CN104237144A - 用于调节、校准和/或检查光度传感器的功能的方法和校准插入件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节、校准和/或检查光度传感器(3)的功能的方法和校准插入件，光度传感器用于测量介质中的至少一个被测变量。其中传感器(3)在至少一个测量波长和至少一个参比波长下工作，所述方法包括如下步骤：将校准插入件(1)装入在传感器(3)处为其提供的插座(4)中，调节，校准和/或执行功能检查，并移除校准插入件(1)，其特征在于：通过校准插入件(1)的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率不同。

Description

用于调节、校准和/或检查光度传感器的功能的方法和校准插入件

技术领域

本发明涉及一种用于调节、校准和/或检查光度传感器的功能的方法和校准插入件，该传感器用于测量介质中的至少一个被测变量。 

背景技术

下面，本发明将描述特别基于硝酸盐传感器和SAC传感器。但本发明不限于此，而是涉及通用光度传感器。适合确定相应过程变量的测量装置由Endress+Hauser公司集团生产和销售，有多种变体，比如，名为“Viomax CAS51D”。 

首字母缩写词“SAC”表示光谱吸收系数。此处“SAC传感器”表示传感器，该传感器通过测量某一介质中特定物质对测量辐射的吸收，来确定光谱吸收系数。特别是，能够确定对SAC值有贡献的总有机碳(TOC)和化学需氧量(COD)。从SAC值，可以推导TOC值或COD值。 

在SAC传感器和硝酸盐传感器的情况下，通常，通过测量波长和参比波长的吸收测量来确定测量值。这些波长在UV和UV-VIS范围内。针对硝酸盐的可能的测量波长和参比波长组合是214nm和254nm，针对SAC的测量波长和参比波长的组合是254nm和550nm。但其他组合也可行。 

基于硝酸盐传感器来简要介绍测量原理。浸入介质内的传感器部分有一个间隙(比色皿间隙)，介质能够渗入该间隙。测量光束(具有测量波长)和参比光束(具有参比波长)穿过该间隙。介质中所含的 硝酸盐离子，在与此对应的间隙中，与其浓度成比例地吸收在214nm的测量波长范围内的光线，同时，参比通道中254nm的紫外光几乎保持不变。参比通道和测量通道之间的比率用作测量结果。该比率基于存储的校准曲线被转化为硝酸盐浓度。 

校准曲线在较早时通过合适的校准手段获得。常使用一定的标准溶液。硝酸盐传感器的典型的校准手段是苯二甲酸氢硝酸(NHP)或苯二甲酸氢钾(KHP)的溶液。但这些标准溶液存在以下缺点：保存受限，由于标准溶液可能被污染所致的多种使用不确定性，以及使用传感器的昂贵费用。由于这些传感器需要频繁执行对于标准的校准/调节和功能测试，给传感器使用者带来了明显负担。 

作为液体溶液的替代选择，固体标准物也是可行的。假定这些固体标准物长期不用，也能保存更长时间。另外，它们处理起来更容易。 

DE10 2009 028 254A1披露了一种固体标准物，在一定配置下与KHP有近似的光谱行为，并因此可以模拟一定浓度的KHP。其他KHP浓度或其他校准手段不能由该专利披露的固体标准物模拟。该标准物可以额外固定设置在仪器中。 

执行污染检查和相应的功能回顾，例如，通过一个或多个安装在仪器中的控制滤光器。这些控制滤光器有明确的吸收和一定数量的光减弱。当检测到与预期测量值不同时，表明被污染。 

具有多个滤光器的系统，滤光器被轮流或同时引入光学路径，即，比如，进入早先描述的间隙中，以便进行确认或校准。US6,977,365B1展示了这些滤光器。此类情况下，这些滤光器作为不同的灰滤光器，取决于滤光器设置，与无滤光的测量相比会检测到减弱。因此，与无滤光的测量相比，我们获得了一些(滤光器)的测量值，但是没有任何依赖波长的信息。按此方法，的确能够确定校准曲线的斜率，在一 些给定的情形中，可被再校准，但不能确定y-截距。 

发明内容

本发明的目的是提供一种使用长时间稳定的校准方法，执行光度传感器通用和完整校准的机会。 

通过包括以下步骤的方法实现该目的：将校准插入件安装在传感器处提供的插座上；调节、校准和/或执行功能检查；以及移除校准插入件。该方法的特征在于，通过校准插入件的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率不同。 

在优选的实施例中，透过校准插入件的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率的商是被测变量的直接度量，特别是以被测变量为单位。 

因为测量波长和参比波长的透射率不同，可以使用朗伯-比尔定律以被测值，比如，质量/体积，举例说明，g/l，为单位直接校准。按此方法，测量值可与浓度值直接相关。接下来，不仅校准曲线的斜率，而且校准曲线的全部特征，都能被测试、评估，校准，并且在给定情形中可被调节。无须中断测量环节，整个测量范围可被测试和评估。 

与现有技术相比较，可使用任意选择的校准插入件。对于适合的校准，只需要使测量和参比波长的透射率不同；校准插入件不需要光谱类似于标准溶液的光谱，以及可被普遍使用。 

优选的是，度量可调节，即，校准插入件允许以计量单位为单位直接输出不同值。这种情况下，一个契机是校准插入件的顺序排列，和/或不同校准插入件的应用。校准插入件是可交换的，且简单的不同的插入件可在不同浓度下使用。 

在实施例中的优选形式中，参比波长的光的透射率比测量波长的光的透射率大。 

在实施例中的优选形式中，校准插入件被实施为其能够在插座中可重复地相同地设置。这种方式保证校准总是在相同条件下进行。 

该目的通过校准插入件进一步实现，所述校准插入件包括：壳体，其中壳体基本上对测量波长和参比波长透明，和固体物，其中固体物被定位在壳体内。该校准插入件的特征在于通过固体物的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率不同。 

优选的是，在时间和环境的影响下，参比波长的光的透射率和测量波长的光的透射率均为恒定。特别是，这意味着即使有测量和参比波长的影响，多个测量中的透射率特性均保持恒定。 

在实施例中，该固体物是光学玻璃，尤其是“IR级别”的石英玻璃。该固体物特别指品牌为“Infrasil”，“Vitreosil IR”等的玻璃。可选的，固体物是确定透明度的有机材料。 

优选的，校准插入件被实施为其能够可重复地设置于传感器的同一位置，该校准插入件可防止干扰光，特别是环境光，作用在固体物上，并且其中校准插入件可保护固体物不被污染。 

实施例的优选形式包括包括传感器和上述的校准插入件的装置。 

优选的是，这种情况下，校准插入件如此定位在传感器中，使得传感器被校准、调节和/或经受功能检查。 

在实施例中，传感器是硝酸盐传感器或SAC传感器。 

附图说明

现根据附图解释本发明的更多细节，附图如下所示： 

图1为本发明的装入传感器前的校准插入件，以及 

图2为本发明的装入传感器的校准插入件。 

附图中，同一特征被赋予同一参考标记。 

具体实施方式

图1显示了光度传感器3，例如，硝酸盐传感器或SAC传感器。传感器3浸入待测介质中(未显示)。特别是，间隙4被介质覆盖。 

来自发射器5的光通过间隙4。例如，发射器5可以是脉冲闪光灯或一些LED。该闪光灯发射光谱，包括至少一个测量波长的光和参比波长的光。LED用于发射合适的测量波长和参比波长的光。选择的波长可以是，例如，在硝酸盐情况下，214nm和254nm，和在SAC情况下，254nm和550nm。 

位于相对侧上的是接收器6。接收器6，例如实施为接收器装置。接收器装置包括，例如，光束分离器，将光从发射器5引向用于接收测量波长的测量接收器和引向用于接收参比波长的参比接收器。在上述两种情况下，位于两个接收器之前的是滤光器，在测量接收器的情形下仅仅通过测量波长的光，而在参比接收器的情形下，仅仅通过参比波长的光。接收器，例如是光电二极管。 

出于保护的目的，在接收器6或发射器5与间隙4(如此介质)之间设有窗口，窗口对于测量和参比波长来说都是透明的。根据需要，其他光学系统，比如透镜等，也可以提供以用于更好地引导光束。 

在间隙4中，待测物质，例如，硝酸根离子，吸收正比于其浓度的测量波长(214nm)范围中的光，而参比通道(254nm)中的光几乎 不变。来自如浑浊，污染或有机碳氢化合物的影响可以被精确地消除。参考通道和测量通道之间的信号比可以用作测量结果。测量原理是基于朗伯-比尔定律，其中，在它自己的有效区域内，在光的吸收和吸收物质的浓度之间有线性依赖关系。 

除了传感器3，附图1还展示了本发明的校准插入件1。校准插入件1包括壳体7和固体物2。壳体7基本上对测量波长和参比波长都是透明的。例如，壳体7由合成材料制造，比如塑料。 

固体物2位于壳体7中。这种情况下，壳体7实施为防止例如来自环境的干扰光作用在固体物上，以便测量不被干扰。进一步的是，校准插入件可保护固体物不被污染。壳体7形成为，使其能准确装入传感器3的间隙4中，从而保证校准插入件1被可重复地设置在传感器3的同一位置。图2显示了这一位置，其中校准插入件1位于传感器3的间隙4中。由此，传感器3被实施在间隙4的区域中以为校准插入件1提供插座，或基座。 

为了校准，为了检查传感器3的功能及可能的为了进行调节，固体物2被实施为，使得通过固体物的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率不同。 

此处适合的材料包括，例如，某种玻璃，例如，“IR级别”的石英玻璃(品牌为“Infrasil”，“Vitreosil IR”……)或者确定透明度的有机材料。 

若使用对测量和参比波长的透射率不同的材料，那么在校准曲线斜率之外，y-截距也能被确定，因此校准曲线的特征能被确定。因为在朗伯-比尔定律的线性依赖关系的有效范围内，这两个测量值是足够的。所以，可能以被测变量(比如，硝酸盐)为单位直接校准，例如以g/l，即每单位体积的质量，为单位。因此在测量环节中无干扰地测试和评 估整个测量范围是可行的。 

固体物2在相应波长中有吸收。这个吸收必须不特别强(没有光线到达接收器6)，也不特别弱(光线太弱无法测量)。此情况下，在测量波长和参比波长影响下的多个测量中，该吸收是恒定的。 

测量波长下的吸收优选比参比波长吸收强。测量波长和参比波长下吸收的被测比率可与待测变量的相应值相关联。(因此，例如为硝酸盐的浓度) 

传感器3和校准插入件1被实施为两个不同的系统。然后，有可能对不同应用领域，生产不同校准插入件1。一个典型的应用情形是，针对低浓度，如0.1mg/l，的校准插入件1，和针对中等浓度，如，5mg/l或较高浓度，如，100mg/l，的一个或多个校准插入件1。较高浓度可通过逐个设置多个固体物2或使用较厚的固体物2来实现。其他有较小透光率的材料也可被选择。 

参考标记列表 

1校准插入件 

2固体物 

3传感器 

4间隙 

5发射器 

6接收器 

7壳体 

Claims (12)

1.一种用于调节、校准和/或检查光度传感器(3)的功能的方法，所述光度传感器(3)实施为测量介质中的至少一个被测变量，

其中，传感器(3)在至少一个测量波长和至少一个参比波长处工作，

所述方法包括如下步骤：

-将校准插入件(1)装入在所述传感器(3)处为其提供的插座(4)中，

-调节、校准和/或执行功能检查，并且

-移除所述校准插入件(1)，

其特征在于

通过所述校准插入件(1)的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率不同。

2.如权利要求1所述的方法，其中

通过所述校准插入件(1)的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率的商是被测变量的直接度量，特别是以所述被测变量为单位。

3.如权利要求2所述的方法，其中

所述被测变量的度量是可调的。

4.如权利要求1至3中至少一项所述的方法，其中

参比波长的光的透射率大于测量波长的光的透射率。

5.如权利要求1至3中至少一项所述的方法，其中

所述校准插入件(1)被实施为，使其能够重复相同地设置在所述插座(4)中。

6.一种用于调节，校准和/或检查光度传感器(3)的功能的校准插入件(1)，所述光度传感器(3)实施为测量介质中的至少一个被测变量，其中，传感器(3)在至少一个测量波长和至少一个参比波长处工作，所述校准插入件(1)包括：

-壳体(7)，其中所述壳体(7)基本上对测量波长和参比波长透明，和

-固体物(2)，其中所述固体物(2)位于所述壳体(7)内，

其特征在于

通过所述固体物(2)的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率不同。

7.如权利要求5中所述的校准插入件(1)，其中

通过所述校准插入件(1)的测量波长的光的透射率和参比波长的光的透射率的商是被测变量的直接度量，特别是以所述被测变量为单位。

8.如权利要求7中所述的方法，其中

所述被测变量的度量至少通过以下之一可调节：

-多个固体物(2)的顺序排列，

-所述固体物(2)的厚度变化，和/或

-所述固体物(2)的材料变化。

9.如权利要求6至8中至少一项所述的校准插入件(1)，其中参比波长的光的透射率和测量波长的光的透射率在时间和环境影响下均为恒定。

10.如权利要求6至9中至少一项所述的校准插入件(1)，其中所述固体物(2)是光学玻璃，尤其是“IR级”的石英玻璃。

11.如权利要求6至9中至少一项所述的校准插入件(1)，其中所述固体物(2)是确定透明度的有机材质的固体物。

12.如权利要求6至11中至少一项所述的校准插入件(1)，

其中所述校准插入件(1)被实施为，使其能重复地设置在传感器(3)的相同位置处，

其中所述校准插入件(1)可防止干扰光，特别是环境光，作用在所述固体物(2)上，以及

其中所述校准插入件(1)可保护所述固体物(2)不被污染。