WO2019185678A1 - Optische durchflussmesszelle mit temperiervorrichtung und messvorrichtung umfassend die durchflussmesszelle - Google Patents

Optische durchflussmesszelle mit temperiervorrichtung und messvorrichtung umfassend die durchflussmesszelle Download PDF

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WO2019185678A1
WO2019185678A1 PCT/EP2019/057664 EP2019057664W WO2019185678A1 WO 2019185678 A1 WO2019185678 A1 WO 2019185678A1 EP 2019057664 W EP2019057664 W EP 2019057664W WO 2019185678 A1 WO2019185678 A1 WO 2019185678A1
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WO
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channel
measuring cell
section
measuring
temperature
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/057664
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English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Schröder
Franz DETLEF
Erik TEMMEL
Steve HALTENHOF
Andreas WÜNSCH
René EBLING
Original Assignee
MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg
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Filing date
Publication date
Application filed by MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg filed Critical MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Publication of WO2019185678A1 publication Critical patent/WO2019185678A1/de

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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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • 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
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/0332—Cuvette constructions with temperature control

Definitions

  • the invention relates to a measuring cell for examining a fluid flow.
  • the measuring cell has a main body and a channel leading through the main body for the fluid flow.
  • at least one first viewing window and one second viewing window are formed laterally to the channel, which overlap at least partially.
  • the invention further relates to a measuring device with such a measuring cell and with an evaluation device.
  • Generic measuring cells are used to study fluid flows. Flierzu such a fluid flow can be directed in particular through the channel.
  • Crystallization processes For example, a continuous measurement of a crystal size distribution can take place.
  • a measuring cell in particular together with a light source and a camera module and optionally with optical
  • Elements are used as lenses, wherein the light source generates a light beam through the viewing window of the measuring cell and this after passing through the
  • Viewing window is detected by the camera module.
  • a crystal size distribution can be extracted via image analysis algorithms.
  • the invention relates to a measuring cell for examining a fluid flow.
  • the measuring cell has a base body.
  • This basic body may for example be composed of several components, which for example
  • the measuring cell has a channel leading through the main body for the fluid flow. Under such a channel can be understood in particular an elongated cavity, which extends through the body.
  • At least one first viewing window and one second viewing window are formed laterally to the channel, which overlap at least partially.
  • the viewing windows can be characterized in particular by transparent elements such as
  • Viewing window and can pass between them through the channel, in particular to analyze a flowing through the channel fluid flow.
  • the viewing windows can also overlap completely.
  • the fluid flow is not a component of the measuring cell, but the measuring cell is rather designed so that such a fluid flow is passed through it.
  • the measuring cell has a tempering device, by means of which a temperature of the channel can be influenced. This ensures that the temperature of the channel and thus also of a fluid stream flowing through the channel can be adjusted to a value which
  • the tempering device can be arranged in particular in the base body.
  • the embodiment according to the invention is based, in particular, on the recognition that generic measuring cells typically form cold bridges from the environment to the channel, which lead to a sufficiently low temperature for the precipitation of particles. It should be noted, however, that the embodiment according to the invention is not limited to deliberately setting a high temperature, but in specific applications it is also possible to set a deliberately low temperature or in general a defined and thus also reproducible temperature.
  • a temperature of the fluid flow flowing through the channel can be influenced by means of the temperature control device.
  • the base body may advantageously be formed of metal. However, other sufficiently stable materials may be used, such as plastics. Different materials can be combined.
  • the tempering device may have a further channel, which in the
  • the tempering device has a cavity, which in the main body is separate from the channel for the passage of
  • tempering fluid is formed.
  • a cavity may be a cavity which completely or partially surrounds the channel.
  • the cavity may in particular be formed between a first outside plate and a second outside plate. At least one of the plates is preferably removable. It can also be removable both plates. This allows accessibility of the cavity for inspection or other purposes.
  • the cavity may in particular surround the channel. This allows a particularly good adjustability of the temperature can be achieved.
  • the temperature control device preferably has a supply device for
  • tempering fluid or is provided with a supply device for
  • tempering fluid Such a temperature-regulating fluid may in particular be water or even a gas. However, other fluids such as, for example, mixtures of liquids, to which additives for preventing corrosion or for resistance to frost may be added, are also usable.
  • the supply device is in particular preferably designed to bring the temperature-controlling fluid to a defined temperature before it is made available to the measuring cell,
  • the temperature control for example, have heating elements or also have a heat exchanger for connection to an external heat source and / or heat sink.
  • the tempering device may comprise an electric heating wire according to an embodiment. According to another embodiment, it may have an infrared heater. According to yet another embodiment, the tempering a
  • Induction heating have.
  • an electric heating wire ie in particular an electric heating wire, an infrared heater or an induction heater can an increase in temperature can be achieved directly at the measuring cell or in the main body.
  • an infrared heater or an induction heater can an increase in temperature can be achieved directly at the measuring cell or in the main body. It should be understood that such embodiments can be combined with each other as desired and can also be combined with the use of a further channel or a cavity for tempering fluid.
  • the tempering device is designed to effect an increase and / or reduction of a temperature of the base body and / or the channel of at least 15 K per hour.
  • a temperature ramp has proven to be advantageous in practice for typical applications.
  • the temperature control device has a
  • Temperature monitoring device for sensing or regulating a
  • Temperature of components of the measuring cell This can be monitored during operation of the temperature control the set or reached temperature and it can be ensured by a scheme, for example by a PID controller, that even with changing environmental conditions or other influences, the desired temperature as quickly as possible achieved or correct is set and maintained.
  • the invention further relates to a measuring device.
  • the measuring device has a measuring cell according to the invention. In this case, all embodiments and variants described herein can be used.
  • the measuring device furthermore has an evaluation device which is configured to convey a fluid flowing through the channel by means of a light beam guided through the viewing window,
  • the advantages already described above can be achieved.
  • a particularly good measurement can be carried out by means of such a measuring device, since by means of the temperature control device of the measuring cell a temperature can be set which avoids precipitation of particles or other undesired effects.
  • the measuring cell of the measuring device may in particular be designed such that it has a further channel or a cavity for tempering fluid, wherein the measuring device further preferably has a supply device for tempering fluid in this case.
  • the channel has at least one
  • Input section a measuring section and a lying between the input section and measuring section diffuser section.
  • the inlet section preferably has an inlet opening for introducing the
  • a cross-sectional area of the channel preferably increases in the diffuser section towards the measuring section.
  • At least the first viewing window and the second viewing window are preferably formed laterally to the measuring section of the channel, which overlap at least partially.
  • a cross section of the channel in the input section, in the diffuser section and in the measuring section in each case transversely to a common
  • Fluid flow can be achieved in the channel, which in particular a formation of dead spaces and a precipitation of unwanted sediments are prevented.
  • the longitudinal axis preferably forms an axis of symmetry of the channel. As a result, a particularly advantageous flow can be achieved.
  • the longitudinal axis is in particular straight.
  • the channel preferably has a round cross-section in the entry section.
  • the channel preferably has a diameter of 3 mm to 5 mm in the entry section, or particularly preferably a diameter of 4 mm. Such values have proved to be advantageous in practice, although it should be mentioned that other values can also be used.
  • the channel preferably has a deformation section between the inlet section and the diffuser section, in which a cross-section of the channel to the
  • Diffuser section changed into a slot shape.
  • a cross section of the channel in the shape changing section is transverse to the common longitudinal axis.
  • the shape of the channel can in particular be changed fluently into a shape which is desired in the diffuser section and / or in the measuring section.
  • a length of the deformation section along the longitudinal axis is smaller than a length of the diffuser section along the longitudinal axis.
  • the length of the deformation section is less than half or one third of the length of the diffuser section.
  • a depth of the channel remains constant in the diffuser section.
  • a width of the channel widens in the diffuser section.
  • the depth indicates an extension of the channel perpendicular to the viewing windows and / or between the viewing windows and / or transversely to the viewing windows.
  • the width indicates an extension of the channel transversely to the depth and transversely to the longitudinal axis.
  • the width widens at an angle between 50 ° and 56 °, particularly preferably 53 °.
  • This can be done in particular in the diffuser section, wherein the diffuser section can preferably provide for a uniform expansion.
  • Such an angle between 50 ° and 56 ° can be taken in particular between diffuser side axes or outer edges of the diffuser section. From the longitudinal axis to respective outer edges or diffuser side axes of
  • Diffuser section for example, an angle of 27 ° can be taken.
  • the channel further comprises a reduction portion adjacent to the diffuser portion adjacent to the measurement portion, and more preferably an opposite the measurement portion to the reduction portion
  • a cross section of the channel in the outlet section is preferably smaller than in the measuring section and preferably decreases in the reduction section from the measuring section to
  • the outlet portion has an outlet opening for discharging the
  • a cross section of the channel is in
  • Reduction section and / or in the outlet preferably each transverse to the common longitudinal axis.
  • the channel preferably has a further shape change section between the reduction section and the outlet section, in which a cross section of the channel changes to the reduction section, preferably into a slot shape.
  • a cross section of the channel is preferably in the further shape changing section transverse to the common longitudinal axis.
  • the cross section to the outlet section may change back to a circular shape in the further shape changing section.
  • a length of the further shape changing section along the longitudinal axis is smaller than a length of the reducing section along the longitudinal axis.
  • the length of the further deformation section is less than half or one third of the length of the reduction section.
  • the reduction section is preferably formed mirror-inverted to the diffuser section.
  • the further shape changing section is preferably mirror-inverted to the shape changing section.
  • the outlet section is preferred
  • the mirror-inverted design can refer to a plane which is transverse to the longitudinal axis.
  • the oblong hole shape preferably has a width of 3.5 mm to 4.5 mm, or particularly preferably a width of 4 mm, at the transition between the shape-changing section and the diffuser section and / or at the transition between the reduction section and further shape-changing section.
  • the oblong hole shape preferably has a lateral radius of 0.8 mm to 1.2 mm, or particularly preferably a lateral radius of 1 mm, at the transition between the deformation section and the diffuser section and / or at the transition between the reduction section and further deformation section.
  • the measuring section between the viewing windows has a depth of more than 2 mm or more than 3 mm or more than 3.5 mm.
  • the measuring section between the viewing windows has a depth of less than 3 mm or less than 3.5 mm or less than 4 mm.
  • the measuring section between the viewing windows a depth of 1, 6 mm to 2.4 mm, or more preferably a depth of 2 mm, on.
  • the measuring section has a width of 12 mm to 16 mm, or particularly preferably a width of 14 mm.
  • the cross section of the channel preferably has a constant in the measuring section
  • This oblong hole shape can in particular have a lateral radius of 0.8 mm to 1.2 mm, preferably 1 mm. It should be understood that instead of a slot shape in the measuring section, for example, a rectangular shape or a round shape can be used as a cross section.
  • the measuring cell is preferably formed from materials which are chemically inert in a pH range between 5 and 8 or in a pFI value range between 1 and 8. As a result, damage to the measuring cell at typically occurring pFI values of fluids or cleaning agents can be avoided.
  • FIG. 1 shows a measuring device in a schematic view
  • FIG. 2 shows a measuring cell according to an embodiment in a
  • Fig. 8 a schematic view of a measuring cell according to another
  • FIG. 9 shows a schematic view of a measuring cell according to yet another
  • FIG. 10 is a schematic view of a measuring cell according to still another
  • FIG. 11 shows a schematic view of a measuring cell according to still another
  • FIG. 1 shows purely schematically a measuring device 10 according to a
  • the measuring device 10 has a light source 20, which emits a light beam 22.
  • the light beam 22 is passed through an optical system 30 comprising a first lens 31, a second lens 32 and a third lens 33.
  • the first lens 31 converts the light beam 22 into a parallel beam.
  • the second lens 32 focuses the light beam 22 through a shutter 35, after which the
  • Light beam 22 is converted by the third lens 33 back into a parallel beam.
  • the measuring device 10 furthermore has an evaluation device 40, to which the light beam 22 parallelized by the third lens 33 strikes.
  • Evaluation device 40 is shown here only schematically. It is typically designed as a detector, which can receive information from the light beam 22, for example by image processing or image recognition.
  • a measuring cell 100 is arranged between the first lens 31 and the second lens 32. This may in particular be a measuring cell 100 as described herein or as described with reference to the other figures and illustrated in these figures.
  • Fig. 1 the measuring cell 100 is shown only schematically.
  • a first viewing window 120 and a second viewing window 130 are formed. These overlap.
  • the light beam 22 occurs in a parallel
  • a channel 200 leads through the measuring cell 100. Through this channel 200, a fluid or a fluid stream 50 can be guided, wherein this fluid stream 50 can contain particles 55 which are to be detected by means of the measuring device 10. It may be, for example, to crystals, which in various combinations
  • FIG. 2 shows a measuring cell 100 according to an embodiment of the invention.
  • the measuring cell 100 has a main body 110, through which a channel 200 extends.
  • the main body 110 is divided into a first outside plate 111, a first main element 112, a second main element 113, and a second outside plate 114.
  • the first main element 112 and the second main element 113 are arranged between the two outer plates 111, 114.
  • the mentioned components 111, 112, 113, 114 are screwed together and sealed from each other.
  • the second main element 113 is bolted directly to the first main element 112, wherein the channel 200 is formed by corresponding recesses in these two main elements 112, 113. This will be discussed in more detail below.
  • the outside plates 111, 114 are bolted directly to the first main element 112.
  • the channel 200 extends along a longitudinal axis 202.
  • the longitudinal axis 202 is defined so that a cross section of the channel 200 in each case is transverse to the longitudinal axis 202. This applies to all represented areas of the channel 200.
  • the longitudinal axis 202 further forms at each point of the channel 200 a
  • Symmetry axis of the channel 200 is not only at any point transverse to the longitudinal axis 202, but also symmetrical with respect to this longitudinal axis 202.
  • the channel 200 initially has an inlet opening 205, through which fluid can flow. Thereby, the fluid flow already mentioned with reference to FIG. 1 can be formed in the channel 200.
  • the channel 200 Immediately adjacent to the inlet opening 205, the channel 200 has an inlet section 210. In the input section 210, the channel 200 has a round cross-section.
  • a strain portion 220 Adjacent to the input portion 210, a strain portion 220 is disposed.
  • the cross section of the channel 200 changes from a circular shape to a slot shape.
  • a slot shape is exemplified in Fig. 7 and will be described below.
  • a diffuser portion 230 Adjacent to the shape changing portion 220, a diffuser portion 230 is formed.
  • the cross section of the channel 200 remains in a slot shape, but increases its cross-sectional area. This is achieved in particular by the fact that a width transversely to the sectional plane of the illustration of FIG. 2 increases continuously. This enlargement is done with a diffuser angle, which in the present case has a value of 27 ° relative to the longitudinal axis 202. It should be understood, however, that other angles may be used.
  • a flow velocity of the fluid flowing through the channel 200 decreases, and any particles contained are dispersed over a larger cross section. This facilitates the measurement and, moreover, effectively prevents precipitation or attachment of particles or other undesired substances.
  • a measuring section 240 is formed.
  • first viewing window 120 Laterally to the measuring section 240 are a first viewing window 120 and a second
  • Viewing window 130 arranged. These are formed in the first main element 112 and the second main element 113 as shown as transparent elements. For this purpose, in particular transparent glass or transparent plastic can be used. Through the viewing windows 120, 130, the light beam 22 shown in Fig. 1 can enter and exit. For this purpose, the two viewing windows 120, 130 overlap, so that a passage of the light beam 22 through the two viewing windows 120, 130 and through the channel 200 at its measuring section 240 is possible.
  • the channel 200 then extends further to a reduction section 250.
  • the reduction section 250 is relative to a plane, not shown
  • the cross section of the channel 200 decreases while being in this
  • Reduction section 250 retains a slot shape. This is reduced
  • the channel 200 Adjacent to the reduction portion 250, the channel 200 has another shape changing portion 260.
  • the shape of the cross section of the channel 200 in turn changes from a slot shape to a circular shape.
  • Outlet section 270 terminates in an outlet opening 207, through which the fluid can leave the channel 200 again.
  • a temperature control 300 Surrounding the channel 200 in the present case is a temperature control 300
  • the temperature control device 300 serves to set the temperature of the channel 200.
  • the tempering device 300 in the present case has a cavity 310, which is formed both between the second main element 113 and the second outside plate 114 as well as between the first main element 112 and the first outside plate 111. Further, the cavity 310 is also formed laterally of the channel 200 so as to connect the illustrated areas. Thus, the channel 200 is almost completely surrounded by the cavity 310.
  • the tempering device 300 further comprises a supply device 312 for tempering fluid.
  • the provision device 312 is connected to the cavity 310 via lines 314.
  • tempering fluid in particular Water, are brought to a certain temperature and then passed into the cavity 310 and be discharged from this again.
  • tempering device 312 and the lines 314 are shown here purely schematically.
  • the tempering device 312 can in particular have a heating element in order to heat the temperature-controlling fluid.
  • the temperature control device 300 further has a
  • Temperature monitoring device 320 in the form of a temperature sensor. This temperature sensor is attached to the main body 110 and monitors its temperature. As a result, a regulation of the temperature of the main body 110 and thus also of the channel 200 can be realized.
  • the main body 110 Since the elements of the main body 110 are formed entirely or at least substantially of metal, the main body 110 has a high overall height
  • the two outer plates 111, 114 are, as already mentioned, bolted. This means in particular that they are removable, so that the cavity 310
  • FIG 3 shows the first outside plate 111 separately in a plan view. In this case, the area can be seen in which the first viewing window 120 is formed.
  • Fig. 4 shows the first main element 112 separately in a plan view, wherein the second main element 113 is removed. As a result, the recess can be seen, which forms the channel 200.
  • FIG. 2 sections 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270 can be clearly seen. Furthermore, the first one is
  • FIG. 4 also shows that the cavity 310 is formed laterally to the channel 200, so that the cavity 310 practically completely surrounds the channel 200.
  • the first main element 112 further comprises a circumferential seal 140, which in the present case is designed in the form of a rubber seal.
  • the second seal 140 is designed in the form of a rubber seal.
  • Main element 113 can be placed on the first main element 112 so that the two elements 112, 113 can be screwed together and along the seal 140, the channel 200 is sealed on all sides.
  • Fig. 5 shows the second main element 113 separately in a plan view.
  • the channel 200 with its already explained sections 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270 can be seen.
  • the second viewing window 130 can be seen.
  • the second main element 1 13 is placed on the first main element 112 and screwed thereto. As a result, the channel 200 is formed in its final, sealed shape.
  • Fig. 6 shows the second outside plate 114 separately in a plan view. In this case, the second viewing window 130 can be seen.
  • FIG. 3 it is understood that in Figs. 3 to 6 respective circles of the same diameter are shown, which represent holes through which a screwing of the components 111, 112, 113, 114 can be carried out together. Since the functionality of these holes is obvious, a separate designation with reference numerals for better readability is dispensed with. Incidentally, the holes can also be seen in FIG. 2.
  • FIG. 7 shows a slot shape, which occurs in particular in the measuring section 240, in the diffuser section 230 and in the reducing section 250 of the channel 200.
  • the width b is shown, which increases in the diffuser section 230 and decreases in the reduction section 250.
  • a slot shape is basically characterized by the fact that between two lateral semicircles of identical radius r there is a section of constant depth, which adjoins the semicircles directly and / or without jerking. Furthermore, a depth t is also drawn in, which remains constant in the diffuser section 230, in the measuring section 240 and in the reducing section 250.
  • lateral radii r are to be seen, which define the rounding on the sides.
  • the elongated hole shape in the measuring section 240 in the present case has a width b of 14 mm, a lateral radius r of 1 mm and a depth t of 2 mm.
  • the channel 200 in this embodiment has a diameter of 4 mm.
  • the channel 200 in this embodiment has a width b of 4 mm.
  • FIG. 8 shows purely schematically a measuring cell 100 according to another
  • the temperature control device 300 is embodied in the form of a further channel 330, which is formed in the base body 110 adjacent to the channel 200. Tempering fluid may be passed through this further channel 330 to set a temperature in a manner similar to that of the cavity 310.
  • Fig. 9 shows purely schematically a measuring cell 100 according to yet another
  • the tempering device 300 is designed in the form of a heating wire 340, through which electrical current for heating the main body 110 and the channel 200 can be passed.
  • Fig. 10 shows purely schematically a measuring cell 100 according to yet another
  • the tempering device 300 is designed as an infrared heater 350, which is designed in the form of an infrared radiator, which emits infrared radiation to the base body 110.
  • Fig. 11 shows purely schematically a measuring cell 100 according to still another
  • the tempering device 300 is in addition to the
  • Base body 110 arranged induction heater 360 is formed, which can be acted upon by an alternating current, so that via an electromagnetic alternating field, a heating of the base body 110 takes place.
  • FIGS. 8 to 11 are to be understood purely schematically in order to different embodiments of
  • Temperature control 300 to show. It should be understood that the embodiments of the temperature control 300, which are shown in FIGS. 2 to 11, can also be combined with each other arbitrarily.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messzelle zum Untersuchen eines Fluidstroms, in welcher eine Temperiervorrichtung zum Beeinflussen der Temperatur eines fluidleitenden Kanals ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Messvorrichtung mit einer solchen Messzelle.

Description

OPTISCHE DURCHFLUSSMESSZELLE MIT TEMPERIERVORRICHTUNG UND MESSVORRICHTUNG UMFASSEND DIE DURCHFLUSSMESSZELLE
Die Erfindung betrifft eine Messzelle zum Untersuchen eines Fluidstroms.
Die Messzelle weist einen Grundkörper und einen durch den Grundkörper führenden Kanal für den Fluidstrom auf. In dem Grundkörper sind seitlich zum Kanal zumindest ein erstes Sichtfenster und ein zweites Sichtfenster ausgebildet, welche sich zumindest teilweise überlappen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Messvorrichtung mit einer solchen Messzelle sowie mit einer Auswerteeinrichtung.
Gattungsgemäße Messzellen werden verwendet, um Fluidströme zu untersuchen. Flierzu kann ein solcher Fluidstrom insbesondere durch den Kanal geleitet werden.
Ein typischer Anwendungsbereich ist dabei die Untersuchung von
Kristallisationsprozessen. Beispielsweise kann eine kontinuierliche Messung einer Kristallgrößenverteilung erfolgen.
Im Rahmen einer Messvorrichtung kann eine Messzelle insbesondere zusammen mit einer Lichtquelle und einem Kameramodul sowie gegebenenfalls mit optischen
Elementen wie Linsen verwendet werden, wobei die Lichtquelle einen Lichtstrahl durch die Sichtfenster der Messzelle erzeugt und dieser nach Durchgang durch die
Sichtfenster von dem Kameramodul detektiert wird. Aus entsprechend gewonnenen Daten kann beispielsweise über Bildanalysealgorithmen eine Kristallgrößenverteilung extrahiert werden.
Es hat sich bei aus dem Stand der Technik bekannten Durchflussmesszellen gezeigt, dass diese für zahlreiche Messaufgaben nur bedingt geeignet sind, da sie im Fluidstrom Effekte wie beispielsweise ein Ausfallen von Kristallen oder Sedimentation hervorrufen, wodurch Messungen beeinträchtigt werden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine im Vergleich zum Stand der Technik alternative, beispielsweise bessere Messzelle zum Untersuchen eines Fluidstroms bereitzustellen. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Messvorrichtung mit einer solchen Messzelle bereitzustellen.
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Messzelle sowie eine Messvorrichtung gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft eine Messzelle zum Untersuchen eines Fluidstroms.
Die Messzelle weist einen Grundkörper auf. Dieser Grundkörper kann beispielsweise aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sein, welche beispielsweise
miteinander verschraubt sein können.
Die Messzelle weist einen durch den Grundkörper führenden Kanal für den Fluidstrom auf. Unter einem solchen Kanal kann insbesondere ein länglicher Hohlraum verstanden werden, welcher sich durch den Grundkörper erstreckt.
In dem Grundkörper sind seitlich zum Kanal zumindest ein erstes Sichtfenster und ein zweites Sichtfenster ausgebildet, welche sich zumindest teilweise überlappen. Die Sichtfenster können dabei insbesondere durch transparente Elemente wie
beispielsweise Glas oder Kunststoff realisiert sein. Durch die überlappende Anordnung kann insbesondere erreicht werden, dass ein Lichtstrahl gerade durch beide
Sichtfenster und dazwischen durch den Kanal hindurchtreten kann, insbesondere um einen durch den Kanal fließenden Fluidstrom zu analysieren.
Die Sichtfenster können sich auch vollständig überlappen.
Es sei verstanden, dass der Fluidstrom keinen Bestandteil der Messzelle darstellt, sondern die Messzelle vielmehr dazu ausgebildet ist, dass ein solcher Fluidstrom durch sie durchgeleitet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Messzelle eine Temperiervorrichtung aufweist, mittels welcher eine Temperatur des Kanals beeinflussbar ist. Dadurch wird erreicht, dass die Temperatur des Kanals und damit auch eines durch den Kanal strömenden Fluidstroms auf einen Wert eingestellt werden kann, welcher
beispielsweise verhindert oder unterdrückt, dass in dem Fluidstrom enthaltene Partikel oder sonstige Elemente aufgrund einer zu niedrigen Temperatur ausfallen und dadurch eine Messung verfälschen.
Die Temperiervorrichtung kann insbesondere in dem Grundkörper angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass gattungsgemäße Messzellen typischerweise Kältebrücken von der Umgebung bis in den Kanal bilden, welche zu einer ausreichend niedrigen Temperatur für ein Ausfallen von Partikeln führen. Es sei jedoch erwähnt, dass die erfindungsgemäße Ausführung nicht darauf eingeschränkt ist, bewusst eine hohe Temperatur einzustellen, sondern in speziellen Anwendungen auch eine bewusst niedrige Temperatur oder allgemein eine definierte und damit auch reproduzierbare Temperatur eingestellt werden kann.
Insbesondere kann mittels der Temperiervorrichtung eine Temperatur des durch den Kanal fließenden Fluidstroms beeinflussbar sein. Dadurch können, wie bereits erwähnt, unerwünschte Prozesse im Fluidstrom verhindert werden.
Der Grundkörper kann vorteilhaft aus Metall ausgebildet sein. Es können jedoch auch andere genügend stabile Materialien verwendet werden, beispielsweise Kunststoffe. Es können auch unterschiedliche Materialien kombiniert werden.
Die Temperiervorrichtung kann einen weiteren Kanal aufweisen, welcher in dem
Grundkörper separat zum Kanal zur Durchleitung von temperierendem Fluid
ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, temperierendes Fluid durch den Grundkörper bzw. den weiteren Kanal zu leiten und damit für einen Wärmeaustausch zwischen dem temperierenden Fluid und dem Grundkörper zu sorgen, so dass eine Temperatur eingestellt werden kann. Die Temperiervorrichtung weist gemäß einer bevorzugten Ausführung einen Hohlraum auf, welcher in dem Grundkörper separat zum Kanal zur Durchleitung von
temperierendem Fluid ausgebildet ist. Bei einem solchen Hohlraum kann es sich insbesondere um einen Hohlraum handeln, welcher ganz oder teilweise den Kanal umgibt. Durch einen Wärmeaustausch zwischen dem temperierenden Fluid und dem Grundkörper kann eine Temperatur des Grundkörpers in vorteilhafter weise beeinflusst bzw. eingestellt werden.
Der Hohlraum kann insbesondere zwischen einer ersten außenseitigen Platte und einer zweiten außenseitigen Platte ausgebildet sein. Bevorzugt ist dabei zumindest eine der Platten abnehmbar. Es können auch beide Platten abnehmbar sein. Dies ermöglicht eine Zugänglichkeit des Hohlraums für Revisionszwecke oder andere Aufgaben.
Der Hohlraum kann insbesondere den Kanal umgeben. Dadurch kann eine besonders gute Einsteilbarkeit der Temperatur erreicht werden.
Die Temperiervorrichtung weist bevorzugt eine Bereitstellungseinrichtung für
temperierendes Fluid auf oder ist mit einer Bereitstellungseinrichtung für
temperierendes Fluid verbunden. Bei einem solchen temperierenden Fluid kann es sich insbesondere um Wasser oder auch um ein Gas handeln. Auch andere Fluide wie beispielsweise Mischungen aus Flüssigkeiten, welchen beispielsweise Zusätze zur Verhinderung von Korrosion oder zur Beständigkeit gegenüber Frost zugesetzt werden können, sind jedoch ebenso verwendbar. Die Bereitstellungseinrichtung ist dabei insbesondere vorzugsweise dazu ausgebildet, das temperierende Fluid vor dessen Bereitstellung zu der Messzelle auf eine definierte Temperatur zu bringen,
beispielsweise zu erwärmen. Hierzu kann die Temperiervorrichtung beispielsweise Heizelemente aufweisen oder auch einen Wärmetauscher zur Verbindung mit einer externen Wärmequelle und/oder Wärmesenke aufweisen.
Die Temperiervorrichtung kann gemäß einer Ausführung einen elektrischen Heizdraht aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführung kann sie eine Infrarotheizung aufweisen. Gemäß noch einer weiteren Ausführung kann die Temperiervorrichtung eine
Induktionsheizung aufweisen. Durch derartige Elemente, also insbesondere einen elektrischen Heizdraht, eine Infrarotheizung oder eine Induktionsheizung, kann unmittelbar an der Messzelle bzw. im Grundkörper eine Erhöhung der Temperatur erreicht werden. Es sei verstanden, dass derartige Ausführungen beliebig untereinander kombiniert werden können und auch mit der Verwendung eines weiteren Kanals oder eines Hohlraums für temperierendes Fluid kombiniert werden können.
Bevorzugt ist die Temperiervorrichtung dazu ausgebildet, eine Erhöhung und/oder Verringerung einer Temperatur des Grundkörpers und/oder des Kanals von mindestens 15 K pro Stunde zu bewirken. Eine derartige Temperaturrampe hat sich in der Praxis für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist die Temperiervorrichtung eine
Temperaturüberwachungsvorrichtung zum Abfühlen oder zur Regelung einer
Temperatur von Komponenten der Messzelle auf. Damit kann während des Betriebs der Temperiervorrichtung die eingestellte bzw. erreichte Temperatur überwacht werden und es kann durch eine Regelung, beispielsweise durch einen PID-Regler, dafür gesorgt werden, dass auch bei veränderten Umgebungsbedingungen oder sonstigen Einflüssen die gewünschte Temperatur möglichst zügig erreicht bzw. korrekt eingestellt und aufrechterhalten wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Messvorrichtung. Die Messvorrichtung weist eine Messzelle gemäß der Erfindung auf. Hierbei kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Die Messvorrichtung weist des Weiteren eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, mittels eines durch die Sichtfenster geleiteten Lichtstrahls ein durch den Kanal fließendes Fluid,
Suspensionen und/oder Partikel bzw. im Fluid enthaltene Suspensionen und/oder Partikel auszuwerten.
Mittels einer solchen Messvorrichtung können die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile erreicht werden. Insbesondere kann mittels einer solchen Messvorrichtung eine besonders gute Messung durchgeführt werden, da mittels der Temperiervorrichtung der Messzelle eine Temperatur eingestellt werden kann, die ein Ausfallen von Partikeln oder andere unerwünschte Effekte vermeidet. Die Messzelle der Messvorrichtung kann insbesondere so ausgebildet sein, dass sie einen weiteren Kanal oder einen Hohlraum für temperierendes Fluid aufweist, wobei die Messvorrichtung in diesem Fall ferner bevorzugt eine Bereitstellungseinrichtung für temperierendes Fluid aufweist. Damit kann die bereits weiter oben beschriebene Funktionalität einer Temperatureinstellung mittels temperierendem Fluid in vorteilhafter Weise realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist der Kanal zumindest einen
Eingangsabschnitt, einen Messabschnitt und einen zwischen Eingangsabschnitt und Messabschnitt liegenden Diffusorabschnitt auf.
Der Eingangsabschnitt weist bevorzugt eine Einlassöffnung zum Einleiten des
Fluidstroms in den Kanal auf.
Eine Querschnittsfläche des Kanals vergrößert sich bevorzugt im Diffusorabschnitt zum Messabschnitt hin.
In dem Grundkörper sind bevorzugt seitlich zum Messabschnitt des Kanals zumindest das erste Sichtfenster und das zweite Sichtfenster ausgebildet, welche sich zumindest teilweise überlappen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Querschnitt des Kanals im Eingangsabschnitt, im Diffusorabschnitt und im Messabschnitt jeweils quer zu einer gemeinsamen
Längsachse steht. Dadurch kann eine bestmöglich geradlinige Ausbreitung des
Fluidstroms im Kanal erreicht werden, wodurch insbesondere eine Ausbildung von Toträumen und ein Ausfallen von unerwünschten Sedimenten verhindert werden.
Die Längsachse bildet bevorzugt eine Symmetrieachse des Kanals. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Strömung erreicht werden.
Die Längsachse ist insbesondere gerade ausgebildet.
Der Kanal hat bevorzugt im Eingangsabschnitt einen runden Querschnitt. Dadurch wird eine vorteilhafte Aufnahme des Fluidstroms in den Kanal erreicht, wobei eine gewünschte Form für den Messabschnitt erst nach dem Eingangsabschnitt eingestellt wird.
Der Kanal hat bevorzugt im Eingangsabschnitt einen Durchmesser von 3 mm bis 5 mm, oder besonders bevorzugt einen Durchmesser von 4 mm. Derartige Werte haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, wobei erwähnt sei, dass auch andere Werte verwendet werden können.
Der Kanal weist bevorzugt zwischen Eingangsabschnitt und Diffusorabschnitt einen Formänderungsabschnitt auf, in welchem sich ein Querschnitt des Kanals zum
Diffusorabschnitt hin in eine Langlochform verändert. Bevorzugt steht ein Querschnitt des Kanals im Formänderungsabschnitt quer zur gemeinsamen Längsachse. Dadurch kann die Form des Kanals insbesondere fließend in eine Form geändert werden, welche im Diffusorabschnitt und/oder im Messabschnitt gewünscht wird. Bevorzugt ist eine Länge des Formänderungsabschnitts entlang der Längsachse kleiner als eine Länge des Diffusorabschnitts entlang der Längsachse. Besonders bevorzugt ist die Länge des Formänderungsabschnitts kleiner als die Hälfte oder ein Drittel der Länge des Diffusorabschnitts.
Bevorzugt bleibt im Diffusorabschnitt eine Tiefe des Kanals konstant. Bevorzugt weitet sich im Diffusorabschnitt eine Breite des Kanals auf. Dadurch kann ein vorteilhaftes Strömungsprofil erreicht werden, wobei insbesondere eine Strömung verlangsamt werden kann. Die Tiefe gibt dabei insbesondere eine Ausdehnung des Kanals senkrecht zu den Sichtfenstern und/oder zwischen den Sichtfenstern und/oder quer zu den Sichtfenstern an. Die Breite gibt insbesondere eine Ausdehnung des Kanals quer zur Tiefe und quer zur Längsachse an.
Bevorzugt weitet sich die Breite mit einem Winkel zwischen 50° und 56°, besonders bevorzugt 53°, auf. Dies kann insbesondere im Diffusorabschnitt erfolgen, wobei der Diffusorabschnitt bevorzugt für eine gleichmäßige Aufweitung sorgen kann. Ein solcher Winkel zwischen 50° und 56° kann insbesondere zwischen Diffusorseitenachsen bzw. Außenkanten des Diffusorabschnitts eingenommen werden. Von der Längsachse zu jeweiligen Außenkanten bzw. Diffusorseitenachsen des
Diffusorabschnitts kann beispielsweise ein Winkel von 27° eingenommen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist der Kanal ferner einen gegenüberliegend zum Diffusorabschnitt an den Messabschnitt angrenzenden Verkleinerungsabschnitt sowie weiter bevorzugt einen gegenüberliegend zum Messabschnitt an den
Verkleinerungsabschnitt angrenzenden Auslassabschnitt auf. Ein Querschnitt des Kanals im Auslassabschnitt ist dabei bevorzugt kleiner als im Messabschnitt und verkleinert sich bevorzugt im Verkleinerungsabschnitt vom Messabschnitt zum
Auslassabschnitt. Dadurch kann das Strömungsprofil für den Austritt des Fluids aus dem Kanal wieder verändert werden.
Bevorzugt weist der Auslassabschnitt eine Auslassöffnung zum Ausleiten des
Fluidstroms aus dem Kanal auf. Ein Querschnitt des Kanals steht im
Verkleinerungsabschnitt und/oder im Auslassabschnitt bevorzugt jeweils quer zur gemeinsamen Längsachse.
Der Kanal weist bevorzugt zwischen Verkleinerungsabschnitt und Auslassabschnitt einen weiteren Formänderungsabschnitt auf, in welchem sich ein Querschnitt des Kanals zum Verkleinerungsabschnitt hin vorzugsweise in eine Langlochform verändert. Ein Querschnitt des Kanals steht bevorzugt im weiteren Formänderungsabschnitt quer zur gemeinsamen Längsachse. Dadurch wird der Strömungsfluss in vorteilhafter weise beibehalten. In dem weiteren Formänderungsabschnitt kann sich insbesondere der Querschnitt zum Auslassabschnitt hin wieder in eine Kreisform ändern. Bevorzugt ist eine Länge des weiteren Formänderungsabschnitts entlang der Längsachse kleiner als eine Länge des Verkleinerungsabschnitts entlang der Längsachse. Besonders bevorzugt ist die Länge des weiteren Formänderungsabschnitts kleiner als die Hälfte oder ein Drittel der Länge des Verkleinerungsabschnitts.
Der Verkleinerungsabschnitt ist bevorzugt spiegelverkehrt zum Diffusorabschnitt ausgebildet. Der weitere Formänderungsabschnitt ist bevorzugt spiegelverkehrt zum Formänderungsabschnitt ausgebildet. Der Auslassabschnitt ist bevorzugt
spiegelverkehrt zum Eingangsabschnitt ausgebildet. Derartige Ausführungen haben sich als vorteilhaft erwiesen, da sie ein Strömungsprofil ergeben, welches unerwünschte Effekte wie Toträume und Ausfallprozesse vermeidet. Die spiegelverkehrte Ausbildung kann sich dabei auf eine Ebene beziehen, welche quer zur Längsachse steht.
Bevorzugt hat die Langlochform am Übergang zwischen Formänderungsabschnitt und Diffusorabschnitt und/oder am Übergang zwischen Verkleinerungsabschnitt und weiterem Formänderungsabschnitt eine Breite von 3,5 mm bis 4,5 mm, oder besonders bevorzugt eine Breite von 4 mm.
Bevorzugt hat die Langlochform am Übergang zwischen Formänderungsabschnitt und Diffusorabschnitt und/oder am Übergang zwischen Verkleinerungsabschnitt und weiterem Formänderungsabschnitt einen seitlichen Radius von 0,8 mm bis 1 ,2 mm, oder besonders bevorzugt einen seitlichen Radius von 1 mm.
Bevorzugt weist der Messabschnitt zwischen den Sichtfenstern eine Tiefe von mehr als 2 mm oder mehr als 3 mm oder mehr als 3,5 mm auf.
Bevorzugt weist der Messabschnitt zwischen den Sichtfenstern eine Tiefe von weniger als 3 mm oder weniger als 3,5 mm oder weniger als 4 mm auf.
Bevorzugt weist der Messabschnitt zwischen den Sichtfenstern eine Tiefe von 1 ,6 mm bis 2,4 mm, oder besonders bevorzugt eine Tiefe von 2 mm, auf.
Bevorzugt weist der Messabschnitt eine Breite von 12 mm bis 16 mm, oder besonders bevorzugt eine Breite von 14 mm, auf.
Bei den erwähnten Werten wurden in der Praxis besonders vorteilhafte Resultate erzielt, insbesondere in Bezug auf die Ausbildung eines geeigneten Strömungsprofils für eine unverfälschte Messung.
Der Querschnitt des Kanals weist bevorzugt im Messabschnitt eine konstante
Langlochform auf. Dies ermöglicht die Ausbildung eines gleichmäßigen
Strömungsprofils. Diese Langlochform kann insbesondere einen seitlichen Radius von 0,8 mm bis 1 ,2 mm, bevorzugt 1 mm, aufweisen. Es sei verstanden, dass anstelle einer Langlochform im Messabschnitt beispielsweise auch eine rechteckige Form oder eine runde Form als Querschnitt verwendet werden kann.
Die Messzelle ist bevorzugt aus Werkstoffen ausgebildet, welche in einem pH-Wert- Bereich zwischen 5 und 8 oder in einem pFI-Wert-Bereich zwischen 1 und 8 chemisch inert sind. Dadurch kann eine Beschädigung der Messzelle bei typischerweise auftretenden pFI-Werten von Fluiden oder auch Reinigungsmitteln vermieden werden.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen: Fig. 1 : eine Messvorrichtung in schematischer Ansicht,
Fig. 2: eine Messzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer
perspektivischen Schnittansicht,
Fig. 3: eine erste außenseitige Platte,
Fig. 4: ein erstes Flauptelement,
Fig. 5: ein zweites Flauptelement,
Fig. 6: eine zweite außenseitige Platte,
Fig. 7: eine Querschnittsansicht einer Langlochform,
Fig. 8: eine schematische Ansicht einer Messzelle gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel,
Fig. 9: eine schematische Ansicht einer Messzelle gemäß noch einem weiteren
Ausführungsbeispiel,
Fig. 10: eine schematische Ansicht einer Messzelle gemäß noch einem weiteren
Ausführungsbeispiel, und
Fig. 11 : eine schematische Ansicht einer Messzelle gemäß noch einem weiteren
Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt rein schematisch eine Messvorrichtung 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Messvorrichtung 10 weist eine Lichtquelle 20 auf, welche einen Lichtstrahl 22 emittiert. Der Lichtstrahl 22 wird durch ein optisches System 30 geführt, welches eine erste Linse 31 , eine zweite Linse 32 und eine dritte Linse 33 aufweist. Die erste Linse 31 führt den Lichtstrahl 22 in einen parallelen Strahl über. Die zweite Linse 32 fokussiert den Lichtstrahl 22 durch eine Blende 35, nach welcher der
Lichtstrahl 22 durch die dritte Linse 33 wieder in einen parallelen Strahl übergeführt wird.
Die Messvorrichtung 10 weist des Weiteren eine Auswerteeinrichtung 40 auf, auf welche der durch die dritte Linse 33 parallelisierte Lichtstrahl 22 trifft. Die
Auswerteeinrichtung 40 ist hier lediglich schematisch dargestellt. Sie ist typischerweise als Detektor ausgebildet, welcher aus dem Lichtstrahl 22 Informationen, beispielsweise durch Bildverarbeitung oder Bilderkennung, erhalten kann.
Zwischen der ersten Linse 31 und der zweiten Linse 32 ist eine Messzelle 100 angeordnet. Es kann sich dabei insbesondere um eine Messzelle 100 wie hierin beschrieben bzw. wie mit Bezug auf die weiteren Figuren beschrieben und in diesen Figuren dargestellt handeln.
In Fig. 1 ist die Messzelle 100 jedoch lediglich schematisch dargestellt.
In der Messzelle 100 sind ein erstes Sichtfenster 120 und ein zweites Sichtfenster 130 ausgebildet. Diese überlappen sich. Der Lichtstrahl 22 tritt in einer parallelen
Strahlführung durch das erste Sichtfenster 120 ein und verlässt die Messzelle 100 durch das zweite Sichtfenster 130.
Durch die Messzelle 100 führt ein Kanal 200. Durch diesen Kanal 200 kann ein Fluid bzw. ein Fluidstrom 50 geführt werden, wobei dieser Fluidstrom 50 Partikel 55 enthalten kann, welche mittels der Messvorrichtung 10 detektiert werden sollen. Es kann sich dabei beispielsweise um Kristalle handeln, welche bei diversen
Kristallisationsprozessen entstehen können.
In der Messzelle 100 wird somit eine Objektebene 60 definiert, in welcher bzw. um welche herum eine Messung der Partikel 55 im Fluidstrom 50 erfolgen kann. Die Objektebene 60 entspricht vorliegend der weiter unten erwähnten Längsachse. Fig. 2 zeigt eine Messzelle 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Messzelle 100 weist einen Grundkörper 110 auf, durch welchen sich ein Kanal 200 erstreckt.
Der Grundkörper 110 ist aufgeteilt in eine erste außenseitige Platte 111 , ein erstes Hauptelement 112, ein zweites Hauptelement 113 sowie eine zweite außenseitige Platte 114.
Das erste Hauptelement 112 und das zweite Hauptelement 113 sind dabei zwischen den beiden außenseitigen Platten 111 , 114 angeordnet. Die erwähnten Komponenten 111 , 112, 113, 114 sind miteinander verschraubt und gegeneinander abgedichtet.
Dabei ist das zweite Hauptelement 113 unmittelbar mit dem ersten Hauptelement 112 verschraubt, wobei der Kanal 200 durch entsprechende Ausnehmungen in diesen beiden Hauptelementen 112, 113 ausgebildet ist. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen werden.
Die außenseitigen Platten 111 , 114 sind unmittelbar mit dem ersten Hauptelement 112 verschraubt.
Der Kanal 200 erstreckt sich entlang einer Längsachse 202. Die Längsachse 202 ist dabei so definiert, dass ein Querschnitt des Kanals 200 jeweils quer zur Längsachse 202 steht. Dies gilt für alle dargestellten Bereiche des Kanals 200.
Die Längsachse 202 bildet des Weiteren an jeder Stelle des Kanals 200 eine
Symmetrieachse des Kanals 200. Anders ausgedrückt ist der Querschnitt des Kanals 200 nicht nur an jeder Stelle quer zur Längsachse 202, sondern auch symmetrisch bezüglich dieser Längsachse 202.
Der Kanal 200 weist zunächst eine Einlassöffnung 205 auf, durch welche Fluid einströmen kann. Dadurch kann der bereits mit Bezug auf Fig. 1 erwähnte Fluidstrom in dem Kanal 200 ausgebildet werden. Unmittelbar angrenzend an die Einlassöffnung 205 weist der Kanal 200 einen Eingangsabschnitt 210 auf. In dem Eingangsabschnitt 210 hat der Kanal 200 einen runden Querschnitt.
Weitere Abschnitte des Kanals 200 werden nun nachfolgend beschrieben, wobei mit Bezug auf Fig. 2 ausgehend von dem Eingangsabschnitt 210 nach rechts vorgegangen wird.
Angrenzend an den Eingangsabschnitt 210 ist ein Formänderungsabschnitt 220 angeordnet. In dem Formänderungsabschnitt 220 ändert sich der Querschnitt des Kanals 200 von einer Kreisform zu einer Langlochform. Eine solche Langlochform ist beispielhaft in Fig. 7 dargestellt und wird weiter unten beschrieben werden.
Angrenzend an den Formänderungsabschnitt 220 ist ein Diffusorabschnitt 230 ausgebildet. In dem Diffusorabschnitt 230 bleibt der Querschnitt des Kanals 200 in einer Langlochform, vergrößert jedoch seine Querschnittsfläche. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass sich eine Breite quer zur Schnittebene der Darstellung von Fig. 2 kontinuierlich vergrößert. Diese Vergrößerung geschieht dabei mit einem Diffusorwinkel, welcher vorliegend einen Wert von 27° relativ zur Längsachse 202 hat. Es sei jedoch verstanden, dass auch andere Winkel verwendet werden können.
In dem Diffusorabschnitt 230 verringert sich eine Strömungsgeschwindigkeit des durch den Kanal 200 fließenden Fluids und eventuell enthaltene Partikel verteilen sich über einen größeren Querschnitt. Dies erleichtert die Messung und verhindert im Übrigen wirkungsvoll ein Ausfallen oder ein Anlagern von Partikeln oder anderen unerwünschten Substanzen.
Anschließend an den Diffusorabschnitt 230 ist ein Messabschnitt 240 ausgebildet.
Seitlich zum Messabschnitt 240 sind ein erstes Sichtfenster 120 und ein zweites
Sichtfenster 130 angeordnet. Diese sind in dem ersten Hauptelement 112 bzw. dem zweiten Hauptelement 113 wie gezeigt als durchsichtige Elemente ausgebildet. Hierfür kann insbesondere durchsichtiges Glas oder durchsichtiger Kunststoff verwendet werden. Durch die Sichtfenster 120, 130 kann der in Fig. 1 dargestellte Lichtstrahl 22 eintreten und austreten. Hierzu überlappen die beiden Sichtfenster 120, 130, so dass ein Durchtritt des Lichtstrahls 22 durch die beiden Sichtfenster 120, 130 sowie durch den Kanal 200 an seinem Messabschnitt 240 möglich ist.
Der Kanal 200 erstreckt sich dann weiter bis zu einem Verkleinerungsabschnitt 250. Der Verkleinerungsabschnitt 250 ist bezüglich einer nicht dargestellten Ebene
spiegelverkehrt zum Diffusorabschnitt 230 ausgebildet. In dem Verkleinerungsabschnitt 250 verkleinert sich der Querschnitt des Kanals 200, wobei er in diesem
Verkleinerungsabschnitt 250 eine Langlochform behält. Hierzu verringert sich
insbesondere die Breite der Langlochform quer zur Schnittebene der Darstellung von Fig. 2.
Angrenzend an den Verkleinerungsabschnitt 250 weist der Kanal 200 einen weiteren Formänderungsabschnitt 260 auf. In diesem ändert sich die Form des Querschnitts des Kanals 200 wiederum von einer Langlochform zu einer Kreisform.
Angrenzend an den weiteren Formänderungsabschnitt 260 ist ein Auslassabschnitt 270 angeordnet, in welchem der Kanal 200 einen runden Querschnitt aufweist. Der
Auslassabschnitt 270 endet in eine Auslassöffnung 207, durch welche das Fluid den Kanal 200 wieder verlassen kann.
Umgebend um den Kanal 200 ist vorliegend eine Temperiervorrichtung 300
ausgebildet. Die Temperiervorrichtung 300 dient dazu, die Temperatur des Kanals 200 einzustellen.
Die Temperiervorrichtung 300 weist vorliegend einen Hohlraum 310 auf, welcher sowohl zwischen dem zweiten Hauptelement 113 und der zweiten außenseitigen Platte 114 wie auch zwischen dem ersten Hauptelement 112 und der ersten außenseitigen Platte 111 ausgebildet ist. Des Weiteren ist der Hohlraum 310 auch seitlich zum Kanal 200 ausgebildet, so dass er die dargestellten Bereiche verbindet. Somit wird der Kanal 200 von dem Hohlraum 310 nahezu vollständig umgeben.
Die Temperiervorrichtung 300 weist des Weiteren eine Bereitstellungseinrichtung 312 für temperierendes Fluid auf. Die Bereitstellungseinrichtung 312 ist über Leitungen 314 mit dem Hohlraum 310 verbunden. Dadurch kann temperierendes Fluid, insbesondere Wasser, auf eine bestimmte Temperatur gebracht werden und dann in den Hohlraum 310 geleitet und aus diesem auch wieder abgeleitet werden.
Es sei verstanden, dass die Temperiervorrichtung 312 sowie die Leitungen 314 hier rein schematisch dargestellt sind. Die Temperiervorrichtung 312 kann insbesondere ein Heizelement aufweisen, um das temperierende Fluid zu erwärmen.
Die Temperiervorrichtung 300 weist des Weiteren eine
Temperaturüberwachungsvorrichtung 320 in Form eines Temperatursensors auf. Dieser Temperatursensor ist an dem Grundkörper 110 angebracht und überwacht dessen Temperatur. Dadurch kann eine Regelung der Temperatur des Grundkörpers 110 und damit auch des Kanals 200 realisiert werden.
Da die Elemente des Grundkörpers 110 ganz oder zumindest im Wesentlichen aus Metall ausgebildet sind, weist der Grundkörper 110 insgesamt eine hohe
Wärmeleitfähigkeit auf. Somit kann von einer guten Wärmeübertragung und einer gleichmäßigen Temperierung ausgegangen werden.
Die beiden außenseitigen Platten 111 , 114 sind, wie bereits erwähnt, verschraubt. Dies bedeutet insbesondere, dass sie abnehmbar sind, so dass der Hohlraum 310
zugänglich ist, beispielsweise für Revisionszwecke.
Fig. 3 zeigt die erste außenseitige Platte 111 separat in einer Draufsicht. Dabei ist der Bereich zu erkennen, in welchem das erste Sichtfenster 120 ausgebildet wird.
Fig. 4 zeigt das erste Hauptelement 112 separat in einer Draufsicht, wobei das zweite Hauptelement 113 abgenommen ist. Dadurch ist die Ausnehmung zu sehen, welche den Kanal 200 bildet. Die bereits mit Bezug auf Fig. 2 erläuterten Abschnitte 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270 sind deutlich zu erkennen. Des Weiteren ist das erste
Sichtfenster 120 zu erkennen.
Fig. 4 zeigt ebenfalls, dass seitlich zum Kanal 200 der Hohlraum 310 ausgebildet ist, so dass der Hohlraum 310 den Kanal 200 praktisch vollständig umgibt. Das erste Hauptelement 112 weist des Weiteren eine umlaufende Dichtung 140 auf, welche vorliegend in Form einer Gummidichtung ausgeführt ist. Das zweite
Hauptelement 113 kann auf das erste Hauptelement 112 so aufgesetzt werden, dass die beiden Elemente 112, 113 miteinander verschraubt werden können und entlang der Dichtung 140 der Kanal 200 allseitig abgedichtet ist.
Bezüglich der weiteren Details sei bei Fig. 4 und auch bei den anderen Figuren auf die obige ausführliche Beschreibung von Fig. 2 verwiesen.
Fig. 5 zeigt das zweite Hauptelement 113 separat in einer Draufsicht. Dabei ist ebenfalls der Kanal 200 mit seinen bereits erläuterten Abschnitten 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270 zu erkennen. Des Weiteren ist das zweite Sichtfenster 130 zu erkennen. Wie bereits erwähnt, wird das zweite Hauptelement 1 13 auf das erste Hauptelement 112 aufgesetzt und mit diesem verschraubt. Dadurch wird der Kanal 200 in seiner endgültigen, abgedichteten Form ausgebildet.
Fig. 6 zeigt die zweite außenseitige Platte 114 separat in einer Draufsicht. Dabei ist das zweite Sichtfenster 130 zu erkennen.
Es sei verstanden, dass in den Fig. 3 bis 6 jeweilige Kreise von gleichem Durchmesser eingezeichnet sind, welche Löcher darstellen, durch welche eine Verschraubung der Komponenten 111 , 112, 113, 114 miteinander erfolgen kann. Da die Funktionalität dieser Löcher offensichtlich ist, wird auf eine separate Bezeichnung mit Bezugszeichen im Sinne einer besseren Lesbarkeit verzichtet. Die Löcher sind im Übrigen auch in Fig. 2 zu sehen.
Fig. 7 zeigt eine Langlochform, wie sie insbesondere in dem Messabschnitt 240, in dem Diffusorabschnitt 230 und in dem Verkleinerungsabschnitt 250 des Kanals 200 auftritt. Dabei ist die Breite b eingezeichnet, welche sich in dem Diffusorabschnitt 230 vergrößert und in dem Verkleinerungsabschnitt 250 verkleinert.
Wie gezeigt ist eine Langlochform grundsätzlich dadurch charakterisiert, dass sich zwischen zwei seitlichen Halbkreisen mit identischem Radius r ein Abschnitt konstanter Tiefe befindet, welcher unmittelbar und/oder sprungfrei an die Halbkreise anschließt. Des Weiteren ist auch eine Tiefe t eingezeichnet, welche im Diffusorabschnitt 230, im Messabschnitt 240 und im Verkleinerungsabschnitt 250 konstant bleibt.
Außerdem sind die seitlichen Radien r zu sehen, welche die Rundung an den Seiten definieren.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Langlochform im Messabschnitt 240 vorliegend eine Breite b von 14 mm, einen seitlichen Radius r von 1 mm sowie eine Tiefe t von 2 mm. Im Eingangsabschnitt 210 und im Auslassabschnitt 270 hat der Kanal 200 in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 4 mm. Am Übergang zwischen Formänderungsabschnitt 220 und Diffusorabschnitt 230 sowie am Übergang zwischen Verkleinerungsabschnitt 250 und weiterem Formänderungsabschnitt 260 hat der Kanal 200 in diesem Ausführungsbeispiel eine Breite b von 4 mm. Derartige Werte haben sich für typische Anwendungsfälle als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Jedoch sei erwähnt, dass diese Werte lediglich beispielhaft genannt sind und auch andere Ausführungen möglich sind.
Fig. 8 zeigt rein schematisch eine Messzelle 100 gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel. In Abwandlung zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 6 ist dabei die Temperiervorrichtung 300 in Form eines weiteren Kanals 330 ausgeführt, welcher in dem Grundkörper 110 neben dem Kanal 200 ausgebildet ist. Durch diesen weiteren Kanal 330 kann temperierendes Fluid geleitet werden, um in ähnlicher Weise wie mittels des Hohlraums 310 eine Temperatur einzustellen.
Fig. 9 zeigt rein schematisch eine Messzelle 100 gemäß einem noch weiteren
Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Temperiervorrichtung 300 in Form eines Heizdrahts 340 ausgeführt, durch welchen elektrischer Strom zum Heizen des Grundkörpers 110 bzw. des Kanals 200 geleitet werden kann.
Fig. 10 zeigt rein schematisch eine Messzelle 100 gemäß noch einem weiteren
Ausführungsbeispiel. Dabei ist die Temperiervorrichtung 300 als Infrarotheizung 350 ausgeführt, welche in Form eines Infrarotstrahlers ausgebildet ist, der Infrarotstrahlung auf den Grundkörper 110 emittiert. Fig. 11 zeigt rein schematisch eine Messzelle 100 gemäß noch einem weiteren
Ausführungsbeispiel. Die Temperiervorrichtung 300 ist dabei als neben dem
Grundkörper 110 angeordnete Induktionsheizung 360 ausgebildet, welche mit einem Wechselstrom beaufschlagt werden kann, so dass über ein elektromagnetisches Wechselfeld eine Erwärmung des Grundkörpers 110 erfolgt.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Darstellungen der Fig. 8 bis 11 rein schematisch zu verstehen sind, um unterschiedliche Ausführungen der
Temperiervorrichtung 300 zu zeigen. Es sei verstanden, dass die Ausführungen der Temperiervorrichtung 300, welche in den Fig. 2 bis 11 gezeigt sind, auch beliebig miteinander kombiniert werden können.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden
Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser
Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander
kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der
Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen. Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Messzelle (100) zum Untersuchen eines Fluidstroms (50),
wobei die Messzelle (100) folgendes aufweist:
einen Grundkörper (110),
einen durch den Grundkörper (110) führenden Kanal (200) für den Fluidstrom (50),
wobei in dem Grundkörper (110) seitlich zum Kanal (200) zumindest ein erstes Sichtfenster (120) und ein zweites Sichtfenster (130) ausgebildet sind, welche sich zumindest teilweise überlappen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Messzelle (100) eine Temperiervorrichtung (300) aufweist, mittels welcher eine Temperatur des Kanals (200) beeinflussbar ist.
2. Messzelle (100) nach Anspruch 1 ,
wobei mittels der Temperiervorrichtung (300) eine Temperatur des durch den Kanal (200) fließenden Fluidstroms (50) beeinflussbar ist.
3. Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Grundkörper (110) aus Metall ausgebildet ist.
4. Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Temperiervorrichtung (300) einen weiteren Kanal (330) aufweist, welcher in dem Grundkörper (110) separat zum Kanal (200) zur Durchleitung von temperierendem Fluid ausgebildet ist.
5. Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Temperiervorrichtung (300) einen Flohlraum (310) aufweist, welcher in dem Grundkörper (110) separat zum Kanal (200) zur Durchleitung von temperierendem Fluid ausgebildet ist.
6. Messzelle (100) nach Anspruch 5,
wobei der Hohlraum (310) zwischen einer ersten außenseitigen Platte (111 ) und einer zweiten außenseitigen Platte (114) ausgebildet ist, wobei zumindest eine der Platten (111 , 114) abnehmbar ist.
7. Messzelle (100) nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
wobei der Hohlraum (310) den Kanal (200) umgibt.
8. Messzelle (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
wobei die Temperiervorrichtung (300) eine Bereitstellungseinrichtung (312) für temperierendes Fluid aufweist oder mit einer Bereitstellungseinrichtung (312) für temperierendes Fluid verbunden ist.
9. Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Temperiervorrichtung (300) einen elektrischen Heizdraht (340) aufweist.
10. Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Temperiervorrichtung (300) eine Infrarotheizung (350) aufweist.
11. Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Temperiervorrichtung (300) eine Induktionsheizung (360) aufweist.
12. Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Temperiervorrichtung (300) dazu ausgebildet ist, eine Erhöhung und/oder Verringerung einer Temperatur des Grundkörpers (110) und/oder des Kanals (200) von mindestens 15 K pro Stunde zu bewirken.
13. Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Temperiervorrichtung (300) eine Temperaturüberwachungsvorrichtung (320) zum Abfühlen oder zur Regelung einer Temperatur von Komponenten der Messzelle (100) aufweist.
14. Messvorrichtung (10), aufweisend
eine Messzelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und eine Auswerteeinrichtung (40), welche dazu konfiguriert ist, mittels eines durch die Sichtfenster (120, 130) geleiteten Lichtstrahls (22) ein durch den Kanal (200) fließendes Fluid und/oder darin enthaltene Suspensionen und/oder Partikel (55) auszuwerten.
15. Messvorrichtung (10) nach Anspruch 14,
wobei die Messzelle (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 8 ausgebildet ist, und die Messvorrichtung (10) ferner eine Bereitstellungseinrichtung (312) für temperierendes Fluid aufweist.
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