Wie funktioniert ein Prozessphotometer?

Hardware - das Grundprinzip

Das Prozessphotometer Modell DCP007 zur Farb- und Konzentrationsmessung besteht aus drei Komponenten:

1. Steuergerät / Transmitter

Dieses Steuergerät enthält alle für den Betrieb des Systems erforderlichen elektrischen und elektronischen Komponenten inkl. der Lichtquelle und dem Detektor.

2. Messzelle

Die Inline Messzelle oder auch Durchflussmesskammer, die in den Prozess eingebaut wird.

3. Die Lichtleiter

Optischer Lichtleiterkabelsatz für den Einsatz in der rauen Industrieumgebung zur Verbindung des Transmitters mit der Messzelle. Die Abbildung zeigt eine Edelstahlmesszelle Nennweite DN25, mit edelstahlummanteltem Lichtleiterkabelsatz

 

Schematischer Aufbau der Messung

 

 

Das Messprinzip

Das Prozessphotometer DCP007 misst zwei Wellenlängen. 

Primäre Wellenlänge

Die primäre, absorbierende Wellenlänge (Lichtquellein Kombination mit dem Referenzdetektor und dem Filter) ermöglicht die Messung der jeweiligen Konzentration bzw. Substanz

Referenzwellenlänge

Die Referenzwellenlänge (Lichtquelle in Kombination mit dem Referenzdetektor und dem Filter) dient der Verrechnung mit dem Messsignal und wird von der Absorption des Prozessmediums nicht beeinflusst. Zusätzlich kann das Prozessphotometer auftretende Beläge auf den optischen Fenstern, Trübung als auch Luft- und Gasblasen erkennen und kompensieren.

Kalibrierung

Um eine dauerhaft zuverlässige Messung garantieren zu können, muss das Prozessphotometer kalibriert werden. Idealerweise erfolgt dies mit Proben direkt aus dem Prozess des Kunden, in denen die Konzentrationen bereits bekannt sind, bspw. durch gravimetrische Vermessung, Tritation (Karl-Fischer) oder anderen Methoden. Aus diesen Werten ergibt sich eine Kennlinie (Linearfunktion, Polynomfunktion oder abschnittsweise lineare Funktion) die innerhalb des Messbereiches der gesuchten physikalischen Größe zugeordnet weden kann. Die Eingabe der Messwerte erfolgt direkt an der Auswerteeinheit oder über einen Webbrowser auf der Web-Oberfläche des Prozessphotometers.

Messung mittels Lichtleiterkabeln

Die Lichtleiter dienen zur Übertragung eines fokussierten Lichtstrahles von der Lichtquelle in die Probe der zu messenden Flüssigkeit und wieder heraus zu dem Photo-Detektor. Ein 2. Photo-Detektor, der direkt an der Lichtquelle angebracht ist, dient zur Kompensation der Alterung der Lichtquelle oder von Temperatureinflüssen auf dieselbe. Die dadurch erreichten Messergebnisse sind äußerst präzise, langzeitstabil und praktisch driftfrei. Die Kalibrierung wird so über lange Zeiträume beibehalten.

Die Physik hinter der Messung

Die Absorption oder Abschwächung des übertragenen Lichts durch Substanzen in der Prozessflüssigkeit wird mathematisch durch das Beer-Lambertsche Gesetz beschrieben. Durch Ansatz des Beer-Lambertschen Gesetzes (s. unten) kann die Konzentration einer Substanz in einer Trägerflüssigkeit wie folgt berechnet werden.

A = log (I0/I) = ε * l * c

c = A * a

Wobei:

A = Absorption (Abschwächung) 

I = Intensität des durchgeführten Lichts mit Probemedium

I0 = Intensität der primären Lichtquelle (ohne Probemedium / Null)

ε = Molekularer Absorptionskoeffizient

l = Optische Pfadlänge

a = Kalibrierkonstane

c = Konzentration der zu messenden Substanz

Fazit

Das Photometer DCP007 ist ein ideales Gerät zum Einsatz unter industriellen Bedingungen.

Es zeichnet sich durch seine leichte Bedienung, die hohe Langzeitstabilität und Wartungsfreiheit aus.