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Die Erfindung bezieht sich auf eine Messfensterkonstruktion für eine optische Prozessmessvorrichtung, welche Messfensterkonstruktion ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster, dessen Messfläche angeordnet ist, in eine Prozesslösung platziert zu werden, eine in die Skelettkonstruktion der optischen Prozessmessvorrichtung gebildete, der Prozesslösung zugewandte Dichtungsfläche, gegen die das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster angeordnet ist, sich zu drücken, sowie Befestigunsgmittel zum Pressen des aus einem optischen Material hergestellten Messfensters gegen die Dichtungsfläche und zum Befestigen an der Skelettkonstruktion aufweist.
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Ein Messfenster einer zuverlässigen optischen Prozessmessvorrichtung soll manchmal auch große Drücke, zum Beispiel einen Druck von 100 bar in Olraffinerieanwendungen oder in Trennungsprozessen der Lebensmittelindustrie aushalten. Als Beispiel für die oben erwähnten optischen Prozessmessvorrichtungen können Refraktometer angeführt werden.
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Herkömmlich ist ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster oder Prisma von dem Inneren der Vorrichtung her montiert worden, wobei sich seine Druckfestigkeit auf Drücke von unter 50 bar beschränkt hat. Als Beispiel für derartige Lösungen können das Prozessrefraktometer PR-03 von K-Patents Oy oder die
FI-Patentschrift 108259 erwähnt werden.
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Alternativ ist das Prisma von der Prozessseite montiert worden, wie in den PR-01 Refraktometern von K-Patents Oy. Im PR-01 Refraktometer werden infolge der Geometrie des Prismas zwei kleine Prozessdichtungen benötigt. Das Herstellen kleiner Prozessdichtungen und Dichtungsrillen ist u. a. wegen Toleranzen technisch schwierig. Das Montieren kleiner Dichtungen ist auch mühsam und Sorgfalt verlangend für Instrumentenmonteure, aufgrund zweier getrennter Dichtungen ist die Konstruktion nicht hygienisch.
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Als zusätzliche Beispiele für die Prozessrefraktometer und für die in Verbindung mit ihnen angewandten Lösungen können die in den
FI-Patentschriften 113566 und
118864 beschriebenen Konstruktionen erwähnt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messfensterkonstruktion zustande zu bringen, mittels deren die Nachteile der vorbekannten Technik eliminiert werden können. Diese Aufgabe ist durch die erfindungsgemäße Messfensterkonstruktion gelöst worden. Die erfindungsgemäße Messfensterkonstruktion ist dadurch gekennzeichnet, dass die in die Skelettkonstruktion gebildete Dichtungsfläche eine rotationssymmetrische Fläche ist und dass die sich gegen die in die Skelettkonstruktion des aus einem optischen Material hergestellten Messfensters gebildete Dichtungsfläche drückende Fläche eine rotationssymmetrische Fläche ist.
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Ein Vorteil der Erfindung liegt vor allem darin, dass man mittels der Erfindung alle Nachteile der vorbekannten Technik loswird. In der Erfindung wird das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster von der Prozessseite montiert, wobei der maximale Prozessdruck ausschließlich nach der Prozessdichtung bestimmt wird, d. h. der im Prozess herrschende Druck versucht nicht, die Dichtung zu öffnen, sondern drückt das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster dicht gegen die in der Skelettkonstruktion befindliche Dichtungsfläche. Das Herstellen der Dichtungsflächen und der Dichtung der erfindungsgemäßen Messfensterkonstruktion verlangt keine besondere Sorgfalt und das Montieren der Dichtung ist leicht. Ein Vorteil der Erfindung liegt weiter darin, dass die Konstruktion einer Prozessdichtung leicht hygienisch gemacht werden kann. Ein Vorteil der Erfindung liegt weiter dann, dass mittels der Erfindung auf vorteilhafte Weise ein Messfenster geschaffen werden kann, das rein bleibt. Ein Problem der vorbekannten Technik ist die Verschmutzung der Messfläche. Falls an der Messfläche ein zu messendes Mittel haftet und eine Flüssigkeit nicht mehr wechselt, so funktioniert die Messung nicht mehr auf die gewünschte Weise. Mittels der erfindungsgemäßen Messfensterkonstruktion kann je nach der Messgeometrie ein Messfenster verwirklicht werden, das ein Vorsprung im Verhältnis zu den übrigen Prozessflächen der Messvorrichtung ist. Ein Vorteil der vorsprungartigen Konstruktion sind der bessere Wechsel einer Probe und die Selbstreinigung in den Prozessverhältnissen, in denen eine Strömung im Vergleich zu der Konstruktion erfolgt, in der sich das Messfenster mit den übrigen Prozessflächen der Messvorrichtung in derselben Ebene oder sogar in einer Aushöhlung befindet. Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion kann eine optische Messvorrichtung zustande gebracht werden, deren Reinbleiben erheblich besser als bei den jetzigen Konstruktionen ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung ausführlicher erläutert. Es zeigen
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1 eine prinzipielle Ansicht eines Spitzenteils einer Skelettkonstruktion einer erfindungsgemäßen optischen Prozessmessvorrichtung ohne ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster,
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2 eine prinzipielle Ansicht eines aus einem optischen Material hergestellten Messfensters einer erfindungsgemäßen optischen Prozessmessvorrichtung,
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3 eine prinzipielle Ansicht eines Spitzenteils einer Skelettkonstruktion einer erfindungsgemäßen optischen Prozessmessvorrichtung, an dem ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster befestigt ist,
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4 eine prinzipielle Spaltansicht eines aus einem optischen Material hergestellten Messfensters, in die die Zuführung und die Reflexion des Lichtes prinzipiell bezeichnet sind,
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5 eine prinzipielle Spaltansicht eines Spitzenteils einer optischen Prozessmessvorrichtung, an dem ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster befestigt ist, und
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6 bis 10 aus verschiedenen Richtungen gesehene prinzipielle Ansichten einer zweiten Ausführungsform eines aus einem optischen Material hergestellten Messfensters einer erfindungsgemäßem Messfensterkonstruktion.
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In 1 ist ein Spitzenteil 1 einer Skelettkonstruktion einer erfindungsgemäßen optischen Prozessmessvorrichtung ohne ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster prinzipiell gezeigt. Ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster 2 ist wiederum in 2 gezeigt. In 3 und 5 ist ein Spitzenteil 1 einer optischen Prozessmessvorrichtung gezeigt, an dem ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster 2 befestigt ist. In 4 ist der Lauf des Lichtes in einem aus einem optischen Material hergestellten Messfenster 2 prinzipiell gezeigt. In 1 sind auch Öffnungen 9a, 9b sichtbar, über die ein Lichtstrahlenbündel auf ein aus einem optischen Material hergestelltes Messfenster 2 und entsprechend für das Analysieren geleitet wird.
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Die dargestellten Einzelheiten der
1 bis
5 sind zum Beispiel mit einem Prozessrefraktometer verbunden. in den Figuren ist von der Skelettkonstruktion des Refraktometers nur ein Teil, d. h. ein Spitzenteil, dargestellt, an dem das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster befestigt wird. Das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster wird mit einer zu messenden Prozessflüssigkeit in Kontakt gebracht. Die Messung erfolgt durch Messen der Brechungszahl der Prozesslösung zum Beispiel mittels des aus einem optischen Material hergestellten Messfensters und der an der Begrenzungsfläche der Lösung entstehenden Totalreflexion. Zu diesem Zweck wird auf die oben erwähnte Begrenzungsfläche ein Lichtstrahlenbündel geleitet, das von der Begrenzunsgfläche nach dem Grundprinzip gemäß
4 reflektiert wird. Ein Teil des Strahlenbündels wird vollständig von der Lösung reflektiert, ein Teil wird teilweise in die Lösung absorbiert. Daraus entsteht ein Bild, in dem die Stelle der Grenze eines hellen und eines dunklen Bereichs von dem Grenzwinkel der Totalreflexion und somit von der Brechungszahl der Prozesslösung abhängt. Ein wesentlicher Umstand der Refraktometermessung ist das Analysieren des aus der Lichtreflexion entstehenden Bildes. Die oben erwähnte Bildanalyse dient dazu, den Grenzwinkel der Totalreflexion, also mit anderen Worten eine Grenze, an der der helle Bereich des auf die oben angeführte Weise entstehenden Bildes in den dunklen Bereich übergeht, zu finden. Das Lichtstrahlenbündel kann entweder durch das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster oder von der Seite der zu messenden Flüssigkeit auf die Begrenzungsfläche geleitet werden. Die Lichtquelle und die für die Bildanalyse erforderlichen Mittel sind in der Skelettkonstruktion des Refraktometers zugeordnet. Der oben erwähnte Umstand ist nicht in den Figuren dargestellt, weil die betreffenden Umstände völlig übliche Technik für einen Fachmann sind. Wir weisen in diesem Zusammenhang auf die früher erwähnten
FI-Patentschriften 108259 ,
113566 und
118864 hin, in denen die oben erwähnten Einzelheiten ausführlicher beschrieben sind.
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Das Arbeitsprinzip des Refraktometers ist schon seit über hundert Jahren bekannt. Als Beispiele für die Anwendungsbereiche der Refraktometer können die Lebensmittelindustrie, die Holzindustrie, die chemische Industrie und verschiedene Untersuchungen überhaupt erwähnt werden.
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Wenn die Refraktometermessung durchgeführt wird, wird zum Beispiel die Konstruktion nach 3 in die zu messende Prozesslösung so geführt, dass das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster 2 mit der zu messenden Prozessflüssigkeit in Kontakt steht. Die zu messende Prozessflüssigkeit kann unter einem hohen Druck sein, wie früher festgestellt worden ist. Somit muss die Messfensterkonstruktion einen hohen Druck aushalten, und außerdem soll die Konstruktion leicht zu verwirklichen sein.
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In 1 ist mittels des Bezugszeichens 3 eine in die Skelettkonstruktion der optischen Prozessmessvorrichtung gebildete, der Prozesslösung zugewandte Dichtungsfläche dargestellt. In der erfindungsgemäßen Konstruktion wird das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster von der Prozessseite montiert, weshalb die in die Skelettkonstruktion gebildete Dichtungsfläche 3 in der Messsituation eine der Prozesslösung zugewandte Fläche ist.
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Nach dem wesentlichen Gedanken der Erfindung ist die in die Skelettkonstruktion 1 gebildete Dichtungsfläche 3 eine rotationssymmetrische Fläche. Entsprechend ist die sich gegen die in die Skelettkonstruktion des aus einem optischen Material hergestellten Messfensters 2 gebildete Dichtungsfläche 3 drückende Fläche 4 eine rotationssymmetrische Fläche. Die Fläche 4 ist deutlich in 2 sichtbar, in der das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster 2 dargestellt ist. Aus 2 kann weiter gesehen werden, dass die Dichtungsfläche 4 des aus einem optischen Material hergestellten Messfensters 2 eine Fläche ist, die so groß wie die weiteste Dimension des Messfensters ist. So wird eine für die Druckfestigkeit besonders vorteilhafte Lösung erhalten. Der Druck der Prozessflüssigkeit drückt das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster dicht gegen die Skelettkonstruktion. Das von den. Flächen 3 und 4 gebildete Anschlagflächenpaar ist von seiner Größe her groß, weshalb es zu einer sehr druckbeständigen Lösung kommt.
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Das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster 2 wird mittels Befestigungsgliedern 5, 6 an seinem Platz befestigt, wie zum Beispiel in 3 dargestellt ist.
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Das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster 2 kann vorzugsweise als rotationssymmetrisches Element hergestellt werden. Eine derartige Anwendung ist in 4 dargestellt.
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Das oben benutzte Fachwort ”rotationssymmetrisch” ist in keiner Weise auf eine bestimmte Form beschränkt, sondern die rotationssymmetrische Form kann zum Beispiel ein Zylinder, eine Kugel, ein Kegel, ein Kreis oder deren Kombination sein.
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Das in der Erfindung verwendete aus einem optischen Material hergestellte Messfenster 2 ist mit mindestens einer Niveaufläche 7 versehen, über die das Licht angeordnet ist, auf eine Messfläche 2a des aus einem optischen Material hergestellten Messfensters 2 geleitet oder reflektiert zu werden. In der Anwendung nach 4 und 5 ist eine Messfläche 2a vorhanden. Das ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, sondern es können. auch mehrere Messflächen 2a vorhanden sein. Das Lichtstrahlenbündel wird über die Niveaufläche 7 auf die Messfläche 2a auf die Weise nach 4 geleitet. Der Lauf des Lichtes in dem aus einem optischen Material hergestellten Fenster 2 ist in 4 prinzipiell mittels gestrichelter Linien dargestellt. Das Kommen des Lichtes von der Lichtquelle auf die Niveaufläche 7 ist prinzipiell mittels des Pfeiles 8a in 5 dargestellt. Das Lichtstrahlenbündel wird von der Lichtquelle gemäß Pfeil 8a über eine Öffnung 9a auf die Niveaufläche 7 und das reflektierte Licht entsprechend über eine Öffnung 9b vorwärts für das Analysieren geleitet. Die Öffnungen 9a, 9b sind so angeordnet, dass sie sich wenigstens teilweise in der Dichtungsfläche 3 befinden. Die oben erwähnte Einzelheit ist zum Beispiel aus 1 ersichtlich. Die Lichtquelle ist nicht in den Figuren gezeigt. In 5 ist prinzipiell mittels des Pfeiles 8b das Leiten des Lichtes über die Öffnung 9b von dem aus einem optischen Material hergestellten Fenster zum Analysieren dargestellt. Die für das Analysieren verwendeten Mittel sind nicht in den Figuren gezeigt.
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Die Niveaufläche 7 kann so verwirklicht werden, dass das Licht durch die betreffende Fläche hindurch läuft, wie in 4 und 5 dargestellt ist. Das ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, sondern die Niveaufläche 7 kann auch so verwirklicht werden, dass sie als reflektierende Fläche dient, wobei das Licht ins optische Messfenster und im optischen Messfenster weiter auf die Niveaufläche 7 geleitet wird, von der es in Richtung auf die Messfläche 2a reflektiert wird. Eine derartige Anwendung ist in 6 bis 10 dargestellt.
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Wir weisen hinsichtlich der Lichtquelle und der für das Analysieren verwendeten Mittel auf die früher erwähnten FI-Patentschriften hin, in denen die betreffenden Umstände ausführlicher dargestellt sind.
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In den Beispielen der Figuren ist das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster ein aus einem einheitlichen Material gebildeter Körper. Das ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, sondern das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster kann auch eine Kombination zweier getrennter Teile sein. Die getrennten Teile können zum Beispiel durch Kleben aneinandergefügt werden. Die Fugenflächen sollen optisch hochwertig sein, und die Fugenfläche soll für das kommende und das abgehende Licht symmetrisch sein. Die Fugenfläche kann eine Niveaufläche, eine konvexe Fläche oder eine konkave Fläche sein. In 6 bis 10 ist ein Beispiel für ein aus getrennten Teilen gebildetes Messfenster dargestellt. Im Beispiel der Figuren ist das Messfenster aus zwei Teilen gebildet. Es können natürlich auch mehr als zwei Teile vorhanden sein. In Verbindung mit den 6 bis 10 sind an den entsprechenden Stellen dieselben Bezugszeichen wie in 1 bis 5 benutzt worden.
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In 10 ist auch eine Lösungsanwendung dargestellt, mittels deren eine einfache und vorteilhafte Dichtung des aus einem optischen Material hergestellten Messfensters verwirklicht ist. Wie oben festgestellt worden ist, liegt ein Vorteil der Erfindung darin, dass, weil das aus einem optischen Material hergestellte Fenster von der Prozessseite montiert wird und die Dichtungsflächen auf die oben dargestellte Weise hergestellt sind, der im Prozess herrschende Druck nicht versucht, die Dichtung zu öffnen, sondern drückt das aus einem optischen Material hergestellte Messfenster dicht gegen die in der Skelettkonstruktion befindliche Dichtungsfläche. Die Dichtung kann dabei vorzugsweise mit einer Dichtung verwirklicht werden, die vorzugsweise eine kreissymmetrische Dichtung, zum Beispiel ein O-Ring, sein kann. Die oben erwähnte kreissymmetrische Dichtung ist in 10 mit dem Bezugszeichen 8 dargestellt.
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In 10 ist mit gestrichelten Linien auch der Lauf der Lichtstrahlen auf die Messfläche 2a und zum Zurückleiten auf die Analysierungsvorrichtungen dargestellt.
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Die oben dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verschiedene Einzelheiten der Erfindung können im Rahmen der Patentansprüche völlig frei umgestaltet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FI 108259 [0003, 0016]
- FI 113566 [0005, 0016]
- FI 118864 [0005, 0016]
