CN109900637B - 光学测量设备、折射计和用于光学测量的布置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种光学测量设备、折射计和用于光学测量的布置。该光学测量设备包括测量头、包括光发射器和光接收器的内壳、在一端中包括测量孔口且在另一端中包括紧固凸缘部分的外壳，内壳被至少部分地布置在外壳中，测量头被布置在外壳中并且被从其第一端附接到测量孔口且被从其第二端附接到内壳的一端，垫圈被布置在测量头和测量孔口之间，并且在外壳内部布置有从垫圈朝向紧固凸缘部分延伸的流体流动路径，其中朝外壳形成有渗漏检测端口，该渗漏检测端口具有进入流体流动路径开口的一个端部和进入紧固凸缘部分中的外壁的侧表面开口的另一端部，其中紧固凸缘在进入侧表面的开口和测量孔口之间突出。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量设备、折射计和用于光学测量的布置。
背景技术
光学测量设备被用于监视、控制和管理工艺。光学测量设备的示例是折射计，其借助于在光学窗口和工艺介质之间的界面处所产生的全反射来测量该工艺介质的折射率。
由光学测量设备测量的工艺介质可能是热的、加压的、侵蚀性的或在其他方面危险的。操作故障(例如从工艺到光学测量设备中的渗漏)通常由湿度传感器和/或光学测量设备内部的电子器件来检测。这防止了由装配或连接故障而造成的伤害，并且保护测量设备和用户。
如果工艺介质是食物产品(例如，乳制品、液体食品、液态糖或饮料)，则到光学测量设备中的渗漏造成了污染风险。腐败和致病细菌的生长在光学测量设备内部的渗漏的工艺介质中开始。于是，如果工艺侧上的压力下降，则受污染的渗漏的工艺介质被输送到工艺介质。
以上所描述的布置的问题在于，在工艺介质和光学测量设备之间的配件或连接中的故障之际，用户不会注意到故障，而工艺介质和光学测量设备内部之间的压力差推动渗漏的工艺介质回到工艺侧。如果湿度传感器和/或光学测量设备内部的电子器件出于某种原因而没有被打开，则故障也可能保持未被它们检测到。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光学测量设备和一种解决以上问题的布置。本发明的目的通过光学测量设备和用于光学测量的布置来实现，其由独立权利要求中所阐述的内容来表征。从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
本发明基于一种光学测量设备，其包括测量头、包括光发射器和光接收器的内壳、在一端中包括测量孔口且在另一端中包括紧固凸缘部分的外壳，内壳被至少部分地布置在外壳中，测量头被布置在外壳中并且被从其第一端附接到测量孔口且被从其第二端附接到内壳的一端，垫圈被布置在测量头和测量孔口之间，并且在外壳内部布置有从垫圈朝向紧固凸缘部分延伸的流体流动路径，其中朝外壳形成有渗漏检测端口，该渗漏检测端口具有进入流体流动路径开口的一个端部和进入紧固凸缘部分中的外壁的侧表面开口的另一端部，其中紧固凸缘在进入侧表面的开口和测量孔口之间突出。
本发明基于一种折射计，其包括光学窗口、包括光发射器和光接收器的内壳、在一端中包括测量孔口且在另一端中包括紧固凸缘部分的外壳，内壳被至少部分地布置在外壳中，光学窗口被布置在外壳中并且被从其第一端附接到测量孔口且被从其第二端附接到内壳的一端，垫圈被布置在光学窗口和测量孔口之间，并且在外壳内部布置有从垫圈朝向紧固凸缘部分延伸的流体流动路径，其中朝外壳形成有渗漏检测端口，该渗漏检测端口具有进入流体流动路径开口的一个端部和进入紧固凸缘部分中的外壁的侧表面开口的另一端部，其中紧固凸缘在进入侧表面的开口和测量孔口之间突出。
本发明基于一种用于光学测量的布置，其包括光学测量设备和有待在工艺空间中测量的工艺流体，该光学测量设备包括被定位在工艺空间中的工艺流体中的测量头、包括光发射器和光接收器的内壳、在一端中包括测量孔口且在另一端中包括紧固凸缘部分的外壳，其中光学测量设备被用紧固凸缘紧固到工艺空间，内壳被至少部分地布置在外壳中，测量头被布置在外壳中并且被从其第一端附接到测量孔口且被从其第二端附接到内壳的一端，垫圈被布置在测量头和测量孔口之间，并且在外壳内部布置有从垫圈朝向紧固凸缘部分延伸的流体流动路径，其中朝外壳形成有渗漏检测端口，该渗漏检测端口具有进入流体流动路径开口的一个端部和进入紧固凸缘部分中的外壁的侧表面开口的另一端部，其中紧固凸缘在进入侧表面的开口和测量孔口之间突出，并且渗漏检测端口在垫圈故障之际将来自工艺空间经过垫圈的渗漏的工艺流体排出。
光学测量设备、折射计和用于光学测量的布置允许用户在视觉上注意到装配中的或者工艺介质与光学测量设备之间的连接中的故障。此外，光学测量设备、折射计和用于光学测量的布置降低了工艺介质与包含渗漏的工艺介质的光学测量设备的内部之间的压力差，由此降低了渗漏的工艺介质进入回到工艺侧的风险。
附图说明
在下文中，将参考附图通过优选实施例更详细地描述本发明，在附图中
图1示出了光学测量设备；
图2示出了光学测量设备；
图3示出了折射计；
图4示出了用于光学测量的布置。
具体实施方式
图1示出了光学测量设备1。光学测量设备1包括测量头2、内壳3和外壳4。内壳3至少包括光发射器5和光接收器6。光发射器5和接收器6可包括，例如，光纤。外壳4在一端中包括测量孔口7，并且在另一端中包括紧固凸缘部分8。测量头2被布置在外壳4中并且被从其第一端附接到测量孔口7且被从其第二端附接到内壳3的一端。内壳3被至少部分地布置在外壳4中，使得外壳4至少围绕内壳3的包括到测量头2的附连的端部。垫圈9被布置在测量头2和测量孔口7之间。在外壳4内部布置有从垫圈9朝向紧固凸缘部分8延伸的流体流动路径10。朝外壳4形成有渗漏检测端口11，该渗漏检测端口11具有进入流体流动路径10开口的一个端部12和进入紧固凸缘部分8中的外壁的侧表面开口的另一端部13。紧固凸缘14在进入紧固凸缘部分8中的外壁的侧表面开口的渗漏检测端口11的端部12和测量孔口7之间突出。
在垫圈9故障之际，工艺流体15能够流动经过外壳4内部的垫圈9。工艺流体15能够沿着外壳4内部的流体流动路径10朝向渗漏检测端口11流动。渗漏检测端口11接着将来自工艺空间经过垫圈的渗漏的工艺流体排出。
当渗漏的工艺流体从渗漏检测端口11出现时，用户可以在视觉上容易地注意到垫圈9中的故障。此外，由于渗漏检测端口11和外壳4内部的流体流动路径10对环境空气开放，因此工艺空间16与包含渗漏的工艺流体的光学测量设备1的内部之间的压力差与在工艺空间16和环境空气之间的相同。有利的是，工艺空间16处于比光学测量设备1的内部更高的压力之中，使得渗漏的工艺流体总是从工艺空间16向外流动。由于工艺流体15通常在工艺空间16中在压力之下流动，因此渗漏的工艺流体进入回到工艺侧的风险被降低。
除了渗漏检测端口11之外，光学测量设备1还可包括湿度传感器和/或光学测量设备内部的能够检测从工艺空间16到光学测量设备1中的渗漏的电子器件。在垫圈9中的故障保持未被湿度传感器和/或光学测量设备1内部的电子器件检测到的情形中，用户能够在视觉上注意到垫圈9中的故障。
在图1-4中，流体流动路径10借助于间隙17a-b来被形成。在外壳4和测量头2之间存在第一间隙17a。在外壳4和内壳3之间存在内壳3和外壳4的长度方向L上的第二间隙17b。第一间隙17a和第二间隙17b形成连续的流体流动路径10。第二间隙17b优选为环形。
图2示出了光学测量设备2，其中外壳4包括延伸通过外壳4的两个渗漏检测端口11。渗漏检测端口11在圆柱形外壳4的圆周方向上被彼此分开地定位。渗漏检测端口11可被用于冲洗从工艺空间渗漏的流体的流体流动路径10，使得冲洗流体通过第一渗漏检测端口进入并且通过第二渗漏检测端口离开。
外壳4可包括被布置到外壳4的紧固凸缘部分8的多个渗漏检测端口11。该多个渗漏检测端口11优选地在圆周方向上被彼此分开地定位。
光学测量设备1可以是例如光学传感器或光学分析仪。光学测量设备1被用于例如监视、控制和管理工艺。
图1或2的光学测量设备优选地包括如图3所示的折射计18。折射计18通常被用来通过对流体的折射率进行光学测量来确定溶解的固体的浓度。
当折射计18操作时，其借助于在光学窗口19和流体15之间的界面处所产生的全反射来测量工艺流体15的折射率。来自光源的射线束被引导到在光学窗口19和工艺流体15之间的界面。射线束的一部分被完全地从流体15反射，其一部分被部分地吸收到流体15中。这导致了一幅其中亮区和暗区之间的边界线的位置取决于全反射的临界角并且因此取决于工艺流体15的折射率的图像。图像检测器20观察该图像。
如图3所示，折射计18包括光学窗口19、内壳3和外壳4。内壳3可包括光发射器5和光接收器6，例如，如图1-2所示的发射器光纤和接收器光纤。在图3中示出了相比第一壳体包括的更多的组件，即光源21、用于将来自光源21的射线22引导到在光学窗口19和有待测量的流体15之间的界面的装置，以及温度检测器23。外壳4在一端中包括测量孔口7，并且在另一端中包括紧固凸缘部分8。内壳3被至少部分地布置在外壳4中，使得外壳4至少围绕内壳3的包括到光学窗口19的附连的端部。光学窗口19被布置在外壳4内部并且被从其第一端附接到测量孔口7且被从其第二端附接到内壳3的一端。垫圈9被布置在光学窗口19和测量孔口7之间。在外壳4的内部布置有从垫圈9朝向紧固凸缘部分8延伸的流体流动路径10，其中朝外壳4形成有渗漏检测端口11，该渗漏检测端口11具有进入流体流动路径10开口的一个端部12和进入紧固凸缘部分8中的外壁的侧表面开口的另一端部13。紧固凸缘8在进入紧固凸缘部分8中的外壁的侧表面开口的渗漏检测端口11的端部13和测量孔口7之间突出。
外壳4内部的连接优选地被密封以防止室外空气和渗漏的工艺流体进入外壳4内部的各组件。光学窗口19和内壳3的端部之间的附连包括第一密封件24。第二密封件25被布置在外壳4和内壳3之间，其被定位成使得流体流动路径10端接在第一密封件24和第二密封件25之间。
内壳3还可包括密封的模块。于是，外壳4和内壳3之间的第二密封件是不必要的，因为渗漏的工艺流体不能够进入内壳3。
折射计18可包括被附接到内壳28的端部部分的将测量电子器件27包括在内的壳体部分26。测量电子器件27可以是例如CCD元件或相机、图像分析仪和测量设备的校准电子器件、处理单元、输出单元或这些的任何组合。壳体部分26和内壳28的端部部分可以彼此连接，使得内壳3朝壳体部分26打开。环境空气由于第二密封件25而不能够进入内壳3或壳体部分26。
折射计18的测量头2包括包含蓝宝石或矿物材料的光学窗口19(例如，棱镜)，并且优选地还包括温度检测器23。
折射计18适用于监视和优化食品工业的操作。例如，它们可被用于乳制品行业中最常见的操作：混合、标准化、均质化、蒸发和喷雾干燥。
图4示出了用于光学测量的布置。一种用于光学测量的布置包括光学测量设备1和工艺空间16中的工艺流体15。工艺空间16可以是例如工艺管道。工艺空间16和工艺流体15的示例是包括牛奶、牛奶产品、乳制品、液体食品或饮料的生产线。
光学测量设备1包括被定位在工艺空间16中的工艺流体15中的测量头2。内壳3至少包括光发射器5和光接收器6。外壳4在一端中包括测量孔口7，并且在另一端中包括紧固凸缘部分8。光学测量设备1被用紧固凸缘紧固到工艺空间16。内壳3被至少部分地布置在外壳4中。测量头2被布置在外壳4的内部。测量头2被从其第一端附接到测量孔口7并且被从其第二端附接到内壳3的一端。垫圈9被布置在测量头2和测量孔口7之间。在外壳4的内部布置有从垫圈9朝向紧固凸缘部分8延伸的流体流动路径10，其中朝外壳4形成有渗漏检测端口11，该渗漏检测端口11具有进入流体流动路径10开口的一个端部12和进入紧固凸缘部分8中的外壁的侧表面开口的另一端部13。紧固凸缘14在进入侧表面开口的端部13和测量孔口7之间突出，并且渗漏检测端口11在垫圈9故障之际将来自工艺空间16经过垫圈9的渗漏的工艺流体15排出。
如图4所示，光学测量设备1的外壳4的外表面至少部分地暴露于有待测量的工艺流体15。工艺流体15从外壳4的包括测量孔口7的端部到紧固凸缘14与外壳4的外表面相接触。外壳4围绕内壳3，使得工艺空间16中的工艺流体15不能够接触内壳3。外壳4优选地包括不锈钢或耐酸钢、陶瓷或特殊塑料。
光学测量设备1优选地以光学测量设备1的长度方向L轴在水平方向，来被插入到工艺空间3中，以供渗漏的工艺流体的流畅排出。
当测量头2在插入的位置中时，光学测量设备1的内壳3延伸到工艺空间16的外部。内壳3也可以被完全包含在外壳4中。在该布置中，光学测量设备1被定位在工艺空间16的一侧。
被用来密封测量头2或光学窗口19的垫圈9可以是锥形密封件，或者其可形成球形表面，或者其可包括例如O形环密封件。
图4中的布置中所示的光学测量设备1可以是例如图3中所示的折射计18。
该布置有利于在线(in-line)测量。光学测量设备(例如，折射计)是一种用于对溶解的固体的浓度的安全、清洁、卫生和准确的确定的有利的在线测量仪器。
对本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术进步，本发明概念可按各种方式实现。本发明及其实施例不限于上面描述的示例，而是可以在权利要求的范围内改变。
部件列表：1光学测量设备；2测量头；3内壳；4外壳；5光发射器；6光接收器；7测量孔口；8紧固凸缘部分；9垫圈；10流体流动路径；11渗漏检测端口；12,13渗漏检测端口的端部；14紧固凸缘；15工艺流体；16工艺空间；17a-b间隙；18折射计；19光学窗口；20图像检测器；21光源；22用于引导射线束的装置；23温度检测器；24第一密封件；25第二密封件；26壳体部分；27测量电子器件；28内壳的端部部分；L长度方向。
Claims (16)
1.一种光学测量设备，所述光学测量设备包括测量头、包括光发射器和光接收器的内壳、在一端中包括测量孔口且在另一端中包括紧固凸缘部分的外壳，所述内壳被至少部分地布置在所述外壳中，所述测量头被布置在所述外壳中并且被从所述测量头的第一端附接到所述测量孔口且被从所述测量头的第二端附接到所述内壳的一端，垫圈被布置在所述测量头和所述测量孔口之间，并且在所述外壳内部布置有从所述垫圈朝向所述紧固凸缘部分延伸的流体流动路径，其中朝所述外壳形成有渗漏检测端口，所述渗漏检测端口具有进入所述流体流动路径开口的一个端部和进入所述紧固凸缘部分中的外壁的侧表面开口的另一端部，其中紧固凸缘在进入所述侧表面的开口和所述测量孔口之间突出。
2.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述外壳和所述测量头之间的第一间隙以及所述外壳和所述内壳之间的第二间隙形成所述流体流动路径。
3.根据权利要求2所述的光学测量设备，其特征在于，所述第二间隙是环形间隙。
4.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述外壳包括在圆周方向上被彼此分开地定位的两个渗漏检测端口。
5.根据权利要求1所述的光学测量设备，其特征在于，所述内壳包括密封的模块。
6.一种折射计，所述折射计包括光学窗口、包括光发射器和光接收器的内壳、在一端中包括测量孔口且在另一端中包括紧固凸缘部分的外壳，所述内壳被至少部分地布置在所述外壳中，所述光学窗口被布置在所述外壳中并且被从所述光学窗口的第一端附接到所述测量孔口且被从所述光学窗口的第二端附接到所述内壳的一端，垫圈被布置在所述光学窗口和所述测量孔口之间，并且在所述外壳内部布置有从所述垫圈朝向所述紧固凸缘部分延伸的流体流动路径，其中朝所述外壳形成有渗漏检测端口，所述渗漏检测端口具有进入所述流体流动路径开口的一个端部和进入所述紧固凸缘部分中的外壁的侧表面开口的另一端部，其中紧固凸缘在进入所述侧表面的开口和所述测量孔口之间突出。
7.根据权利要求6所述的折射计，其特征在于，所述外壳和所述光学窗口之间的第一间隙以及所述外壳和所述内壳之间的第二间隙形成所述流体流动路径。
8.根据权利要求7所述的折射计，其特征在于，所述第二间隙是环形间隙。
9.根据权利要求6所述的折射计，其特征在于，所述外壳包括在圆周方向上被彼此分开地定位的两个渗漏检测端口。
10.根据权利要求6所述的折射计，其特征在于，在所述光学窗口和所述内壳的端部之间的附连包括第一密封件。
11.根据权利要求10所述的折射计，其特征在于，在所述外壳和所述内壳之间布置有第二密封件，所述第二密封件被定位成使得所述流体流动路径端接在所述第一密封件和所述第二密封件之间。
12.根据权利要求6所述的折射计，其特征在于，所述内壳包括光源、用于将来自所述光源的射线束引导到在所述光学窗口和有待测量的工艺流体之间的界面的装置，以及图像检测器。
13.根据权利要求6所述的折射计，其特征在于，所述内壳包括密封的模块。
14.一种用于光学测量的布置，所述光学测量布置包括光学测量设备和有待在工艺空间中测量的工艺流体，所述光学测量设备包括被定位在所述工艺空间中的工艺流体中的测量头、包括光发射器和光接收器的内壳、在一端中包括测量孔口且在另一端中包括紧固凸缘部分的外壳，其中所述光学测量设备被用紧固凸缘紧固到所述工艺空间，所述内壳被至少部分地布置在所述外壳中，所述测量头被布置在所述外壳中并且被从所述测量头的第一端附接到所述测量孔口且被从所述测量头的第二端附接到所述内壳的一端，垫圈被布置在所述测量头和所述测量孔口之间，并且在所述外壳内部布置有从所述垫圈朝向所述紧固凸缘部分延伸的流体流动路径，其中朝所述外壳形成有渗漏检测端口，所述渗漏检测端口具有进入所述流体流动路径开口的一个端部和进入所述紧固凸缘部分中的外壁的侧表面开口的另一端部，其中紧固凸缘在进入所述侧表面的开口和所述测量孔口之间突出，并且所述渗漏检测端口在所述垫圈故障之际将来自所述工艺空间经过所述垫圈的渗漏的工艺流体排出。
15.根据权利要求14所述的布置，其特征在于，所述光学测量设备，以所述光学测量设备的轴在水平方向，来被插入到所述工艺空间中。
16.根据权利要求14所述的布置，其特征在于，所述光学测量设备是折射计。
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