DE10222822A1 - Online-Analysator - Google Patents

Online-Analysator

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DE10222822A1
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Ralf Steuerwald
Dirk Steinmueller
Camiel Heffels
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Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/251—Colorimeters; Construction thereof
    • G01N21/253—Colorimeters; Construction thereof for batch operation, i.e. multisample apparatus

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Online-Analysator (1) zum Analysieren einer Meßprobe mit einer Meßvorrichtung (2), bestehend aus zumindest einer Meßzelle (3) und zumindest einer opto-elektronischen Komponente (4), wobei die Meßvorrichtung (2) die Transmission oder die Extinktion von elektromagnetischer Strahlung bei Durchgang durch die Meßprobe bei zumindest einer Wellenlänge bestimmt und Meßsignale bereitstellt, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (19), die die von der Meßvorrichtung gelieferten Meßsignale auswertet und Analysedaten zur Verfügung stellt. Die Meßzelle (3) und die Regel-/Auswerteeinheit (19) sind räumlich voneinander beabstandet angeordnet; die zumindest eine opto-elektronische Komponente (4) der Meßvorrichtung (2) ist in der Regel-/Auswerteeinheit (19) angeordnet; die Meßzelle (3) und die zumindest eine opto-elektronische Komponente (4) sind über einen Lichtwellenleiter (5) miteinander verbunden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Online-Analysator zum Analysieren einer Meßprobe.
  • Online-Analysatoren werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung "STAMOLYS" angeboten und vertrieben. Eingesetzt werden die Analysatoren u. a. bei der Überwachung und Optimierung der Reinigungsleistung einer Kläranlage, bei der Überwachung von Belebungsbecken und des Kläranlagenauslaufs oder bei der Regelung der Füllmitteldosierung. Gemessen und überwacht werden beispielsweise der Gehalt einer Meßprobe an Ammonium, Phosphat oder Nitrat. Die Analyse einer Meßprobe erfolgt unter Einsatz von bekannten Meßmethoden, auf die an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird.
  • Online-Analysatoren erfassen bevorzugt kontinuierlich Tagesganglinien. Diese liefern einerseits zuverlässig die gewünschte Information hinsichtlich des fortlaufenden Betriebs der Analge; andererseits wird Information hinsichtlich eventuell erforderlicher Änderungen in der Verfahrenstechnik bereitgestellt. Aufgrund der Analysedaten lassen sich daher mitunter recht beachtliche Einsparungen bei den Betriebsmitteln und den Betriebskosten verbuchen.
  • Der Arbeitsablauf in einem Online-Analysator mit einer colorimetrischen Meßvorrichtung ist grob der folgende: Über eine Pumpe wird das Permeat - also die aufbereitete Meßprobe - in einen Mischbehälter gefüllt. Über eine Reagenzienpumpe wird der Meßprobe ein entsprechendes Reagenz in einem festgelegten Mischungsverhältnis zugesetzt. Das Reagenz reagiert mit der Meßprobe, wodurch sich die Meßprobe in einer charakteristischen Art und Weise verfärbt. Eine Messung der Extinktion oder der Transmission von Strahlung bei Durchgang durch die ausreagierte Meßprobe wird mittels eines Photometers oder eines Spektrometers bestimmt. Die Extinktions- bzw. Transmissionsmessung liefert Information über den Gehalt eines chemischen Elements oder einer chemischen Verbindung in der Meßprobe. Bevorzugt ist übrigens beim STAMOLYS die Temperatur des Photometers thermostatisch geregelt. Hierdurch wird erreicht, daß die beabsichtigte Reaktion zwischen dem Permeat und dem Reagenz reproduzierbar und innerhalb kurzer Zeit ablaufen kann.
  • Bei den bekannten Analysatoren ist das Photometer mit der Meßzelle zusammen mit den Pumpen zur Förderung des Permeats, der Reagenzmittel und/oder des Reinigungsmittels und den Ventilen zur Umschaltung interner Zyklen (Kalibrierung, Reinigung) auf einem Montagerahmen untergebracht. Damit befindet sich die Elektronik zur Verstärkung der optischen Signale der opto-elektronischen Komponenten, z. B. der Photodioden, im sog. Naßteil des Online-Analysators. Um die empfindlichen opto-elektronischen Komponenten des Photometers bzw. Spektrometers vor Nässe und vor elektromagnetischer Einstrahlung zu schützen, ist es bei den bekannten Lösungen unbedingt erforderlich, die Elektronik in einem separaten, abgedichteten Schutzgehäuse unterzubringen. Überhaupt umfaßt die bekannte Lösung relativ viele Einzelkomponenten: Einerseits ist deren Zusammenbau ziemlich aufwendig; andererseits ist der Platzbedarf bei der bekannten Lösung relativ groß.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Online-Analysator vorzuschlagen, bei dem Naßteil und Elektronikteil vollständig voneinander entkoppelt sind.
  • Der erfindungsgemäße Analysator umfaßt eine Meßvorrichtung, die die Transmission oder die Extinktion von elektromagnetischer Strahlung bei Durchgang durch die Meßprobe bei zumindest einer Wellenlänge bestimmt und die Meßsignale bereitstellt, und eine Regel-/Auswerteeinheit, die die von der Meßvorrichtung gelieferten Meßsignale auswertet und Analysedaten zur Verfügung stellt. Die Meßvorrichtung besteht aus zumindest einer Meßzelle und zumindest einer opto-elektronischen Komponente. Meßzelle und Regel- /Auswerteeinheit sind räumlich voneinander beabstandet angeordnet. Die zumindest eine opto-elektronische Komponente der Meßvorrichtung ist der Regel-/Auswerteeinheit zugeordnet. Weiterhin ist zumindest ein Lichtwellenleiter vorgesehen, über den die Meßzelle und die zumindest eine optoelektronische Komponente miteinander verbunden sind.
  • Erfindungsgemäß ist es somit erstmals möglich, alle Komponenten des Analysators, die in unmittelbaren Kontakt mit der Meßprobe kommen, von den opto-elektronischen und elektrischen Komponenten räumlich abzusetzen und vollständig abzukoppeln. Insbesondere befindet sich - im Falle der Verwendung eines Photometers - die empfindliche Elektronik zur Verstärkung der optischen Meßsignale der Photodioden außerhalb des Naßteils des Analysators. Damit ist eine Beschädigung der empfindlichen elektronischen Teile im Falle eines geplatzten Schlauches sicher ausgeschlossen. Außerdem hat der erfindungsgemäße Online-Analysator hervorragende EMV- Eigenschaften.
  • Bevorzugt handelt es sich bei Meßvorrichtung um ein Einkanal- oder um ein Mehrkanal-Photometer. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Online-Analaysator kann jedoch auch ein Spektrometer eingesetzt werden.
  • Als opto-elektronische Komponenten kommen Leuchtdiode, eine Photodioden oder ein Diodenzeilenspektrometer zum Einsatz.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Online- Analysators ist zumindest ein Steckverbinder vorgesehen, über den die zumindest eine opto-elektronische Komponente mit dem Lichtwellenleiter verbindbar ist.
  • Darüber hinaus wird eine Ausgestaltung mit mehreren Lichtwellenleitern vorgeschlagen, wobei die Lichtwellenleiter in einem Lichtwellenleiterbündel zusammengefaßt sind. Diese Ausgestaltung dient einer übersichtlichen Anordnung der Lichtwellenleiter.
  • Im Falle eines Zweikanal-Photometers kommen zwei Lichtwellenleiter zum Einsatz, wobei ein Lichtwellenleiter bzw. ein Kanal für die Meßwellenlänge und ein weiterer Lichtwellenleiter bzw. Kanal für die Referenzwellenlänge vorgesehen ist.
  • Im Falle eines Diodenzeilenspektrometers ist eine faseroptische Lichteinkopplung vorgesehen, über die die opto-elektronischen Komponenten des Spektrometers und die Lichtwellenleiter miteinander verbunden sind. Mit der Lichtwellenleitertechnik ist es möglich, anstelle von farbigen Leuchtdioden oder Photodetektoren eine breitbandige Lichtquelle zur Beleuchtung der Meßzelle zu verwenden. Zur spektralaufgelösten Messung wird dann - wie bereits gesagt - ein Diodenzeilenspektrometer mit faseroptischer Lichteinkopplung eingesetzt. Auf diese Weisen können mit einer Hardware die unterschiedlichen Meßgrößen in einer Meßprobe bestimmt werden. Darüber hinaus können auch einige Meßgrößen im UV/VIS- oder NIR-Spektralbereich auf direkten Wege, also ohne Reagenzien, gemessen werden.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Analysators sieht vor, daß die opto-elektronischen Komponenten und die elektronischen bzw. elektrischen Komponenten der Meßvorrichtung und/oder des Analysators auf zumindest einer Leiterplatte angeordnet sind. Insbesondere ist vorgesehen, daß alle opto-elektronischen Komponenten auf der Hauptplatine angeordnet sind, auf der auch die Komponenten der Verstärkerelektronik zu finden sind. Hierdurch lassen sich die Herstellungskosten reduzieren.
  • Weiterhin ist im Zuammenhang mit dem erfindungsgemäßen Analysator zumindest eine Pumpeneinheit vorgesehen, über die die Meßprobe und/oder ein Reagenzmittel und/oder ein Reinigungsmittel in die Meßzelle gefördert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform übernimmt die Regel-/Auswerteeinheit die komplette Ablaufsteuerung des Online-Analysators. Bevorzugt ist die Regel- /Auswerteeinheit, der sog. Elektronikteil, im oberen Bereich und/oder im hinteren Bereich des Online-Analysators angeordnet; weiterhin ist zumindest eine Zwischenwand vorgesehen, die den Elektronikteil von dem Naßteil trennt, in dem u. a. die Meßzelle und/oder die Pumpeneinheit zu finden sind. Da der Elektronikteil gegenüber dem Naßteil sowieso gut abgedichtet ist, kann das bislang erforderliche separate Schutzgehäuse für die empfindlichen Elektronikteile des Photometers entfallen.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Online-Analysators und
  • Fig. 2 eine Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung der Meßvorrichtung.
  • Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Online-Analysators 1. In Fig. 2 ist die in Fig. 1 gezeigte Ausgestaltung der Meßvorrichtung 3 gesondert dargestellt.
  • Das Gehäuse 10 des erfindungsgemäßen Online-Analysators 1 ist durch eine Zwischenwand 20 in einen Elektronikteil 7 und einen Naßteil 21 unterteilt. Im gezeigten Beispiel ist die Zwischenwand 20 waagerecht ausgeführt und trennt den im oberen Bereich des Gehäuses 10 angeordneten Elektronikteil 7 von dem im unteren Teil des Gehäuses 10 angeordneten Naßteil 21. Im Naßteil 21 sind alle Komponenten des Online-Analysators 1 zu finden, die mit der flüssigen Meßprobe unmittelbar in Kontakt kommen. Im gezeigten Fall handelt es sich hierbei um die Kanalumschaltventile 14, die Pumpen 11, die Absperrventile 13, die Dosierschlaufe 12, die Meßzelle 3 und die Aufnahmebehälter 15.
  • Die Meßvorrichtung 2 besteht aus einer Meßzelle 3 und mehreren optoelektronischen Komponenten 4. Während die Meßzelle 3 im Naßteil 21 des Online-Analysators 1 zu finden ist, sind die opto-elektronischen Komponenten 4 im Elektronikteil 7 angeordnet. Verbunden sind die Meßzelle 3 und die optoelektronischen Komponenten 4 erfindungsgemäß über Lichtwellenleiter 5. Die Lichtwellenleiter 5 und die opto-elektronischen Komponenten 4 sind ebenso wie die Lichtwellenleiter 5 und die Meßzelle 3 über Steckverbinder 6 miteinander verbunden. Hierdurch wird beispielsweise der einfache Austausch einer Meßzelle 3 gegen eine andere Meßzelle 3 mit einer unterschiedlichen Dicke ermöglicht. Selbstverständlich können die Lichtwellenleiter 5 auch fest mit den opto-elektronischen Komponenten 4 oder der Meßzelle 3 verbunden sein. Im gezeigten Fall handelt es sich übrigens um ein sog. Zweikanal- Photometer: Die Meßstrahlung und die Referenzstrahlung werden über separate Lichtwellenleiter 5 ein- bzw. ausgekoppelt.
  • Im Elektronikteil 7 ist weiterhin die Regel-/Auswerteeinheit 19 angeordnet, die für die Ablaufsteuerung des Online-Analysators 1 und für die Auswertung und Bereitstellung der Analysedaten verantwortlich zeichnet. Sowohl die Ablaufsteuerung als auch die Meßwertgewinnung ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, so daß an dieser Stelle auf eine erneute Beschreibung verzichtet werden kann. Bevorzugt sind alle elektronischen und elektrischen Komponenten 4; 19 auf einer Platine 18 angeordnet.
  • Im unteren Bereich des Naßteils 21 befinden sich die Aufnahmebehälter 15. In den Aufnahmebehältern 15 werden die Reagenzmittel und die Reinigungsmittel aufbewahrt. Die ausreagierten Meßproben und die gebrauchten Reinigungsmittel werden über das Auslaufrohr 17 abgeleitet. Bezugszeichenliste 1 Online-Analysator
    2 Meßvorrichtung
    3 Meßzelle
    4 Opto-elektrische Komponente
    5 Lichtwellenleiter
    6 Steckverbinder
    7 Elektronikteil
    8 Display/Anzeigeeinheit
    9 Bedieneinheit/Tastatur
    10 Gehäuse
    11 Pumpe
    12 Dosierschlaufe
    13 Absperrventil
    14 Kanalumschaltventil
    15 Aufnahmebehälter
    16 Auffangwanne
    17 Auslaufrohr
    18 Leiterplatte
    19 Regel-/Auswerteeinheit
    20 Zwischenwand
    21 Naßteil

Claims (12)

1. Online-Analysator (1) zum Analysieren einer Meßprobe mit einer Meßvorrichtung (2), bestehend aus zumindest einer Meßzelle (3) und zumindest einer opto-elektronischen Komponente (4), wobei die Meßvorrichtung (2) die Transmission oder die Extinktion von elektromagnetischer Strahlung bei Durchgang durch die Meßprobe bei zumindest einer Wellenlänge bestimmt und Meßsignale bereitstellt, und mit einer Regel-/Auswerteeinheit (19), die von der Meßvorrichtung gelieferten Meßsignale auswertet und Analysedaten zur Verfügung stellt,
wobei die Meßzelle (3) und die Regel-/Auswerteeinheit (19) räumlich voneinander beabstandet angeordnet sind,
wobei die zumindest eine opto-elektronische Komponente (4) der Meßvorrichtung (2) der Regel-/Auswerteeinheit (19) zugeordnet ist, und
wobei zumindest ein Lichtwellenleiter (5) vorgesehen ist, über den die Meßzelle (3) und die zumindest eine opto-elektronische Komponente (4) miteinander verbunden sind.
2. Online-Analysator nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Meßvorrichtung (2) um ein Einkanal- oder um ein Mehrkanal-Photometer handelt.
3. Online-Analysator nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Meßvorrichtung (2) um ein Spektrometer handelt.
4. Online-Analysator nach Anspruch 1, wobei es sich bei einer opto-elektronischen Komponente (4) um eine Leuchtdiode, eine Photodiode oder um ein Diodenzeilenspektrometer handelt.
5. Online-Analysator nach Anspruch 1 oder 4, wobei zumindest ein Steckverbinder (6) vorgesehen sind, über den die optoelektronische Komponente (4) mit dem Lichtwellenleiter (5) verbindbar ist.
6. Online-Analysator nach Anspruch 1 oder 5, wobei mehrere Lichtwellenleiter (5) vorgesehen sind, die in einem Lichtwellenleiterbündel zusammengefaßt sind.
7. Online-Analysator nach Anspruch 2, wobei im Falle eines Zweikanal-Photometers zwei Lichtwellenleiter (5) eingesetzt werden, wobei ein Kanal für die Meßwellenlänge und ein Kanal für die Referenzwellenlänge vorgesehen ist.
8. Online-Analysator nach Anspruch 3, wobei im Falle eines Diodenzeilenspektrometers eine faseroptische Lichteinkopplung vorgesehen ist, über die die opto-elektronischen Komponenten (4) des Spektrometers und die Lichtwellenleiter (5) miteinander verbunden sind.
9. Online-Analysator nach Anspruch 1, wobei die opto-elektronischen Komponenten (4) und die elektronischen bzw. elektrischen Komponenten der Meßvorrichtung (2) und/oder des Analysators (1) auf einer Leiterplatte (18) angeordnet sind.
10. Online-Analysator nach Anspruch 1, wobei zumindest eine Pumpeneinheit (11) vorgesehen ist, über die die Meßprobe und/oder ein Reagenzmittel in die Meßzelle (3) gefördert werden/wird.
11. Online-Analysator nach Anspruch 1 oder 10, wobei die Regel-/Auswerteeinheit (19) die Ablaufsteuerung des Online- Analysators (1) vornimmt.
12. Online-Analysator nach Anspruch 9 oder 11,
wobei die Regel-/Auswerteeinheit (19) im Elektronikteil (7) im oberen Bereich des Online-Analysators (1) angeordnet ist und
wobei zumindest eine Zwischenwand (20) vorgesehen ist, die den Elektronikteil (7) von dem Naßteil 21, in dem u. a. die Meßzelle (3) und die Pumpeneinheit (11) angeordnet sind, trennt.
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