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Vorrichtung zum meßtechnischen Erfassen von in einer Flüssig-
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keit enthaltenen Stoffen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum meßtechnischen
Erfassen von in einer Flüssigkeit enthaltenen Stoffen, insbesondere von Öl in wässrigen
Flüssigkeiten, unter Ausnutzung der stoffabhängigen Fluoreszenz der Flüssigkeit,
mit mindestens einem ersten Lichtleiter, der sich von einem Gehäuse mit einer Lichtquelle
für ultraviolettes Licht bis zur Meßstelle erstreckt, sowie mit wenigstens einem
zweiten Lichtleiter, der die Meßstelle mit einem lichtempfindlichen Detektor lichtleitend
verbindet.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art befinden sich die Lichtquelle
und der lichtempfindliche Detektor jeweils in eigenen, voneinander getrennten Gehäusen,
von denen die als Glasfaserbündel ausgebildeten Lichtleiter ausgehen. Die gehäusefernen
Enden der Lichtleiter sind in einem Meßkopf zusammengefaßt, der mit der Meßflüssigkeit
in Berührung gebracht werden kann. Diese bekannte Vorrichtung ist wegen der Vielzahl
von einzelnen, voneinander getrennten Bauelementen für Betriebsmessungen kaum geeignet.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art in kompakter Bauform anzugeben, die für Betriebsmessungen
geeignet ist. Darüber hinaus soll sich die Vorrichtung auf einfache Weise an die
verschiedensten Meßaufgaben anpassen lassen, in ihrem Aufbau unkompliziert und daher
preisgünstig herzustellen sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nun darin, daß die nebeneinander
verlaufenden Lichtleiter und der sich am gehäusenahen Ende des zweiten Lichtleiters
befindende Detektor in einem gemeinsamen Schutzrohr angeordnet sind, dessen eines
Ende im Gehäuse der Lichtquelle vorzugsweise lösbar befestigt ist. Die Vorrichtung
besteht also im wesentlichen aus einem Gehäuse und einem daran befestigbaren, die
Lichtleiter sowie den lichtempfindlichen Detektor enthaltenden Schutzrohr.
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Hierdurch ist es möglich, durch das Bereithalten von verschieden ausgerüsteten
Schutzrohren, z.B. bezüglich der Länge und/oder Form, eine an verschiedene Meßaufgaben
schnell und leicht anpaßbare Meßvorrichtung zusammenzustellen.
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Durch die Anordnung der nebeneinandev, insbesondere äquidistant verlaufenden
Lichtleiter, die vorzugsweise aus ggf.
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geraden Querzglasstäben bestehen, in einem gemeinsamen Schutzrohr
ist ein sicherer Abschluß der Vorrichtung nach außen gegeben. Hierbei kann durch
die Auswahl des Schutzrohrmaterials den gestellten Meßaufgaben Rechnung getragen
werden, z.B. bezüglich auftretender Temperaturen oder vorhandener Korrosionsgefahr.
Je nach Anwendungsfall kann daher das Schutzrohr z.B. aus keramischem Material bestehen,
in den meisten Fällen wird man jedoch ein metallisches Schutzrohr bevorzugen.
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Um nun eine stabile Befestigung der Lichtleiter im Schutzrohr zu erhalten,
bewährte es sich, daß das Schutzrohr einen das gehäuse ferne Ende abschließenden
ersten Einsatz und einen mit geringem Abstand vor dem gehäusenahen Ende im Schutzrohr
angeordneten zweiten Einsatz aufweist, die beide Öffnungen aufweisen, in denen die
Licht leiter eingesetzt und gehalten sind.
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Vorteilhaft endet der erste Lichtleiter mit seinem gehäusenahen Ende
etwa bündig mit dem Schutzrohr, wogegen sich das gehäusenahe Ende des zweiten Licht
leiters im zweiten Einsatz befindet und mit eimer topfförmigen, den lichtempfindlichen
Detektor aufnehmenden Hülse versehen ist.
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Hierdurch wird ein guter Anschluß der Lichtleiter an die im Gehäuse
angeordnete Lichtquelle sowie an den sich im Schutzrohr befindlichen, lichtempfindlichen
Detektor erzielt.
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Eine einfache und schnell lösbare Befestigung des Schutzrohres am
Gehäuse ist dann gegeben, falls das hneisringzylindrisch ausgebildete Schutzrohr
in einer Gewindebohrung des Gehäuses gehalten ist mittels eines elastischen Ringes,
der in den Spalt zwischen Schutzrohr und Gewindebohrung durch einen Gewindering
gepreßt ist.
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Um nun den Aufbau und die Wartung weiter zu vereinfachen, ist es vorteilhaft,
wenn das Gehäuse zylinderförmig ausgebildet und quer zur Längsachse in ein Oberteil
und ein Unterteil geteilt und mittels einer ftberwurfmutter zusammengehalten ist,
wobei an der Stirnseite des Unterteils die Gewindebohrung angeordnet ist und das
Oberteil die Lichtquelle aufweist.
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Hierbei kann eine besonders bewährte Ausgestaltung der Erfindung darin
bestehen, daß im Unterteil eine vom Boden der Gewindebohrung ausgehende, sich in
Richtung Oberteil kegelft'rmig erweiternde Aussparung angeordnet ist, die mit dem
gehäusenahen Ende des ersten Lichtleiters fluchtet und an die sich im Oberteil ein
sich kegelförmig verjüngender Lampenraum fluchtend anschließt, wobei zwischen der
Aussparung und dem Lampenraum im Bereich der Trennstelle zwischen Ober- und Unterteil
ein Ultraviolett-Filter eingesetzt ist.
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Da Intentsitätsschwankungen der Lichtquelle zu Meßwertverfälschungen
führen können, ist es empfehlenswert, wenn die Aussparung ein zu einem lichtempfindlichen
Referenzdetektor führendes Fenster aufweist. Hierdurch kann die Intensität der Lichtquelle
erfaßt werden und durch Bildung eines Signals aus dem Quotienten zwischen dem Signal
des lichtempfindlichen Referenzdetektors und dem Signal des lichtempfindlichen Detektors
ist jeglicher Einfluß von Intensitätsschwankungen der Lichtquelle auf das Meßsignal
kompensierbar.
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Eine einfache Anordnung des Referenzdetektors ergibt sich dann, wenn
die Höhle des Fensters etwa senkrecht zur kegelförmigen Wand bis zum Außenraum führend
angeordnet ist und der Referenzdetektor in einer in der Höhle gelagerten Aufnahmehülse
befestigt ist.
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Zur einfachen elektrischen Verdrahtung bewährte es sich, wenn ein
das Oberteil durchdringender und im Unterteil bis zur Höhle reichender Längskanal
vorgesehen ist, an den sich ein zum gehäusenahen Ende des zweiten Lichtleiters führender
Kanal des Unterteils anschließt.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der schematischen Zeichnung hervor,
die einen axialen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Meßvorrichtung im wesentlichen
zwei Baugruppen auf, nämlich das Gehäuse 10 und das daran lösbar befestigte Schutzrohr
12 mit den im Inneren angeordneten Elementen. Das Schutzrohr 12 ist gerade und ringzylindrisch
ausgebildet und an seinem gehäusefernen Ende 14 mit einem scheibenförmigen ersten
Einsatz 16 verschlossen, der etwa bündig mit dem Schutzrohr 12 endet.
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Mit einem geringem Abstand, der ungefähr der zwei- bis fünffachen
Wanddicke des Schutzrohres 12 entspricht, ist vom gehäusenahen Ende 18 des Schutzrohres
entfernt ein scheibenförmiger zweiter Einsatz 20 im Schutzrohr befestigt.
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Die Dicke des zweiten Einsatzes ist ungefähr gleich der drei- bis
fünffachen Wandstärke des ScHutzrohres 12, der erste Einsatz 16 ist etwas dünner
(ein- bis zweifache Wandstärke des Schutzrohres).
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In den Einsätzen 16 und 20 sind Jeweils miteinander fluchtende Öffnungen
22 vorgesehen, in denen der erste Lichtleiter 24 und der zweite Licht leiter 26
geführt und gehalten ist. Die Lichtleiter sind als gerade Quarzglasstäbe von kreisförmigem
Querschnitt ausgebildet. Der erste Lichtleiter 24 erstreckt sich hierbei über die
gesamte Länge des Schutzrohres 12, der zweite Lichtleiter 26 endet dagegen ungefähr
in der Hälfte der Dicke des zweiten Einsatzes 20, sein gehäusefernes Ende erstreckt
sich jedoch bis zum Ende des Schutzrohres, beide Lichtleiter 24, 26 enden hier etwa
in einer Ebene. An den zweiten Lichtleiter 26 schließt sich
der
Boden einer topfförmigen Hülse 28 an. Der Boden weist hierbei im Bereich der Anschlußstelle
eine Öffnung 30 auf für den Durchtritt des Lichtes zu dem in der Hülse 28 angeordneten,
lichtempfindlichen Detektor 32. Die axiale Länge der Hülse 28 ist so gewählt, daß
die Hülse 28 das gehäuse-18 nahe Ende des Schutzrohres 12 nicht erreicht.
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Das Gehäuse 10 weist einen etwa zylindrischen Umriß auf und ist quer
zu seiner Längsachse in ein Unterteil 34 und ein Oberteil 36 aufgeteilt. Oberteil
und Unterteil weisen etwa die gleiche axiale Länge auf und sind mittels einer Überwurfmutter
38, die mit einem Gewinde 40 des Oberteils und einem Bund 42 des Unterteils zusammenarbeitet,
miteinander verbunden.
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An der freien Stirnseite 44 des Unterteils ist eine Gewindebohrung
46 vorgesehen, in welcher das Schutzrohr 12 endet.
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Zur Zentrierung des Schutzrohres 12 ist in den Ringspalt zwischen
Schutzrohr 12 und Gewindebohrung 46 ein Zentrierring 48 am Grund 58 der Gewindebohrung
angeordnet. An diesen Zentrierring 48 schließt sich in axialer Richtung ein elastischer
Ring 50, z.B. aus Gummi, an. Auf diesen elastischen Ring 50 drückt unter Zwischenschaltung
einer Unterlegscheibe 52 ein Gewindering 54, der in die Gewindebohrung46 eingreift.
Hierdurch wird der elastische Ring 50 in radialer Richtung verformt, so daß dieser
das Schutzrohr 12 festklemmt. Für den Wechsel des Schutzrohres ist lediglich der
Gewindering 54 etwas aus der Gewindebohrung 46 heraus zu drehen, wodurch die Verformung
des elastischen Ringes 50 zurückgeht und das Schutzrohr 12 leicht entfernt oder
ausgewechselt werden kann.
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Im Unterteil 34 ist eine sich zum Oberteil kegelförmig erweiternde
Aussparung 56 angeordnet, die vom Grund 58 der Gewindebohrung ausgeht und sich zum
Oberteil 36 hin erweitert. Hierbei ist das enge Ende dieser Aussparung 56 auf den
Querschnitt des ersten Licht leiters 24 abgestimmt und fluchtet mit diesem. Das
andere Ende der Aussparung 56 liegt ungefähr im Bereich der Trennstelle zwischen
Oberteil und Unterteil und ist mit einem scheibenförmigen Filter 60 für ultraviolettes
Licht verschlossen, das zwischen Oberteil 36 und Unterteil 34 unter Zwischenschaltung
von Dichtringen eingeklemmt ist.
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Im Oberteil 36 schließt sich an das Filter 60 ein sich kegelförmig
verjüngender Lampenraum 62 an, in dem eine Lampe 64 angeordnet ist. Diese ist hierbei
in einer Fassung 66 befestigt, die in einer Ausnehmung 68 des Oberteils lösbar befestigt
ist.
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Die kegelförmige Wand der AussparunS weist ein Fenster 70 auf, das
zu einem lichtempfindlichen Referenzdetektor 72 führt, der in einer topfförmigen
Aufnahmehülse 74 mit offenem Boden gelagert ist. Die Aufnahmehülse 74 selbst ist
in der im Unterteil 34 ausgesparten Höhle 76 des Fensters gegen eine Stufe gedrückt
und lösbar befestigt. An diese Höhle 76 ist ein Längskanal 78 in Form einer Bohrung
angeschlossen, welcher das Unterteil und das Oberteil etwa parallel zur Längsachse
der Vorrichtung durchdringt. Ferner ist noch ein geneigt zur Längsachse verlaufender
Kanal 80, z.B. als Bohrung vorgesehen, der zu der am gehäusenahen Ende 18 des zweiten
Lichtleiters 26 angeordneten Hülse 28 führt. Der Kanal 80 und der Längskanal 78
dienen hierbei zur Aufnahme der elektrischen Leitungen, mit denen der Detektor 32
und der Referenzdetektor 72 an zugeordnete Verstärkergeräte und Anzeigegeräte anschließbar
sind. Diese Leitungen und Geräte sind der Übersicht wegen nicht dargestellt,
Fttr
den Betrieb wird das gehäuseferne Ende 14 mit der Neßflüssigkeit in Berührung gebracht.
Das von der Lampe 64 ausgehende und durch den Filter 60 tretende Uv-Licht wird über
den an das enge Ende der Aussparung 56 angeschlossenen ersten Lichtleiter 24 zur
Neßflüssigkeit geleitet. Das in die Meßflüssigkeit abgestrahlte UV-Licht regt die
dort vorhandenen Stoffe zur Fluoreszenz an, die vom zweiten Lichtleiter 26 aufgenommen
und dem lichtempfindlichen Detektor 32 zugeleitet wird. Dieser Detektor ist so ausgewählt,
daß er unempfindlich für Licht ist, sondern lediglich auf das im sichtbaren Bereich
liegende Fluoreazenzlicht anspricht. Das vom Detektor 32 abgegebene Signal, das
in seiner Stärke der Fluoreszenz und damit dem Stoffanteil in der Flüssigkeit entspricht
oder proportional ist, wird dem nicht dargestellten Anzeige- und Verstärkergerät
zugeleitet. Gleichzeitig wird von dem Referenzdetektor 72 die Intensität jenes UV-Lichtes
gemessen, das dem ersten Lichtleiter 24 zugeführt wird. Dieser Referenzdetektor
erfaßt somit Intensitätsschwankungen, die z. B. durch Alterung der Lampe 64 hervorgerufen
werden können. Benutzt man jedoch als Meßsignal die Differenz oder den Quotienten
aus den Signalen, die von dem Referenzdetektor 72 und dem Detektor 32 geliefert
werden, so heben sich diese Intensitätsschwankungen auf und das Meßergebnis ist
unverfälscht.
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Durch Lösen des Gewinderinges 54 kann auf einfache Weise das Schutzrohr
12 samt den darin angeordneten Elementen vom Gehäuse 10 entfernt und ggf. gegen
ein anderes z.B. mit anderer Form (gekrümmt) und/oder anderer Länge ausgetauscht
werden. Auf diese Weise sind mit geringen technischem Aufwand eine Vielzahl von
Meßaufgaben zu bewältigen. Da das Gehäuse und ggf. auch das Schutzrohr 12 vorzugsweise
aus Metall bestehen, sind fast unbeschränkte Möglichkeiten für die Befestigung der
Vorrichtung am Meßort gegeben.
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L e e r s e i t e