DD262090A1 - Verfahren zur simultanen messung der truebung und partikelkonzentration von fluessigkeiten - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur simultanen Messung der Truebung und der Partikelkonzentration von Fluessigkeiten, das zur Ueberwachung und gezielten Beeinflussung natuerlicher und kuenstlicher Gewaesser sowie teilchenbeladener Fluessigkeiten anwendbar ist. Die Partikeln koennen organischer und/oder anorganischer Art sein. Erfindungsgemaesse werden in einer getruebten und mit Partikeln beladenen Fluessigkeit ueber einen optischen Messkanal an zwei optisch unterschiedlichen Empfaengerkanaelen der Truebungskanal mit Wechsellicht und der Konzentrationskanal mit Gleichlicht beaufschlagt. Dabei besteht der Truebungskanal aus einem grossflaechigen Lichtleitbuendel und der Konzentrationskanal aus einer einzelnen Lichtleitfaser. Wechsel- und Gleichlicht gelangen ueber einen optischen Messkanal als paralleles Strahlenbuendel durch den Messraum an die Empfaengerkanaele. Die entsprechenden Messsignale werden optoelektronisch gewandelt und angezeigt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen Messung der Trübung und der Partikelkonzentration von Flüssigkeiten, das zur Überwachung und gezielten Beeinflussung natürlicher und künstlicher Gewässer sowie in Leitungen eingeschlossener teilchenbeladener Flüssigkeiten, die sowohl strömen als auch ruhen können, einsetzbar ist. Zu den Anwendungsobjekten zählen u.a. Speicherbecken, Absetzbehälter, Rohrleitungen, Kanäle und verfahrenstechnische Apparate. Die Partikeln können organischer und/oder anorganischer Art sein.
Es ist bekannt, mittels unterschiedlicher optischer Verfahren die Trübung oder die Partikelkonzentration in Flüssigkeiten zu "bestimmen.
Es sind zahlreiche industriell gefertigte Trübungsmeßgeräte in der Praxis in Anwendung. Die Trübung wird aus der Extinktion eines parallelen Licrtbündels, das die Flüssigkeit mit einem relativ großflächigen Bürtdelquerschnitt durchsetzt, erhalten. Die Länge der Meßstrecke beträgt einige cm bei einem Bündelquerschnitt in der Größenordnung von einigen cm2. Die bekannten Trübungsmeßgeräte gestatten auf Grund des großen Meßvoiumens keine Auflösung der dispersen Eigenschaften der beladenen Flüssigkeiten, wie sie beispielsweise als lokale Partikelkonzentrationen vorliegen.
Es ist aber auch bekannt, mit Hilfe von optischen Verfahren, die auf Grund ihres kleinen Meßvolumens für einzelne Teilchen empfindlich sind, die lokalen Partikelkonzentrationen in Flüssigkeiten zu erfassen. Zu diesen optischen Verfahren zählen die Laser-Doppleranemometrie, Streulichtzählverfahren und auch die faseroptischen Meßmethoden. Solche faseroptischen Meßverfahren werden z.B. in den DD-WP 142473,160200 und 216802 beschrieben. So wird nach dem DD-WP 142473 das kontinuierliche Messen der lokalen Teilchengrößenverteilung in einem Strömungsmittel vorgeschlagen. Dazu wird eine kombinierte Absorptions-/Reflexionssonde in die Mehrphasenströmung gebracht. In Abhängigkeit von der Teilchengröße und dem optischen Reflexionsvermögen werden Meßimpulse erhalten und zur Anzeige gebracht.
Nach dem DD-WP 160200 ist eine Vorrichtung zur Messung der lokalen Größen- und Konzentrationsverteilung in Mehrphasenströmungen unter Nutzung von elektronischen Wandlern, entsprechenden Modulen und austauschbaren Koppellichtleitbündeln bekannt. Auf Grund ihrer dispersen Empfindlichkeit gibt es bei diesen genannten lokalen Meßverfahren Probleme, wenn man sie zur Bestimmung der Trübung von Flüssigkeiten einsetzen will. Besonders bei geringen Trübungen wird das Meßsignal instabil und liefert damit keine reproduzierbaren Ergebnisse.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die Trübungsmeßmethoden nicht zur Bestimmung lokaler Partikelkonzentrationen und lokale Meßmethoden zur Bestimmung der Teilchenkonzentration nicht zur Messung des gesamten Trübungsbereiches der Flüssigkeiten, insbesondere bei geringen Trübungen, einsetzbar sind.
Ziel der Erfindung ist es, die simultane Messung derTrübung und der Partikelkonzentrationen von Flüssigkeiten mit hoher Genauigkeit bei geringem zeitlichen und technisch-ökonomischen Aufwand zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine simultane Messung sowohl derTrübung über den gesamten Trübungsbereich als auch der Partikelkonzentration bei Gewährleistung relativ kleiner Meßvolumina zu ermöglichen. Es war nicht zu vermuten, daß bereits ab einem optischen Querschnitt von ca. 3 mm2 im Meßkanal einer faseroptischen Meßanordnung eine stabile Messung im unteren Trübungsbereich von Flüssigkeiten möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einer getrübten und mit Partikeln beladenen Flüssigkeit über einen optischen Meßkanal an zwei optisch unterschiedlichen Empfängerkanälen der Trübungskanal mit Wechsellicht und der Konzentrationskanal mit Gleichlicht beaufschlagt werden. Der Trübungskanal besteht aus einem relativ großflächigen
Lichtleitbündel mit einer Querschnittsfläche von einigen mm2. Der Konzentrationskanal wird durch eine einzelne Lichtleitfaser mit einer Querschnittsfläche von weniger als 0,1 mm2 gebildet.
Das schmalbandige intensitätsmodulierte Wechsellicht und das Gleichlicht mit konstanter breitbandiger Lichtintensität gelangen über einen optischen Meßkanal als paralleles Strahlenbündel durch den Meßraum an die Empfängerkanäle. Das Trübungssignal wird über Lichtleitfasern zu einer Fotodiode geführt, optoelektronisch gewandelt und zur analogen und/oder digitalen Spannungsanzeige gebracht.
Das Konzentrationssignal gelangt über die einzelne Lichtleitfaser zu einem Fototransistor, wird optoelektronisch gewandelt und einem Teilchenzähler zugeführt.
Bei geringsten Trübungen wird über eine Wechsellichtquelle einem" als Lichtleitfaser ausgeführten Referenzkanal Licht zu einer gesonderten Fotodiode geführt, optoelektronisch gewandelt und mit dem Trübungssignal aus dem Fluid verglichen.
Mit dem vorliegenden Verfahren zur simultanen Messung der Trübung und der Partikelkonzentration von Flüssigkeiten wurde eine Möglichkeit geschaffen, beide Größen bei geringem Meßaufwand in einer Vorrichtung aus bekannten Baugruppen zu ermitteln.
Die Erfindung soll an nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In einer Rohrleitung soll eine organische Flüssigkeit auf ihre Trübung und Konzentration von Partikeln überwacht werden. Dazu wird über einen als Stablinse ausgebildeten optischen Sender Licht in die Flüssigkeit eingebracht. Dieses Licht gelangt über Lichtleitfasern von einem Faserkoppler zur Stablinse. Dieser Faserkoppler ist wiederum mit Lichtleitfasern mit zwei unabhängigen Lichtquellen verbunden. Eine intensitätsmodulierte Lichtquelle liefert Licht der Wellenlänge λι und eine Gleichlichtquelle mit konstanter Intensität liefert bei breitbandiger Abstrahlung ein Licht der Wellenlänge A2. Das von der Stablinse abgestrahlte kohärente Lichtbündel durchdringt die Flüssigkeit und trifft auf einen zweikanaligen optischen Empfänger.
Beim Auftreten einer Trübung der Flüssigkeit wird das Wechsellicht in seiner Intensität abgeschwächt, d.h. absorbiert und von einem großflächigen optischen Meßkanal aufgenommen. Die in der Flüssigkeit auftretenden Partikeln erzeugen im Gleichlicht an dem anderen kleinflächigen Meßkanal Absorptionsimpulse. Die beiden sich unterscheidenden Signale werden über Lichtleitfasern unterschiedlichen Signalwandlern zugeführt. Das Trübungssignal wird beispielsweise digital als Spannungsabfall angezeigt, während das Konzentrationssignal.auf einem Impulszähler als Impulsrate zur Anzeige gebracht wird..Beim Nachweis geringer Trübungsunterschiede kann die Signalstabilität durch Einsatz eines Referenzkanals erhöht werden.
Es ist auch möglich, durch Verwendung von optischen Filtern jeweils nur die eine oder andere Meßgröße zur Verarbeitung zu
bringen. ' *
Der Vorteil der simultanen oder auch quasi-simultanen Messung von Trübung und Partikelkonzentrationen in beliebigen Flüssigkeiten besteht darin, daß komplexe Aussagen sowohl hinsichtlich ihrer physikalisch-chemischen als auch ihrer physikalischen Beschaffenheit mit nur einem Verfahren ermittelt werden können.
Claims (1)
- - Ί - £.Ό£. U3UPatentanspruch:Verfahren zur simultanen Messung der Trübung und der Partikelkonzentration von Flüssigkeiten, gekennzeichnet dadurch, daß über einen faseroptischen Meßkanal von Lichtquellen aus durch den Meßraum als parallele Strahlenbündel an zwei optisch unterschiedlichen Empfängerkanälen im Fluid der als relativ großflächiges Lichtleitbündel mit einer Querschnittsfläche von einigen mm2 ausgebildete Trübungskanal mit schmalbandigem intensitätsmoduliertem Wechsellicht und der als einzelne Lichtleitfaser mit einer Querschnittsfläche in der Größenordnung von 1CT2 bis 1CT3mm2 ausgebildete Konzentrationskanal mit Gleichlicht von konstanter breitbandiger Lichtintensität beaufschlagt werden, das Trübungssignal über Lichtleitfasern zu einer Fotodiode geführt, optoelektronisch gewandelt und zur analogen und/oder digitalen Spannungsanzeige gebracht wird, wobei bei geringsten Trübungen über einen als Lichtleitfasern ausgeführten Referenzkanal Licht von einer Wechsellichtquelle zu einer gesonderten Fotodiode geführt, optoelektronisch gewandelt und mit dem Trübungssignal au-s dem Fluid verglichen wird.
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