CN102901548A - 用于确定自动蠕动取样器的配量或计量体积的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定自动蠕动采样器配量或计量体积的方法，在该情况下借助校准映射图(K)来校正蠕动采样器(1)的测量的配量或计量体积。为了提高确定配量或计量体积时的精度，在校准阶段期间，借助校正曲线来校正校准映射图(K)，校正曲线依赖于在蠕动采样器(1)的吸取区域中产生的负压(p)。

Description

用于确定自动蠕动取样器的配量或计量体积的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定自动蠕动取样器的配量或计量体积的方法，在该情况下借助校准映射图校正自动蠕动采样器的测量的配量或计量体积。

背景技术

根据DE202009006821U1，已知一种用于水或其它液体的采样装置，其中采样装置具有样品接收容器，用于容纳特定量的、作为要分配的样品的样品液体，其中要分配的样品由用于经由吸入线路抽取样品液体的泵从供应量吸取。为了引导样品液体进入样品接收容器，泵经由线路与样品接收容器连接。这样，控制系统确定要吸入的样品的量。泵以恒定RPM从供应量吸入样品液体，从而要分配的样品液体量仅由泵的运行时间确定。在通入泵的吸取线路中，布置测量路径来确定每单位时间或泵每转所传输的样品液体量。由控制系统确定每单位时间传输的量。由于在每次采样之前具体确定传输时间的事实，因此必须单独确定每个样品以及使用的每个软管的精确的配量或计量体积。但没有基于粘度、脏污程度以及样品液体的吸取高度来校准配量或计量体积。

根据US6,081,065A，已知一种泵系统，其使用蠕动泵，借助该蠕动泵配量或计量通过软管进入接收容器的预定量的液体。在这种情况下，通过确定软管形变的变化来记录液体在软管中的位置。在这种情况下，液体以影响形变并且与在泵的控制下的液体流量有关的方式通过软管而被泵送。使用记录的形变来检测液体泵送到达特定点。在这种情况下，通过在液体移动通过管线时发生的脉冲的改变数量来记录形变，其中脉冲幅度的上升表示液体接近泵。

这种自动蠕动采样器引起样品液体的体积流率，该体积流率对诸如例如，温度、蠕动软管使用时间、蠕动软管公差以及蠕动软管几何形状的各种参数具有强相关性。在具有相连接的吸取软管(其长度通常达到几米)的自动蠕动采样器的情况下，在蠕动采样器的吸取区域处的负压由得到的吸取高度、吸取软管的几何参数以及流动的介质的密度来确定。这种蠕动采样器必须使得能够在一次性校准后在蠕动采样器的整个寿命中以高精度配量或计量，蠕动采样器的性能也必须在改变吸取高度、吸取软管几何形状、以及传输介质的情况下来提供。基于已知的在单独吸取高度下的校准，仅可以补偿当前在这一个操作点使用的蠕动软管的公差。然而，在这些条件下，例如由于水位波动、吸取软管变形以及介质密度的波动引起的变化的吸取高度导致配量或计量体积的配量或计量精度的显著降低。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种用于确定自动蠕动采样器的配量或计量体积的方法，其在一次性校准之后，在自动蠕动采样器的整个寿命中保证在特定配量或计量体积情况下的高配量或计量精度。

根据本发明，该目的通过如下特征来实现，这些特征包括：在校准阶段期间，借助校准曲线来调整校准映射图，该校准曲线依赖于在蠕动采样器的吸取区域中产生的负压。这具有在确定配量或计体积时考虑吸取软管的材料性质的优点，该材料性质明显影响蠕动采样器的负压。特别地基于与制造相关的软管弹性分散的单个软管的公差根据所供应的负压在介质传输情况下强烈地影响横截面变化。在配量过程期间，给定负压主要根据伯努利能量方程由吸取高度和介质密度，以及由以根据达西-韦斯巴赫(Darcy-Weisbach)方程的压头损失形式的、由吸取软管中摩擦力导致的压力损失支配。因此，可以在配量或计量体积的校准中以高精度考虑不可预知的软管公差。考虑材料性能使得能够经由一次性校准而对所有可能的压力条件校正配量或计量体积。

有利地，根据在不同负压下测量的至少两个校准值来确定该校正曲线。经由使用两个校准值，可以保证在确定校正曲线时结合各种产生的负压。在这种情况下，根据在吸取软管中产生的负压的大量的校准值提高了校正曲线的精度。

在一个实施例中，通过改变对于单个采样的吸取高度而在不同负压情况下产生配量或计量体积。因此，校准仅在不同的吸取高度下发生。在校准中利用压力传感器测量负压。

在一个变形中，表征该校准值与该负压的相关性的校正曲线延伸为直线。在借助线调整的情况下，校准映射图以与负压相关的方式在垂直方向上线性偏移。

替代地，表征该校准值与该负压的相关性的校正曲线并非线性地延伸。因为该非线性校正曲线允许校准映射图的全面的变形，因此它提高了校准映射图的校正精度。

在进一步的改进中，经由根据在多个吸取高度确定的校准值的非线性加权回归，基于模型参数估算来确定校正曲线。由于该非线性加权回归方法，确定了在校准值之间的校正曲线，其不需要插入单个校准值。

在一个变形中，在于负压下确定每个校准值时，确定每个测量的配量或计量体积与期望量之间的差。

有利地，校准映射图依赖于吸取软管的几何形状和/或软管使用时间和/或由蠕动采样器传输的介质。因此，除了负压，在生成校准映射图时能够考虑与所需一样多的参数。考虑到的参数越多，校准映射图越精确，并且有助于更精确地校正自动蠕动采样器的配量或计量体积。

在实施例的附加形式中，未校正校准映射图代表在不同负压下多个蠕动采样器的配量或计量体积与蠕动软管使用时间的关系。在这种情况下，该未校正校准映射图存储在操作该蠕动采样器的控制装置中。它根据蠕动采样器的大量样品获得，其中这些结果仅被确认一次，并且然后存储在最大变化的蠕动采样器的控制装置中。

附图说明

本发明适用于多种形式的实施例。现在将基于附图更详细地解释这些实施例中的一个，其附图如下所示：

图1借助蠕动采样器采样的设备的示意图；

图2根据现有技术在两个不同负压情况下的第一蠕动软管的特性；

图3根据现有技术在不同负压情况下的第二蠕动软管的特性；

图4第一校正曲线；

图5基于一次性校准，利用第一校正曲线校正的第二蠕动软管的校准映射图；以及

图6第二校正曲线。

具体实施方式

相同的特征由相同的附图标记表示。

图1示出自动蠕动采样器1的示意图，自动蠕动采样器1包括泵2，泵2特别地实施为蠕动泵，其中在泵2内或在泵2处布置控制单元3。泵2与吸取线路4连接，吸取线路4为了采样延伸进入液体储藏器5。吸取线路4可以达到30米长并且由具有独立软管性能的纤维胶材料构成。此外，泵2与传输线路6连接，传输线路6邻接样品储存器7，来自液体储藏器5的样品填充该样品储存器7。压力传感器8测量在吸取线路4中的负压p。蠕动采样器的工作原理是基于在一个或多个位置压缩或挤压弹性管的弹性吸取软管2并且沿着液体期望的传输方向移动压缩位置。压缩位置的运动在泵转子(未进一步图示)的帮助下实现，辊型转子辊位于该泵转子边缘。

校准映射图K存储在控制单元3中，其对应于多个自动蠕动采样器1的平均软管特性。为了确定在每个蠕动采样器1中的软管平均特性，在其它条件近似相同的情况下，确定在蠕动软管的整个使用时间期间、在不同负压下归一化的配量或计量体积。利用该校准映射图K用于蠕动采样器1寿命的所有配量或计量体积的测量。这里，“归一化的配量或计量体积”意味着，参考利用以恒定RPM移动样品的泵获得的体积V＝100ml。该100ml样品在图2和图3中示出为100％。在图2和图3中的校准映射图K中所示的负压在配量过程期间由根据伯努利能量方程由吸取高度和介质密度、以及由以根据达西-韦斯巴赫方程的压头损失形式的、由吸取软管中摩擦力导致的压力损失表示。

图2示出第一吸取软管、蠕动软管A根据不同负压的特性，并且图3是第二蠕动软管B在同样的不同负压下的特性。如从图2显然地，蠕动软管A的特性与校准映射图K偏离并且是负的，并且稍微依赖于负压。与此相反，如从图3显然地，第二蠕动软管B在不同负压下的特性具有与校准映射图K的平均软管特性的显著更大的偏离。与平均软管特性的这种偏离在较小的负压下比在较大的负压下显著更大。

如能够因此从图2和图3认识到的，在改变负压的情况下，受单个软管性能影响的特性显著地偏离校准映射图K所示的平均软管特征。除了其他，这是基于与制造相关的软管弹性分散，其在传输介质的情况下根据所供应的负压而显著影响横截面变化。

为了考虑这种对于负压的相关性，以及由此对吸取软管B的材料特性的相关性，提出了补偿配量或计量体积对主要由吸取高度、软管几何形状和介质密度造成的给定负压的强相关性。因此，确定了校正曲线，其根据在不同吸取高度的单个校准测量来确认。在该一次性校准期间，首先，在蠕动采样器1启动时，检测实际容积V_实际，kal，并且与预定的期望体积V_期望，kal一起存储在控制单元3中。在这种情况下，确定体积V_期望，kal和V_实际，kal之间的差ΔV：

ΔV＝V_期望，kal-V_实际，kal                        (1)

已经根据该本身已知的方法而补偿的体积

V＝V_实际，kal+ΔV                                 (2)

其现在进一步被校正为如下体积V_corr

$V_{\mathrm{corr}}={\stackrel{\→}{w}}^T\·\stackrel{\→}{V}=\left(\begin{array}{ccc}{w}_0& ...& w_N\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{V}^0\\ V^1\\ .\\ .\\ .\\ V^N\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{w}_0& ...& w_N\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}1\\ V\\ .\\ .\\ .\\ V^N\end{array}\right)---\left(3\right)$

在这种情况下，N是校正阶数(order)并且

是负压相关系数。

为能更好地了解，现在将基于仅在两个不同吸取高度下的校准测量来考虑两个蠕动软管A和B的简单校准V_corr。为了清楚显示，将校正阶数选择为N＝0。对于第二系数，经过简化，应保持w₁＝1。经由在所考虑的蠕动采样器1能够显示的可能的负压范围内线性内插或外插来获得系数w₀。这样，根据上述等式得到

$V_{\mathrm{corr}\_1}={\stackrel{\→}{w}}^T\·\stackrel{\→}{V}=\left(\begin{array}{cc}{w}_0& w_1\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}1\\ V\end{array}\right)=V+w_0\left(p\right)---\left(4\right)$

在这种情况下，校正体积V_corr是负压p的函数。基于在该两个吸取高度下确定的校准值，获得校准值对吸取高度、以及因此对负压p的线性相关性。这在图4中示出，其中经由在两个不同吸取高度下的校准值定位w_0(p)的校正线。长期使用蠕动软管A和B的情况下应用这种校正曲线使得能够以低于5％的与预定期望体积V_期望的相对偏离来配量或计量

为了更好的说明，图5显示了用于蠕动软管B的校正校准映射图K_K。基于确认为直线(图4)的校正曲线，如图3所示，由于校准，校准映射图K以依赖于压力的方式偏移。将该校准映射图K_K存储在控制单元3中，并且在每次经由蠕动采样器1采样时考虑该校准映射图K_K以正确确定配量或计量体积。

在确定校正曲线的情况下，也可以在对应数量的吸取高度下确认多个校准点。在图6中，在吸取管B中的四个不同吸取高度下确认四个校准值。在这种情况下，例如基于以经验确定该未知模型参数的加权非线性回归来确定该校正曲线。该非线性校正函数在图6中显示，其中校正函数并不一定需要插入根据经验获得的校准值。单个校准值的加权可以由给定测量不确定度来导出。

基于所讨论的方法，即使在负压p强波动的情况下仍能保证利用自动蠕动配量提取器的配量或计量体积的高精度测量。这样，在单个配量或计量事件的情况下可以补偿吸取高度、软管几何形状和介质密度的变化。特别地，当在校准过程期间，在吸取软管B中的两个不同负压或吸取高度下将两个校准值的记录执行一次时，可以实现配量或计量的提高。

Claims (8)

1.一种用于确定自动蠕动采样器的配量或计量体积的方法，在该情况下借助校准映射图(K)来校正蠕动采样器(1)的测量的配量或计量体积，

其特征在于，

在校准阶段期间，借助校正曲线来调整所述校准映射图(K)，所述校正曲线依赖于在所述蠕动采样器(1)的吸取区域中产生的负压(p)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于

根据在不同负压(p)下测量的至少两个校准值确定所述校正曲线。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于

通过改变对于单个采样的吸取高度而在不同负压下产生配量或计量体积。

4.根据权利要求2或3所述的方法，

其特征在于

表征所述校准值与所述负压(p)的相关性的所述校正曲线延伸为直线。

5.根据权利要求1，2或3所述的方法，

其特征在于

表征所述校准值与所述负压(p)的相关性的所述校正曲线非线性地延伸。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于

经由根据在多个吸取高度确定的校准值的非线性加权回归，基于模型参数估算来确定所述校正曲线。

7.根据前述权利要求中的至少一个所述的方法，

其特征在于

所述校准映射图(K)依赖于吸取软管的几何形状和/或软管使用时间和/或由所述蠕动采样器传输的介质。

8.根据前述权利要求中的至少一个所述的方法，

其特征在于

未校正的校准映射图代表在不同负压下多个蠕动采样器(1)的配量或计量体积与蠕动软管使用时间的关系。

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