DE2830975C2 - Einrichtung zur Messung von Anzahl und Größe der in einer Flüssigkeit dispergierten Teilchen - Google Patents

Description

a) am Eingang des Aufnahmekanals (4) eine Düse (3) angeordnet ist,

b) das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Düse (3) und des Aufnahmekanais (4) ¹U bis ¹Ij beträgt,

c) die optische Achse der lichtempfindlichen Einheit (8) mit der Achse der Düse (3) zusammenfällt,

d) daß das das gestreute Licht durchlassende Fenster (17) in der Wand des Zuleitungskanals (2) gegenüber der Austrittsöffnung der Düse (3) angeordnet ist. ⁱ⁽⁾

2. Einrichirng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 7.uleitu"»skanal (2) und der Aufnahmekanal (4) und die Innenflächen der Düse (3) abwärts geneigt in Strörorigsrichtung der zu i' prüfenden Flüssigkeit angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekanal (4) senkrecht angeordnet ist und sein Anfang unten und sein Ausgang oben liegt. ·»·'

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine ■> > Einrichtung zur Messung von Anzahl und Größe der in einer Flüssigkeit dispergierten Teilchen mit einem Zuleitungskanal, der in einen Aufnahmekanal mündet, welcher Fenster einerseits zum Durchlassen des Lichtstromes eines Beleuchtungsgeräts durch die in ihm >·> strömende Dispersion, wobei die optische Achse des Beleuchtungsgeräts wenigstens etwa rechtwinklig zur Achse des Dispersionsstroms liegt, und andererseits für eine lichtempfindliche Einheit zur Aufnahme des von den Teilchen gestreuten Lichtes aufweist, die so ^r> angeordnet ist, daß ihre optische Achse durch den Schnittpunkt der Achse des Dispersionsstroms mit der optischen Achse des Beleuchtungsgerätes geht. Eine solche Einrichtung ist aus der US-Patentschrift 05 771 bekannt. ^hl>

Einrichtungen dieser Gattung dienen hauptsächlich zur Analyse von Suspensionen schwacher Konzentration, z. B. zur Registrierung von in Kraftstoffen und ölen vorhandenen Schmut/.teilchen.

Es kommt bei solchen Einrichtungen darauf an, daß ^h· der Dispersionsstrom genau sowohl durch den Lichtstrom des Beleuchtungsgc-räts als auch die optische Achse der lichtempfindlichen Einheit geleitet wird. Bei der bekannten Ausbildung dient hierzu eine Hüllströmung, mit der der Dispersionsstrom (also der Flüssigkeitsstrom mit den zu registrierenden Teilchen) in eine bestimmte Gestalt und räumlichen Verlauf gebracht wird. Dabei tritt der Dispersionsstrom aus einem Rohr aus und wird dabei durch die Einhüllung mit der schneller strömenden Hüllströmung verengt und zu einem sehr schmalen Strahl umgeformt, der dann genau den Strahlengang des Beleuchtungsgeräts und die mit diesem zusammenfallende optische Achse der lichtempfindlichen Einheit schneiden solL

Der Aufwand, der für eine solche Meßtechnik getrieben werden muß, ist ziemlich groß. Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß die Flüssigkeit der Hüllströmung völlig rein und bezüglich ihrer optischen Eigenschaften identisch mit der zu messenden Flüssigkeit sein muß. Wegen der letzteren Forderung benutzt man gewöhnlich für die Hüllströmung die gleiche Flüssigkeit wie die zu prüfende Flüssigkeit und reinigt sie vorher von allen Fremdteilchen, deren Größe die Empfindlichkeitsgrenze der lichtempfindlichen Einheit übertreffen. Es sind also ein Flüssigkeitsbehälter, eine Pumpe und ein einen hohen Reinigungsgrad gewährleistendes Flüssigkeitsfilter zusätzlich erforderlich.

Wenn bei der bekannten Einrichtung ein Wechsel der Flüssigkeit erforderlich ist, die gemessen werden soll, so ist wegen der Notwendigkeit, daß die Hüllströmung dieselben optischen Eigenschaften aufweist wie die Prüfflüssigkeit, auch der Vorrat der_?Hüllströmungsflüssigkeit zu wechseln. Dies erhöht in^erheblichem Maße den notwendiger? Arbeitsaufwand und verteuert somit die Messungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung von Anzahl und Größe der Fremdteilchen in Flüssigkeiten zu schaffen, bei der es entbehrlich ist. eine den Probenstrom umgebende Hüllströmung aus einem besonders zugeführten reinen Medium zu erzeugen.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Ausbildung gelingt erfindungsgemäß die Lösung der gestellten Aufgabe dadurch, daß

am Eingang des Aufnahmekanals eine Düse angeordnet ist, das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Düse und des Aufnahmekanals 'Λ bis '/7 beträgt,
die optische Achse der lichtempfindlichen Einheit mit der Achse der Düse zusammenfällt, und
daß das gestreute Licht durchlassende Fenster in der Wand des Zuleitungskanals gegenüber der Austrittsöffnung der Düse angeordnet ist.

Zur Verminderung der Verschmutzung der Einrichtung durch die Teilchen ist es zweckmäßig, den Zuleitungskanal, den Aufnahmekanal und die Innenfläcl.en der Düse abwärts geneigt in Strömungsrichtung der zu prüfenden Flüssigkeit anzuordnen.

Wenn die Gefahr des Auftretens von Gasbläschen besteht, so ist es zur sicheren Beseitigung derselben zweckmäßig, wenn der Aufnahmekanal senkrecht angeordnet ist und sein Anfang unten und sein Ausgang oben liegt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung von Anzahl und Größe von in einer Flüssigkeit dispergierten Teilchen ermöglicht es, die Flüssigkeiten sowohl in Einzelproben als auch in kontinuierlicher Strömung mit hoher Genauigkeit und Leistung trotz einfacher Einrichiungs-Bauart und geringem Arbeitsaufwand zu kontrollieren.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung von Aiisführungsbcispiclen anhand der Zeichnun-

gen weiter erläutert. Es zeigt

F ig. 1 die wesentlichen Teile einer ersten Einrichtung zur Messung des Teilchengehalts in Flüssigkeiten mit geneigter Anordnung der Kanäle;

F i g. 2 die entsprechende Darstellung einer zweiten Einrichtung mit senkrechter Anordnung des Aufnahmekanals.

Die Einrichtung gemäß Fig. 1 hat eine Kammer 1, in welcher der Zuleitungskanal 2 und der mit diesem durch eine kegelförmige Düse 3 in Verbindung stehende Aufnahmekanal 4 mit durchsichtigen Fenstern 5 und 6 ausgeführt sind.

Der Aufnahmekanal 4 ist gleichachsig mit der Düse 3 und rechtwinklig zum Kanal 2 angeordnet. Die Fenster 5 und 6 lassen den Lichtst.om vom Beleuchtungsgerät 7 durch die im Kanal 4 strömende Dispersion (Flüssigkeit, deren Gehalt an Fremdteilchen festzustellen ist) durch. Die optische Achse des Beleuchtungsgerätes 7 liegt unter einem rechten Winkel zur Achse der Düse 3.

Auf der Kammer 1 sitzt eine lichtempfindliche Einheit 8, die so angeordnet ist, daß ihre optische Achse durch den Schnittpunkt der Achse der Düse 3 mit der optischen Achse des Beleuchtungsgerätes 7 *eht. Das Beleuchtungsgerät 7 besteht aus einem Satz Linsen 9, einer Blende 10 und einer Lichtquelle 11.

Nach Überquerung des Aufnahmekanals 4 wird der Lichtstrom in einem Lichtfänger 12 absorbiert.

Die lichtempfindliche Einheit 8 besteht aus den Linsen 13, Blende 14 und einem lichtempfindlichen Element 15, z. B. einem Fotoelektronenvervielfacher.

Die Düse 3 dient zur Bildung eines gestrichelt angedeuteten Freistrahls 16 der Dispersion. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser dder Düse 3 und dem Durchmesser D des Aufnahmekanals 4 ist gleich ¹At bis V₇.

Der Zuleitungs- und der Aufnahmekanal 2 bzw. 4 verlaufen rechtwinklig zueinander. Die Düse 3 sitzt im Einlaufteil des Aufnahmekanals 4. Die optische Achse der lichtempfindlichen Einheit 8 fällt mit der Achse der Düse 3 zusammen.

In der Ward des Zuleitungskanals 2 ist gegenüber der Auslauföffnung der Düse 3 ein Fenster 17 vorgesehen, durch das der von den Teilchen reflektierte Lichtstrom zur lichtempfindlichen Einheit 8 gelangt.

Die ganze Einrichtung ist im Raum so angeordnet, daß der Zuleitungskanal 2, der Aufnahmekanal 4 und die Innenflächen der Düse 3 in Strömun<;srichtung abwärts geneigt sind.

Der Kegelwinkel der Düse 3 ist zur Geringhaltung der Strömungsverluste klein anzunehmen, aber nicht kleiner als der Konvergcrzwinkel des »Sehstrahls« der lichtempfindlichen Einheit 8.

Die in F^;g. 2 schematisch gezeigte Einrichtung zum Messen des Fremdteilchengehalts von Flüssigkeiten unterscheidet sich von der in Fig. I dargestellten Ausbildung dadurch, daß der Aufnahmekanal 4 senkrecht angeordnet ist und von unten nach oben durchströmt wird; die Düse 3 sit?t im unteren Teil des Aufnahmekanals 4.

Im Betrieb der beschriebenen Einrichtung wird die zu prüfende Flüssigkeit durch den Zuleitungskanal 2 und die Düse 3 in den Aufnahmekanal 4 gepumpt, in dem sich der Freistrahl 16 ausbildet. Im ringförmig um den Frcistrahi 16 liegenden Totwasserraum 18 entstehen, wie durch Pfeile angedeutet, torusförmige Wirbel, die durch die aufgrund der Flüssigkeitsviskosität wirkenden Reibkriifle /wischen dem Frcistrahl 16 und der Flüssigkeit im Totwa>?"naum 18 aufrechterhalten werden. Zwischen Raum 18 und Strahl 16 findet ein Flüssigkeitsaustausch statt, jedoch erst stromabwärts in einiger Entfernung von der Düse 3 dor·, wo der sich ausbreitende Strahl 16 die Wände des Aufnahmekanais ί 4 erreicht.

Infolge des sehr kleinen Volumens des Raumes 18 und

des erwähnten Austausches erfolgt eine schnelle Entgasung des Raumes 18 (Entfernen der Gasbläschen).

Der Durchmesser des Lichtstromes vom Beleuch-

i'i tungsgerät 7 muß im Schnittpunkt mit dem Freistrahl 16 etwas größer als dessen Durchmesser sein, um ein Durchströmen von Teilchen außerhalb des beleuchteten Bereiches zu vermeiden.

Die in der Prüfflüssigkeit dispergierten Schmutzteil-

i) chen bewirken beim Durchströmen des beleuchteten Bereichs je nach ihrer Oberflächenbeschaffenheit eine diffuse Reflexion. Das auf diese Weise von ihnen ausgehende gestreute Licht gelangt von seinem Ausgangspunkt unmittelbar an der Auslauföffnung der

2« Düse 3 zu einem Teil, der durch den vom Kegel der Düse 3 gebildeten Raumwinkel bes'immt wird, durch das Fenster 17. die Linsen 13 und ate Blende 14 zum lichtempfindlichen Element 15. Dieses erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal, welches in einem

r> geeigneten Anzeigegerät zur Anzeige gebracht wird.

Die Wahl des Verhältnisses zwischen dem Durchmesser der Düse 3 und dem Durchmesser des Aufnahmekanals 4 im Bereich von V₄ bis 'Λ wird durch folgende Überlegungen bestimmt:

i^(l Eine Verminderung des Durchmessers D des Aufnahmekanals 4 bei aufrechterhaltenem Durchmesser d der Düse führt zu einer Vergrößerung der Einrichtungs-Empfindlichkeit, und zwar infolge Verminderung der Dicke der durchleuchteten Flüssigkeits-

i"· schicht. Außerdem werden die Bedingungen für die Entgasung (Entfernen der Gasbläschen) infolge der Verminderung des Totwasserraumes 18 verbessert.

Andererseits aber bringt eine Verminderung des Durchmessers D des Aufnahmekanals 4 dessen Wände

^w näher an die Düse 3 und hiermit an den Eingang in die lichtempfindliche Einheit 8, sowie auch die durchsichtigen Fenster 5 und 6 näher aneinander, weshalb das durch die Fläche dieser Fenster zerstreute Licht eine Erhöhung des Rauschpegels, d. h. eine Senkung der

^:i Empfindlichkeit bewirkt.

Das vorgeschlagene Verhältnis zwischen den Durchmessern Jund Dder Düse 3 bzw.des Aufnahmekanals 4 berücksichtigt die vorstehend genannten Umstände.
Die in F i g. 1 gewählte Anordnung der Kanäle 2 und 4

" sowie der Innenflächen der Düse 3 mit einer Abwärtsneigung in Strömungsrichtung der Dispersion begünstigt ein schnelles Entfernen von sich aus der Flüssigkeit eventuell niederschlagenden Teilchen duren den Flüssigkeitsstrom selbst. Dadurch wird eine

'■ Verschmutzung der Kanäle verhindert, die die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigen würde. Das Fenster 17 befindet sich oberhalb des durchfließenden Dispersionsstroms, so daß auch ein Niederschlag von Teilchen auf seine Fläche und die hierdurch drohende Verminde-

"" rung der Empfindlichkeit verhindert werden.

Die genannten Vorteile der Ausbildung gemäß F i g. I sind bei .Strömtingsunterbrcehungen von besonderer Bedeutung, weil es zum Ausfällen von Teilchen hauptsächlich während solcher Unterbrechungen des Pumpens der Flüssigkeit kommt. Periodische Unterbrechungen des Durchpu'.npens· der Prüfflüssigkcit sind bei der Messung von Flüssigkeilen erforderlich, in denen Gasbläschen (l.uftbläschen) vorhanden sind. Hs muß

dann vor dem Kontrollieren im Stillstund du*: Kntwei- dieser Ausbildung der Kinriehtung verläuft in ähnlicher

chen der Gasbläschen abgewartet werden, weil diese Weise, wie der oben beschriebene; jetloch werden hier

sonst als Teilchen registriert würden. die Kanüle 2 und 4 und die Düse 3 schneller entlüftet, da

Die in F ig. 2 dargestellte Bauart dient zur Kontrolle die Richtung der Auftriebskraft von Luft- b/w.

einer ununterbrochen durchgepiunpten Flüssigkeit, die · Gasbliischen mit der Richtung ties Flüssigkeitsstromes

keine Gasbla.schen-Kinsehlui.se aufweist. Der Betrieb zusammenfällt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Messung von Anzahl und Größe der in einer Flüssigkeit dispergierten Teilchen mit einem Zuleitungskanal, der in einen > Aufnahmekanal mündet, welcher Fenster einerseits zum Durchlassen des Lichtstromes eines Beleuchtungsgerätes durch die in ihm strömende Dispersion, wobei die optische Achse des Beleuchtungsgeräts wenigstens etwa rechtwinklig zur Achse des "> Dispersionsstroms liegt und andererseits für eine lichtempfindliche Einheit zur Aufnahme des von den Teilchen gestreuten Lichtes aufweist, die so angeordnet ist, daß ihre optische Achse durch den Schnittpunkt der Achse des Dispersionsstroms mit der optischen Achse des Beleuchtungsgerätes geht, dadurch gekennzeichnet, daß