CN109416317B - 光学测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学测量设备(10)，该光学测量设备(10)具有光学装置和用于测量液体样品容器(12)中的液体样品(13)的光学参数的液体样品容器(12)，光学测量设备(10)包括循环干燥空气以用于使液体样品容器(12)通风的干燥回路，其中，该干燥回路包括在干燥回路的路径中的机械止水装置(100)，该机械止水装置(100)包括导管主体(102)，该导管主体(102)具有布置在导管主体(102)内的吸水膨胀元件(120)。机械止水装置(100)简单且便宜，并且可靠地保护该机械止水装置(100)下游的所有元件免受该机械止水装置(100)上游的水进入。

Description

光学测量设备

技术领域

本发明涉及一种光学测量设备，该光学测量设备具有用于测量液体样品容器中的液体样品的光学参数的光学装置。本发明优选地涉及用于测量液体样品的浊度的浊度计。

背景技术

光学装置对光学元件或透明样品容器处的湿气的冷凝敏感。WO2016/079259A1公开了一种光学测量设备，该光学测量设备是浊度计并且包括循环干燥空气的干燥回路，以用于使样品容器的外表面通气以避免样品容器处的任何冷凝。样品容器设置在容器腔室中，容器腔室布置在光学腔室内。干燥空气被泵送到光学腔室中，从光学腔室直接进入样品腔室并从样品腔室泵送到气泵，接着是包含干燥物质的干燥体。干燥空气再次从干燥体流入光学腔室。

光学测量设备被实现为过程装置并且作为过程装置工作，使得样品液体在液体样品容器的样品入口和样品出口之间连续地流过液体样品容器。在超压达到2-5bar时，将样品液体泵送通过液体样品容器。如果容器腔室内的液压装置变得泄漏或损坏，则加压的样品液体流入容器腔室并被干燥气泵从容器腔室通过气泵和干燥体吸入光学腔室，以便光学腔室被充满，电子器件和光学元件被破坏或破坏。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有干燥回路的光学测量设备，该干燥回路具有改进的防止液压系统的液体泄漏的保护件。

该目的通过具有如下文中描述的特征的光学测量设备来实现。

根据本发明的光学测量设备在干燥空气回路的路径中设置有机械止水装置，并且机械止水装置流体地位于容器腔室的干燥气体出口和干燥气体入口之间，优选地位于容器腔室和光学腔室之间。止水装置包括管状导管主体，管状导管主体具有布置在导管主体内的吸水膨胀元件。膨胀元件优选由超强吸收材料限定，该超级吸收性材料更优选为超强吸收聚合物，例如英国的Coats公司的旋转超强吸收剂“Ultrablock S”。

在干燥条件下，导管主体内的吸水膨胀元件仅阻塞导管主体的横截面积的一小部分，使得在干燥条件下的流动阻力无关紧要，并且在小于15mbar的范围内，正如测试所示。一旦水到达止水装置，则吸水膨胀元件通过吸水而极大地且快速地膨胀，从而使其体积增加2至20倍。测试表明在几秒钟之后，仅在水已经到达止水装置之后，阻塞效果有效。

纯机械止水装置非常可靠，反应时间相对较短，激活后不能被无意释放，机械结构简单，因此具有很高的成本效益。

根据优选实施例，膨胀元件包括由超强吸收材料构成或涂有超强吸收材料的膨胀细丝。

膨胀元件不是单个块体或部件，而是由一束细丝组成。结果，膨胀元件的总表面非常大，使得水到达止水装置后的膨胀比非常高。结果，吸水膨胀元件的总体积在水接触的情况下急剧增加，使得导管主体在最多几秒后完全被膨胀元件阻塞。

根据优选实施例，止水导管主体设置有空气入口和空气出口，空气入口和空气出口限定干燥空气的通过导管主体的总流动方向。膨胀细丝以其第一细丝端部固定在导管主体上，使得细丝以其未固定的第二细丝端部在上游方向上逆着总流动方向延伸。一束或一串细丝在导管主体内或多或少地轴向对齐，并且自由细丝端部面向进入的气体/空气流。

细丝具有特定的刚度，使得膨胀细丝不会因干燥空气的流动而显著地变形。一旦水到达膨胀元件，则细丝急剧膨胀、变形，从而被缠结和压缩成为塞子，塞子最终在导管主体中被压缩以完全阻塞导管主体。

导管主体优选地不一定是完全刚性的，而是足够坚固且足够坚硬以便不被膨胀的膨胀元件破坏。

根据优选实施例，止水导管主体是圆筒形管，并且干燥膨胀细丝在圆筒形管内纵向定向。

优选地，所有干燥膨胀细丝的总横截面积至少覆盖导管主体的总截截面积的至少10％，优选至少20％。

试验表明，如果总横截面积足够大，则圆筒形管的总横截面积的小于30％至40％的覆盖范围不会导致干燥空气的相关流动阻力。覆盖范围越大，膨胀元件在水到达止水装置后阻塞导管主体就越快。

根据优选实施例，干燥回路包括一次性干燥盒，该一次性干燥盒具有盒壳体、盒壳体内的干燥物质、用于将干燥盒联接到光学测量设备和止水装置的流体联接元件。

在一个实施例中，止水装置可以一体形成到干燥盒中。在另一个实施例中，止水装置可以一体形成到干燥回路中，但是与干燥盒物理分离。

在止水装置激活并且关闭并堵塞干燥回路后，可以通过用新的干燥盒更换用过的干燥盒来简单地代替止水装置。结果，不需要相关的努力来更换激活的止水装置。

优选地，干燥回路包括电动干燥气泵，电动干燥气泵包括电动泵马达、感测泵马达的电流的马达电流传感器和与马达电流传感器连接的控制装置。如果检测到的马达电流IM超过设定电流值IS，则控制装置发送止水信号。无需额外的传感器来提供水事故信号。

根据优选实施例，液体样品容器是透明的器皿，并设有样品入口和样品出口。因此，光学测量设备是所谓的过程装置，以用于连续或准连续测量液体样品的光学参数。

优选地，光学装置包括光源和光探测器，光探测器用于检测液体样品的透射、吸收、浊度或其他光学参数。更优选地，光学测量设备是用于测量液体样品的浊度的浊度计。

附图说明

参考附图描述本发明的一个实施例，其中，

图1示意性地示出了一种光学测量设备，该光学测量设备限定了具有干燥回路的浊度计，该干燥回路包括机械止水装置，

图2示出了一次性干燥盒，该一次性干燥盒是图1的光学测量设备的干燥回路的一部分，并且包括机械止水装置，

图3更详细地示出了图2的未激活的机械止水装置，

图4示出了图2的激活的机械止水装置，和

图5示出了图3的机械止水装置的横截面V-V。

具体实施方式

图1示意性地示出了光学测量设备10，该光学测量设备10实现为浊度计，该浊度计用于测量透明的和圆筒形的液体样品容器12中的液体样品13的浊度，该液体样品容器12是所谓的器皿，优选由玻璃制成。光学测量设备10的本实施例是所谓的过程装置，但不是所谓的实验腔室装置，但是这里描述的实施例也适用于高湿度实验室装置。

光学测量设备10设置有样品传送装置，该样品传送装置包括位于液体样品容器12处的样品入口8和样品出口9。液体样品13连续地或非连续地泵送通过液体样品容器12以连续或非连续地更换在液体样品容器12中的液体样品13。

液体的浊度表示悬浮在液体样品13中的固体颗粒的浓度。通过以下方式来确定浊度，即：将由光源18发射的测量光束21投射到液体样品13中并测量由液体样品13以相对于液体样品13内的测量光束的纵向轴线成90°的角度散射的光的光强度。光学测量设备/浊度计10设置有环形光学元件20，该环形光学元件20是环形棱镜，该环形棱镜将所收集的散射光引导到光学浊度传感器22，该光学浊度传感器22是圆形的并且与光束同轴布置。

光学测量设备10设置有由杯状透明容器腔室的壳体14和容器腔室的盖11限定的容器腔室16。腔室盖11保持液体样品容器12，液体样品容器12通过螺纹固定环66安装在腔室盖11上。容器腔室的壳体14设置有平面的和透明的底壁80，底壁80限定了中心光学窗口19，该中心光学窗口19可透射测量光束21。底壁80还设置有多个容器腔室的空气入口38，多个容器腔室的空气入口38围绕中心光学窗口19布置。

所有容器腔室的空气入口38分别被入口膜40覆盖并光学封闭。入口膜40可以是由黑色PTFE制成的膜，例如GORE-TEXTM，并且对空气是可渗透的并且对于液态水是不可渗透的。在容器腔室的壳体14的顶部设置有容器腔室的侧向出口42，干燥空气通过该侧向出口42流出容器腔室16。容器腔室的侧向出口42设置有出口膜44，该出口膜44可以是粗过滤器，也可以是PTFE膜。

在容器腔室的壳体14的外部，提供光学冷凝传感器52，该光学冷凝传感器52包括光发射器56和光探测器54，光发射器56和光探测器54两者都朝液体样品容器12的圆筒形部分的外表面15定向。

容器腔室的壳体14由杯形光学腔室的壳体26包围，光学腔室的壳体26在光学腔室的壳体26和容器腔室的壳体14之间限定杯形光学腔室27。光源18、环形光学元件20、浊度传感器22和光学冷凝传感器52布置在光学腔室27内。在光学腔室27的上部62中布置有无源干燥装置60。无源干燥装置60由作为干燥物质64的几个硅胶垫限定。

光学测量设备10设置有干燥回路，该干燥回路循环干燥空气以用于使液体样品容器12通风，以避免在液体样品容器12和光学元件处冷凝。容器腔室的侧向出口42和光学腔室的壳体26的光学腔室的入口28之间的干燥回路包括空气循环器49和干燥盒30。空气循环器49是干燥气泵48，例如隔膜泵，由包括马达电流传感器92的电动泵马达90驱动。干燥盒30包括由干燥物质34限定的干燥体32，干燥物质34是分子筛并且还包括机械止水装置100。

干燥回路还包括湿度传感器46和温度传感器47，它们可以实现为单个传感器阵列。

光学测量设备10设置有控制装置50，该控制装置50电子地和电气地读取和控制传感器46、47、92、干燥气泵48、光源18、光学冷凝传感器52和光学浊度传感器22。

在图2中更详细地示出了干燥盒30。干燥盒30设置有U形盒壳体37，该U形盒壳体37限定两个基本上平行的腿部71、72和连接腿部71、72的交叉部分70。盒壳体37的腿部71、72位于水平平面中，而交叉部分70竖直地定向。

干燥盒30还包括机械止水装置100和出口管74，该出口管74在上侧腿部71的端部处具有内部入口，并且在盒壳体37外部具有联接元件33。出口管74还设置有灰尘过滤器35。在该实施例中，机械止水装置100流体地布置在干燥回路中并且与干燥盒30物理地成为一体。这种布置仅是为了方便，或者可选地，机械止水装置100可以在物理上是分开的但仍然在干燥回路内。该单独的实施例未在图中示出，但普通技术人员将理解，它在功能上是等同的。

机械止水装置100包括相对硬的塑料导管主体，塑料导管主体保持布置在导管主体102内的吸水膨胀元件120。机械止水装置100的上游端部设置有联接结构31，该联接结构31用于联接来自干燥气泵48的泵出口的相应空气导管。

联接结构31由单独的适配器元件提供，包括入口108并插入到导管主体102的入口109中。导管主体102由限定圆筒形内表面106的圆筒形导管104限定。

吸水膨胀元件120包括一束由超强吸收材料组成的许多聚合物膨胀细丝122，例如英国的Coats公司的旋转超强吸收剂“Ultrablock S”。细丝束的固定细丝端部被夹在固定环112的外表面和导管104的内表面106之间的环形狭缝110中。固定环112插入导管主体102的下游端部，由此夹紧膨胀细丝122。固定环112的圆形开口限定机械止水装置100的出口111。

总流动方向114逆向指向膨胀细丝122的自由端部123，该自由端部123与导管主体102的纵向轴线大致平行并且与总流动方向114大致平行。膨胀细丝122足够坚硬以在仅空气流过机械止水装置100时保持大致纵向形式并且不会折叠。如图5所示，膨胀细丝122覆盖导管104的总横截面积的约20％至30％。

如果液体样品容器12或液体容器腔室16内的任何其他装置被泄漏或损坏，则泵送到液体样品容器12中的样品液体以高达3.0bar的超压迅速填充容器腔室16，因此通过干燥气泵48将样品液体通过容器腔室的侧向出口42吸入机械止水装置100。一旦水到达吸水膨胀元件120，膨胀细丝122就吸收水分，从而迅速膨胀至其干燥体积的倍数。因此，流动阻力也极大地增加，使得膨胀细丝122折叠以限定激活的膨胀元件120′，如图4所示。因此，激活的膨胀元件120′完全阻塞导管主体102，使得干燥回路完全被阻塞，并且不再有样品液体到达光学腔室27。

一旦膨胀元件120被激活并且阻塞干燥回路，由马达电流传感器92感测的马达电流急剧增加，这被控制装置50注意到，一旦检测到的马达电流IM超过设定的马达电流值IS，控制装置50就发出止水信号。然后，控制装置50立即停止电动干燥气泵48。

通过用新的干燥盒代替用过的干燥盒30，可以简单地代替激活的机械止水装置100。

控制装置50设置有电子存储器，其中存储湿度设定值H和/或相对湿度设定值RH。控制装置根据由湿度传感器46检测到的湿度值h和温度传感器47检测到的温度值t控制干燥气泵48的激活，以将湿度保持在相应的设定值H、RH。控制装置50周期性地停止湿度控制以执行校准循环。校准循环从停止干燥气泵48开始，使得容器腔室16内的空气的温度适应液体样品13的温度。如果在温度适应之前，液体样品13比在容器腔室16中的空气冷得多，则液体样品容器12的外表面15处的冷凝将在一段时间后出现。光学冷凝传感器52检测冷凝并且冷凝检测由控制装置50记录。停止驱动干燥气泵48和冷凝检测之间的时间是冷凝持续时间d。控制装置50现在激活干燥气泵48以将较小的空气体积从容器腔室16泵送到传感器46、47以立即确定该空气体积的湿度h和温度t。然后，控制装置50基于刚刚测量的冷凝持续时间d、空气温度t和空气湿度h来计算新的空气湿度设定值H或相对空气湿度设定值RH。新的设定值的计算可以基于数学函数，或者可以基于复杂查找表的使用。

然后，控制装置50基于新的设定值H、RH继续控制空气湿度或相对空气湿度。

Claims (13)

1.一种具有光学装置和液体样品容器(12)的光学测量设备(10)，所述光学测量设备(10)用于测量所述液体样品容器(12)中的液体样品(13)的光学参数，所述光学测量设备(10)包括：

干燥回路，所述干燥回路循环干燥空气以用于使所述液体样品容器(12)通气，

其中，所述干燥回路包括位于所述干燥回路的路径中的机械止水装置(100)，所述机械止水装置(100)包括止水导管主体(102)，所述止水导管主体(102)具有布置在所述止水导管主体(102)内的吸水膨胀元件(120)，

所述吸水膨胀元件(120)包括膨胀细丝(122)，

所述止水导管主体(102)具有空气入口(109)和空气出口(111 )，所述空气入口(109)和所述空气出口(111 )限定总流动方向(114)，并且所述膨胀细丝(122)用它们的第一细丝端部固定在所述止水导管主体(102)处，

在仅干燥空气流过所述机械止水装置(100)时，所述膨胀细丝(122)的未固定的第二细丝端部(123)在上游方向上逆着所述总流动方向(114)延伸并且所述膨胀细丝(122)不折叠，

一旦所述液体样品(13)到达所述吸水膨胀元件(120)，所述膨胀细丝(122)就吸水并膨胀，使得流动阻力增加，由此使得所述膨胀细丝(122)折叠而阻塞所述止水导管主体(102)。

2.根据权利要求1所述的光学测量设备(10)，其中，

所述吸水膨胀元件(120)包括超强吸收材料。

3.根据权利要求2所述的光学测量设备(10)，其中，

所述膨胀细丝(122)由超强吸收材料构成或涂覆有超强吸收材料。

4.根据权利要求3所述的光学测量设备(10)，其中，

所述超强吸收材料是超强吸收聚合物。

5.根据权利要求1所述的光学测量设备(10)，其中，

所述止水导管主体(102)是圆筒形管(104)，并且所述膨胀细丝(122)在所述圆筒形管(104)内纵向定向。

6.根据权利要求5所述的光学测量设备(10)，其中，

所有膨胀细丝(122)的总横截面积覆盖所述圆筒形管(104)的总横截面积的至少10％。

7.根据权利要求6所述的光学测量设备(10)，其中，

所有膨胀细丝(122)的总横截面积覆盖所述圆筒形管(104)的总横截面积的至少20％。

8.根据权利要求1所述的光学测量设备(10)，其中，

所述干燥回路包括电动干燥气泵(48)，所述电动干燥气泵(48)包括电动泵马达(90)、感测所述电动泵马达(90)的电流的马达电流传感器(92)和与所述马达电流传感器(92)连接的控制装置(50)，

如果检测到的马达电流IM超过设定电流值IS，则控制装置(50)发出止水信号。

9.根据权利要求1所述的光学测量设备(10)，其中，

所述液体样品容器(12)是透明的器皿并且设置有样品入口(8)和样品出口(9)。

10.根据权利要求1所述的光学测量设备(10)，其中，

所述光学装置包括光源(18)和光探测器(22)。

11.根据权利要求1所述的光学测量设备(10)，其中，

所述光学测量设备(10)是用于测量所述液体样品(13)的浊度的浊度计。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学测量设备(10)，其中，

所述干燥回路包括一次性干燥盒(30)，所述一次性干燥盒(30)具有盒壳体(37)、在所述盒壳体(37)内 的干燥物质(34)、流体联接元件(31、33)和一体形成在所述一次性干燥盒(30)中的机械止水装置(100)。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的光学测量设备(10)，其中，

所述干燥回路包括一次性干燥盒(30)，所述一次性干燥盒(30)具有盒壳体(37)、在盒壳体(37)内的干燥物质(34)、流体联接元件(31、33)和与所述一次性干燥盒(30)物理分离但是与所述一次性干燥盒(30)气体连通的机械止水装置(100)。

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