DE29800213U1 - Device for calibration and calibration control for photometer process measurement technology - Google Patents
Device for calibration and calibration control for photometer process measurement technologyInfo
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Description
VORRICHUNG ZUM KALIBRIEREN UND ZUR KALIBRIERKONTROLLE FÜR PHOTOMETER-PROZESSMESSTECHNIKCALIBRATION AND CALIBRATION CONTROL DEVICE FOR PHOTOMETER PROCESS MEASUREMENT TECHNOLOGY
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Kalibrierkontrolle und/oder Nachkalibrierung von photometrisch arbeitenden Meßgeräten nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The invention relates to a device for automatic calibration control and/or recalibration of photometric measuring devices according to the preamble of claim 1.
Vorrichtungen zur automatischen Kalibrierkontrolle und/oder Nachkalibrierung von photometrisch arbeitenden Meßgeräten sowie Photometermeßeinrichtungen sind grundsätzlich bekannt. Sie sind zum Beispiel beschrieben in Beck, Viebahn-Hänsler Ozon-Handbuch, Kapitel 2.3.2 "Photometrische Verfahren (UV+VIS)" von F. Wallner beschrieben. Eine derartige Vorrichtung besteht grundsätzlich aus einer Lichtquelle, einer Meßküvette, einem Photosensor mit elektronischer Signalaufbereitung und der zugehörigen Elektronik.Devices for automatic calibration control and/or recalibration of photometric measuring devices and photometer measuring devices are generally known. They are described, for example, in Beck, Viebahn-Hänsler Ozone Handbook, Chapter 2.3.2 "Photometric Methods (UV+VIS)" by F. Wallner. Such a device basically consists of a light source, a measuring cuvette, a photosensor with electronic signal processing and the associated electronics.
Der Aufbau von bekannten Photometern ist zum Beispiel in dem Buch von Prof. Dr. H. Kronmüller und Dr. B. Zehner, Universität Karlsruhe, Schnäcker-Verlag Karlsruhe 1980, beschrieben und dargestellt. In dem Kapitel 5.4 Beispiele für technische Photometer ist auf Seite 267, Absatz 4, Zeilen 6 bis 11 ausgeführt, daß die Messung jedoch durch deformierende Störergrößen wie Änderungen der Strahlerleistung oder der Photozellenempfindlichkeit beeinträchtigt werden kann. Der Nullpunkt wird elektrisch justiert. Zur Kontrolle der Empfindlichkeit in größeren Zeitabständen dient eine Justierblende. Mit ihr kann eine definierte Strahlabschwächung im Meßstrahlengang hergestellt werden. Dabei sitzt für den spektralen Vergleich für die jeweils gewählten Wellenlängenbereiche ein Filter F„, Fv in den beiden geteilten Lichtströmen. EinThe structure of known photometers is described and illustrated, for example, in the book by Prof. Dr. H. Kronmüller and Dr. B. Zehner, University of Karlsruhe, Schnäcker-Verlag Karlsruhe 1980. In chapter 5.4 Examples of technical photometers, on page 267, paragraph 4, lines 6 to 11, it is stated that the measurement can be affected by deforming interference variables such as changes in the emitter power or the photocell sensitivity. The zero point is adjusted electrically. An adjustment diaphragm is used to check the sensitivity at longer time intervals. This can be used to create a defined beam attenuation in the measuring beam path. A filter F”, F v is placed in the two divided light streams for the spectral comparison for the selected wavelength ranges. A
Blendenrad gibt abwechselnd Strahlung der Wellenlänge &lgr;&Mgr; und &lgr;&ngr; in die hier vor dem vor dem Empfänger sitzende Meßküvette. Die bekannten Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß das Auswechseln der Filter kompliziert ist.The aperture wheel alternately emits radiation of wavelengths λ �Mgr; and λ vngr; into the measuring cuvette located in front of the receiver. However, the known devices have the disadvantage that exchanging the filters is complicated.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Mechanik für die optischen Filter einer Vorrichtung zur Kalibrierkontrolle und/oder Nachkalibrierung von photometrisch arbeitenden Meßgeräten zu schaffen, die eine einfache Zuführung eines oder mehrerer optischer Filter automatisch oder durch Tastendruck ermöglicht.The invention is therefore based on the object of creating an improved mechanism for the optical filters of a device for calibration control and/or recalibration of photometric measuring devices, which enables a simple feeding of one or more optical filters automatically or by pressing a button.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 charakterisiert.The solution to the problem according to the invention is characterized in the characterizing part of claim 1.
Weitere Lösungen der Aufgabe bzw. Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstands sind in den Kennzeichen der Schutzansprüche 2 bis 13 charakterisiert.Further solutions to the problem or embodiments of the subject matter of the invention are characterized in the features of claims 2 to 13.
Die Filter sind dabei in einem verschiebbaren, schlittenartigen Teil aus einem Material untergebracht, das in einer gekapselten Bahn des Gehäuses aus anderem Material hin und her gleitend angeordnet ist. Die mechanische Betätigung bzw. der Antrieb erfolgt zum Beispiel durch einen Gasdruckzylinder, der zum Beispiel vom Spülgas der Küvette angetrieben werden kann oder durch einen Elektromagnet bzw.' einen Schrittschaltmotor. Durch den Schlitten, der gleichzeitig die Aufnahme für die optischen Filter ist, werden ein Lichtdurchlaß oder ein oder mehrere optische Filter in die Meßstrecke des Photometers eingebracht. Dadurch erfolgt eine Verdunkelung, die auf dem Display eines Meßgerätes dann als simulierter Wert erscheint und/oder als Rechenwert von einem Rechner erfaßt werden kann, wobei alle in Zukunft auftretenden Abweichungen von diesem Wert einen Meßfehler des MeßgerätesThe filters are housed in a movable, slide-like part made of one material, which is arranged to slide back and forth in an encapsulated track of the housing made of another material. The mechanical actuation or drive is carried out, for example, by a gas pressure cylinder, which can be driven, for example, by the purge gas from the cuvette, or by an electromagnet or a stepping motor. A light passage or one or more optical filters are introduced into the measuring section of the photometer through the slide, which is also the holder for the optical filters. This causes a darkening, which then appears on the display of a measuring device as a simulated value and/or can be recorded as a calculated value by a computer, whereby all deviations from this value that occur in the future represent a measurement error of the measuring device.
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bedeuten. Besondere Ansprüche an die Genauigkeit der Filter sind so nicht gegeben, weil mit dieser Methode nicht geeicht wird, aber eine Kontrolle über das Meßverhalten von Photometern präzise erfolgt. Mit entsprechender Mikroprozessortechnik kann zusätzlich ein Korrekturfaktor errechnet und so das Meßgerät nachkalibriert werden. Durch die Anwendung eines Mikroprozessors wird hier auch eine vollautomatische Nachkalibrierung möglich. Durch eine staub- und lichtgeschützte Ausführung des Gehäuses für die Filterwechsel-Mechanik wird außerdem die Zuverlässigkeit der Kontrolle gewährleistet. Die jeweilige Grundstellung des Filters wird durch eine Feder gewährleistet, die den Schlitten in der Grundstellung hält. In der Grundstellung, das ist der Meßzustand des jeweiligen Meßgerätes bzw. Photometers, ist eine Öffnung bzw. ein Ausbruch als Lichtdurchlaß im Schlitten so angeordnet, daß das Meßlicht direkt hindurch auf einen Photosensor fällt bzw. gebracht wird. Durch die beschriebene Konstruktion ist es möglich, eine mechanisch sehr kleine und präzise Vorrichtung zum automatischen Bewegen eines oder mehrerer optischer Filter für photometrische Meßgeräte zu schaffen. Die Vorrichtung ist darüberhinaus wartungsarm, im praktischen Einsatz funktionssicher und die Filter sind leicht austauschbar.There are no special requirements for the accuracy of the filters because this method is not calibrated, but the measuring behavior of photometers is precisely controlled. With appropriate microprocessor technology, a correction factor can also be calculated and the measuring device can be recalibrated. The use of a microprocessor also makes fully automatic recalibration possible. The housing for the filter change mechanism is protected from dust and light, which also ensures the reliability of the control. The respective basic position of the filter is guaranteed by a spring that holds the slide in the basic position. In the basic position, which is the measuring state of the respective measuring device or photometer, an opening or a breakout as a light passage is arranged in the slide so that the measuring light falls or is brought directly through it onto a photosensor. The construction described makes it possible to create a mechanically very small and precise device for automatically moving one or more optical filters for photometric measuring devices. The device is also low-maintenance, reliable in practical use and the filters are easy to replace.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Schutzansprüchen und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und Bezugszeichen verwendet.The invention is described in more detail below using embodiments shown in the drawing. In the description, in the claims and in the drawing, the terms and reference symbols used in the list of reference symbols below are used.
In der Zeichnung bedeuten:In the drawing:
Fig. 1 ein prinzipieller Aufbau einer Photometer-Meßeinrichtung mit Schlitten in Ausgangsstellung;Fig. 1 a basic structure of a photometer measuring device with slide in starting position;
Fig. 2 die Meßvorrichtung nach Fig. 1 mit verschobenen Schlitten;Fig. 2 shows the measuring device according to Fig. 1 with displaced slides;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch eine Mechanik zur Plazierung eines oder mehrerer optischer Filter;Fig. 3 is a sectional view of a mechanism for placing one or more optical filters;
Fig. 4 die Draufsicht der Vorrichtung nach Fig. 3 undFig. 4 is a top view of the device according to Fig. 3 and
Fig. 5 eine Vorrichtung nach Fig. 5 mit einem als Elektromagnet ausgeführten Antrieb.Fig. 5 a device according to Fig. 5 with a drive designed as an electromagnet.
In Fig. 1 ist eine Photometer-Meßeinrichtung dargestellt, die aus einer Lichtquelle 1, einer Meßküvette 2, einem Photosensor 3, einem Schlitten 4 zur Aufnahme optischer Filter, einem optischen Filter 5, einem Lichtdurchlaß 6 und einer Bewegungsmechanik bzw. einem Antrieb 7, hier schematisch dargestellt durch einen Pfeil, besteht. In der Meßküvette 2 befindet sich das zu messende Gas bzw. Gasgemisch, wie zum Beispiel Ozon. Auf die Meßküvette 2 aufgesetzt und verschraubt ist die Bewegungsraechanik bzw. der Antrieb 7 und der Schlitten 4 zur Aufnahme optischer Filter 5 in einem hier nicht dargestellten Gehäuse. Der Schlitten 4 hat neben den Öffnungen zur Aufnahme der optischen Filter 5 einen Lichtdurchlaß 6, der zum Beispiel als kreisrunde Öffnung ausgeführt ist. Oberhalb des Schlittens 4 ist ein Photosensor mit Signalaufbereitung 3 angeordnet.Fig. 1 shows a photometer measuring device which consists of a light source 1, a measuring cuvette 2, a photosensor 3, a slide 4 for holding optical filters, an optical filter 5, a light passage 6 and a movement mechanism or a drive 7, shown schematically here by an arrow. The gas or gas mixture to be measured, such as ozone, is located in the measuring cuvette 2. The movement mechanism or the drive 7 and the slide 4 for holding optical filters 5 are placed and screwed onto the measuring cuvette 2 in a housing not shown here. In addition to the openings for holding the optical filters 5, the slide 4 has a light passage 6, which is designed as a circular opening, for example. A photosensor with signal processing 3 is arranged above the slide 4.
Im nachfolgenden wird nun die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. l beschrieben. Über die Bewegungsmechanik 7 werden ein oder mehrere optische Filter 5, die in dem Schlitten 4 zur Aufnahme der optischen Filter angeordnet sind und der Lichtdurchsatz 6 zwischen Meßküvette 2 und Photosensor 3 in die Meßstrecke des Gerätes eingebracht. Das Einbringen in die Meßstrecke ist prinzipiell in Fig. dargestellt, aus der klar hervorgeht, daß durch VerschiebenThe operation of the device according to Fig. 1 is now described below. One or more optical filters 5, which are arranged in the slide 4 for receiving the optical filters, and the light throughput 6 between the measuring cuvette 2 and the photosensor 3 are introduced into the measuring section of the device via the movement mechanism 7. The introduction into the measuring section is shown in principle in Fig., from which it is clear that by moving
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des Schlittens 4 nun nicht mehr der Lichtdurchlaß 6 in der Meßstrecke liegt, sondern ein Filter 5. Dadurch wird eine Verdunkelung erreicht, welche auf dem Display eines Meßgerätes dann als simulierter Meßwert erscheint und/oder als Rechenwert von einem Rechner gegebenenfalls erfaßt wird. Dieser simulierte Meßwert wird bei Ersteinstellung im Herstellerwerk für das jeweilige Meßgerät ermittelt und festgehalten. Alle in Zukunft auftretenden Abweichungen von diesem Wert bedeuten Meßfehler des Meßgerätes. Besondere Ansprüche an die Genauigkeit der Filter sind nicht gegeben, weil mit dieser Methode nicht geeicht wird. Hingegen wird eine Kontrolle über das Meßverhalten von Photometern sichergestellt. Mit entsprechender Mikroprozessortechnik kann zusätzlich ein Korrekturfaktor errechnet werden und damit das Meßgerät, auch vollautomatisch, nachkalibriert werden.of the slide 4, it is no longer the light passage 6 that is in the measuring section, but a filter 5. This creates a darkening, which then appears on the display of a measuring device as a simulated measured value and/or is recorded as a calculated value by a computer if necessary. This simulated measured value is determined and recorded for the respective measuring device during initial setting in the manufacturer's factory. Any deviations from this value that occur in the future mean measuring errors in the measuring device. There are no special requirements for the accuracy of the filters, because this method is not calibrated. On the other hand, control over the measuring behavior of photometers is ensured. With appropriate microprocessor technology, a correction factor can also be calculated and the measuring device can thus be recalibrated, even fully automatically.
Für die Zuverlässigkeit der Kontrolle ist der Einbau der nachfolgend im Detail beschriebenen Filterwechselmechanik in ein weitgehend staub- und lichtgeschütztes Gehäuse wichtig. Es wird davon ausgegangen, daß sich die gesamte Optik zwischen Meßküvette 2 und Photosensor 3 nicht verändert.For the reliability of the control, it is important to install the filter change mechanism described in detail below in a housing that is largely protected from dust and light. It is assumed that the entire optics between measuring cuvette 2 and photosensor 3 do not change.
Die optischen Filter sind entsprechend der jeweiligen Meßaufgabe ausgewählt. Vor der Kalibrierkontrolle ist der Nullpunkt des Meßgerätes festgelegt.The optical filters are selected according to the respective measuring task. The zero point of the measuring device is determined before the calibration check.
Der eigentliche Meßzustand des Meßgerätes ist in Fig. 2 dargestellt. Hier wird das Meßlicht direkt durch den Lichtdurchlaß 6 in dem Schlitten 4 auf den Photosensor 3 gebracht, wo er in entsprechende elektrische Größen umgewandelt wird.The actual measuring state of the measuring device is shown in Fig. 2. Here, the measuring light is brought directly through the light passage 6 in the carriage 4 to the photosensor 3, where it is converted into corresponding electrical quantities.
In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kalibrierkontrolle und/oder zum Nachkalibrieren vonIn Fig. 3, the device according to the invention for calibration control and/or recalibration of
photometrisch arbeitenden Meßgeräten in der Vorderansicht im Schnitt prinzipiell dargestellt. Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung wird auf die hier nicht dargestellte Meßküvette gemäß den Figuren 1 und 2 aufgesetzt und, zum Beispiel durch Verschrauben, verbunden.photometric measuring devices are shown in principle in a front view in section. The device shown in Fig. 3 is placed on the measuring cuvette (not shown here) according to Figures 1 and 2 and connected, for example by screwing.
Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, besteht die Vorrichtung im wesentlichen aus einem Gehäuse 10 das staub- und lichtgeschützt ausgeführt ist. Auf dem Gehäuse befindet sich über dem Lichtdurchlaß 6 der Photosensor mit Signalaufbereitung 3. Innerhalb des Gehäuses 10 ist der Schlitten 4 zur Aufnahme der optischen Filter 5 sowie des Lichtdurchlasses 6 in zwei Richtungen beweglich angeordnet. Der Schlitten 4 zur Aufnahme der optischen Filter 5 sowie des Lichtdurchlasses 6 wird durch eine Feder 9 in einer Grundstellung gehalten. Durch den an das Gehäuse 10 angeflanschten Antrieb bzw. die angeflanschte Bewegungsmechanik 7 wird der Schlitten oder Schieber 4 mit den optischen Filtern 5 und dem Lichtdurchlaß 6 in die gewünschte Stellung gebracht. Der Antrieb bzw. die Bewegungsmechanik 7 ist hier durch einen Gasdruckzylinder realisiert. Der Gasdruckzylinder bekommt durch eine Druckgaszuführung 12 impulsweise Druckgas zugeführt, wodurch ein nicht dargestellter kleiner Kolben bewegt wird, der den Schlitten 4 in die gewünschte Stellung bringt.As can be seen from Fig. 3, the device essentially consists of a housing 10 which is protected against dust and light. The photosensor with signal processing 3 is located on the housing above the light passage 6. Inside the housing 10, the slide 4 for holding the optical filters 5 and the light passage 6 is arranged so that it can move in two directions. The slide 4 for holding the optical filters 5 and the light passage 6 is held in a basic position by a spring 9. The drive or the movement mechanism 7 flanged to the housing 10 brings the slide or slider 4 with the optical filters 5 and the light passage 6 into the desired position. The drive or the movement mechanism 7 is implemented here by a gas pressure cylinder. The gas pressure cylinder is supplied with compressed gas in pulses through a compressed gas supply 12, whereby a small piston (not shown) is moved, which brings the slide 4 into the desired position.
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In Fig. 4 ist die Vorrichtung nach Fig. 3 in der Draufsicht dargestellt, wobei insbesondere die Anordnung des Schlittens 4 mit der Aufnahme für die optischen Filter 5 und den Lichtdurchlaß 6 zu sehen ist. Die Begrenzung der Schlittenbewegung auf beiden Seiten erfolgt durch Anschläge 8. Schematisch ist wieder die Bahn 11 für den Schlitten 4 und die Feder 9 dargestellt. Die Bewegungsmechanik bzw. der Antrieb 7 mit der Druckgaszuführung 12 ist ebenfalls in Draufsicht dargestellt.In Fig. 4, the device according to Fig. 3 is shown in plan view, in particular the arrangement of the carriage 4 with the holder for the optical filters 5 and the light passage 6 can be seen. The carriage movement is limited on both sides by stops 8. The track 11 for the carriage 4 and the spring 9 is again shown schematically. The movement mechanism or the drive 7 with the compressed gas supply 12 is also shown in plan view.
Es soll noch bemerkt werden, daß der Schlitten 4 und zumindestens der Teil des Gehäuses 10, der die gekapselte Bahn 11 bildet, aus verschiedenen Materialien bestehen sollen, damit immer beste Gleitbedingungen vorliegen. Der Schlitten 4 kann zum Beispiel ein Kunststoffpressteil sein und das Gehäuse 10 kann aus Metall bestehen.It should also be noted that the slide 4 and at least the part of the housing 10 that forms the encapsulated track 11 should be made of different materials so that the best sliding conditions are always present. The slide 4 can, for example, be a plastic molded part and the housing 10 can be made of metal.
In Fig. 5 ist wiederum die Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen, wobei insbesondere die Bewegungsmechanik 7, der Schlitten 4 mit einem optischen Filter 5 und dem Lichtdurchlaß 6 sowie der Bahn 11 für den Schlitten 4 zu sehen sind. Der Schlitten 4 wird auch hier wieder von einer Feder 9 in einer Grundstellung gehalten. Der eigentliche Antrieb erfolgt hier über einen Magneten 13, der durch eine Übertragungsmechanik 14 mit der eigentlichen Bewegungsmechanik 7 kraftschlüssig verbunden ist. Anstelle des Magnetantriebs könnten allerdings auch noch andere bekannte Antriebsquellen, wie zum Beispiel ein Schrittschaltmotor, dienen. Außerdem ist es durchaus möglich, anstelle des nur einen Filters 5 mehrere Filter in der Aufnahme bzw. in dem Schlitten 4 anzuordnen. Als Filtermaterialien eignen sich zum Beispiel Glas oder Quarz. Die Filter 5 werden als runde kleine Plättchen in die entsprechenden Öffnungen des Schlittens 4 eingelegt und sind leicht bei Bedarf von Hand auswechselbar. Das Druckgas zur Betätigung für die Bewegungsmechanik dient gleichzeitig zum Spülen der Vorrichtung.In Fig. 5, the top view of the device according to the invention can be seen, in particular the movement mechanism 7, the carriage 4 with an optical filter 5 and the light passage 6 as well as the track 11 for the carriage 4 can be seen. The carriage 4 is again held in a basic position by a spring 9. The actual drive here is via a magnet 13, which is connected to the actual movement mechanism 7 by a transmission mechanism 14. However, other known drive sources, such as a stepper motor, could also be used instead of the magnetic drive. In addition, it is entirely possible to arrange several filters in the holder or in the carriage 4 instead of just one filter 5. Glass or quartz, for example, are suitable filter materials. The filters 5 are inserted as small, round plates in the corresponding openings in the carriage 4 and can easily be replaced by hand if necessary. The compressed gas used to operate the movement mechanism also serves to flush the device.
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