用于確定表示液體量的值的設備以及其應用
【技術領域】
[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備以及它在分析儀器中的應用。
【背景技術】
[0002]在本發(fā)明的意義上“分析儀器”表示過程自動化工程的測量設備，其通過濕化學方法測量某些物質含量，例如，待分析介質的離子濃度。為此，從待分析的介質中取樣品。通常，通過分析儀器本身進行取樣，通過例如栗、軟管、閥等以完全自動的方式執(zhí)行。為了確定某些種類的物質含量，已經(jīng)開發(fā)了對于各物質的特定試劑，其在分析儀器的殼體內(nèi)是可獲得的，與待測樣品混合在一起。以這種方式引起的混合物的顯色反應接著通過適合的測量裝置例如光度計進行測量。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進行光學測量。因此，基于光吸收和存儲的校正模型，通過接收器確定測量值。
[0003]在本文中，獲知彼此混合的不同液體的確切的量是至關重要的。為了正確的確定物質含量，需要精確地限定待測樣品的量，以及與其混合的試劑的量。
[0004]測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。可以光學地檢測何時達到期望的料位。該方法的實現(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。為此，使用了帶有排列在試管I上的光源3和光檢測器5的擋光板。根據(jù)該排列，接收的光量對比空試管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，設定準確的閾值產(chǎn)生了問題，即確定是否已經(jīng)填充了期望的量的液體，因為填充的試管I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，部件的排列的不準確(制造公差)也帶來了嚴重影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是基于提供準確地確定介質的確定的量的裝置。
[0006]該目的的實現(xiàn)是通過確定表示容器中的液體量的值的設備，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，和帶有至少一個光接收器的至少一個光檢測器，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器，其中所述設備包括數(shù)據(jù)處理單元，其從由所述光檢測器檢測的光來確定表示容器中的液體量的值。所述設備的特征在于所述光檢測器檢測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]這使得設備的布線復雜度最小，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估至少一個光接收器中的一個，其保持了電路技術的低復雜度。另外，測量更準確和可靠。
[0008]在第一優(yōu)選變形中，所述設備包括在容器上具有分離的輻射進入點的至少兩個輻射單元以及至少兩個光源，其中所述至少兩個光源中的每一個精確地分配有至少兩個輻射單元中的一個，或者兩個光源中的每一個各包括至少兩個輻射單元中的一個，并且光在輻射進入點處輻射。
[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入點，并且所述設備包括至少一個光源，其分配到所述輻射單元，其中所述輻射單元設計為光傳導體，并且光在輻射進入點處輻射。
[0010]在分離的輻射進入點的情況下，觀察到初始未知大小的若干快速信號變化。利用一個第一輻射進入點，所有其他輻射進入點的信號變化的期望值能夠被確定。絕對值是不相干的。
[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，特別是光傳導體，并且所述設備包括至少一個光源，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)信號變化。當參考部分通過時確定該升高。
[0013]只要液體柱通過容器的輻射部分，接收到的光的總和會變化。在任何情況下這都會發(fā)生，且這不取決于是否使用分離的輻射進入點或是否試管在整個長度上被輻射均勻地穿透，或者是否使用若干光源或僅一個由光傳導體分配的光源實現(xiàn)分離的輻射進入點。
[0014]在優(yōu)選的改進中，當使用若干光源時，僅使用同樣的光源。這簡化了制造過程并節(jié)省了成本。
[0015]在優(yōu)選實施方式中，所述設備包括在容器上具有分離的接收點的至少兩個光接收器以及至少兩個光檢測器，其中所述至少兩個光檢測器的每一個精確地分配有至少兩個光接收器中的一個，或兩個光檢測器中的每一個各包括至少兩個光接收器中的一個，并且光在接收點處被接收。
[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，并且所述光接收器被配置為光傳導體，并且光在接收點處被接收。
[0017]所述光接收器與所述輻射單元配對。對于光接收器具有至少兩個可能的配置。在第一變形中，所述光接收器被設計為使得光可以僅在某些區(qū)域穿過到達所述光檢測器，這些區(qū)域是特別為該目的而提供的(接收點)。在第二變形中，所述光接收器包括光檢測器。這種情況下，所述光接收器還可以包括光學裝置，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)選實施方式中，所述光接收器或多個光接收器被設計為光電二極管。光電二極管是相對簡單和經(jīng)濟的部件。復雜的光接收器如分光計不是必需的。
[0020]所述目的進一步通過在以過程自動化工程確定被測變量的測量值，特別是用于確定介質中至少一種物質的濃度，的分析儀器中使用至少一個以上所述的設備來實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0021 ]本發(fā)明進一步參考以下附圖進行闡釋。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)明的設備，
[0025]圖4為根據(jù)本發(fā)明的設備，
[0026]圖5為根據(jù)本發(fā)明的設備的一個實施方式，
[0027]圖6為根據(jù)本發(fā)明的設備的另一個實施方式，
[0028]圖7為根據(jù)圖4或圖5的設備的信號路徑，和
[0029]圖8為根據(jù)圖6的設備的信號路徑。
[0030]在附圖中，相同的特征使用相同的附圖標記。
【具體實施方式】
[0031]根據(jù)本發(fā)明的設備在過程自動化工程的分析儀器9中應用。首先描述所述分析儀器。
[0032]為了測量，例如，物質的直接吸收或顏色強度，其是通過將待測物質由試劑轉化為顏色復合物產(chǎn)生的。根據(jù)類似的原理，其他可能測量的變量為渾濁度、熒光等。其他的應用示例是化學需氧量(COD)的測量，COD為總參數(shù)，它表示物質的總和產(chǎn)生的測量值，并且因此，其不是一個單獨的物質產(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)明的概念將參考測量離子濃度的分析儀器9進行描述。更具體地，分析儀器9測量銨濃度。可測量的其他離子可以為磷酸根、硝酸根等。
[0034]從待分析介質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)全自動地發(fā)生的。為了確定某種物質的量，已經(jīng)開發(fā)了對各物質含量的特定試劑16，并且它在分析儀器的殼體內(nèi)是可獲得的，并與將要測量的樣品13混合。在圖3中，它以符號的方式顯示。實際上，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行可能的混合。類似地，對于每個過程(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17的合適的測量設備測量由這種方式引起的混合物的顯色反應。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，在至少兩個不同波長下進行光學測量。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的光學測量路徑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，基于光吸收和存儲的校正特征，由接收器產(chǎn)生測量值。發(fā)射器17.1包括例如一個或多個LED，即每個波長一個LED或具有寬帶激勵的合適的光源?？蛇x地，寬帶光源配合適當?shù)臑V光器使用。典型的波長從紅外到紫外的范圍，即從大約IlOOnm到200nm。優(yōu)選地，在多個光源3的情況下，僅使用同樣地光源，即是所有的光源3具有同樣的波長或它們是具有同樣模型的寬帶激勵的光源。
[0036]接收器17.2可以包括一個或多個光電二極管。復雜結構的光接收器例如分光計對于本發(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)場總線，另外，分析儀器9通過發(fā)送器10控制。因此，從介質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17的測量通過微控制器控制和調(diào)節(jié)。
[0038]下面將詳細描述樣品13的提取過程。為了從介質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。通過介質管線，樣品進入容器I，下文中也稱為定量容器I。定量容器I包括一個或多個擋光板(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的被測變量，和用于校準和/或調(diào)整分析儀器9的標準溶液。
[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