CN110494740B - 用于对可流动介质进行工艺流程整合式光学分析的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对可流动介质进行工艺流程整合式光学分析的系统，该系统包含有，‑用于对可流动介质进行工艺流程处理的工艺流程系统，‑用于分析可流动介质的分析系统，其中，分析系统具有用于照射介质和接收测量辐射的光学测量头(1、1.1)和参考单元(11、11.1、11.2)。在此，工艺流程系统具有测量区域，在工艺流程处理期间能将介质引入该测量区域中，并且该测量区域能为借助测量头(1、1.1)进行的测量所用。根据本发明，存在用于使测量头(1、1.1)移向相对于测量区域和/或相对于参考单元(11、11.1、11.2)的限定的相对定位的运动机构，该运动机构使得能以有选择的方式实现对位于测量区域内的介质的测量或对参考单元(11、11.1、11.2)的测量。

Description

用于对可流动介质进行工艺流程整合式光学分析的系统
技术领域
本发明涉及一种用于对可流动介质进行工艺流程整合式光学分析的系统。
背景技术
使用浸入式探针、流量盒和其他测量单元对工艺流程中的、尤其是工业的制造或加工工艺流程中的气态、液态或膏状介质进行光学分析是可行的。在此，所用部件的材料必须与待分析的介质在化学方面相协调，以便确保高度惰性，即避免了所用部件受待分析的介质侵蚀。
然而，每种光学系统必须周期性校准并且还要重新调整到例如归零位置或执行零点调准。在工艺流程整合式系统中，这只能是通过将工艺流程介质替换为“参考介质”来实现。该程序花费非常高且耗时，这是因为该程序还需某些清洁步骤并且需要阻断(绕过)工艺流程流通(工艺流程流)的参考路径。
在实验室系统中，通过如下方式来避免与观察窗的直接接触，即，将介质充入吸收池(Küvette)或流量吸收池。
发明内容
因此，本发明的任务是保留惰性的独立的系统，但尽管如此仍能够执行参考测量和零点调准。
该任务通过具有独立权利要求中所举出的特征的设备来解决；从属权利要求涉及本发明的有利的实施方式和改进方案。
根据本发明的用于对可流动介质进行工艺流程整合式光学分析的系统包括用于对可流动介质进行工艺流程处理的工艺流程系统，例如混合设施或填充设施。此外，该系统还包括用于分析可流动介质的分析系统，其中，该分析系统具有用于照射介质和用于接收测量辐射的光学测量头以及参考单元。
工艺流程系统具有如下测量区域，在工艺流程处理期间可以将介质引入该测量区域中，并且该测量区域能为借助测量头进行的测量所用。测量区域可以例如是流量盒的内部区域。
根据本发明，存在用于使测量头移向相对于测量区域和/或相对于参考单元的限定的相对定位的运动机构，该运动机构使得能以有选择的方式实现对位于测量区域内的介质的测量或对参考单元的测量。
在此可以在最大限度上不依赖于分析系统地并且相对于待分析的介质具有化学惰性地实现流量盒或测量区域。确切而言，测量区域或流量盒实现为设施的一部分。在此，流量盒可以设有光学窗口或者本身由对于预设的光谱范围是相应透光的材料制成。该预设的光谱范围尤其可以从紫外线范围到中红外线范围。
根据本发明的系统的优点是使测量区域，即例如流量盒的具有观察窗的内部区域，与光学分析系统分离。这种分离于是允许发生机械的运动，这样就能够实现的是，使分析系统与测量区域有选择地相对彼此定位，尤其是使测量头从流量盒移开并将其输送给参考区域。
根据本发明的解决方案能够实现的是，进行参考测量或零点调准，而不必更换设施的测量区域中存在的介质。利用这种布置方案，使得参考测量和零点调准也能表现出与生产进程或工艺流程进程完全解耦，从而取消了为进行参考测量或零点调准而对生产工艺流程的中断。
另外，所提出的系统与现有技术相比更易于清洁；此外，通过使用市场上常见的法兰，使得流量盒可以以简单的方式被整合到设施的介质流中。
根据相应的测量状况，可以选择的是：使所涉及部件中的哪一部件运动用以移向分别所需的相对定位。因此例如可以想到的是，将测量区域布置在设施的柔性线路的区段中，对于测量过程来说可重复地使该区段相对于在该情况下尤其是空间上固定的测量头定位。同样，对于参考测量或校准来说，可以使在该情况下同样能运动的参考单元相对于测量头定位。
此外也可以想到的是，测量头设计成能运动的。因此，测量头可以例如以能转动或能枢转的方式实施或者设有直线引导部。
有利地可以存在用于使测量头相对于测量区域和/或相对于参考单元限定定位的至少一个机械止挡。
另外，为了进一步改善测量的可靠性和可重复性，可以存在用于确定测量头相对于测量区域和/或相对于参考单元的相对定位的至少一个传感器。
测量头尤其可以具有如下测量区，该测量区可以至少部分地与测量区域重合以用来进行测量，并且该测量区在测量期间至少部分地被测量辐射穿透；在此，测量区可以至少部分地布置在凹部中，尤其是布置在测量头的呈U形的区域的侧边之间。
测量头尤其可以被设立成用于实现透射测量。
测量路径的长度可以小于100mm，尤其是小于10mm。
在约100mm的范围内的测量路径的长度尤其导致在低浓度的情况下提高分析系统的灵敏度。为此，建议的是，使用具有上述长度和侧向的联接支管的流量盒。这种布置方案于是允许了流量盒和参考单元以如下形式放置，即，可以通过直线运动或转动运动移向测量定位和参考定位。
所谓的多路径盒，即所谓的具有光束的多次反射来延长层长度或测量路径的怀特盒(White-Zelle)也能够实现用于气体分析。在这种情况下，同样选择了上述的布置方案。另外，这种布置方案还允许对多个流量盒进行所谓的多路传输。因此能够实现的是，利用多个流量盒实现不同的层厚，由此扩大了动态范围或者通过不同的流量盒来导引不同的介质。
在本发明的有利的变型方案中，参考单元可以以能相对于工艺流程系统运动的方式构造；尤其地，参考单元可以构造为能以受引导的方式运动。
参考单元可以例如以能转动或能枢转的方式实施或者设有直线引导部。
在本发明的另外的实施方式中，测量头可以与传感器单元连接，该传感器单元能以连同测量头一起被引导的方式运动。
本发明特别地但非排他地适用于化学、石化、电镀、电子、食品、饮品和制药行业。
附图说明
下面结合附图详细阐述本发明的实施例和变型方案。其中：
图1示出根据本发明的系统的第一实施方式；
图2示意性示出通过传感器单元、测量头和流量盒的光路；
图3示出具有提高的层厚的实施方式；
图4示例性示出用于多路传输的变型方案；
图5示出处于测量定位中的根据本发明的系统；
图6示出在运动期间处于中间定位中的根据本发明的系统；
图7示出具有被引入的参考单元的处于服务定位中的根据本发明的系统；
图8以分解图示出处于与其余设施松脱的状态下的布置在传感器单元上的测量头；以及
图9和10示出本发明的替选的实施方式。
具体实施方式
图1以透视图示出根据本发明的系统的第一实施方式。在所示的示例中，光学测量头1以夹具类型实施，使得测量头1显示出呈U形的凹部2。在此，光学测量头1从三侧包围了布置在所述的呈U形的凹部2中的流量盒3。尤其地，这三个侧面因此可以用于进行测量，也就是说，测量辐射可以从这三侧的方向或向这三侧的方向耦入到流量盒3的内部并因此耦入到测量区域4中或者也可以接收来自流量盒3的内部的辐射。在光学测量头1的内部(图中不可见)中布置有用于光束引导和光束整形的部件，例如反射镜和/或光波导体。在所示的示例中，流量盒3在位于测量头1的呈U形的凹部2中的那个区域中示出了基本上呈方形的横截面，从而在流量盒3的内部中得到了可用于测量的层厚，该层厚相应于流量盒3的呈方形的自由的横截面的边长。在此，流量盒3可以(图中未示出)在使用常见的联接法兰的情况下与上级系统的管线路(例如图中未单独示出的填充设施)连接，并且经由相应的联接件输送待检查的介质，例如果汁、酒精饮品或粉剂。在所示的示例中，流量盒3尤其可以由石英玻璃或其他适用的材料制成。从图1也可清楚看出的是，与测量头1直接连接的传感器单元5尤其是在所示的示例中直接通过法兰接到测量头1。这类传感器单元由来自Eschach(德国埃沙赫)的Blue Ocean Nova AG(蓝海新星股份有限公司)提供。在此，所提及的传感器单元是工业应用中的一种紧凑解决方案，并且尤其通常包含一个或多个光源以及相应的检测器还有对测量所需的驱动电子器件或评估电子器件。它们尤其能够实现对待检查的物质进行简单的工艺流程整合式光学分析。
图2中再度示意性示出通过传感器单元5、测量头1和流量盒3的光路。可以清楚看出的是，首先从布置在传感器单元5中的光源6发出照射光束(图中未作标记)，该照射光束通过图中未单独绘出的合适的光学窗口穿透过呈U形的凹部的内部的器壁，并且然后射入附接到流量盒3的外器壁上的石英棒7中。从石英棒7射出之后，光路继续延伸到布置于流量盒3的相对置的侧上的第二石英棒8并且从那儿经由同样未单独示出的耦入窗口返回到测量头1中，在那里经由偏转棱镜9使光束偏转，并且使透射穿过流量盒的光被输送给布置在传感器单元5中的检测器10。流量盒3可以具有不同的几何形状，尤其是如图所示的立方形，但也可以圆柱形地构成或以替选的几何体构成。
图2中可以清楚看出的是，通过石英棒7和8的合适的规格确定，可以精确地调节所需的层厚。当然，根据用于光学测量的电磁辐射而定地，在此不一定必须是石英棒，也可以想到其他合适的材料。另外，并非在所有情况下都需要进行透射测量；还可以完全想到的是，所示的布置方案也用作反射测量布置方案，或者在与原始的光传播方向约成90度角度的情况下实现荧光测量。
图3示出了本发明的一个实施方式，其与前述实施方式中所示的变型方案相比具有提高了的层厚。除了示意性示出的测量头1.1和具有光源6和检测器10的传感器单元5之外，还可以清楚看到被纵向射透的流量盒3.1，其具有用于输送或排出待检查的可流动介质的侧向的联接端。图中还指明了层厚D。该所示的变型方案在未示出的作为“怀特盒”的实施方式中尤其也能够实现了多次反射进而进一步提高有效的层厚。
不言而喻，所示的布置方案能够以有利的方式用于实现如图4所示的多路传输测量。图4示出了多个如图3已知的能被纵向射透的流量盒以及构造为参考盒11的参考单元的直线的布置方案。如果现在设置有例如具有合适的直线引导部的光学测量头和布置于其上的传感器单元，则可以以简单的方式通过引导测量头1.1在流量盒3.1旁边经过来实现多路传输测量，也就是说测量布置在被纵向流经的流量盒3.1的不同介质。
图5以透视图示出了以能枢转的方式附接到载体12上的布置方案，该布置方案包括如前文已述的传感器单元5以及同样如前文已述的测量头1。传感器单元5和测量头1在此通过图中也可清楚看出的口径4”的Tri卡箍13以能松脱的方式彼此连接并且共同地借助同样已示出的铰链14能绕转动轴线A转动或枢转。在所示的示例中，铰链14在此布置在载体12中，该载体其本身牢固地与图中未示出的上级的设施连接，并且例如可以由合适的塑料来实现。在图5所示的示例中，该布置方案处于测量定位中，也就是说夹具状的测量头1围嵌了流量盒3，该流量盒被位于上级设施中的可流动介质穿过。图5中还可以清楚看出在所示运行状态下未使用的参考单元11.1。塑料板15和16用于在最大限度上遮蔽外部光线，借此不会导致测量结果失真。
图6现在示出了处于中间定位中的图5中已述的布置方案，在其中，测量头枢转出来并且例如可以在空气中进行测量。本图中还可以清楚看出容纳法兰17，该容纳法兰经由铰链以能枢转的方式与基体连接，并且传感器单元可以借助口径4”的Tri卡箍固定在该容纳法兰上。
而在图7中，参考单元11.1与测量头的呈U形的凹部2嵌接，从而可以进行参考测量或校准测量。图中未示出可以用于使测量头1相对于流量盒3或参考单元11.1限定定位的机械止挡或磁部件。
图8以分解图示出布置在传感器单元5上的处于与其余布置件松脱的状态下的测量头1。可以清楚看出该布置方案的模块化构造以及传感器单元5连同测量头1与载体12的简单的可松脱性。
图9和10示出本发明的替选的实施方式。与图5至图8所示的实施方式的主要区别在于参考单元11.2的可运动性的实现方案。在图9和10所示的示例中，参考单元11.2借助引导与锁定套筒18在平行于枢转轴线A的方向上运动。图9中示出了处于上方位置中的参考单元11.2；测量头1处于枢转出来的位置中，该测量头因此不测量位于流量盒3.3中的介质，但也不测量参考单元11.2。如果要在参考单元11.2处进行测量，则仅须将其从上降入测量头1的凹部中，如图10所示。这种实施方式的优点尤其在于传感器单元5在从测量定位更换到参考定位的情况下枢转经过的角度范围更小，这在结构空间有限时非常有用；另外，从传感器单元5引离的线缆连接部所受应力没有传感器单元5枢转更大角度范围时那么强。

Claims (12)

1.用于对可流动介质进行工艺流程整合式光学分析的系统，所述系统包括：
-用于对可流动介质进行工艺流程处理的工艺流程系统；
-用于分析所述可流动介质的分析系统，其中，所述分析系统具有用于照射介质和接收测量辐射的光学测量头(1、1.1)；
-参考单元(11、11.1、11.2)，
其中，所述工艺流程系统具有测量区域，在工艺流程处理期间能将所述介质引入所述测量区域中，并且所述测量区域能为借助所述光学测量头(1、1.1)进行的测量所用，
其特征在于，
所述测量区域构造为流量盒(3、3.1)的内部区域，
存在用于使以能转动或能枢转的方式实施或者设有直线引导部的所述光学测量头(1、1.1)移向相对于所述测量区域和/或相对于所述参考单元(11、11.1、11.2)的限定的相对定位的运动机构，所述运动机构使得能以有选择的方式实现对位于所述测量区域内的介质的测量或对所述参考单元(11、11.1、11.2)的测量。
2.根据权利要求1所述的系统，
其特征在于，
存在用于使所述光学测量头(1、1.1)相对于所述测量区域和/或相对于所述参考单元(11、11.1、11.2)限定定位的至少一个机械止挡。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，
其特征在于，
存在用于确定所述光学测量头(1、1.1)相对于所述测量区域和/或相对于所述参考单元(11、11.1、11.2)的相对定位的至少一个传感器。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，
其特征在于，
所述光学测量头(1、1.1)具有测量区，所述测量区能够至少部分地与所述测量区域重合以用来进行测量，并且所述测量区在测量期间至少部分地被测量辐射穿透。
5.根据权利要求4所述的系统，
其特征在于，
所述测量区至少部分地布置在所述光学测量头(1、1.1)的呈U形的区域的侧边之间。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，
其特征在于，所述光学测量头(1、1.1)被设立成用于进行透射测量。
7.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，
其特征在于，
测量路径的长度小于100mm。
8.根据权利要求7所述的系统，
其特征在于，
测量路径的长度小于10mm。
9.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，
其特征在于，
所述参考单元(11、11.1、11.2)以能相对于所述工艺流程系统运动的方式构造。
10.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，
其特征在于，
所述参考单元(11、11.1、11.2)构造为能以受引导的方式运动。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，
其特征在于，
所述参考单元(11、11.1、11.2)以能转动或能枢转的方式实施或者设有直线引导部。
12.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，
其特征在于，
所述光学测量头(1、1.1)与传感器单元连接，所述传感器单元能以连同所述光学测量头(1、1.1)一起被引导的方式运动。
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