CH670512A5

CH670512A5 -

Info

Publication number: CH670512A5
Application number: CH118086A
Authority: CH
Inventors: Gerhard Dr Geppert; Gerhard Langkopf; Horst Thielemann; Jochen Deinert; Gert Mehling
Original assignee: Wohn & Freizeitbedarf Veb
Priority date: 1984-12-07
Filing date: 1986-03-24
Publication date: 1989-06-15
Also published as: BG48064A1; DE3609156A1; BE904505A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung geringer Trübungen mit einer Durchflussküvette, zwei Lichtquellen und einem Strahlungsempfänger, insbesondere auch zur Messung geringer Trübungen in gefärbten Flüssigkeiten wie Bier und anderen Getränken mit dem Ziel der Überwachung und Regelung der Filtration solcher Flüssigkeiten.

Zur kontinuierlichen Messung geringer Trübungen in Flüssigkeiten ist eine Anordnung bekannt, bei der das Licht einer Glühlampe mittels eines Flimmerspiegels mit 600 Hz moduliert wird und abwechselnd zwischen einem Messstrahl zur 90°-Trü-bungsmessung und einem Vergleichsstrahl zur Durchlichtmes-sung hin- und herwechselt. Im Vergleichsstrahl befindet sich eine motorgetriebene Messblende zur Ausführung eines optischen Nullabgleichs. Die jeweilige Stellung der Messblende ist ein Mass für die Trübung der eine quadratische Küvette durchströmenden Flüssigkeit. Als Detektor dient eine Vakuumphotozelle, deren Signal nach entsprechender Verstärkung den Servomotor der Messblende ansteuert (Prospekt Tl, Sigrist-Photometer AG, Zürich/Schweiz).

Bei dieser Anordnung ist der mechanische Aufwand sehr gross, da der Flimmerspiegel ein feinmechanisches Präzisionsbauteil darstellt. Ebenso erfordern Messblende und Servomotor einen erheblichen Anteil an Mechanik. Nachteilig für den Dauerbetrieb sind die bewegten Teile. Die verwendeten Bauelemente, wie Glühlampe und Vakuumphotozelle entsprechen nicht mehr dem jetzigen Stand der Technik.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der zur Erzielung grösserer Signale bei geringen Trübungen das Prinzip der Vorwärtsstreuung bei annähernd 0° verwendet wird (DD-WP 125 735). Das Primär licht wird durch eine Dunkelfeldanordnung ausgeblendet. Dieses Prinzip ist für eine Farbkompensation nicht geeignet und bei geringsten Trübungen des grösseren Störlichtanteils nicht optimal. Ausserdem ist ein raumsparender kompakter Aufbau kaum möglich.

Alle bekannten Anordnungen nach dem Prinzip der Absorptionsmessung, z.B. die der G-S-T-Regelungstechnik, Bochum (DE-AS 2 363 432/79), eignen sich nicht für gefärbte Medien.

Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für eine kontinuierliche Messung geringer Trübungen in farblosen und gefärbten Flüssigkeiten und eine dazugehörige Vorrichtung zu entwickeln mit dessen Einsatz ein direkt ausweichbares lineares Signal für die Trübung gewonnen werden kann, wobei mittels geeigneter Lichtquellen und Verwendung eines einzigen Strahlungsempfängers auf bewegte Teile in der Vorrichtung verzichtet werden kann.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist durch den Patentanspruch 1 definiert.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung mit einer Durchflussküvette, zwei Lichtquellen und einem Strahlungsempfänger nach Patentanspruch 5 vorgesehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 1 und 2 erläutert.

Zwei Lumineszenzdioden werden als Lichtquellen für einen Mess- und einen Vergleichsstrahl verwendet. Der Arbeitspunkt eines als Strahlungsempfänger dienenden Phototransistors wird durch einen regelbaren Gleichlichtanteil festgelegt. Die beiden Lumineszenzdioden senden modulierte Strahlung aus, die sich in der Modulationsfrequenz um einen Faktor n unterscheidet (n > 2 oder < 0,5). Die Amplitude der Strahlung beider Lumineszenzdioden wird proportional in der Weise geregelt, dass die Amplitude des Vergleichsstrahlsignals konstant bleibt. Das vom Phototransistor gelieferte modulierte Signal wird in einem De-modulator in die beiden Frequenzanteile zerlegt. Der Messstrahlanteil stellt ein direktes Mass für die Trübung dar.

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens enthält an vier um jeweils 90° versetzten Stellen je ein Fenster. Hinter einem Fenster ist ein Strahlungsempfänger angeordnet, ihm gegenüber eine Lumineszenzdiode 7 für den Vergleichsstrahl. Rechtwinklig dazu befindet sich eine Lumineszenzdiode 8 für den Messstrahl. Das ihr gegenüberliegende Fenster ist geschwärzt. Vor der Messstrahl-Lumineszenzdiode und vor dem Phototransistor befinden sich Sammellinsen.

In Fig. 1 enthält eine Durchflussküvette 1 mit quadratischem Querschnitt an den Seiten Fenster 2 bis 5, von denen das Fenster 2 geschwärzt ist. In der Durchflussküvette 1 befinden sich Blenden 6 zur Abschirmung von Störlicht. Vor dem Fenster 5 ist die Lumineszenzdiode 7 für den Vergleichsstrahl, vor dem Fenster 4 die Lumineszenzdiode 8 für den Messstrahl, und an dem Fenster 3 ein Phototransistor 9 angebracht. Das Licht der Lumineszenzdiode 8 wird mittels einer Linse 10 auf den Mittelpunkt der Durchflussküvette 1 konzentriert, das Streulicht auf dem Phototransistor 9 mit einer Linse 11 abgebildet.

Die Lumineszenzdiode 7 wird gleichzeitig mit Gleich- und Wechselstrom gespeist, die Lumineszenzdiode 8 nur mit Wechselstrom. Das Signal des Phototransistors 9 wird in einem Verstärker 12 verstärkt und in ein Gleichspannungs- und ein Wechselspannungssignal aufgespalten. Das Gleichspannungssignal gelangt zu einem Regelverstärker 13, der den Arbeitspunkt des Phototransistors 9 konstant hält. Sein Ausgangssignal wird in eine Mischstufe 14 mit dem Wechselstromsignal aus einem Modulator 15 mit der Frequenz nf gemischt. Das Wechselspannungssignal aus dem Verstärker 12 gelangt in einen Demodula-tor 16, der nach phasenempfindlicher Gleichrichtung und Glättung zwei Ausgangssignale liefert. Eines davon steuert einen Regelverstärker 17, der gleichzeitig die Amplituden der mit den Frequenzen nf bzw. f in den Modulatoren 15 bzw. 18 erzeugten Wechselströme regelt. Bei dem gewählten Beispiel ist n = 10 und f = 500 Hz. Zur synchronen Modulation ist der Taktgeber 20 vorgesehen. Modulator 18 liefert den Strom für die Lumi5

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

670 512

neszenzdiode 6 zur Erzeugung des Streulichtes. Die Amplitude des Vergleichssignals wird konstant gehalten.

Das andere Signal aus dem Demodulator 16 gelangt zum Ausgang bzw. zu einer Anzeige auf einem Messinstrument 19. Das Ausgangssignal ist mit einem nicht gezeichneten Schreiber verbunden. Ausserdem steuert es einen nicht gezeichneten Regler. Die Messbereichsumschaltung geschieht durch stufenweise Änderung der Modulationsamplitude der Frequenz f im Modulator 18. Die Lumineszenzdioden arbeiten im nahen Infrarotbereich.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Durchflussküvette in einem kleinen lichtdichten Gehäuse untergebracht, das an der Seite des Elektronikgehäuses befestigt ist. Der Einsatz des Gerätes erfolgt durch Überwachung und Regelung der Bierfiltration. Entsprechend den dortigen klimatischen Bedingungen wurde eine Feuchtraumausführung gewählt.

Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 2 gelangt das Wechselspannungssignal aus dem Verstärker 12 in den Regelverstärker 17, der die Amplitude des Wechselspannungssignals des Strahlungsempfängers in der Weise regelt, dass das Signal der 5 Frequenz nf konstant bleibt. Die Ausgangsspannung des Regelverstärkers 17 wird dem Demodulator 16 zugeführt, der nach phasenempfindlicher Gleichrichtung und Glättung zwei Ausgangssignale liefert.

Das Signal der Frequenz f wird wie im Ausführungsbeispiel io nach Fig. 1 beschrieben auf einem Messinstrument 19 angezeigt und ausgegeben. Das Signal der Frequenz nf wird in den Regelverstärker zurückgeführt und dient als Regelspannung. Die mittels des Taktgebers 20 synchron mit den Frequenzen nf bzw. f in den Modulatoren 15 bzw. 18 erzeugten Wechselströme die-15 nen wie im Ausführungsbeispiel 1 zur Ansteuerung der Lumineszenzdioden 7 bzw. 8.

v

1 Blatt Zeichnungen

Claims

670 512

1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung geringer Trübungen mit einer Durchflussküvette (1), zwei Lichtquellen (7, 8) und einem Strahlungsempfänger (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung der einen Lichtquelle (8) mit der Frequenz f moduliert wird und durch Lichtstreuung auf den Strahlungsempfänger (9) auftrifft, dass die Strahlung der anderen Lichtquelle (7) mit der Frequenz nf moduliert wird und direkt auf den Strahlungsempfänger (9) auftrifft, dass das vom Strahlungsempfänger (9) gelieferte Signal der Frequenz nf durch Parallelregelung der Ströme beider Lichtquellen oder durch Verstärkungsregelung des Wechselspannungssignals des Strahlungsempfängers auf konstanter Amplitude gehalten wird, und dass ein Signal der Frequenz f als Ausgangssignal verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass n grösser als 2 oder kleiner als 0,5, vorzugsweise 10 ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Frequenz nf modulierten Lichtquelle (7) zusätzlich ein Gleichstrom zugeführt wird, der auf konstanten Arbeitspunkt des Strahlungsempfängers (9) geregelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messbereichsumschaltung durch stufenweise Änderung des Modulationsstromes der Lichtquelle für den Messbereich erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Durchflussküvette (1), zwei Lichtquellen (7, 8) und einem Strahlungsempfänger (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen Lumineszenzdioden für den sichtbaren oder infraroten Bereich sind und der Strahlungsempfänger (9) ein Phototransistor oder eine Photodiode ist.