CN105651734A - 散射式过程浊度计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量液体样本(19)的浊度的散射式过程浊度计(10)，浊度计(10)包括：透明样本瓶(20)和单独的瓶头(30)，两者限定液体样本(19)的样本体积(18)，其中样本体积(18)的侧向内表面(22、32)是柱形的；样本入口(40)的样本出口(50)，液体样本通过所述样本入口流入样本体积(18)，液体样本通过所述样本出口流出样本体积(18)，两个开口(40、50)都被设置在瓶头(30)处，以及样本入口(40)被布置在瓶头(30)的柱形表面(32)处并且被布置为轴向上比样本出口(50)更接近样本瓶(20)。样本入口(40)的入口轴线(a)相对于入口横切平面(h)以10°到80°的倾角(A2)倾斜并且相对于半径(r)成超过15°的切角(A1)的角度。

Description

散射式过程浊度计
技术领域
本发明涉及一种散射式过程浊度计，用于连续或准连续地测量透明样本瓶中的液体样本、例如饮用水的浊度。
背景技术
通过将测量光束投射到瓶内的液体样本中，散射式浊度计确定悬浮在样本瓶内的液体样本中的固体颗粒的浓度。设置在试管体外部的光学浊度传感器检测由悬浮固体颗粒以相对于光束轴线通常90°的角度散射的光的量。在过程浊度计中，由样本瓶限定的样本体积内的液体样本连续、准连续或定期更换以向控制电路持续地提供浊度值，以控制液体浊度。浊度计的测量频率或响应时间被限定为样本更换时间，这个时间是在规定等级中、如例如99％地完全更换瓶内的样本所需的时间。浊度计的测量频率越高，控制电路的反应时间越短，并且控制电路的反应时间越短，控制电路的控制质量越好。
在现有技术的散射式过程浊度计中，单独的瓶头被设置在瓶开口上，从而与样本瓶一起限定封闭的样本体积。瓶头具有样本入口和样本出口，两者都位于瓶头的端壁，即，位于相对于柱形样本瓶的纵轴线的横切面中的端壁。这种布置的样本更换时间是30到120秒。
发明内容
本发明的一个目标在于提供一种用于以减小的样本更换时间测量液体样本的浊度的散射式过程浊度计。
利用具有权利要求1的特征的散射式过程浊度计来解决该目标。
透明的样本瓶和单独的瓶头两者为液体样本限定样本体积。样本体积的侧向内表面是柱形的。样本入口和样本出口都被设置在瓶头处，液体样本通过所述样本入口流入样本体积，液体样本通过所述样本出口流出样本体积。根据本发明，样本入口没有被布置在瓶头的顶部表面处，而是被布置在瓶头的柱形侧向表面处。样本入口被布置为在轴向上比样本出口更接近样本瓶，使得如果样本瓶和瓶头竖直直立的话入口被布置在出口之下。
样本入口的入口轴线是样本排出管的空间中轴线，从而与从样本入口流入样本体积的液体流的流动矢量一致。因为入口是锥形的，所以入口轴线不相对于入口的平面成直角。
样本入口的入口轴线相对于入口横切平面以10°到80°的倾角倾斜。入口横切平面是被布置为与由样本体积柱限定的纵轴线成直角的平面。换句话说，样本入口被取向为在样本瓶方向上具有竖直分量，使得流入样本体积的液体的流动矢量具有竖直分量。
入口轴线还相对于柱的半径线成大于15°的切角的角度，使得流入样本体积的液体的流动矢量具有切向分量或者被取向为刚好相切，其会对应于大约90°的切角。
因此，流入样本体积的液体沿着样本体积的侧向内表面以螺旋线流到样本瓶的底部。液体的流动冲击向后反射并且在样本瓶的底壁处减少，使得液体在瓶头方向上回流通过样本体积的中心区域。在回流液体的方向上观察，样本出口被布置在样本入口后面，使得液体在不与通过样本入口流入样本体积的液体碰撞的情况下能够在样本入口后面径向地向外扩张。
实验已经表明样本入口和样本出口的这种布置允许将样本更换间隔显著减小到少于20到30秒。短的样本更换间隔导致增加的测量频率，使得反应时间减少并且控制电路的控制质量被相应地改进。
根据本发明的一个优选实施例，瓶头具有光阱结构并且样本入口被轴向地设置在光阱结构之外。光阱结构被布置为与样本瓶的底壁相对，并且如果测量光束轴向地被引导穿过瓶底壁进入样本体积的话是特别有利的。通常，光阱结构能够以许多不同方式实现。但是许多光阱结构从瓶头轴向端轴向地延伸进入样本体积，使得流体的横截面积被光阱结构减小。因此，回流的样本液体能够被光阱结构迫使径向地向外。因为样本入口轴向地被布置在光阱结构之外，即，具有到光阱结构的轴向距离，所以回流的样本液体流不与流入的样本液体流碰撞。
优选的，光阱结构是从瓶头的轴向端轴向延伸的锥形光阱体。光阱体相对于纵轴线的锥角优选小于45°。从样本出口观察时，样本入口优选轴向地被布置在锥形光阱体的尖端之外。
锥形光阱体是有效的光阱结构并且还允许回流的样本液体流沿着光阱锥体的层状轴向流动。锥体越陡，光阱效应和沿锥体流动的液体的层流质量越好。
根据本发明的一个优选实施例，样本出口被布置在样本体积的轴向顶端。如果光阱结构被设置为锥形，则出口被设置在锥体的基平面中并且临近锥体底部。如果没有设置光阱结构并且瓶头的轴向端被设置成平面端壁，那么样本出口能够被布置在端壁的中间。
优选的，瓶头的内表面完全是黑色且无光泽的，以改进瓶头的吸光质量。
根据本发明的一个优选实施例，柱形样本体积的直径为5mm至30mm，并且优选为10mm至20mm，使得柱形样本体积的直径较小。由于柱形样本体积的直径较小，样本体积的总体积显著减小。因此，样本更换间隔也显著减小。
优选的，入口轴线的倾角为45°到75°。倾角优选地被选择，以产生以最多250°到200°的转动角向下到样本瓶底壁的螺纹状或螺旋状的样本流路径，使得流入的样本流不与其自身冲突。转动角受到瓶的纵向长度和倾角影响并且也稍微受液体流入速度影响。
优选的，样本入口至样本瓶的底壁的轴向距离大于30mm并且优选小于150mm。轴向距离应该尽可能小以避免螺旋状的样本流延伸大于250°至200°的总转动角，以避免流入的样本流与其自身冲突。
附图说明
参照附图描述本发明的一个实施例，在这些附图中，
图1示出了具有由样本瓶和瓶头限定的样本体积的过程浊度计，在瓶头处设置有样本入口和样本出口，
图2是图1的入口平面II-II的横截面，和
图3是瓶头的展开的侧向表面。
具体实施方式
图1示意性示出了用于准连续地测量液体样本19(例如饮用水)的浊度的散射式过程浊度计10。
浊度计10具有透明的柱形样本瓶20以及封闭样本瓶20的顶部开口的不透明的瓶头30。瓶头30和样本瓶20一起包围和限定完全填满液体样本19的样本体积18。样本瓶20的侧向表面22和瓶头30的侧向表面32都是柱形的并且具有相同的直径D20、D30，使得它们一起限定具有纵向样本体积轴线21的柱形样本体积18，纵向样本体积轴线优选是竖直取向的。
杯状的样本瓶20具有平面的且透明的底壁23，其位于相对于纵向样本体积轴线21的横切平面中。测量光源12被布置在样本瓶20外部在底壁23下面。光源12产生光束25，所述光束被大致轴向地引导穿过瓶底壁23进入液体样本19。光束25被液体样本19的颗粒散射，并且散射光的一部分被将散射光反射到光检测器16的环形棱镜14收集并且反射。
瓶头30由黑色塑料制成并且具有无光泽的黑色内表面。在瓶头30的轴向端部处，瓶头30具有由锥形光阱体36限定的光阱结构34。光阱体36的锥形表面与纵向样本体积轴线21之间的锥角至多为45°，并且优选小于45°。锥形光阱体36相对于瓶头30的轴向端部的轴向高度H3为大约15mm。
瓶头30具有带有样本入口40的样本入口管道41并且具有带有样本出口50的样本出口管道51，其中液体样本通过所述样本入口连续地流入样本体积18，液体样本通过所述样本出口从样本体积18连续地流出。样本入口40被布置在瓶头30的柱形表面32处并且样本出口被布置在样本体积18的轴向顶端处并且邻近锥形光阱体36的基底。
样本入口40被轴向布置在光阱结构34之外，相对于瓶头30的轴向端部具有20mm的纵向开口偏移H2。纵向开口偏移H2比锥形光阱体36的轴向高度H3大，使得样本入口40被布置为距离样本出口50一段轴向距离并且不与光阱结构34侧向地重叠。换句话说，样本入口40被布置为在轴向上比样本出口50和锥尖更靠近样本瓶20。
样本出口轴线的取向是竖直的使得出口流矢量是竖直取向的。如仅在图3中示意性示出的，样本入口40具有相对于入口横切平面h以大约60°的倾角A2倾斜的开口轴线a。此外，入口轴线a相对于柱形瓶头表面32的半径线r成切角A1的角度，所述切角大于30°，优选大于45°，更优选尽可能接近90°。
具有向下的切向流矢量的液体样本通过入口40流入样本体积18，使得液体流沿着柱形瓶表面22以具有大约200°的总转动角的螺旋线向下流到瓶底壁23，在瓶底壁处液体流被反射和减速，使得液体向上回流到液体样本19的中心柱中。液体流然后到达锥形光阱体36并且由此被迫径向地向外流动，并最终经由样本出口50以及出口管道51离开样本体积18。
侧向瓶表面22和侧向头表面32的柱径D20、D30是大约15到16mm。样本体积18的总轴向长度是大约80mm使得样本体积18的总体积是大约14000mm3。
流入液体的流速是最高的，使得液体在样本体积18全部区域中的流速比例如50μm的砂颗粒的沉淀速度大。因此，50μm的砂颗粒总是被液体流带走并且不能够沉淀到样本瓶20的底壁23处。流入液体的流速被适配以允许液体沿着样本瓶20的瓶表面22在径向外侧向下流动并且在中央向上流动。

Claims (8)

1.一种用于测量液体样本(19)的浊度的散射式过程浊度计(10)，所述浊度计(10)包括：
透明样本瓶(20)和单独的瓶头(30)，两者为所述液体样本(19)限定样本体积(18)，其中所述样本体积(18)的侧向内表面(22、32)是柱形的，
样本入口(40)和样本出口(50)，所述液体样本通过所述样本入口流入所述样本体积(18)，所述液体样本通过所述样本出口流出所述样本体积(18)，两个开口(40、50)被设置在所述瓶头(30)处，以及
所述样本入口(40)被布置在所述瓶头(30)的柱形表面(32)处并且被布置为在轴向上比所述样本出口(50)更接近所述样本瓶(20)，其中
所述样本入口(40)的入口轴线(a)相对于入口横切平面(h)以10°到80°的倾角(A2)倾斜并且相对于半径(r)成超过15°的切角(A1)的角度。
2.如权利要求1所述的散射式过程浊度计(10)，其中所述瓶头(30)具有光阱结构(34)并且所述样本入口(40)被轴向布置在所述光阱结构(34)之外。
3.如权利要求2所述的散射式过程浊度计(10)，其中所述光阱结构(34)是轴向锥形光阱体(36)。
4.如前述权利要求之一所述的散射式过程浊度计(10)，其中所述样本出口(50)被布置在所述样本体积(18)的轴向端。
5.如前述权利要求之一所述的散射式过程浊度计(10)，其中所述瓶头(30)的内表面是黑色的。
6.如前述权利要求之一所述的散射式过程浊度计(10)，其中柱形的样本体积(18)的直径是5到30mm，优选10到20mm。
7.如前述权利要求之一所述的散射式过程浊度计(10)，其中所述样本入口(40)到所述样本瓶(20)的底壁(23)的距离(H1)超过30mm。
8.如前述权利要求之一所述的散射式过程浊度计(10)，其中所述入口轴线(a)的倾角(A2)为45°到75°。
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