CN101183114A - 使用风扇将样品从工作区移至传感器的工作区分析物传感系统和方法 - Google Patents

使用风扇将样品从工作区移至传感器的工作区分析物传感系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于测量并报告工作区内大气分析物水平的系统和方法。该系统包括：(i)一个远距离放置的气体分析物传感器，(ii)一个连接到所述传感器并限定一个内腔的管道，通过所述内腔，传感器与工作区流体连通，以及(iii)一个风扇，该风扇与所述管道内腔密封地流体连通，以通过内腔将气体成分从工作区连续地移出并使之与传感器可操作地结合。该方法包括如下步骤：(a)将所述管道的远端置于工作区中，(b)开启风扇，以将气体成分通过所述管道从工作区连续地移出并使之与传感器可操作地结合，和(c)利用传感器测量并报告工作区内分析物的水平。

Description

使用风扇将样品从工作区移至传感器的工作区分析物传感系统和方法
背景技术
[0001]工业生产中经常要求将工作区内大气分析物保持在高于或低于一定的浓度范围内。引起人们关注或关心的分析物例如是O2、CO或VOC这些典型反应分析物。一种这样的实例是食品的气调包装(MAP)，在其中进行食品包装的工作区内被充满惰性气体，例如氮气，以减少包装物内的氧气含量，并由此延长包装物品的保存期限。
[0002]工作区内分析物浓度的测量通常是通过将工作区的大气样本泵送至远处的在线分析物显示分析仪进行检测的。尽管一般情况下较为有效，但所述系统相对昂贵，经常易于产生故障，并且使用寿命短。尽管存在对所述系统进行维修和更换方面的问题，但是商业上更关注的是在阻止分析物传感系统出现故障时生产的潜在有缺陷的产品到达消费者所花费的时间和成本。甚至更关心的是有缺陷的产品到达消费者，造成对商业信誉的损害。
[0003]因此，需要一种具有延长使用年限、不昂贵但可靠的大气分析物传感系统。
发明内容
[0004]本发明的第一方面是一种用于测量并报告工作区内大气分析物水平的系统。所述系统包括：(i)远距离放置的气体分析物传感器，(ii)连接到所述传感器的管道，所述管道限定一个内腔，通过该内腔传感器与工作区流体连通，以及(iii)风扇，该风扇与所述管道的内腔流体连通，以通过内腔将气体成分从工作区连续地移出并使之与传感器可操作地结合。
[0005]本发明第一方面的一个具体实施例是一种用于测量并报告成形、填充和密封机器的工作区内的O2水平的系统。所述系统包括：(i)成形、填充和密封机器，其限定一个对环境开口的工作区，在该工作区内用产品填充包装并对包装进行密封，(ii)吹扫系统，其利用惰性气体吹扫该工作区，以降低工作区内的氧气水平，(iii)氧气传感器，其相对工作区远距离放置，(iv)管道，其连接到氧气传感器并限定一个内腔，通过该内腔氧气传感器与工作区流体连通，(v)风扇，该风扇与所述管道的内腔密封地流体连通，以将气体成分从工作区连续地移出并使之与氧气传感器可操作地结合。
[0006]本发明的第二方面是一种用于测量并报告工作区内分析物水平的方法。所述方法包括以下步骤(i)将一个与分析物传感器连接的管道的远端置于工作区中，(ii)开启与管道的内腔密封地流体连通的风扇，以将气体成分通过管道从工作区移出并使之与传感器可操作地结合，(iii)利用传感器测量并报告工作区内的分析物水平。
[0004]本发明第二方面的一个具体实施例是一种用于控制惰性气体吹扫成形、填充和密封机器的工作区的方法。所述方法包括以下步骤：(i)将一个与氧气传感器连接的管道的远端置于成形、填充和密封机器的工作区中，(ii)开启与管道的内腔密封地流体连通的风扇，以将气体成分通过管道从工作区连续地移出并使之与氧气传感器可操作地结合，(iii)用氧气传感器测量并报告工作区内的O2的水平，(iv)根据所报告的工作区内O2的水平调整进入工作区内惰性气体的流量。
附图说明
[0008]图1是本申请一个实施例的侧视图。
[0009]图2是图1中示出的本发明的风扇部分的横截面侧视图。
[0010]图3是图2中示出的本发明的风扇部分的透视图。
优选实施方式
术语
10气体分析物传感系统
20分析物传感器
30风扇
31外壳
32转子
33叶片
40管道
49管道的内腔
50工作区
60气体引入系统
61引入的气体
70流量控制阀
100微控制器
定义
[0011]包括权利要求在内的这里使用的术语“风扇”指的是一种包括至少一个转子、多个叶片和一个外壳的机器，用于以相对低的压差传送气体，其中叶片没有与外壳密封接合。
描述
解释
[0012]本发明的气体分析物系统10能有效地测量工作区50内的气体分析物浓度。通常关注的分析物具体地但不排它地包括二氧化碳、一氧化碳、氧气、臭氧、水蒸气以及挥发性的有机化合物，如丙烷、苯、甲苯、甲醇等。
[0013]参考图1，本发明中的气体分析物系统10与普通的工作区50流体连通。所述工作区50可以由任意不同种类的机器确定，所述任意不同种类的机器包括在水平和竖直方向上填充和包装的机器(未示出)。一种这样的设备为标准的成形、填充和密封机器(未示出)，其中包装膜(未示出)从主辊(未示出)进入工作区50，在工作区50中包装膜形成单个的包装袋(未示出)。成形、填充和密封机器的填充单元(未示出)和密封单元(未示出)都位于工作区50之中。在包装袋形成之后，被包装的产品(未示出)(如薯条)存放在料斗(未示出)中并由匀料筒(未示出)引入包装袋。填充后的包装袋由第一运送带(未示出)移动通过工作区50，并且一旦离开工作区50之后，由第二传送带(未示出)使其远离工作区以进一步处理。
[0014]通常是N2、CO2或其组合的惰性气体61，通过一个气体引入系统60泵入工作区50，以降低工作区50内O2的水平。例如包装后的象薯条这样的快餐食品的包装袋的顶部空间(未示出)中O2浓度大约低于3％。通过降低工作区50内的O2水平，由成形、填充和密封机器形成的包装袋的顶部空间中的O2水平将包含降低的相应于工作区50内O2浓度的O2水平，因为包装袋的顶部空间用来自工作区50的空气填充。
[0015]根据图1，一个能有效传感所关注的分析物浓度的分析物传感器20被设置成通过合适的管道40与工作区50流体连通。可以为所述传感器20提供一个显示器(未示出)，以将测得的分析物水平报告给操作者，和/或将传感器20设置成与微控制器100电连通，以将测得的分析物水平报告给微控制器100。
[0016]气体引入系统60安装有一个流量控制阀70，根据测得和报告的工作区50内分析物的浓度，能够手动或自动控制通过所述气体引入系统60的气流。所述气体引入系统60(如，一个吹扫系统)可以用于将惰性气体引入工作区50中，以使工作区50内的分析物浓度保持在降低的水平(即吹扫系统)，或者可选择地可以用于在工作区50中注入一种反应气体，以在工作区50内保持想要的反应环境(即反应物供应系统)。气体引入系统60作为吹扫系统的示例性使用是使流量控制阀70和分析物传感器20与微控制器100电连通，当分析物传感器20测得的分析物水平超过设定的上限阈值(如4％)时，微控制器100的程序打开阀70，以增加进入工作区50的惰性气体流量，从而避免在工作区50内加工的产品被污染，而当分析物传感器20测得的分析物水平低于设定的下限阈值(如2％)时，微控制器100的程序关闭阀70，以减少进入工作区50的惰性气体流量，从而避免惰性气体的滥用。
[0017]气体引入系统60作为反应物供应系统的示例性使用是使流量控制阀70和分析物传感器20与微控制器100电连通，当分析物传感器20测得的分析物水平低于设定的下限阈值(如40％)时，微控制器100的程序打开阀70，以增加进入工作区50的分析物流量，从而确保工作区50中存在足够的分析物，当分析物传感器20测得的分析物水平高于设定的上限阈值(如50％)时，微控制器100的程序关闭阀70，以减少进入工作区50的气体分析物流量，从而避免分析物的滥用。
[0018]由分析物传感器20测试的气体样品通过管道40以持续的方式由风扇30从工作区50中抽出，风扇30与管道40的内腔49密封流体连通。所述风扇30包含外壳31、转子32和多个叶片33，用于连续不断地以较低的压差通过管道40抽动气体。我意外地发现，利用风扇30(即一种以较低的压差传送气体的机器，其中叶片不与外壳密封接合)而不是泵(即一种以较高的压差传送流体的机器，其中叶片与外壳密封地接合)能够从工作区50中并通过分析物传感器20抽出合适的样本，从而大大节省成本，并显著增加了气体分析物传感系统10的使用寿命。
[0019]宽范围的风扇30都能适用于气体分析物传感系统10。优选的风扇30是每分钟转数(RPM)大约在1,500-15,000之间在CPU和类似应用上广泛使用的小型风扇(即典型的大约1-10英寸宽，大约1-10英寸高，大约1/2-2英寸厚)。
[0020]所述传感系统10应当制造、构建并布置成从工作区50并通过传感器20提供至少为0.1升/分钟的气体流量，因为低于0.1升/分钟的流量会严重延误对工作区50中分析物浓度变化的探测。在大多数应用中，流量应当保持低于约5升/分钟，优选地流量应远低于5升/分钟，因为流量超过5升/分钟会排空工作区50内想要的气体浓度而没有相应的好处。影响流量的主要变量是使用的风扇30的额定特性值和管道40的内腔49的大小。
使用
[0021]气体分析系统10能够简单地通过以下方式有效地配置并用于测量和报告工作区50内的分析物浓度：(i)将管道40的远端40b与工作区50流体相通，(ii)开启风扇30以连续不断地使工作区50内的气体成分通过管道40移动并与传感器20可操作地接触，以及(iii)利用传感器20测量并报告从工作区50抽取的气体样本内的分析物浓度。

Claims (15)

1.一种系统，包括：
(a)气体分析物传感器，其相对工作区远距离放置，
(b)管道，其连接到所述传感器并确定一个内腔，传感器与工作区通过所述内腔流体连通，以及
(c)风扇，该风扇与所述管道的内腔流体连通，以通过所述内腔将气体成分从工作区连续地移出并使之与传感器可操作地结合；
(d)由此所述传感器能够测量并报告工作区内分析物的水平。
2.根据权利要求1的所述系统，其中所述风扇与管道的内腔密封地流体连通。
3.根据权利要求1的所述系统，其中所述的气体分析物传感器是氧气传感器。
4.一种系统，包括：
(a)成形、填充和密封机器，其限定一个对环境开口的工作区，在该工作区中用产品填充包装并对包装进行密封，
(b)吹扫系统，其利用惰性气体吹扫该工作区，以降低工作区内的氧气水平，
(c)氧气传感器，其相对工作区远距离放置，
(d)管道，其连接到所述氧气传感器并限定一个内腔，所述氧气传感器与工作区通过所述内腔流体连通，以及
(e)风扇，该风扇与所述管道的内腔密封地流体连通，以将气体成分从工作区连续地移出并使之与氧气传感器可操作地结合，
(f)由此所述氧气传感器能够测量并报告工作区内的O2水平。
5.根据权利要求4的所述系统，其中(i)所述吹扫系统包括流量控制阀，以控制惰性气体通过所述吹扫系统并进入工作区的流量，和(ii)所述系统进一步包括微控制器，所述微控制器与所述流量控制阀和所述氧气传感器电连通，以(A)当氧气传感器测得工作区内O2水平超过确定的第一阈值时，打开所述的流量控制阀，以增加惰性气体通过所述吹扫系统并进入工作区的流量，以及(B)当氧气传感器测得O2水平低于确定的第二阈值时，关闭所述流量控制阀，以降低惰性气体通过所述吹扫系统并进入工作区的流量。
6.根据权利要求4所述的工具，其中惰性气体是N2、CO2或两者的结合。
7.根据权利要求5所述的工具，其中惰性气体是N2、CO2或两者的结合。
8.一种测量并报告工作区内分析物水平的方法，包括如下步骤：
(a)将一个与分析物传感器连接的管道的远端置于工作区中，
(b)开启与管道的内腔密封地流体连通的风扇，以将气体成分通过管道从工作区移出并使之与传感器可操作地结合，和
(c)利用传感器测量并报告工作区内分析物的水平。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括根据所报告的工作区内分析物水平，调整进入工作区内惰性气体流量的步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述工作区是由一个成形、填充和密封机器限定的工作区，其中用产品填充包装并进行密封。
11.根据权利要求8所述的方法，其中分析物传感器是氧气传感器。
12.一种控制惰性气体吹扫成形、填充和密封机器的工作区的方法，包括如下步骤：
(a)将一个与氧气传感器连接的管道的远端置于成形、填充和密封机器的工作区中，
(b)开启与管道的内腔密封地流体连通的风扇，以将气体成分通过管道从工作区连续地移出并使之与氧气传感器可操作地结合，
(c)用氧气传感器测量并报告工作区内O2的水平；
(d)根据所报告的工作区内的O2水平，调整进入工作区内惰性气体的流量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中当氧气传感器测得的工作区内O2水平超过确定的第一阈值时，则自动增加进入工作区的惰性气体的流量，当氧气传感器测得的工作区内O2水平低于确定的第二阈值时，则自动降低进入工作区的惰性气体的流量。
14.根据权利要求12所述的方法，其中惰性气体是N2、CO2或两者的结合。
15.根据权利要求13所述的方法，其中惰性气体是N2、CO2或两者的结合。
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