CN109923400A - 光学测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学测量装置(10)，其具有：透明的圆筒形测量比色皿(12)，其限定出轴向的对称轴(53)并且包含液体试样，光学测量结构，用于定量确定位于透明测量比色皿(12)中的液体试样的光学性质，以及机械的清洁结构(16)。清洁结构(16)具有：外部的磁性工作平台(30)，其相对于对称轴(53)同轴地布置，能够平行于对称轴(53)平移地推移，并且能够围绕对称轴(53)旋转，并且在外部呈环形地包围圆筒形的测量比色皿(12)，以及具有至少一个平移机构磁体元件(32)和至少一个旋转机构磁体元件(34)，以及布置在测量比色皿(12)内的、内部的磁性清洁单元(50)能够旋转地而且能够平移地移位，具有清洁体(55)，具有至少一个平移机构磁体元件(52)并且具有至少一个旋转机构磁体元件(54)。工作平台(30)和清洁单元(50)的平移机构磁体元件(32、52)以及旋转机构磁体元件(34、54)分别无接触式地而且磁性地相互耦联。

Description

光学测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于定量确定位于透明测量比色皿中的液体试样的光学性质的光学测量装置。

背景技术

为此目的，测量装置具有光学测量结构，通过该光学测量结构确定测量比色皿中的液体试样的相关光学性质。光学测量装置例如可以是光度计或浊度测量装置，并且通常具有光发射器和光接收器。光学测量装置确定例如在特定波长下的吸收/消光或液体试样的浊度。

对于光学测量装置来说，重要的是，确保有用信号比干扰信号的尽可能大的比率。这非常重要，特别是在浊度测量中，因为有用信号原则上相对较小。因此，定期清洁测量比色皿的内表面是必要的。在过程测量装置的情况下，在尽可能历经数周或数月的时间内应当无需维护地运行的这种过程测量装置中，清洁过程通过机械清洁结构自动进行。

在过程测量装置中，优选使用对流体密封的测量比色皿，液体试样通过该测量比色皿在测量比色皿输入部和输出部之间连续流动。在这种情况下，只有在定期打开测量比色皿时，才能通过常规方法清洁内表面，以便能够用清洁单元清洁测量比色皿的内表面。

发明内容

相反，本发明的目的是，提供一种具有清洁结构的光学测量装置，该清洁结构允许在任何时间以简单的方式清洁测量比色皿的内表面。

该目的通过具有一种权利要求1的特征的光学测量装置实现。

光学测量装置具有透明的圆筒形测量比色皿，该测量比色皿限定出轴向对称轴并且包含液体试样。在这里，测量比色皿被认为是容器的发生光学测量的区域，其必须透射电磁测量辐射。光学测量装置具有光学测量结构，用于定量地确定位于测量比色皿中的液体试样的光学性质。光学测量结构布置在测量比色皿的透明区域中。光学测量结构优选地由光发射器和光接收器形成。光发射器发射测量辐射，例如处在可见或不可见范围内的光，其具有连续光谱或作为单色光发射。接收器直接或间接地接收由光发射器发射的测量辐射。

光学测量装置具有机械清洁结构，其具有非接触力传递机制，用于清洁测量比色皿的内腔。清洁结构具有外部磁性工作平台和内部磁性清洁单元，二者在没有接触的情况下彼此力耦合。

位于测量比色皿外部的磁性工作平台与圆筒形测量比色皿的对称轴同轴地布置，并且环形地包围测量比色皿。测量比色皿优选沿竖向竖起，并且外部工作平台能够平行于对称轴平移地、即优选地沿竖向推移，并且可以围绕同轴对称轴旋转地构造。工作平台具有至少一个平移机构磁体元件和至少一个旋转机构磁体元件，其中，平移机构磁体元件和旋转机构磁体元件优选地是单独的磁体元件，并且优选地在平移方向上彼此间隔开地布置。间隔设置是必要的，以便优化旋转磁体元件和平移磁体元件的效率。

相对应的内部清洁单元布置在测量比色皿内，并且可以在测量比色皿内透视地平移移动以及可旋转。清洁单元既不是平移式也不是旋转式地在机械上固定的，也不是在狭义上被引导，而是在力学上仅无接触式地与工作平台以磁力方式关联。然而，清洁单元在测量比色皿内的运动被测量比色皿的内壁沿径向和在平动方向上加以限制。

清洁单元具有清洁体，通过该清洁体机械清洁透明测量比色皿的内腔。清洁体例如可以是刷头，通过该刷头对比色皿底部和圆形比色皿壁进行机械清洁。清洁单元具有至少一个平移机构磁体元件和至少一个旋转机构磁体元件，其中，清洁单元磁体元件在空间上与相应的工作平台磁体元件彼此对应并且以这样的方式彼此磁耦合，使得清洁单元以平移还有旋转的方式跟随工作平台的运动，磁体元件原则上可以是铁磁性和/或永磁地构造。然而，至少一副磁体元件对的磁体元件必须是永磁地设计，该磁体元件对由工作平台的磁体元件和清洁单元的磁体元件组成。按照这种方式确保了：在没有电磁能量的情况下持久地产生磁耦合。

由于一方面的平移力传递和另一方面的旋转力传递优选地通过单独的磁体元件进行，因为在清洁结构旋转受阻的情况下保持平移磁耦合，因此确保了高的操作安全性，并且清洁单元不会掉落。

优选地，为工作平台对应有用于旋转工作平台的旋转驱动马达和用于沿轴向或平移移动工作平台的平移机构驱动马达。两个驱动马达优选静态地布置，使得运动力通过相应的力传递机构和力传递组件从驱动马达传递到工作平台。

根据优选构造方案，旋转驱动马达驱动角棒，该角棒平行于对称轴线布置并且其又驱动齿轮，该齿轮驱动工作平台的位于横向平面中的齿圈。齿轮在平移方向上能够推移地构造在角棒上，并且齿轮优选地通过工作平台的相应带动件、始终在工作台齿轮环的高度上被带动并且得到保持。角棒可以在横截面上例如是方形地构造，齿轮在中心具有相应的方形开口，使得齿轮通过形状配合连接旋转地带动件。

优选地，平移机构驱动马达驱动螺纹杆，该螺纹杆平行于对称轴线布置并且驱动工作平台的位于横向平面中的螺纹环。螺纹杆尤其可以是具有外螺纹的螺纹轴。工作平台的螺纹环可以具有零斜率，但是也可以具有大于零的斜率。在前一种情况下，螺纹环不具有真正的螺纹，而是分别具有位于横向平面中的环齿并形成环形齿杆，使得工作平台的平移位置在其旋转期间保持恒定。在第二种情况下，工作平台旋转期间的平移工作平台位置必须通过螺纹杆的同时互补的补偿旋转来平衡。

优选地，光学测量装置是浊度测量装置，其中，光学测量结构是浊度测量结构。光发射器优选地布置在比色皿底部下方，使得测量辐射大致在对称轴中被馈送到测量比色皿中。光接收器优选地布置在测量比色皿的侧面，并且例如可以设计为环形光接收器，其接收所有沿径向在圆形测量窗口内从测量比色皿射出的散射辐射。

优选地，工作平台和清洁单元的两个平移机构磁体元件中的至少一个以环的形式封闭地构造。然而特别优选的是，两个平移机构磁体元件、也就是工作平台的平移机构磁体元件和清洁单元的平移机构磁体元件都特别优选地以环形封闭地构造。在这种情况下，可以用相对便宜的材料，特别是对于永磁体磁体元件而言，永久地传递和确保高平移力。然而，特别优选的是，两个平移机构磁体元件都呈闭环以及永磁激励地构造。

特别优选地，两个平移机构磁体元件中的至少一个沿轴向或平移方向被磁化。

根据优选实施例，在工作平台和/或清洁单元上设置至少两个旋转机构磁体元件。特别优选的是，在工作平台上以及在清洁单元上分别设置四个转子机构磁体元件。转子磁体元件特别优选径向永久磁化。通过确定的最小数量的转子磁体元件确保，当磁性旋转耦联打滑时，这种磁性旋转耦联尽可能快地恢复并重新建立。特别优选的是工作平台或清洁单元的转子磁体元件的数量是偶数。

附图说明

下面参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例。

该附图示意性地并且以纵截面示出了根据本发明的光学浊度测量装置。

具体实施方式

在图中示出了光学浊度测量装置10，其用于确定光学性质，即圆筒形测量比色皿12中的液体试样19的浊度。

测量比色皿12由透明的由玻璃制成的比色皿主体13形成，该比色皿主体是中空圆筒形的并且是封闭的或不透流体的。液体试样19、例如来自污水处理厂的澄清阶段的水，通过布置在比色皿下部三分之一中的测量比色皿输入部14流入测量比色皿12的内腔，并且再次通过在比色皿上端部上的测量比色皿输出部15流出。测量比色皿12内的液体试样19可以处于数巴的过压下。圆筒形测量比色皿12限定出轴向对称轴53。

测量装置10具有光学测量结构，用于定量地确定液体试样的光学性质，即在这里为浊度。测量装置主要包括光发射器82和光接收器84，光发射器82布置在对称轴中并且布置在垂直竖立的测量比色皿12下方，光接收器84在测量比色皿12的侧面外部。

测量装置10具有机械清洁结构16，其具有非接触式的力传递机制，用于清洁测量比色皿12的内腔。为此，清洁结构16具有外部的磁性且为环形的工作平台30，工作平台与对称轴53同轴布置并且平行于对称轴53能平移移动地引导，以及具有内部磁性清洁单元50，内部磁性清洁单元布置在测量比色皿12内。

工作平台30位于横向平面中并且从外部以环形方式包围并环绕测量比色皿12。工作平台30能够以平移的方式运动地而且能够绕对称轴53旋转地布置和支承。工作平台30具有环形闭合的永磁平移机构磁体元件32，其被设计为闭环并被轴向磁化。平移机构磁体元件32由居中的环形磁体32’组成，在上部和下部分别安装有磁性环形体32”。与平移机构磁体元件32分开，工作平台30具有四个独立的旋转机构磁体元件34，其布置在横向平面中并且等距离地位于平移机构磁体元件32下方。

磁体元件32、34由铁磁性工作平台环形框架31在其径向内侧保持。工作平台30分别在平移方向上移动并且通过相应的驱动组件20可旋转地移动，这将在下面进一步描述。工作平台30也可以由对工作平台30的所有部件加以保持的壳体所包围。

在测量比色皿12的内腔中设置有内部清洁单元50，该内部清洁单元50在其下端具有刷头形式的清洁体55，该清洁体55由铁磁性清洁单元基体51保持。在基体51上，在外侧布置有环形的平移机构磁体元件52，该平移机构磁体元件被永久磁化并轴向磁化，使得两个平移机构磁体元件52、32磁性相吸。清洁单元50的平移机构磁体元件52还包括位于两个铁磁性环形体52”之间的居中环形磁体52’。

在平移机构磁体元件52的下方，四个转子磁体元件54固定在清洁单元基体51上，转子磁体元件在径向方向上永久地磁激励，并且与工作平台30的相对应的旋转机构磁体元件34一起位于横向平面中，使得一方面的工作平台30的转子磁体元件34和另一方面的工作平台30的清洁单元50相互吸引。四个转子磁体元件34、54可以在圆周方向上来看，分别以交替的极性磁化，即，北-南接着是南-北。

测量装置10的驱动组件20具有旋转驱动马达62，该旋转驱动马达驱动在横截面中呈方形的角棒68’，该角棒平行于对称轴53地布置。在角棒68’上，齿轮68抗扭地而且沿平移方向能够推移地固定。齿轮68驱动工作平台30的位于横向平面中的齿圈48，该齿圈在外侧固定在工作平台环形框架31上。齿圈48在其下端具有向外突出的带动环90，齿轮68通过带动环沿竖向得到保持和带动，使得齿轮68始终保持与齿圈48接合。按照这种方式，当旋转驱动马达62相应地运行时，工作平台30可以在工作平台30的任何平移位置中转动或旋转。可选地，齿轮68的平移引导也能够可替换地由未示出的工作平台壳体承担，该工作平台壳体可以不可旋转地但是平移地移动并且间接地或直接地对工作平台30的所有部件提供保持或支承。

驱动组件20还具有平移机构驱动马达61，平移机构驱动马达驱动螺纹杆66，螺纹杆66也平行于对称轴线53地布置。螺纹杆66设置有大于零的相对小的螺距外螺纹。螺纹杆66接合到工作平台30的相应螺纹环46中，相应螺纹环在外侧固定在清洁单元基体51上。在当前情况下，螺距为“零”的螺纹环46在狭义上不具有螺纹，但是具有多个环齿，环齿的齿头在整个圆周上分别处在唯一的横向平面中，也就是在这里形成环形的齿杆。当平移机构驱动马达61运行时，工作平台30相应地平移地移动，具体而言与其旋转运动无关。

测量装置10具有装置控制器80，其控制和调节两个驱动马达61、62以及光学测量结构的发射器82和接收器84。

在测量操作期间，工作平台30’和清洁单元50’位于上部停用位置中，如图中的虚线所示。在停用位置，清洁体55位于测量比色皿输入部14的上方。为了清洁测量比色皿12的下部区域中的内表面，平移机构驱动马达61被激活，从而工作平台30和始终跟随工作平台30的清洁单元50向下移动进入平移清洁位置，如其在图中所示。在该过程中已经向下激活旋转驱动马达62，使得清洁体55以机械方式清洁测量比色皿12的内表面，具体而言，即圆筒形壁部分以及测量比色皿12的底壁。在清洁期间不进行测量操作。

在清洁完成之后，清洁单元50移回到停用位置。

Claims (9)

1.一种光学测量装置(10)，用于定量确定液体试样(19)的光学性质，具有：

透明的圆筒形测量比色皿(12)，所述测量比色皿限定出轴向的对称轴(53)并且包含液体试样(19)，

光学测量结构，用于定量确定位于测量比色皿(12)中的液体试样(19)的光学性质，以及

机械的清洁结构(16)，其具有用于清洁测量比色皿(12)的内侧的、无接触式的力传递机制，

其中，清洁结构(16)具有：

外部的磁性工作平台(30)，所述工作平台相对于对称轴(53)同轴地布置，能够平行于对称轴(53)平移地推移，并且能够围绕对称轴(53)旋转，并且在外部呈环形地包围圆筒形的测量比色皿(12)，以及所述工作平台具有至少一个平移机构磁体元件(32)和至少一个旋转机构磁体元件(34)，以及

布置在测量比色皿(12)内的、内部的磁性清洁单元(50)，能够旋转地而且能够平移地移位，具有清洁体(55)，具有至少一个平移机构磁体元件(52)并且具有至少一个旋转机构磁体元件(54)，

其中，工作平台(30)和清洁单元(50)的平移机构磁体元件(32、52)以及旋转机构磁体元件(34、54)分别以如下方式无接触式地而且磁性地相互耦联：使得清洁单元(50)以平移和旋转的方式跟随工作平台(30)。

2.根据权利要求1所述的光学测量装置(10)，其中，为工作平台(30)对应有用于旋转工作平台(30)的旋转驱动马达(62)和用于沿轴向推移工作平台(30)的平移机构驱动马达(61)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量装置(10)，其中，旋转驱动马达(62)驱动角棒(68’)，所述角棒平行于对称轴(53)地布置并且驱动齿轮(68)，所述齿轮驱动工作平台(30)的处在横向平面中的齿圈(48)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量装置(10)，其中，平移机构驱动马达(61)驱动螺纹杆(66)，所述螺纹杆平行于对称轴(53)地布置并且驱动工作平台(30)的处在横向平面中的螺纹环(46)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量装置(10)，其中，光学测量结构由光发射器(82)和光接收器(84)形成，光发射器和光接收器优选形成浊度测量结构。

6.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量装置(10)，其中，工作平台(30)和清洁单元(50)的两个平移机构磁体元件(32、52)中的至少一个呈环形闭合地构造。

7.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量装置(10)，其中，工作平台(30)和清洁单元(50)的两个平移机构磁体元件(32、52)中的至少一个沿平移方向被磁化。

8.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量装置(10)，其中，工作平台(30)和/或清洁单元(50)的各至少两个旋转机构磁体元件(34、54)沿径向被磁化。

9.根据前述权利要求中任一项所述的光学测量装置(10)，其中，测量装置(10)是过程测量装置(10)，测量比色皿(12)对于流体是封闭的并且具有测量比色皿输入部(14)和测量比色皿输出部(15)。