用于確定表示液體量的值的設(shè)備以及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定表示容器中液體量的值的設(shè)備以及它在分析儀器中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在本發(fā)明的意義上“分析儀器”表示過程自動(dòng)化工程的測(cè)量設(shè)備，其通過濕化學(xué)方法測(cè)量某些物質(zhì)含量，例如，待分析介質(zhì)的離子濃度。為此，從待分析的介質(zhì)中取樣品。通常，通過分析儀器本身進(jìn)行取樣，通過例如栗、軟管、閥等以完全自動(dòng)的方式執(zhí)行。為了確定某些種類的物質(zhì)含量，已經(jīng)開發(fā)了對(duì)于各物質(zhì)的特定試劑，其在分析儀器的殼體內(nèi)是可獲得的，與待測(cè)樣品混合在一起。以這種方式引起的混合物的顯色反應(yīng)接著通過適合的測(cè)量裝置例如光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。更具體地，樣品和試劑在液槽(cuvette)中混合，并且接著通過光透射方法采用不同波長(zhǎng)進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。因此，基于光吸收和存儲(chǔ)的校正模型，通過接收器確定測(cè)量值。
[0003]在本文中，獲知彼此混合的不同液體的確切的量是至關(guān)重要的。為了正確的確定物質(zhì)含量，需要精確地限定待測(cè)樣品的量，以及與其混合的試劑的量。
[0004]測(cè)量液體的確定的量的一種可能的方法包括將具有某限定的料位的已知容積的透明試管I填充到某限定的料位?？梢怨鈱W(xué)地檢測(cè)何時(shí)達(dá)到期望的料位。該方法的實(shí)現(xiàn)是利用了填充的試管具有與空試管不同的折射特性的事實(shí)。為此，使用了帶有排列在試管I上的光源3和光檢測(cè)器5的擋光板。根據(jù)該排列，接收的光量對(duì)比空試管Ie隨著填充的試管If而增加或減少。在圖1中，顯示了居中輻射的情況。圖2顯示了偏離中心輻射的情況。在任一情況下，基于試管I是空的還是填充的，接收的光量發(fā)生變化。在這里，設(shè)定準(zhǔn)確的閾值產(chǎn)生了問題，即確定是否已經(jīng)填充了期望的量的液體，因?yàn)樘畛涞脑嚬躀的折射特性取決于填充的液體的折射率。而且，液體的渾濁度、試管I上的污垢和與理想幾何形狀之間的偏離影響了值。在試管I的直徑小的情況下，部件的排列的不準(zhǔn)確(制造公差)也帶來了嚴(yán)重影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是基于提供準(zhǔn)確地確定介質(zhì)的確定的量的裝置。
[0006]該目的的實(shí)現(xiàn)是通過確定表示容器中的液體量的值的設(shè)備，其中所述容器被配置為試管或液槽，其中用于所述液體的容器是基本上透明的，帶有至少一個(gè)輻射單元，其沿著所述容器的縱軸排列并且將光輻射到所述容器，和帶有至少一個(gè)光接收器的至少一個(gè)光檢測(cè)器，光接收器被分配給所述輻射單元，并接收透射通過所述容器的光且將其傳送到所述光檢測(cè)器，其中所述設(shè)備包括數(shù)據(jù)處理單元，其從由所述光檢測(cè)器檢測(cè)的光來確定表示容器中的液體量的值。所述設(shè)備的特征在于所述光檢測(cè)器檢測(cè)輻射通過所述容器并被所有的光接收器接收的光的總和。
[0007]這使得設(shè)備的布線復(fù)雜度最小，即被配置為試管或液槽的容器、輻射單元、光接收器、光檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理單元之間的布線。而且，所述數(shù)據(jù)處理單元僅需要一條通道用于評(píng)估至少一個(gè)光接收器中的一個(gè)，其保持了電路技術(shù)的低復(fù)雜度。另外，測(cè)量更準(zhǔn)確和可靠。
[0008]在第一優(yōu)選變形中，所述設(shè)備包括在容器上具有分離的輻射進(jìn)入點(diǎn)的至少兩個(gè)輻射單元以及至少兩個(gè)光源，其中所述至少兩個(gè)光源中的每一個(gè)精確地分配有至少兩個(gè)輻射單元中的一個(gè)，或者兩個(gè)光源中的每一個(gè)各包括至少兩個(gè)輻射單元中的一個(gè)，并且光在輻射進(jìn)入點(diǎn)處輻射。
[0009]在第二優(yōu)選變形中，所述輻射單元具有在容器上的分離的輻射進(jìn)入點(diǎn)，并且所述設(shè)備包括至少一個(gè)光源，其分配到所述輻射單元，其中所述輻射單元設(shè)計(jì)為光傳導(dǎo)體，并且光在輻射進(jìn)入點(diǎn)處輻射。
[0010]在分離的輻射進(jìn)入點(diǎn)的情況下，觀察到初始未知大小的若干快速信號(hào)變化。利用一個(gè)第一輻射進(jìn)入點(diǎn)，所有其他輻射進(jìn)入點(diǎn)的信號(hào)變化的期望值能夠被確定。絕對(duì)值是不相干的。
[0011]在第三優(yōu)選變形中，所述輻射單元被配置為穿過容器的縱軸連續(xù)地輻射的輻射單元，特別是光傳導(dǎo)體，并且所述設(shè)備包括至少一個(gè)光源，其被分配給所述輻射單元，并且輻射單7Π包括參考部分，其被不將光福射到容器內(nèi)的部分包圍。
[0012]在連續(xù)地輻射的情況下，觀察到初始未知升高的連續(xù)信號(hào)變化。當(dāng)參考部分通過時(shí)確定該升高。
[0013]只要液體柱通過容器的輻射部分，接收到的光的總和會(huì)變化。在任何情況下這都會(huì)發(fā)生，且這不取決于是否使用分離的輻射進(jìn)入點(diǎn)或是否試管在整個(gè)長(zhǎng)度上被輻射均勻地穿透，或者是否使用若干光源或僅一個(gè)由光傳導(dǎo)體分配的光源實(shí)現(xiàn)分離的輻射進(jìn)入點(diǎn)。
[0014]在優(yōu)選的改進(jìn)中，當(dāng)使用若干光源時(shí)，僅使用同樣的光源。這簡(jiǎn)化了制造過程并節(jié)省了成本。
[0015]在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述設(shè)備包括在容器上具有分離的接收點(diǎn)的至少兩個(gè)光接收器以及至少兩個(gè)光檢測(cè)器，其中所述至少兩個(gè)光檢測(cè)器的每一個(gè)精確地分配有至少兩個(gè)光接收器中的一個(gè)，或兩個(gè)光檢測(cè)器中的每一個(gè)各包括至少兩個(gè)光接收器中的一個(gè)，并且光在接收點(diǎn)處被接收。
[0016]在優(yōu)選的變形中，所述光接收器具有在容器上的分離的接收點(diǎn)，并且所述光接收器被配置為光傳導(dǎo)體，并且光在接收點(diǎn)處被接收。
[0017]所述光接收器與所述輻射單元配對(duì)。對(duì)于光接收器具有至少兩個(gè)可能的配置。在第一變形中，所述光接收器被設(shè)計(jì)為使得光可以僅在某些區(qū)域穿過到達(dá)所述光檢測(cè)器，這些區(qū)域是特別為該目的而提供的(接收點(diǎn))。在第二變形中，所述光接收器包括光檢測(cè)器。這種情況下，所述光接收器還可以包括光學(xué)裝置，如孔徑。
[0018]在另一優(yōu)選變形中，所述光接收器被配置為連續(xù)地接收穿過容器的縱軸的光的光接收器。
[0019]在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述光接收器或多個(gè)光接收器被設(shè)計(jì)為光電二極管。光電二極管是相對(duì)簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的部件。復(fù)雜的光接收器如分光計(jì)不是必需的。
[0020]所述目的進(jìn)一步通過在以過程自動(dòng)化工程確定被測(cè)變量的測(cè)量值，特別是用于確定介質(zhì)中至少一種物質(zhì)的濃度，的分析儀器中使用至少一個(gè)以上所述的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0021 ]本發(fā)明進(jìn)一步參考以下附圖進(jìn)行闡釋。其顯示了:
[0022]圖1為顯示了居中輻射的情況的圖示，
[0023]圖2為顯示了偏離中心輻射的情況的圖示，
[0024]圖3為分析儀器，其中使用了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，
[0025]圖4為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，
[0026]圖5為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式，
[0027]圖6為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，
[0028]圖7為根據(jù)圖4或圖5的設(shè)備的信號(hào)路徑，和
[0029]圖8為根據(jù)圖6的設(shè)備的信號(hào)路徑。
[0030]在附圖中，相同的特征使用相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0031]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備在過程自動(dòng)化工程的分析儀器9中應(yīng)用。首先描述所述分析儀器。
[0032]為了測(cè)量，例如，物質(zhì)的直接吸收或顏色強(qiáng)度，其是通過將待測(cè)物質(zhì)由試劑轉(zhuǎn)化為顏色復(fù)合物產(chǎn)生的。根據(jù)類似的原理，其他可能測(cè)量的變量為渾濁度、熒光等。其他的應(yīng)用示例是化學(xué)需氧量(COD)的測(cè)量，COD為總參數(shù)，它表示物質(zhì)的總和產(chǎn)生的測(cè)量值，并且因此，其不是一個(gè)單獨(dú)的物質(zhì)產(chǎn)生的。其他的可能的參數(shù)為，例如總碳或總氮。
[0033]以下，不失一般性地，本發(fā)明的概念將參考測(cè)量離子濃度的分析儀器9進(jìn)行描述。更具體地，分析儀器9測(cè)量銨濃度?？蓽y(cè)量的其他離子可以為磷酸根、硝酸根等。
[0034]從待分析介質(zhì)15中取得樣品13，其可以例如為液體或氣體。通常，樣品13的取得是通過子系統(tǒng)14(例如栗、軟管、閥等)全自動(dòng)地發(fā)生的。為了確定某種物質(zhì)的量，已經(jīng)開發(fā)了對(duì)各物質(zhì)含量的特定試劑16，并且它在分析儀器的殼體內(nèi)是可獲得的，并與將要測(cè)量的樣品13混合。在圖3中，它以符號(hào)的方式顯示。實(shí)際上，不同容器提供有不同的試劑，其通過前述的栗、軟管和閥等提取并進(jìn)行可能的混合。類似地，對(duì)于每個(gè)過程(取樣、試劑混合等)，可以使用分離的栗、軟管和閥。
[0035]接著使用例如光度計(jì)17的合適的測(cè)量設(shè)備測(cè)量由這種方式引起的混合物的顯色反應(yīng)。為此，例如，樣品13和試劑16在液槽18中混合，并且采用透射光方法，在至少兩個(gè)不同波長(zhǎng)下進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。為此目的，光由發(fā)射器17.1透射通過樣品13。利用從發(fā)射器17.1到接收器17.2的光學(xué)測(cè)量路徑17.3(在圖3中用虛線表示)，用于接收透射的光的接收器17.2被分配給發(fā)射器17.1。因此，基于光吸收和存儲(chǔ)的校正特征，由接收器產(chǎn)生測(cè)量值。發(fā)射器17.1包括例如一個(gè)或多個(gè)LED，即每個(gè)波長(zhǎng)一個(gè)LED或具有寬帶激勵(lì)的合適的光源。可選地，寬帶光源配合適當(dāng)?shù)臑V光器使用。典型的波長(zhǎng)從紅外到紫外的范圍，即從大約IlOOnm到200nm。優(yōu)選地，在多個(gè)光源3的情況下，僅使用同樣地光源，即是所有的光源3具有同樣的波長(zhǎng)或它們是具有同樣模型的寬帶激勵(lì)的光源。
[0036]接收器17.2可以包括一個(gè)或多個(gè)光電二極管。復(fù)雜結(jié)構(gòu)的光接收器例如分光計(jì)對(duì)于本發(fā)明來說不是必需的。
[0037]另外，分析儀器9包括帶有微控制器11連同存儲(chǔ)器12的發(fā)送器10。分析儀器9可以通過發(fā)送器10連接到現(xiàn)場(chǎng)總線，另外，分析儀器9通過發(fā)送器10控制。因此，從介質(zhì)15中提取樣品13，例如通過向子系統(tǒng)14發(fā)送合適的控制命令，由微控制器11觸發(fā)。類似地，光度計(jì)17的測(cè)量通過微控制器控制和調(diào)節(jié)。
[0038]下面將詳細(xì)描述樣品13的提取過程。為了從介質(zhì)15中提取樣品13，使用了樣品提取系統(tǒng)(未示出)，其可以例如包括栗。通過介質(zhì)管線，樣品進(jìn)入容器I，下文中也稱為定量容器I。定量容器I包括一個(gè)或多個(gè)擋光板(見下文)，其目的在于確定容器I中的液體的料位。如以上提到的，分析儀器9包括液體容器，其容納用于加入到樣品13的試劑，用于確定分析儀器9的被測(cè)變量，和用于校準(zhǔn)和/或調(diào)整分析儀器9的標(biāo)準(zhǔn)溶液。
[0039]試劑16，確切地說是容納有試劑16的容器，通過液體管線連接到定量容器Iο液體管線各自能夠通過閥切斷。定量容器I連接到栗，例如活塞栗。定量容器I通過連接器