CN1029530C - 检测测量值的方法及其测量设备 - Google Patents

Abstract

用于对一个部分或基本上完全倒空了的容器是否已被某种不允许的物质所污染的情况进行检测，比如说检测一个盛矿泉水的塑料瓶在用户那里是否曾被用来保存过植物保护剂。检测时，用放电隙(3)将从容器中引出的气体试样(G)电离，并将其放电特性(U_F)和/或气体电离率作为有关的测量值进行检测。

Description

本发明涉及一种用将来自容器的气体进行电离的方式，对与空的或部分空的容器中的气体有关的测量值进行检测的方法，以及一种应用该方法的测量设备。

由EP-A-0306307发明说明书中对其组合成一体的各部份的描述可知，在容器重新利用的领域内，需要对空的容器，特别是象塑料瓶一类的塑料容器，检测容器内是否存在有污染。

为此，该发明建议利用电离技术，例如在紫外线范围内的火焰电离或光致电离技术，对所述的污染进行检测，并借此有可能在重新灌装之前，将受污染的容器剔除。而且，在这里认为紫外线光致电离具有更大的优越性。

考虑到，特别是在在线检测时，需要对大量的容器迅速而直接地一个接一个地进行检测，并且基于可靠性的考虑，这种检测方法必须是尽可能简单而快捷的。

由EP-A-0306307所公开的方法，即从各容器中抽取气体试样，对其进行火焰电离以进行最终分析的方法，是一种比较慢的方法，而且从简易性方面考虑也是不利的。因为它必须使在使用氢火焰进行火焰电离时，由火焰旁流过的气体对火焰不产生明显的影响，这样便使气体流过的速度和由此而决定的检测速度受到了限制。此外，所使用的火焰气体是相当昂贵的。

由EP-A-0306307首先公开的并建议优先选用的电离技术，需利用紫外线，这使得这一技术复杂化。这一点可由上述的EP文件给出的实施例中看出。采用这种电离技术，必须频繁地对电离装置进行清洗。而且，其中必不可少的紫外线灯也相当昂贵。但它仍建议优先选用紫外线光致电离技术。

本发明的目的是提供一种可以克服由EP-A-0306307所使用的技术的上述缺点的检测方法。

一般说来，本发明的方法和设备是：

一种对与空的或部份空的容器中的气体有关的测量值进行检测的方法，该方法包括对容器中的所述气体进行电离，其特征在于被检测的容器在基本上不间断的作业线上输送，将所述气体暴露于放电隙（3）上，并把所述放电隙的放电特征（U_F）和/或气体电离率（i）作为测量值进行检测。

一种用于检测在作业线上输送的容器中的气体成份的检测设备，该设备具有将容器带到或使其离开测量装置的输送装置，测量装置上具有气体电离装置，其特征在于电离装置至少包括一个可以与容器中引出的气体相接触的放电隙。

因此，上述目的是可以实现的。

这种电放电隙的形状，可类似于，比如说，内燃机的点火火花塞。由于它可以做的很小，不易受污染且结构灵活，实际上可由任何地方向它供电，所以它是特别简单的。

通过使用放电隙而使气体电离的技术，很久以来就是公知的，例如参见美国专利2550498（1951），涉及烟检测的美国专利3728615（1973），涉及火检测的美国专利4629992（1986）等等。但是在这 些应用中，因电子放电而进行电离的种种优点，如可靠的清洗和快速的再次准备等等，在对气体试样进行电离期间是不重要的，在本发明的应用中，重要的是如何迅速而连续的输送。

按照本发明的最佳实施方式，可以非常快的进行这一输送。这是由于它基本上不依赖于气体的流动速度，而且还由于在一定的使用状态下，本发明与火焰电离不同，它还可以放入容器本体之中。

由EP-A-0306307公开的已有技术中可以看到，这一已有技术在可靠方面存在有明显的缺点，即它只能测量出在电离基础上形成的总的离子密度，而不可能由此给出它包含有哪些种类的离子。

在应用本发明的方法时，如果对气体进行电离并根据在所述气体中出现的离子的活性进一步对测量信号进行检测，便可以检测出是否存在有某些特定种类的离子。

如上所述，本发明在检测存在或不存在具有已知活性级别的离子方面，获得了简单且灵巧的插入体与较高的抽吸力间的有益结合。

下面将从不同的角度借助于附图对本发明进行进一步的说明。

图1示出了本发明的利用一个放电隙进行电离并对与某一选择出的容器有关的最低有效的测量值进行实时检测的实例。

图2示出了以图1所示设备为基础的另一个变型实施例，在该实施例中，是对放电电流进行控制并利用控制回路的特征参数来检测上述测量值的。

图3示出了本发明的可用于在容器中进行气体电离的放电隙的一个实例。

图4示出了利用气体放电电离和附设的静电离子分离沉淀装置来检测测量值的第一变型实施例。

图5示出了图4所示设备的进一步的改型，在该实施例中，是把与各种不同离子的活性有关的分离沉淀作为测量值进行检测的。

图6示出了一个受检测容器的内部状况，其中，一个火花电离装置与一个进行静电活性选择工作的离子分离沉淀装置相连接。

图7示出了设置有为防止一些污染物质爆炸而设的预选装置的实例，其中，放电隙位于（a）容器之内或（b）容器之外。

图8示出了本发明的检测设备的一个实例，它包括一个用于在作业线上传输容器的传输装置和一个气体抽吸装置，以及与放电隙串联连接的本发明的检测装置。

如前所述，本发明所涉及的问题主要是对空容器进行污染状态的检测，比如说对那些在作业线上输送的准备重新利用的塑料瓶进行检测。这些容器从最初灌装矿泉水、果汁等等到倒空之后的再次利用之间，其存放状态是非常不确定的。目前已经知道，这种瓶子，比如说在家庭中，常常被挪作它用，例如用来长期盛装肥皂水、植物保护剂、马达润滑油、酸、酒精、汽油等等。如果容器中存放过这些物质，那么将容器送去重新灌装以重新利用时，就需要考虑一定种类的污染物质是否会对重新灌装的原灌装物的味道产生损害，或者容器是否会因受到污染而会进一步导致消化不良，甚至有害于健康的情况发生，若如此，就不能直接用于重新灌装。

因此，必须检测容器中是否还存在有以及存在有哪些残余污染物质，以便能对那些不能再用来进行重新灌装原汁的容器，比如说那些应首先进行特殊清洗的容器，与那些确实可以进行重新灌装的容器之间进行选择处理。

还可以进一步对容器，特别是塑料瓶，的容器材料上的某些上过 的污染物质进行检测，这些污染物质可能会被其内壁材料所吸收并在重新灌装的物质中慢慢地释放出来。

图1示出了用于检测测量值的设备的第一变型实施例。它至少具有以下意义，即它可以检测出在空容器中的气体中是否存在有某些确定物质种类的污染。在某些情况下，由于容器中的灌装物已经受到污染，将会使其上面的气体也被污染，所以本发明的方法也可以用来对已经灌装了的容器进行检测。

为了检测空的或已部份灌装的、如图8所述类型的容器，可以通过位于图1中没有示出的容器之外的抽吸管1，抽出容器中或与容器中灌装物呈直接接触状态的气体试样G，并将该气体送到具有电极对5的放电隙3处。借助于电源7使放电隙3放电。这一放电可以以电晕放电或火花放电的形式产生。

通过图1中没有示出的抽吸装置，可将被测气体试样G从空容器中吸出并送至放电隙3，由此改变其放电电压。这一电压U_F可由电压计11测量。

将电压11的输出信号作为需被检测的测量值信号，并将其送入比较单元13，该比较单元13还接收由参考信号单元15送来的参考信号。比较单元13根据放电电压U_F进行选择检测，并给出有关测量值的输出信号A₁、A₂、…。这些信号与某些特定污染物质混合体或某些完全确定的污染物质有关，而且还可以与特定的污染浓度有关。参考信号可通过标准测量来进行设定，并可根据标准的污染气体试样进行校正。

图2示出了图1所示设备的另一个变型实施例，它也可以用来对本发明的放电隙3的测量值进行检测。在这里，是通过一个可控高电 压源7a使放电隙3的两个电极5之间保持放电的。用电流计11a测量放电电流i_F，并用比较单元17将该电流与参考信号单元19给出的标定电流参考值i_FSOLL进行比较。

将比较单元17获得的差值信号△，如果需要的话，可作为调差送入控制器21，并将这一电流控制电路中的调节回路输出的调节量，送入可控电压源7a，这样，放电电流i_F便能跟踪作为标定值发生器的参考信号源19给出的可控参考值。在最佳实施方式中，该值应与恒定的标定参考值i_SOLL相吻合。

作用于电压源和/或该电压源7a的输出电压的调差信号△和/或调节信号S_U，还可作为测量值而对其进行检测。可以如图1所述的那样，将这些测量值输入与参考单元15相连接的比较单元13，并可以根据需要，按控制电路的信号范围对测量值进行检测，由此可以推断出在被测气体试样G中，是否存在有某些种物质的污染或是其污染的浓度。

正如图1和图2中所示，放电隙3的放电特性和对它的电控制，使得这种放电隙本身可直接用作为测量值的测量值接收器。

在图1和图2所示的实施例中，产生的放电可以是电晕直流或交流放电。

如图1和图2所述，从受检容器中抽取的气体试样穿过抽吸管1。

因此，完全可以形成图3所示的结构，即仅将放电隙3进一步缩小，借助于，比如说，图3所示的测试吸管23，将放电隙3放入受检容器25中，在容器25中启动放电隙3，然后按图1和图2所示的实施例进行后续处理。

在图3中，吸管23上的分接头27相应于图1和图2中同相同参考 标号27表示的所述放电隙3的输出端。

图4示出了本发明所述设备的另一个实施例。该实施例也是借助于放电隙将气体电离，但与图1和图2有所不同的是，该实施例是对离开放电隙的电离性气体进行检测的。

在这一实施例中，是通过抽吸管1从容器内或与容器内灌装物直接接触的气体中抽取气体试样G，将气体试样送过由电流源7启动的放电隙3。在气体流动方向上的放电隙3的下游侧，设置有一个电容装置。该电容装置为，比如说，一个园柱形电容器29，它由园柱形外电容器壳29a和与其同轴的内轴29i组成。

通过可调电压源31对电容器29充电，使其达到预定的电压值，从而在电容器中建立电场E。由于气体在放电隙3处被电离，所以根据电场E的极性和强度，气体中的一种极性的离子将被驱赶到两电容极板29a、29i中的一个极板，而另一种极性的离子被驱赶移到另一个极板。电容器极板29a、29i为了与被驱赶到电容器极板29a、29i上的离子形成平衡，将在与作为离子分离沉淀器的园柱形电容器相连接的外部电流回路中产生电流i。该电流可作为积分电流由电荷放大器32来测量，也可以由如虚线所示的电流放大器32a来测量。

若使用电荷放大器32，应预先确定积分时间T，并在该时间内对因气体穿过电容器29所产生的电流进行积分。因此，这一时间间隔T应由一个随意的测量周期始端确定信号ST启动计时。这一信号ST可以与，比如说抽气开始或是电流i的某一确定的波前出现有关。

在积分时间T结束后，图4所示的电荷放大器32中的复位开关将被闭合。

如果输出信号是由电荷放大器32输出的相应于积分电流的信号或 是由电流放大器32a输出的类似信号，则该输出信号可以以图1所述的方式输入比较单元13，由后者根据所产生的输入信号E的大小确定输出信号A₁、A₂、…等等，并在其输出端给出与测量值有关的信号。

而且，当采用图4所示的位于抽吸管1中的结构时，还可以将按照本发明所设置的放电隙3象图3所示的那样，放在一个受检容器内，对受检测的气体进行电离。

由于小型化了的放电隙的灵巧的结构，使得可以用选定的设备在任意的地方进行气体电离，而分离沉淀可以在同一地方进行，即或是在抽吸管或是在受检容器的内进行，也可以在与电离部份相分离的地方进行。

在图4所述的检测过程中，仅仅对在火花电离的基础上形成的总的气体电荷平衡相关的测量值进行检测。图5示出了一种原则上更佳的实施方式，即沿着抽吸管1的方向依次设置若干个电容器29，并使气体以一定的气体流劲速度输入。采用这种结构，可以先利用本发明的火花放电隙将从容器中引出的气体电离，然后根据离子活性对气体中产生的离子进行检测，从而可以有选择的检测产生污染的不同的某种物质或某些种物质。

在这里，是将离子化的气体G^＊引入过基本上与图4所示相同的静电沉淀级板35。这种静电分离沉淀级板，比如说还是由园柱形电容器装置构成。比如说，它有一个穿过若干个连续设置且彼此绝缘的园柱形表面30a的伸延的内轴30i。由同一个内轴30i和各园柱形表面30a构成的各电容器，都首先用电压源31进行同样的静电充电，以便使每个电容器30i、30a具有相等的场强E。

如图所示，携带有具有不同活性的离子的气体进入电容器腔30， 并在其中受到均匀场强E的作用。假定离子电荷相同，偏移力也相同，则在沿轴向方向上，活性强（活动力强）的离子比活性弱的离子移动的距离更远。因此，作为测量值从各电容器引出的电流i₁、i₂、…，与在气体流动方向上依次偏离该方向的离子的量有关，即若离子的活性较小，在气体流动方向上为上流侧的那部分的电容装置上产生的电流较大。

引出的电流i可以，如图4所示的那样，由电荷放大器或电流放大器进行检测，并作为对容器进行选择的测量值依次进行处理。

图6示出了一种直接在容器中进行气体放电电离和静电分离测量的实施例。该实施例是对图3所示设备的进一步的改型，即在其末端设有放电隙3的吸管23的上部区域中，设置有一个多段型彼此相互绝缘的金属表面33i，以及一个同轴设置的金属园柱形表面33a。

如图所示，可将这种已进一步改型的吸管放入受检容器中，而且在它的底部区域，气体被放电隙3电离。然后，容器内部的气体因被加热而形成流向容器口的气流将穿过吸管，在吸管已改型的这部份中设有由若干个电容器33i、33a形成的分离沉淀级。

而且，最好是由如图所示的开口37喷入其它气体，以压迫已电离的气体G^＊形成气流。

用于火花放电隙3和电容器装置的充电线路以及用于电流i₁、i₂等等的分接头的电流输出器等等，均可通过吸管23引出，用于气体排出口37的管线也是如此。

如上所述，在图1至图3所示的变型实施例中，最好的方式是形成电晕放电。在图4至图6中任何一图所示的实施例中，不仅可以采用电晕放电，而且还可以采用火花放电，来使气体试样电离。在采用 火花放电时，对于测量来说，最好的方式是使其在气流中产生连续的一定量的火花，利用离子化气体G^＊来测量其离子密度并对预定的时间取平均值，以获得准确的检测结果。

对于某些污染物质，若使用本发明的放电电离或已知的火焰电离，可能会引起爆炸。因而从安全角度考虑，必须在使用电离技术之前，对输送来的容器进行预选。这一点可通过图7a所示的对容器的检测来解决。它是把要检测的象塑料瓶一类的容器，由传送带或转动传送装置一类的传送设备带到第一检测位置40。在该检测位置用已知的方式，即通过抽取气体试样或是将传感器直接放入相应的容器，对具有爆炸危险的污染物质进行检测。

在这里，最好是根据已检测出的有爆炸危险的污染物质，选用适当的半导体气体传感器或电化学电解池。如图所示，对已检测出的具有爆炸危险性污染物质的容器，可以通过，比如说控制输送转接器的方式，将相应的容器从将进行进一步检测的容器中剔除。将相应的不会发生上述危险的容器，送到具有吸管23的离子化测量位置42。

在对其它污染进行检测并在检测单元44对与之有关的测量信号进行检测的基础上，控制另一个输送转接器，从而将不合格的受污染的容器剔出或是进行特殊清洗。仅仅当其污染处于允许范围之内时，这种受污染的容器才能被输送出以进行再次灌装。

正如前所述，某些容器，比如说特别是塑料瓶，其壁材料上会吸收有某些污染物质，并会慢慢把将其释放到容器的内腔中。如果在没有特殊预防措施的情况下，在某一确定的时间点检测容器内的污染浓度，是很难对其进行检测的。因而这种容器会被重新灌装，并长期存放，从而会对灌装物的味道产生持久的损害。

因此，本发明进一步建议采用下述方式，即象图7中46所示的那样，在进行污染检测之前，首先使容器壁上吸收的污染物质排出。在本发明中，是通过对容器进行加热来实现这一点的。可以用所示的热源Q进行红外线照射，而对于塑料容器，还特别适用于微波加热。还可以通过对容器内腔和/或外部进行蒸镀和熏蒸，以及用通入热的常规气体来实现这一点。

虽然上面没有说明，但在某些情况下，可以用气体，最好是空气，对容器进行吹洗，而且最好应将来源于某些原始灌装物的一些剩余气体成份吹洗掉，否则，它们可能会在进行污染检测时遮盖住剩余污染物质。

如图7b所示，从容器中抽取的气体试样G^＊，在将气体试样送入放电电离或是火焰电离单元41之前，首先对抽取的气体试样中是否存在是爆炸危险的污染物质进行检测。在单元41的前面，可以设置一个位置控制器，比如说，设置一个阀门45。

在如图8所示的一个最佳变型实施例中，是利用从载体气体罐70中引出的载体气体，从传送装置72上的容器71中抽取检测气体的，例如用通过密封端盖74的文杜利抽吸管进行抽取。利用泵76将载有容器气体的载体气体输入到具有放电隙的测量装置78。通过换向阀V_GS，可以以架桥方式跨接容器，而且还可以用纯静的载体气体，例如纯静空气，对装置78进行吹洗。

Claims (26)

1、一种对与空的或部份空的容器中的气体有关的测量值进行检测的方法，该方法包括对容器中的所述气体进行电离，其特征在于，被检测的容器在不间断的作业线上输送，将所述气体暴露于放电隙(3)，并把所述放电隙的放电特性参数(U_F)和/或气体电离率(i)作为测量值进行检测。

2、按照权利要求1的方法，其特征在于将所述气体电离并对与气体中不同离子的活性有关的测量信号进行检测。

3、按照权利要求1的方法，其特征在于用对电离气体进行静电电子分离沉淀的方式对测量值进行检测。

4、按照权利要求3的方法，其特征在于用设置具有不同的预定长度的静电离子分离沉淀级和对各分离沉淀级上的离子分离沉淀率进行检测的方式来获得测量值。

5、按照权利要求1的方法，其特征在于进行放电检测之前，预先对所述气体进行选择性检测，以便不对有爆炸危险的气体进行放电检测。

6、按照权利要求1的方法，其特征在于在产生用于检测的测量值之前，用水、蒸汽或气体对容器进行清洗。

7、按照权利要求6的方法，其特征在于，所述气体为空气。

8、按照权利要求1的方法，其特征在于在产生用于检测的测量值之前，用红外线照射源、蒸汽、水、气体或微波能源对容器进行加热。

9、按照权利要求8的方法，其特征在于，所述气体为空气。

10、按照权利要求1的方法，其特征在于用电晕放电或火花放电的形式产生所述放电。

11、按照权利要求1的方法，其特征在于使从容器中引出的气体从放电隙处流过。

12、按照权利要求1的方法，其特征在于产生一系列火花放电。

13、按照权利要求12的方法，其特征在于对气体中由预定的一系列火花形成的离子化状态进行检测。

14、按照权利要求1的方法，其特征在于放电是在容器中进行的。

15、按照权利要求14的方法，其特征在于对容器中的气体进行测量值检测。

16、按照权利要求1的方法，其特征在于放电是在容器外部进行的。

17、按照权利要求1的方法，其特征在于对放电电流或放电电压进行控制并对调节偏差或与其相应的放电电压或放电电流进行测量。

18、一种用于检测在作业线上输送的容器中的气体成分的检测设备，该设备具有将容器带向或使其离开测量装置的输送装置，测量装置上设有气体电离装置，其特征在于电离装置至少包括一个可以与容器中引出的气体相接触的放电隙。

19、按照权利要求18的检测设备，其特征在于放电隙是由放电电流或放电电压控制的。

20、按照权利要求18的检测设备，其特征在于放电隙至少与一个静电离子分离沉淀级相连接。

21、按照权利要求18的检测设备，其特征在于放电隙设置在可放入传送装置上的容器中并可从容器中取出的抽吸管上。

22、按照权利要求18的检测设备，其特征在于放电隙的上游侧设置有一个用于从位于输送装置上的容器中抽取气体试样的装置。

23、按照权利要求18的检测设备，其特征在于设置有位于放电隙上游侧的选择装置，该选择装置对气体中是否具有爆炸危险的气体成份进行检测，并阻止有爆炸危险的气体与放电隙相接触。

24、运用权利要求1-17的方法之一或权利要求18-23的设备之一对送去重新灌装的容器进行选择性处理。

25、按照权利要求24的使用方法，其特征在于，所述容器为装食物的塑料瓶。

26、按照权利要求25的使用方法，其特征在于，所述食物为饮料。

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