der Auswertung, die auch die optischen Eigenschaften der Messanordnung berücksichtigt, zugeführt. Da optische Eigenschaften zu den möglichen klaren Medien bereits bekannt sind, kann eine Berechnung zur Detektion von Ablagerungen, Verschmutzungen oder Abrasion aus entsprechenden Grenzwerten von verschiedenen klaren Medien durchgeführt werden. Kommt diese Berechnung zu einem positiven Ergebnis, müssen die lichtstreuenden Elemente gereinigt werden. Die Messung ist zu wiederholen. Kommt sie erneut zu einem positiven Ergebnis bezüglich der Grenzwerte von verschiedenen klaren Medien, müssen die lichtstreuenden Elemente gewechselt werden.
Ist nach der Durchführung einer Reinigung der lichtstreuenden Elemente keine Detektion von Ablagerungen, Verschmutzungen oder Abrasion aus Grenzwerten von verschiedenen klaren Medien mehr festzustellen, hat es sich offensichtlich nur um eine Verschmutzung gehandelt. Da in den trüben Medien, die es zu bewerten gilt, auch abrasive Stoffe mitgeführt werden, kann es auch zu bleibenden Schäden an den lichtstreuenden Elementen kommen, die vorteilhafterweise bei dieser Ausführungsform erkannt werden. Auch nach der Reinigung wird in einem solchen Fall das Ergebnis der Berechnung zur Detektion von Ablagerungen, Verschmutzungen oder Abrasion aus Grenzwerten von ver- schiedenen klaren Medien zu einem positiven Ergebnis führen.
Solche bleibenden Schäden sind mit bloßem Auge nicht immer erkennbar, weshalb erneute Messungen mit der Messanordnung notwendig sind. In einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß Anspruch 23 besteht das klare Medium aus Wasser und/oder Luft. Besonders vorteilhaft an der Auswahl von Wasser oder Luft ist, dass diese klaren Medien überall und immer verfügbar sind. Sie unterscheiden sich in ihren optischen Eigenschaften derart drastisch, dass eine besonders gute Ergänzung zum physikalischen Modell gewährleistet ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Messverfahrens gemäß Anspruch 24 ist möglich, wenn das trübe Medium eine FaserstoffSuspension mit einer Feststoffmassenkonzentration < 2 % ist. In diesem Bereich von Feststoffmassenkonzentrationen konnte das erfindungsgemäße Verfahren experimentell validiert werden.
Ein besonders vorteilhaftes Messverfahren gemäß Anspruch 25 ist gegeben, wenn die Messanordnung eine erfindungsgemäße Messzelle ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren im Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels einer Messzelle,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles einer Messzelle,
Fig. 3 eine Seitenansicht durch den Schnitt D-D durch das zweite Ausführungsbeispiel der Messzelle, Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 2 mit eingetragenem Verlauf des Lichts,
Fig. 5 einen Verfahrensablauf zur Weiterverarbeitung von Farbmesswerten zu bekannten Messwerten,
Fig. 6 einen Verfahrensablauf zum Betrieb der Messzelle bis zum Erhalt von Farbmesswerten,
Fig. 7 einen Verfahrensablauf zur Auswertung von Messwerten einer Messanordnung und
Fig. 8 einen Verfahrensablauf zur Ermittlung einer Störungsmeldung.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messzelle dargestellt. Das erste Ausführungsbeispiel umfasst einen Kanal 10. Der Kanal 10 ist mit rechteckigem Querschnitt, gebildet durch eine Wandung 9, und einander gege- nüber liegendem Einlauf 5 und Auslauf 6 ausgeführt. Durch ihn wird das zu untersuchende fluide Medium geführt. Die Wandung 9 besteht aus parallel einander gegenüberliegenden plattenförmi- gen lichtstreuenden Elementen 18, 118, welche um eine Messspaltdicke 100 voneinander beabstandet sind. Die lichtstreuen- den Elemente 18, 118 liegen demnach in parallelen Wandungsebenen W einander gegenüber und bilden die langen Seiten eines vorzugsweise rechteckigen Querschnitts des Kanals 10.
Auf einer ersten Seite des Kanals 10 mit dem ersten licht- streuenden Element 18 ist die Beleuchtungseinrichtung 12 zum Beleuchten des fluiden Mediums angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung 12 beleuchtet das erste lichtstreuende Element 18, das eine quadratische Glasscheibe sein kann. Der beleuchtete Bereich des lichtstreuenden Elementes 18 bildet dabei ein Messfenster. Die Beleuchtungseinrichtung 12 besteht aus mehreren Leuchtquellen, die um eine zum ersten lichtstreuenden Element 18 senkrechte Mittelachse A angeordnet sind. Die Leucht- quellen sind symmetrisch auf einer nicht dargestellten Platte zur gleichmäßigen Ausleuchtung des Messfensters verteilt. Zwei Leuchtquellen beidseits der Mittelachse A sind mit einem Abstand zum ersten lichtstreuenden Element 18 angeordnet.
Auf einer ersten, der Beleuchtungseinrichtung 12 zugewandten
Seite sitzt ein Reflexionssensor 14 unmittelbar auf dem ersten lichtstreuenden Element 18 auf. Ein Referenzsensor 17 ist von dem ersten lichtstreuenden Element 18 beabstandet angeordnet. Der Reflexionssensor 14 und der Referenzsensor 17 liegen auf der Mittelachse A senkrecht zu den Wandungsebenen W.
Auf einer zweiten, der Beleuchtungseinrichtung 12 abgewandten Seite des Kanals 10, auf der der Kanal 10 durch das zweite lichtstreuende Element 118 begrenzt ist, sitzt ein Transmissi- onssensor 15 unmittelbar auf dem zweiten lichtstreuenden Element 118 auf. Der Transmissionssensor 15 liegt auf der dem Reflexionssensor 14 und dem Referenzsensor 17 gemeinsamen Mittelachse A.
Das in den Fig. 2 und 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Beispiel in Fig. 1 in der Anordnung des Reflexionssensors 14, der Referenzsensoren 17 und der Beleuchtungseinrichtung 12'. Gleiche Teile sind jedoch weiter mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zwei Referenz- sensoren 17 sind jetzt in einer Sensorebene S parallel zur
Wandungsebene W beabstandet angeordnet. Auf der Seite der Beleuchtungseinrichtung 12' ist zwischen dem Reflexionssensor 14 bzw. den Referenzsensoren 17 und dem ersten lichtstreuenden Element 18 ein drittes lichtstreuendes Element 218 fixiert. Das dritte lichtstreuende Element 218 liegt parallel zur Wandungsebene W und ist auf das erste lichtstreuende Element 18 z. B. aufgeklebt.
Die Beleuchtungseinrichtung 12' besteht vorzugsweise aus seitlich emittierenden Leuchtdioden (LEDs) . Im dritten lichtstreuenden Element 218 sind LED-Aufnahmen 11 auf der dem Kanal 10 abgewandten Seite des dritten lichtstreuenden Elements 218 zwischen dem Reflexionssensor 14 und den Referenzsensoren 17 ausgebildet. Die LED-Aufnahmen 11 nehmen die LEDs auf und können als Blindbohrungen ausgeführt sein. Alternativ können die LEDs in das dritte lichtstreuende Element 218 eingegossen sein.
Der Reflexionssensor 14 ist zentral auf der dem Kanal 10 abgewandten Seite des dritten lichtstreuenden Elements 218 angebracht, also dort, wo die Mittelachse A das dritte licht¬ streuende Element 218 schneidet. Der Reflexionssensor 14 ist über einen im lichtstreuenden Element 218 eingebrachten Lichtkanal 16 mit dem ersten lichtstreuenden Element 18 optisch gekoppelt .
Der Lichtkanal 16 verläuft entlang der Mittelachse A von der dem Kanal 10 abgewandten Seite des dritten lichtstreuenden
Elements 218 zur dem Kanal 10 zugewandten und damit auch zur dem ersten lichtstreuenden Element 18 zugewandten Seite des dritten lichtstreuenden Elements 218. Der Lichtkanal 16 hat einen entlang der Mittelachse A konstanten, runden Querschnitt mit einem inneren Radius von z. B. etwa 0,4 mm. Der Lichtkanal 16 ist als Bohrung in das dritte lichtstreuende Element 218 mit einem darin liegenden Röhrchen ausgeführt. Das Röhrchen besteht aus Metall. Seine Oberfläche glänzt demnach außen, was zu einer hohen Lichtreflexion führt, und innen ist die Oberfläche matt schwarz lackiert.
Ähnliche Lösungen eines Lichtkanals 16 sind auch für andere Sensoren 15, 17 denkbar, nicht jedoch im zweiten Ausführungsbeispiel realisiert. Alternativ könnte das Licht aus unterschiedlichen Positionen über einen geeigneten Lichtleiter in die Sensoren 14, 15 und 17 eingekoppelt werden.
Auf der der Beleuchtungseinrichtung 12' abgewandten Seite des Kanals 10, also der Schattenseite, ist auf dem zweiten lichtstreuenden Element 118 ein viertes lichtstreuendes Element 318 angebracht. Aus Gründen der Symmetrie ist das vierte lichtstreuende Element 318 bezüglich der äußeren Abmaße im Wesent- liehen dem dritten lichtstreuenden Element 218 gleich. Das vierte lichtstreuende Element 318 weist allerdings keinen Lichtkanal 16 und keine LED-Aufnahmen 11 auf. Es trägt auf seiner dem Kanal 10 und dem zweiten lichtstreuenden Element 118 abgewandten Seite zentral einen Transmissionssensor 15, also an der Stelle, an der die Mittelachse A das vierte lichtstreuende Element 318 schneidet. Der Transmissionssensor 15 liegt damit dem Reflexionssensor 14 bezüglich des Mediums gegenüber .
Die lichtstreuenden Elemente 18, 118 sind vorzugsweise Glasscheiben, insbesondere Scheiben aus Trübglas. Das Trübglas besteht aus zwei Schichten, wobei jeweils eine trübe Schicht dem Kanal 10 abgewandt und eine glatte, klare Schicht dem Kanal 10 und damit dem durchströmenden Medium zugewandt ist. Solche Glasscheiben aus Trübglas werden auch als Milchüberfangglas bezeichnet . Die lichtstreuenden Elemente 218, 318 bestehen bevorzugt aus einem trüben, weißen Kunststoff, wobei auch andere Werkstoffe alternativ eingesetzt werden können, beispielsweise andere Kunstoffe oder Glas.
Die lichtstreuenden Elemente 18, 118, 218, 318 weisen Brechzahlen auf, die gleich oder größer der Brechzahl des zu untersuchenden Mediums sind. In beiden dargestellten Ausführungsbeispielen befindet sich folglich zwischen dem Medium und ei- nem Sensor 14, 15, 17 kein maßgebliches Element, dessen Brechzahl kleiner der Brechzahl des Mediums ist.
Die Sensoren 14, 15, 17 sind vorzugsweise Dreibereichsfarben- sensoren oder spektrale Sensoren.
Im Unterschied zu den dargestellten beiden Ausführungsbeispielen ist es möglich, das erste lichtstreuende Element 18 und das zweite lichtstreuende Element 118 einteilig auszuführen, um bspw. den Kanal 10 zylindrisch auszubilden. Des Weiteren kann der Kanal 10 in einer nicht dargestellten Ausführungsform in einer offenen Bauform, bspw. U-förmig, realisiert werden.
Erfindungsgemäß wird ein physikalisches Modell, das die zuvor bestimmten optischen Parameter der Elemente der Messanordnung enthält, vorgegeben. Im Unterschied zu bekannten Messzellen ist dank dieses Modells keine Kalibrierung mit Kalibrierstandards oder Referenzmessungen im Labor nötig.
Figur 7 verdeutlicht den Verfahrensablauf. Eine Auswertungs- einheit 1001 beinhaltet das physikalische Modell und berücksichtigt neben den Messwerten der Messungen mittels Sensoren 1000 optische Parameter der Messanordnung zur Errechnung eines Maßes für die Verunreinigung des fluiden Mediums, welches zwi- sehen den lichtstreuenden Elementen 18, 118, 218, 318 hindurchgeführt wird.
Das Modell setzt also voraus, dass für alle optischen Elemente der Messzelle zwischen den Sensoren und dem Medium optische Parameter, wie Brechzahlen, Reflexionsgrade, spektrale Transmissionsgrade oder Reflexionsfaktoren für diffuse Beleuchtung vorhanden sind.
Mit diesen optischen Parametern bzw. Materialkenndaten kann beispielsweise der in Fig. 4 dargestellte Lichtfluss durch die Messzelle simuliert werden. Zur Simulation sind physikalische Gleichungen zu benutzen. Die Ergebnisse sind dann mit konkreten Messungen von Luft und purem Wasser zu vergleichen, um Ab- weichungen des Modells gegenüber diesen bekannten klaren Medien festzustellen und in der Auswertung 1001 zu berücksichtigen .
Als Pfeile a bis f und o bis s* sind durch die optischen EIe- mente und das Medium hindurch Lichtstrahlen als Repräsentanten für eine unendliche Zahl von Lichtstrahlen in repräsentativer Richtung dargestellt.
Von der Beleuchtungseinrichtung 12' ausgehend breitet sich durch das dritte lichtstreuende Element 218 ein Lichtbündel, repräsentiert durch den Lichtstrahl a, auf eine Grenzfläche as zwischen den lichtstreuenden Elementen 218 und 18 aus. An dieser Grenzfläche as, dargestellt durch zwei zur Grenzfläche as konvexe und gegenläufig verlaufende Lichtstrahlen, kommt es zu Transmission, Reflexion und vernachlässigbarer Totalreflexion. Eine gewisse Lichtmenge, repräsentiert durch den Lichtstrahl b, schafft es, die Grenzfläche as zu passieren und legt den Weg durch das erste lichtstreuende Element 18 in Richtung einer zweiten Grenzfläche br zum Medium zurück. An der zweiten Grenzfläche br zwischen dem ersten lichtstreuenden Element 18 und dem Medium oder dem Kanal 10 kommt es erneut zu einer Aufteilung in Reflexion und Transmission. Ein um einen weiteren Betrag ge- schwächter Lichtstrahl c passiert das trübe Medium bis hin zu einer dritten Grenzfläche cq zwischen dem trüben Medium und dem zweiten lichtstreuenden Element 118. Das Grenzflächenphänomen ist wieder durch zwei zur dritten Grenzfläche cq konvexe Lichtstrahlen dargestellt. Ein Lichtstrahl d repräsentiert das Lichtbündel auf dem Weg vom trüben Medium in das vierte lichtstreuende Element 318. Der Lichtstrahl d reicht also von der dritten Grenzfläche cq zur vierten Grenzfläche dp, welche zwischen dem zweiten lichtstreuenden Element 118 und dem vierten lichtstreuenden Element 318 liegt. Auch an dieser Grenzfläche dp kommt es zu einem Verlust und einem resultierenden Lichtstrahl e bzw. einem resultierenden Lichtstrahl f, der den Transmissionssensor 15 erreicht.
Den Lichtstrahlen a, b, c, d, e, f entgegengerichtet laufen Lichtstrahlen o, p, q, r, s, s* die, gespeist durch Reflexion an den Grenzflächen as, br, cq, dp, zunehmend stärker werden. Es resultiert der Lichtstrahl r, der von der Grenzfläche br zwischen dem Medium und dem ersten lichtstreuenden Element 18 in den Lichtkanal 16 und durch den Lichtstrahl s* fortgesetzt in den Reflexionssensor 14 fällt.
Das Verhältnis zwischen den hin- und rücklaufenden Lichtstrahlen a bis f und o bis s* ergibt sich aus Strahlenoptik an der jeweiligen Grenzfläche as, br, cq, dp und dem Reflexionsgrad des Hintergrunds. Strahlungswinkel an der Phasengrenze und die optischen Eigenschaften der beteiligten Medien bilden die Grundlage für die Berechnung der Reflexionsgrade an den einzelnen Grenzschichten. Für die Medien Wasser und Luft lassen sich die Reflexionsgrade vorherbestimmen und zur Kalibrierung oder Überprüfung des Sensors bzw. der Messzelle nutzen. Bei trüben Medien, wie FaserstoffSuspensionen, werden Lichtstrahlen im Kanal 10 diffus gestreut. Die sich daraus entwickelnde Strahlungsverteilung wird im zweiten Teil der Berechnungsgrundlagen berücksichtigt.
Für die optisch klaren Medien Luft und Wasser können die Grenzflächen br und cq zusammengefasst werden. Nach Kortüm er- gibt sich das Reflexionsvermögen einer planparallelen Platte für diffuse Einstrahlung zu
Rl 2reg(dif. Illum.) COS « d«. (I]
Figure imgf000023_0001
(Kortüm, G . : Reflexionsspektroskopie . Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1969)
Das reguläre Reflexionsvermögen R(α) eines nichtabsorbierenden Mediums ergibt sich aus der Fresnelschen Formel (2)
Figure imgf000023_0002
und dem snelliusschen Brechungsgesetz (3)
Figure imgf000023_0003
sinαr n,
Die numerische Integration liefert für die Grenzflächen br und cq den kombinierten Reflexionsgrad RCBL von RCBL =0, 64 für Luft und RCBL=0,28 für Wasser. Diese Werte gelten für planparallele Platten unendlicher Fläche und homogen diffuser Beleuchtung über den gesamten Halbraum. Tatsächlich besitzen die lichtstreuenden Elemente 18 und 118 endliche Dimensionen, wodurch der Strahlungswinkel eingeschränkt ist. In einem bestimmten Winkelbereich durchlaufen Lichtstrahlen die Grenzflächen bzw. Phasengrenzen br und cq. Dieser Bereich wird im Folgenden als „Double boundary layer" DBL indiziert. Es gibt einen weiteren Winkelbereich, der sich dadurch auszeichnet, dass nur eine der beiden Phasengrenzen durchlaufen ist. Dieser weitere Winkelbereich ist mit dem Index „Single boundary layer" SBL bezeichnet. Die Winkelbereiche ergeben sich aus der geometrischen Betrachtung der möglichen Strahlengänge unter Berücksichtigung der Lichtbrechung an den Phasengrenzen .
Die Gleichung 4 ermittelt die reflektierten Lichstrahlen in den Winkelbereichen DBL und SBL bezogen auf die einfallenden Lichtstrahlen eines Lambert-Strahlers im kombinierten Winkelbereich CBL.
Figure imgf000024_0001
Für den in Fig. 2 skizzierten Aufbau liefert Gleichung 4 einen mittleren Reflexionsgrad RCBL von RCBL=0, 627 für das Medium Luft und RCBL=0, 173 für Wasser. Maßgeblich für die Messung ist die Fläche im Kernbereich, die von Reflexionssensor 14 und Transmissionssensor 15 erfasst wird. Die Grundlage für die Kalibrierung des Sensors bzw. der Messzelle bildet die Integration über diesen Kernbereich. Sie liefert RCBL=0,670 für Luft und RCBL =0,208 für Wasser.
Parallel zu den Phasengrenzen br und cq sind die Grenzflächen bzw. lichtstreuenden Schichten as und dp angeordnet. Der Ref- lexionsgrad der opalen Schicht des lichtstreuenden Elements 18 bzw. 118 kann mit Hilfe spektraler Reflexionsmessung bestimmt werden. An den verwendeten Elementen ergeben sich für die CIE- genormten theoretischen Grundfarben X (rot) , Y (grün) und Z 5 (blau) die spektralen Reflexionsfaktoren
RSL(X,Y,Z) = [0,661, 0,671, 0,684]. Aufgrund der vernachlässigbaren Lichtabsorption in der weißen Streuschicht ergibt sich ein Transmissionsgrad TSL(X,Y,Z) = 1 - RSL(X,Y,Z) von [0,339, 0,329, 0,316] .
10
Der Reflexionsgrad RCBLSL beschreibt das Verhältnis der Lichtstrahlen r zu b. RCBLSL berechnet sich aus dem Reflexionsgrad RCBL der beiden Phasengrenzen mit dem Reflexionsgrad RSL der lichtstreuenden Schicht des Elements 118 im Hintergrund über
15 die Beziehung
Figure imgf000025_0001
Mit dem Transmissionsgrad TCBL = 1 - RCBL ergibt sich RCBLSL(X, Y, Z) ZU [0,799, 0,802, 0,808] für Luft und [0,689, 0,697, 0,709] für Wasser. 20
Das Verhältnis der Lichtstrahlen a zu s spiegelt sich im Reflexionsgrad RSLCBLSL, der sich aus dem Reflexionsgrad RSL der lichtstreuenden Schicht des Elements 18 mit dem kombinierten Reflexionsgrad RCBLSL als Hintergrund gemäß der Gleichung
Figure imgf000025_0002
Tatsächlich wird vom Reflexionssensor 14 nicht der gesamte Lichtstrahl s erfasst. Der Lichtkanal 16 schirmt die lichtstreuende Schicht des Elements 18 lokal ab. Es entfällt der direkt reflektierte Anteil des Lichtstrahls a, so dass sich abweichend von Gleichung 6 für die Messung des Reflexionsgrads die Beziehung
Figure imgf000026_0001
ergibt mit RSLCBLSL = [0,195, 0,189, 0,180] für Luft und [0,145, 0,142, 0,137] für Wasser. Diese Werte bilden die Grundlage für die Kalibrierung und die Überwachung der Reflexionsmessung.
Für die Transmissionsmessung wird der Anteil des Lichtstrahls a berechnet, der als Lichtstrahl e in das licht- streuende Element 318 eindringt und letztendlich als f den
Transmissionssensor 15 erreicht. Dazu ist es erforderlich, den Transmissionsgrad über die Phasengrenzen br und cq hinweg zu bestimmen. Eine Möglichkeit ergibt sich aus der Betrachtung der Strahlengänge in dem dafür relevanten Winkelbereich, der hier als „Double boundary layer" DBL indiziert ist.
Der berechnete Reflexionsgrad RDBL berücksichtigt nur Lichtstrahlen, die beide Phasengrenzen br und cq durchlaufen. Die Integration erfolgt über das Volumen eines Quaders, welcher die lichtstreuenden Elemente 18 und 118 einschließt. Aus Gleichung 1 lässt sich die Gleichung 8 für rechtwinklige Koordina¬ ten ableiten.
Figure imgf000026_0002
Der Reflexionsgrad RDBL beträgt RDBL=0,140 für Luft und RDBL=0, 020 für Wasser. Da in dem betrachteten Strahlengang kein Licht absorbiert wird, ergibt sich für den Transmissionsgrad TDBL = 1 - RDBL mit TDBL=0,860 für Luft und TDBL=0,980 für Wasser. RDBLSL berechnet sich aus der Reflexion an den beiden Phasengrenzen mit der Reflexion RSL an der lichtstreuenden Schicht im Hintergrund zu
T2 R
R - R , 1DBL1^SL / q v
1^DBLSL ~~ ^DBL τ -, r> τ> K '
A " KDBLKSL und liefert mit der zweiten lichtstreuenden Schicht im Vordergrund die Transmission TSLDBLSL der symmetrischen Anordnung der Elemente 18 und 118 um den Kanal 10 über die Beziehung ,
Figure imgf000027_0001
TSLDBLSL(X, Y, Z) = [0,198, 0,191, 0,182] für das Medium Luft und [0,203, 0,196, 0,187] für Wasser. Diese Werte dienen der Kalibrierung der Transmissionsmessung und deren Überwachung.
Das in den Sensorelementen 14, 15 und 17 erzeugte photoelekt- rische Signal ist proportional zur Intensität des einfallenden Lichtstrahls. Zwischen den ermittelten Reflexions- und Transmissionsgraden des Sensors und Signalen der Sensorelemente besteht daher die im Folgenden dargestellte Beziehung. Die hier eingeführten Reflexionsgrade Ras* = s*/a und Ras = s/a sowie der Transmissionsgrad Tae = e/a erleichtern die Darstellung der Signalauswertung.
Das Signal des Reflexionssensors 14 korreliert mit der Beleuchtungsintensität a über die Beziehung
I14 » s* = R91^ a = R8LCBLSL - a. ( 11 )
Für das Signal des Transmissionssensors 15 gilt
I15 « e = Tes . a = TSLDBLSL - a. ( 12 ) Das Signal des Referenzsensors 17 wiederum folgt der Beziehung
I17«s = Ras-a = (l-TSLDBLSL)-a. (13)
Die Proportionalitätskonstanten ergeben sich aus einer zweistufigen Kalibrierung des Sensors bzw. der Messzelle mit kla- rem Wasser.
In der ersten Stufe erfolgt eine Kalibrierung der Beleuchtungskorrektur über die Kalibrierkonstante I0. Die Konstante I0 ist das spektrale Signal Ii7 gemessen am Medium Wasser. Eine erneute Kalibrierung der Beleuchtungskorrektur sollte bei Änderungen am Aufbau des Sensors, wie z. B. nach dem Austausch von Elementen vorgenommen werden. Das spektrale Beleuchtungssignal ICf ist im Falle des Dreibereichsfarbensensors definiert als
Icf(X,r,Z) = Il7(*'y>Z). (14)
Das Beleuchtungssignal Icf ist proportional zur Beleuchtungsintensität a und eignet sich daher zur Kompensation von Beleuchtungsschwankungen und als Kontrollparameter.
Der Messwert IR ergibt sich aus den Beziehungen bzw. Formeln (11), (13) und (14) unter Einführung der Kalibrierkonstanten cR zu
T _ S _ a/ _ - 1M _ 1^SLCBLSL M R \
S " as 1Cf 1 " 1SLDBLSL
Für die Kalibrierkonstante cR folgt cL . "SLCBLSL m ( 1 6 )
T Λ14 1 x - T *SLDBLSL Analog ergibt sich der Messwert Iτ über die Kalibrierkonstante cτ für die Transmissionsmessung zu e T I T
Iτ=- = -^- = cτ^-= SLDBLSL . (17)
S **-∞ *cf 1" *SLDBLSL
Für die Kalibrierkonstante cτ gilt
c -LL. TSLDBLSL (18)
1IS x 1SLDBLSL
Die Kalibrierkonstanten cR, cτ und I0 vereinen alle linearen Übertragungsfunktionen in der Messkette. Die lichtstreuenden Elemente 218 und 318 gehen als Teil der Messkette mit in die Kalibrierung ein. Die Konstanten gleichen herstellungsbedingte Schwankungen von Bauteilen aus.
Zur Sensorüberwachung empfiehlt sich die turnusmäßige Kontrolle der Messwerte IR und Iτ für klares Wasser und Luft. Gegebenenfalls ist ein erneuter Abgleich der Kalibrierkonstanten cR und cτ mit klarem Wasser angebracht. Dies kann die Messgenauigkeit des Sensors bzw. der Messzelle stabilisieren, soweit sich Veränderungen durch Ablagerungen, Verschmutzung oder Abrasion in Grenzen halten.
Die Anwesenheit eines trüben Mediums im Kanal 10 verändert grundlegend die Strahlungsverteilung im Sensor bzw. in der Messzelle, insbesondere die Reflexion und die Transmission an den Phasengrenzen br und cq. Der Sensor bzw. die Messzelle ist für niederkonsistente, wässrige Suspensionen konzipiert. Die Berechnungen basieren auf einem Medium mit der Brechzahl von Wasser und unbekannten Lichtstreuvermögen SP und Lichtabsorptionsvermögen KP. Die Reflexionsgrade Ras und Ras* ergeben sich aus dem Reflexionsgrad RSL bzw. Transmissionsgrad TSL der streuenden Schicht des lichtstreuenden Elements 18 und dem Reflexionsgrad Rbr = r/t> der darunterliegenden Schichten gemäß
R =RS, + TsLRbr (19)
und
R^. = ^^br (2Q) l"RSLRbr
Setzt man die Gleichungen 19 und 20 in Gleichung 15 ein, so ergibt sich Ras aus dem kalibrierten Sensorsignal IR gemäß
Figure imgf000030_0001
Durch Umformung der Gleichung 19 erhält man den Reflexionsgrad Rbr aus
R. = Ras ~ RSL Ras ~ K SL br
TS; + RSL .2 (22;
(R. - RSL) τs 2 L + RSLRas - Rs
Der Reflexionsgrad Rbr wiederum ergibt sich aus dem Reflexions- grad RSBL bzw. dem Transmissionsgrad TSBL der Phasengrenze des Elements 18 zum Medium Wasser sowie dem Reflexionsgrad Rcq = q/c der darunterliegenden Schichten gemäß
T> _ ~*rb AVSBL
TCDL + τ R xvScB,LRxv k — R (23)
1SBI ,rb *X SBL
Den Reflexionsgrad RSBL = 0,034 erhält man aus Gleichung 1. Da an der Grenzfläche keine Lichtabsorption stattfindet, ergibt sich für den Transmissionsgrad TSBL = 1 - RSBL = 0,966. Der Reflexionsgrad Rcq basiert auf dem Medium im Kanal 10 mit einem Reflexionsgrad RF im Hintergrund. Das Medium im Kanal besitzt den Reflexionsgrad Rκ und den Transmissionsgrad Tκ. Die Größen Rκ und Tκ sind die Unbekannten, die es über die Bezie- hung
Figure imgf000031_0001
zu ermitteln gilt.
Der Reflexionsgrad RF des Hintergrunds setzt sich aus der Phasengrenze cq und der dahinter liegenden lichtstreuenden Schicht zusammen. Unter Berücksichtigung der Reflexion an der Phasengrenze zum Medium für beidseits diffuse Lichtverteilung ergibt sich ein spektraler Reflexionsgrad RF(X,Y,Z) von RF(X, Y, Z) = [O, 665, 0,674, 0,688]. Da die Lichtabsorption innerhalb des Fensters vernachlässigbar klein ist, folgt für den Transmissionsgrad TF = 1 - RF.
Für Rκ und Tκ liefert die Gleichung 24 die Lösungen
Figure imgf000031_0002
τj~ RF( "Rcq + Rcq RK RF + RK - RK RF) lκ = . ( 26 )
KF
Aus den Signalen Iτ und IR folgt die Gesamttransmission Tae über die Gleichungen 17 und 21 zu
Tae= . (27)
Kortüm liefert für die Gesamttransmission einer Probe zwischen zwei Messfenstern die Gleichung
Figure imgf000032_0001
Ersetzt man Tκ in Gleichung 28 durch Gleichung 26 so ergibt sich die Gleichung
Figure imgf000032_0002
Die Gleichung 29 lässt sich nach Rκ umstellen:
R
Figure imgf000032_0003
Somit ergibt sich aus Gleichung 30 der Reflexionsgrad Rκ des Mediums im Kanal 10 aus den Signalen IR und Iτ über die Zwischengrößen Rcq und Tae- Mit Hilfe von Rκ und Rcq liefert Glei- chung 26 den dazugehörigen Transmissionsgrad Tκ.
Zur Berechnung des Eigenreflexionsfaktors R00 des Mediums kann die Transparenz T nach DIN 53 147 (Prüfung von Papier; Bestimmung der Transparenz, April 1993) herangezogen werden. Die Transparenzformel in der Form
Figure imgf000032_0004
beschreibt den Zusammenhang zwischen der Transparenz T, dem Reflexionsfaktor R0 eines Probeblatts über einer vollkommen schwarzen Unterlage und dem Eigenreflexionsfaktor R00. Sie lässt sich nach R00 auflösen. Der Eigenreflexionsfaktor R00 wird für die Berechnung des Streuvermögens benötigt.
Mit R0 = Rκ und T = Tκ folgt für den Eigenreflexionsfaktor R03 R ( 32 )
Figure imgf000033_0001
Mit Hilfe der Kubelka-Munk-Theorie lässt sich aus den Reflexionsfaktoren R0 und R~ auf die gestreuten und absorbierten Lichtanteile schließen. Diese Trennung in Lichtstreuung und Lichtabsorption wird benötigt, um optische Eigenschaften gezielt zu beeinflussen. Die Bestimmung der dichtebezogenen Lichtstreu- und Lichtabsorptionskoeffizienten von Faserstoffen und Papieren regelt die Prüfnorm DIN 54 500 (Bestimmung der dichtebezogenen Lichtstreu- und Lichtabsorptionskoeffizienten von Faserstoffen und Papier, April 1996) .
Das Lichtstreuvermögen SP
Figure imgf000033_0002
und das Lichtabsorptionsvermögen KP
(1 R ^2
KP =SP1 *} (34)
2R„
ergeben sich aus der exponentiellen Lösung nach Kubelka-Munk mit Ro = RK-
Zur Bestimmung der dichtebezogenen Streu- und Absorptionskoeffizienten bedarf es der Messung der flächenbezogenen Masse mA. Für das Medium im Kanal 10 berechnet sich mA aus der Konsistenz C3 der Suspension und der Höhe hκ als Abstand zwischen den lichtstreuenden Elementen 18 und 118 über die Gleichung mA = cs hκ. (35)
Bei einer Höhe hκ = 5 mm entspricht die Konsistenz von 1% = 10 g/l einer flächenbezogenen Masse mA = 50 g/m2. In der Papierprüfung werden üblicherweise Laborblätter mit einer flä- chenbezogener Masse von 45 g/m2 oder 80 g/m2 für die Messung der dichtebezogenen Lichtstreu- und Lichtabsorptionskoeffizienten eingesetzt.
Die dichtebezogenen Lichtstreu- und Lichtabsorptionskoeffizienten S und K ergeben sich aus dem Lichtstreu- und Lichtabsorptionsvermögen durch die Division mit der flächenbezogenen Masse mA:
Figure imgf000034_0001
und
K = «, 0 - RJ2 _ KP
(37) m A
Setzt man die spektralen Reflexionsfaktoren R0 (λ) und R- (λ) ein, so ergeben sich die spektralen dichtebezogenen Lichtstreukoeffizienten S (λ) und Lichtabsorptionskoeffizienten K(λ). Dies gilt in gleicher Weise für das Dreibereichsverfahren R0(X, Y, Z) und R-(X, Y, Z).
In den Figuren 5 und 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Messung optischer Ei- genschaften von fluiden Medien dargestellt. Von der Beleuchtung in Figur 6 ausgehend über die Messung eines klaren Mediums 1010 und des zu bewertenden trüben Mediums 1100, resultierenden Messwerten IR und Iτ kommt der Anwender zu den optischen Eigenschaften zur Bewertung der Suspension, wie Reflexi- onsfaktoren, Lichtstreuvermögen etc..
Zunächst wird gemäß Figur 6 die Beleuchtungskorrektur kalibriert. Dazu wird die Beleuchtung 1120 angeschaltet und Wasser als klares Medium durch den Kanal geleitet 1010. Referenzsen- soren nehmen einen Verlauf des eingekoppelten Lichts als Historie auf 1020. Diese Historie hat einen harmonischen Verlauf, weil die Beleuchtung ebenfalls in Form eines harmonischen Verlaufs abwechselnd heller und dunkler wird. Hieraus wird ein gleitender Mittelwert gebildet 1030. Eine Linearisierung 1040 des gleitenden Mittelwertes 1030 führt zu einem Wert IRef (Wasser) und einer Kalibrierkonstante Io 1050.
In einem nächsten Schritt wird bei eingeschalteter Beleuchtung 1120 das zu bewertende trübe Medium durch den Kanal geleitet 1100. Die Sensoren, also ein Referenzsensor, ein Reflexionssensor und ein Transmissionssensor nehmen an ihren Positionen in der Messanordnung Historien von eingekoppeltem Licht auf 1122, 1123, aus denen jeweils gleitende Mittelwerte 1032, 1033 bestimmt werden. Anschließend werden damit Linearisierungen 1042, 1043 durchgeführt. Das Signal des Referenzsensors im Schritt 1122 wird nach Weiterverarbeitung in den gleitenden Mittelwert 1032 und den durch Schritt 1042 linearisierten Wert IRef unter Abgleichung mit der Kalibrierkonstante Io 1050 zu einem Beleuchtungssignal ICF umgeformt und einer Beleuchtungskorrektur 1050 übergeben.
Die Signale von Reflexionssensor und Transmissionssensor im Schritt 1123 werden nach Mittelwertbildung 1032 und Ii- nearisiert 1043 durch die Beleuchtungskorrektur 1050 zu Messwerten IR und IT umgewandelt.
Die Farbmesswerte IR und Iτ gehen gemäß Figur 5 mit den optischen Eigenschaften der Bauelemente der Messanordnung in ein physikalisches Modell ein, das einer Auswertung 1001 zu Grunde liegt. Das physikalische Modell berücksichtigt das eingeschaltete Licht aus der Beleuchtung 1120 und die Schwächungen durch die optischen Elemente der Messzelle. Das einzig unbekannte in dem physikalischen Modell ist das trübe Medium, das im Fall einer erfindungsgemäßen Messzelle durch den Kanal 10 geführt wird. Veränderungen der Messwerte IR und It werden demnach auf eine Veränderung des trüben Mediums zurückgeführt. Das Modell berechnet in Kenntnis der optischen Parameter der Elemente der Messzelle bzw. Messanordnung Reflexionsfaktoren sowie Transmissionsfaktoren des trüben Mediums. Wird zusätzlich eine Formel für Transparenz 1002 genutzt, kommt es zu Ausgaben von Eigenreflexionsfaktoren. Wird zusätzlich die Kubelka-Munk- Theorie 1003 genutzt, kommt es zu Messwerten für das Lichtstreuvermögen sowie das Lichtabsorptionsvermögen. Mit der zusätzlichen Information einer Faserstoffdichte oder Feststoffmassenkonzentration können dichtebezogene Koeffizienten 1004 daraus errechnet werden, die zur weiteren Bestimmung des ERIC- Wertes bzw. des Ink-Elimination-Wertes IE in Anlehnung an die unter INGEDE-Methode 2 veröffentlichte Vorschrift genutzt werden können (INGEDE steht für Internationale Forschungsgemeinschaft Deinking-Technik e. V., 74321 Bietigheim-Bissingen, Deutschland, www. ingede.org. Die INGEDE-Methode 2 ist unter dieser URL erhältlich) .
Figur 8 verdeutlicht den Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Messverfahrens, wenn überprüft werden soll, ob an den lichtstreuenden Elementen durch das Medium verursachte Ver- schmutzungen, Ablagerungen oder gar Abrasion festzustellen sind. Es werden zunächst Messwerte IR und IT für Wasser aufgenommen und dann Messwerte IR und IT für Luft. Die Messwerte werden analog zur Darstellung in Figur 7 zunächst in Abhängigkeit von optischen Parametern der Messanordnung ausgewertet 1001. Sowohl für Wasser als auch für Luft sind Grenzwerte festgelegt, innerhalb derer optische Eigenschaften dieser klaren Medien liegen. Die beiden Ergebnisse für Wasser und Luft aus der Auswertung 1001 werden gemeinsam mit diesen Grenzwerten in ei- nem Berechnungsschritt zur Detektion von Ablagerungen, Verschmutzungen oder Abrasion 1200 verarbeitet. Ergebnisse sind ein Verschmutzungsgrad und eine Störungsmeldung.
Bezugszeichenliste
5 Einlauf
6 Auslauf 9 Wandung
10 Kanal
11 LED-Aufnahme
12 Beleuchtungseinrichtung 14 Reflexionssensor
15 Transmissionssensor
16 Lichtkanal
17 Referenzsensor
18 erstes lichtstreuendes Element
100 Messspaltdicke
118 zweites lichtstreuendes Element 218 drittes lichtstreuendes Element 318 viertes lichtstreuendes Element
1000 Sensoren
1001 optische Eigenschaften der Messzelle
1002 Formel für Transparenz
1003 Kubelka-Mink-Theorie 1004 dichtebezogene Koeffizienten
1010 Wasser durch Kanal
1020 Referenz
1030 gleitender Mittelwert
1032 gleitender Mittelwert 1033 gleitender Mittelwert
1040 Linearisierung
1042 Linearisierung
1043 Linearisierung 1050 Kalibrierkonstante
1100 trübes Medium durch Kanal
1120 Beleuchtung
1122 Referenz
1200 Detektion
A Mittelachse
W Wandungsebene
Y Winkelbereich
S Sensorebene
Lichtstrahlen
Lichtstrahlen
Figure imgf000039_0001
as br cq Grenzflächen ΦJ

Claims

Patentansprüche
1. Messzelle zur Messung optischer Eigenschaften von fluiden Medien mit folgenden Merkmalen: - einen Kanal (10) mit einem Einlauf (5), einem Auslauf (6) und einer Wandung (9), durch den das Medium führbar ist,
- eine Beleuchtungseinrichtung (12) außerhalb des Kanals (10) zum Beleuchten des Mediums,
- mindestens einen auf der Seite der Beleuchtungseinrich- tung (12) angeordneten Reflexionssensor (14) zur Erfassung des vom Medium reflektierten Lichts,
- mindestens einen auf der Seite der Beleuchtungseinrichtung (12) angeordneten Referenzsensor (17),
- mindestens ein erstes lichtstreuendes Element (18), das zwischen der Beleuchtungseinrichtung (12) und dem Kanal
(10) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Reflexionssensor (14) zur Erfassung des vom Medium im Kanal
(10) reflektierten und durch das lichtstreuende Element (18) durchtretenden Lichts vorgesehen und hierfür auf der dem Kanal abgewandten Seite des lichtstreuenden Elements
(18) angeordnet ist.
2. Messzelle zur Messung optischer Eigenschaften von fluiden Medien mit folgenden Merkmalen:
- einen Kanal (10) mit einem Einlauf (5), einem Auslauf (6) und einer Wandung (9), durch den das Medium führbar ist,
- eine Beleuchtungseinrichtung (12) außerhalb des Kanals (10) zum Beleuchten des Mediums, - mindestens ein erstes lichtstreuendes Element (18), das zwischen der Beleuchtungseinrichtung (12) und dem Kanal (10) angeordnet ist,
- mindestens einen auf der der Beleuchtungseinrichtung (12) abgewandten Seite des Kanals (10) angeordneten Transmissionssensor (15) zur Erfassung des vom Medium transmittierten und durch das lichtstreuende Element (18) durchtretenden Lichtes, ^ - mindestens ein zweites lichtstreuende/ Element (118), das sich auf der der Beleuchtungseinrichtung (12) abgewandten Seite des Kanals (10) befindet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zweite lichtstreuende Element (118) ein Trübglas ist und min- destens einen Wandungsteil der Wandung (9) des Kanals (10) bildet.
3. Messzelle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 aufweist.
4. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste lichtstreuende Elemente (18) mindestens einen Wandungsteil der Wandung (9) des Kanals (10) bildet.
5. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste lichtstreuende Element (18) eine Glasscheibe, in- sbesondere ein Trübglas ist.
6. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Reflexionssensor (14) direkt auf dem ersten licht- streuenden Element (18) sitzt.
7. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Be- leuchtungseinrichtung (12) seitlich emittierende Leuchtdioden (LEDs) aufweist, die in LED-Aufnahmen (11) in einem dritten lichtstreuenden Element (218) fixiert sind, welches auf der dem Kanal (10) abgewandten Seite des ersten licht- streuenden Elements (18) sitzt.
8. Messzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen dem Transmissionssensor (15) und dem zweiten lichtstreuen- den Element (118) mindestens ein viertes lichtstreuendes Element (318) angebracht ist.
9. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens eines der lichtstreuenden Elemente (18, 118,
218, 318) eine Brechzahl aufweist, die gleich oder größer der Brechzahl des Mediums ist.
10. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jedes zwischen mindestens einem der Sensoren (14, 15, 17) angeordnete lichtstreuende Element (18, 118, 218, 318) eine Brechzahl größer oder größer gleich der Brechzahl des Mediums aufweist.
11. Messzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste lichtstreuende Element (18) und das zweite lichtstreuende Element (118) einteilig ausgebildet sind.
12. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindes- tens einem der Sensoren (14, 15, 17) über einen Lichtkanal (16) Licht einkoppelbar ist.
13. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens einer der Sensoren (14, 15, 17) als Dreibereichsfar- bensensoren ausgeführt sind.
14. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens einer der Sensoren (14, 15, 17) als spektraler Sensor ausgeführt ist.
15. Messverfahren zur Beurteilung der Verunreinigung eines fluiden Mediums mit einer Messanordnung, die eine Beleuchtungseinrichtung (12) zum Beleuchten des Mediums aufweist, und bei der das Medium zwischen lichtstreuenden Elementen (18, 118, 218, 318) hindurchgeführt wird, und mit mindestens einem Sensor (14, 15, 17), an dessen Ausgang ein Sig- nal abgegriffen und daraus in einem Verfahrensschritt
(1000) ein Maß der Verunreinigung des fluiden Mediums abgeleitet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das in dem einen Verfahrensschritt (1000) von dem mindes- tens einen Sensor (14, 15, 17) bereitgestellte Signal in einem nachfolgenden Verfahrensschnitt (1001) in Abhängigkeit mehrerer optischer Parameter der Messanordnung ausgewertet wird.
16. Messverfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als optische Parameter Brechzahlen für die lichtstreuenden Elemente (18, 118, 218, 318) der Messanordnung verwendet werden.
17. Messverfahren nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als optische Parameter Reflexionsgrade verwendet werden.
18. Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als optische Parameter spektrale Transmissionsgrade verwendet werden.
19. Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als optische Parameter Reflexionsfaktoren für diffuse Beleuchtung verwendet werden.
20. Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beleuchtungseinrichtung (12) eine Lichtintensität und/oder eine Lichtfarbe mit einem harmonischen zeitlichen Verlauf erzeugt.
21. Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Verfahrensschritte: a. Beleuchtungseinrichtung (12) einschalten und steuern (1120), b. ein klares Medium im Kanal (10) zwischen den lichtstreuenden Elementen (18, 118, 218, 318) hindurchführen (1010), Messwertkurven mit einem Referenzsensor (17) aufnehmen (1020) und zu einem Wert IRef( kl. Medium umrechnen (1030, 1040) , c. trübes Medium zwischen den lichtstreuenden Elementen (18, 118, 218, 318) hindurchführen (1100), Messwert- kurven mit dem Referenzsensor (17) aufnehmen (1122), Messwertkurven mit einem Reflexionssensor (14) und einem Transmissionssensor (15) aufnehmen (1123) und zu Werten IRef, tr. Medium (1032, 1042), IR, tr. Medium und Iτ, tr. Medium (1033, 1043) umrechnen d. unter Berücksichtigung des in Schritt b errechneten Wertes IRef, ki. Medium bzw. einer daraus errechneter Kalibrierkonstante I0 (1050) und des in Schritt c errechneten Wertes IRef, tr. Medium werden in einer Beleuch- tungskorrektur (1050) Messwerte IR und Iτ aus den Werten IR, tr. Medium und Iτ, tr. Medium aus Schritt c errechnet.
22. Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Verfahrens- schritte: e. Beleuchtungseinrichtung (12) einschalten und steuern (1120), f. ein klares Medium im Kanal (10) zwischen den lichtstreuenden Elementen hindurchfuhren (1010), Messwert- kurven mit dem Referenzsensor (17) aufnehmen (1122),
Messwertkurven mit dem Reflexionssensor (14) und dem Transmissionssensor (15) aufnehmen (1123) und zu Werten iRef, ki. Medium (1032, 1042), IR/ kl. Medium Und Iτ# kl. Medium
(1033, 1043) umrechnen, g. unter Berücksichtigung des in Schritt f errechneten
Wertes IRef( ki. Medium werden Messwerte IR und Iτ aus den Werten IR/ kl. Medluin und Iτ, kl. Medium aus 23. f für klares Medium errechnet, h. Messwerte IR und Iτ aus Schritt g der Auswertung (1001) unter Berücksichtigung der optischen Parameter der Messanordnung zuführen, i. eine Berechnung zur Detektion von Ablagerungen, Verschmutzungen oder Abrasion (1200) aus Grenzwerten von verschiedenen klaren Medien durchführen, j. die lichtstreuenden Elemente (18, 118, 218, 318) rei- nigen, wenn die Berechnung aus Schritt i zu einem positiven Ergebnis führt, k. die lichtstreuenden Elemente (18, 118, 218, 318) wechseln, wenn Schritt i nach Schritt j wiederholt zu dem positiven Ergebnis führt.
23. Messverfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das klare Medium Wasser und/oder Luft ist.
24. Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das trübe Medium eine FaserstoffSuspension mit einer Feststoffmassenkonzentration < 2 % ist.
25. Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messanordnung eine Messzelle gemäß der Ansprüche 1 bis 14 ist.
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