[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung einer gelösten Konzentration eines Stoffes wie Gasgehalts in einem durch eine Leitung geführten oder in einem Behältnis aufgenommenen Fluid wie Flüssigkeit oder Gas durch Aussendung optischer oder elektromagnetischer Strahlung mittels einer mobilen Messeinrichtung sowie auf eine Messanordnung zur Bestimmung einer gelösten Konzentration eines Stoffes wie Gasgehalts in einem durch eine Leitung geführten oder in einem Behältnis aufgenommenen Fluid wie Flüssigkeit oder Gas, umfassend eine optische oder elektromagnetische Strahlung aussendende und empfangende mobile Messeinrichtung mit einer Strahlungsquelle zur Aussendung der optischen oder elektromagnetischen Strahlung über zumindest eine Sonde sowie einem mit der Sonde verbundenen Strahlungsdetektor.
[0002] Ein Verfahren und eine Messanordnung der eingangs genannten Art sind aus DE-A-19 909 631 bekannt. Offenbart ist eine tragbare Miniatur-Spektralsonde für die Messung spektrometrischer Daten einer Messprobe, mit einem Gehäuse, das mit einem Austrittsfenster für das von einer Lichtquelle emittierte Licht versehen ist und in dem sich die Lichtquelle für das Beleuchten der Messprobe, ein Detektor für die Erfassung und Umsetzung optischer Signale in elektrische Signale, eine Abbildungsoptik zur Abbildung der Lichtquelle auf die Messprobe und auf den Detektor und eine Stromversorgungseinheit für Lichtquelle und Detektor befinden. Die Lichtquelle ist als Miniatur-UV-Lampe ausgebildet. Bei den Messproben kann es sich um Feststoffe, Gase und Flüssigkeiten handeln. Die Spektralsonde ist auch für einen Einsatz als Tauchsonde geeignet.
[0003] Die EP-A-0 801 299 bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines chemischen Prozesses. Eine Sonde, die auf oder in einer Prozessleitung angeordnet ist, ist über einen Lichtleiter mit einem Spektrometer verbunden. In dem Spektrometer werden Absorptionssignale erzeugt, die ausgewertet und zur Steuerung des Prozesses eingesetzt werden.
[0004] Die EP-B-0 966 664 bezieht sich auf einen molekularen Lichtsensor, der ein Band von teilweise polarisiertem polychromatischem Licht für eine quantitative Analyse eines Zielmoleküls innerhalb einer gemischten Probe verwendet.
[0005] Die WO-A-94/13 199 bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung zur nichtinvasiven Blutglukose-Messung. Bei dieser Ausführungsform ist eine Laserdiode über einen optischen Leiter mit einer Auswerteeinheit verbunden.
[0006] Ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind aus dem Stand der Technik beispielsweise in Form des optischen O2-Sensors der Firma Centec Gesellschaft für Labor-und Prozessmesstechnik mbH bekannt. Dabei handelt es sich um ein Prozessmessgerät zur genauen und schnellen Bestimmung des O2-Gehalts in Flüssigkeiten und Gasen.
[0007] Das Prozessmessgerät ist für den Einsatz in Brauereien und weiteren Applikationen mit anspruchsvollem Bedingungen konzipiert, wie zum Beispiel in der Kraftwerkstechnik oder Bioreaktoren. Der Messung liegt ein optisches Messprinzip zugrunde und basiert auf dem Effekt der "dynamischen Lumineszenz-Löschung" durch molekularen Sauerstoff. Eine als Indikatorschicht ausgebildete optische Substanz wird durch Blau-Grün-Licht bestrahlt. Dabei gehen die Indikatormoleküle in der optisch aktiven Schicht in einen angeregten Zustand über und emittieren ein Rot-Licht, welches von einem Detektor entsprechend erkannt wird. Ist Sauerstoff in einem Medium vorhanden, wird dieser Effekt durch Energieübertragung auf den Sauerstoff verhindert. Der Sauerstoff geht dabei von seinem Ruhezustand (Tripplet-Zustand) in den angeregten Booklet-Zustand über.
Als Resultat zeigen die Indikatormoleküle keine Lumineszenz und das Signal am Detektor wird linear zur vorhanden Sauerstoffkonzentration im Medium abgeschwächt. Diese Abschwächung wird zur Ermittlung der Sauerstoffkonzentration herangezogen. Schliesslich wird die O2-Konzentration in einem Display in verschiedenen Einheiten, wie zum Beispiel PPB, PPM usw. dargestellt.
[0008] Nach dem Stand der Technik ist es üblich, dass das Prozessmessgerät über einen Anschluss bzw. Leitung direkt mit dem Prozess verbunden ist. Dies erfordert das Vorsehen einer Vielzahl von Prozessmessgeräten sowie Anschlusstellen für diese.
[0009] Auch sind Verfahren bekannt, bei denen eine Probe des Fluids über eine Öffnung gezogen wird. Probeentnahmestellen, beispielsweise mit Probenhahn, sind insbesondere in der Lebensmittel- und Pharmaanwendung aufgrund hygienischer Bestimmungen problematisch. Ferner können bei der Probenentnahme Produktverluste auftreten, insbesondere bei giftigen und/oder radioaktiven Prozessen, die eine Gefahr für Personal und Umwelt darstellen.
[0010] Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Messwertaufnahme sicherer, flexibler und einfacher wird.
[0011] Die Aufgabe wird verfahrensmässig u. a. durch die Merkmale des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die optische oder magnetische Strahlung durch ein für die optische oder elektromagnetische Strahlung durchlässiges, in einer Wandung der Leitung oder des Behältnisses angeordnetes Fenster auf einen in dem Fluid angeordneten Sensor gesendet wird und dass von dem Sensor in Abhängigkeit der gelösten Konzentration des Stoffes reflektierte und/oder emittierte optische oder elektromagnetische Strahlung von der mobilen Messeinrichtung empfangen wird.
[0012] Der Erfindung liegt der Gedanke einer "nicht invasiven" Offline-Bestimmung einer gelösten Konzentration eines Stoffes mittels optischer oder elektromagnetischer Strahlung zugrunde. Dies wird dadurch erreicht, dass optische oder elektromagnetische Strahlung mittels einer mobilen Messeinrichtung durch ein Fenster auf das Fluid oder einem in dem Fluid angeordneten Sensor gesendet wird und reflektierte und/oder emittierte Strahlung von der mobilen Messeinrichtung empfangen wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik muss die Messeinrichtung nicht direkt mit dem Prozess über einen Anschluss bzw. eine Leitung verbunden sein. Auch die Entnahme einer Probe über eine Öffnung kann entfallen.
[0013] Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird die Möglichkeit eröffnet, mit einer einzigen mobilen Messeinrichtung von "Messstelle" zu "Messstelle" bzw. "Fenster" zu "Fenster" zu gehen, um die jeweiligen gelösten Konzentrationen eines Stoffes in dem Fluid zu messen. Die Anordnung von Mess-Fenstern in dem Prozess ist gegenüber der Anordnung von einzelnen, fest montierten Messeinrichtungen einfacher und kostengünstiger.
[0014] Gemäss einer bevorzugten Verfahrensweise kann die Messung unmittelbar an dem Fluid erfolgen, wobei das Fluid durch das Fenster mit Infrarot-Strahlung wie NIR- oder MIR-Strahlung oder Röntgenstrahlung beaufschlagt wird und von dem Fluid reflektiert und/oder emittierte Strahlung durch die mobile Messeinrichtung empfangen wird.
[0015] Gemäss einer weiteren bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, dass der Sensor unabhängig von der Messeinrichtung hinter dem für optische oder elektromagnetische Strahlung durchlässigen Fenster in dem Fluid angeordnet wird und dass die Auswertung des Sensors mittels der als mobilen Messeinrichtung von Aussen durch das Fenster erfolgt.
[0016] Gemäss einer bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, dass der Sensor mittels einer Messsonde der mobilen Messeinrichtung durch optische Strahlung aktiviert wird und dass ein von dem Sensor ausgehendes Signal durch die Messsonde erfasst und in der Messeinrichtung ausgewertet wird.
[0017] Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensweise, wobei als Sensor eine optisch aktive Substanz eingesetzt wird, welche auf eine dem Fluid zu gewandten Fläche des Fenster angeordnet ist, wobei ein Lichtstrahl ausgehend von einer Lichtquelle über einen ersten Lichtleiter durch das transparente Fenster auf die optisch aktive Substanz geleitet wird und wobei von der optisch aktiven Substanz in Abhängigkeit der gelösten Konzentration des Stoffes emittiertes Licht über den ersten Lichtleiter oder einem zweiten Lichtleiter einem Detektor zugeführt und anschliessend ausgewertet wird.
[0018] Durch obige Verfahrensweise wir die "nicht invasive" Offline-Bestimmung des gelösten Gasgehalts auf der Basis der optischen Gasgehaltsbestimmung möglich. Dazu ist vorgesehen, dass die optisch aktive Substanz auf einem vorzugsweisem transparenten Fester aus vorzugsweisem Glas aufgebracht wird. Sodann wird ein mobiler, tragbarer Messumformer bzw. eine Messeinrichtung in Form eines Laborgeräts, welches vorzugsweise gleichzeitig einen Datenspeicher aufweist, von Aussen an das Glas gehalten um lediglich den Messstrahl in Form eines Lichtstrahls auf die optische Substanz im Prozess bzw. in der Probe zu halten. Ein von der optischen Substanz emittierter Lichtstrahl wird erfasst und ausgewertet.
[0019] Das Verfahren wird vorzugsweise nach dem Prinzip der dynamischen Lumineszenz-Löschung durchgeführt. Dabei wird der optische Sensor mit Blau-, Grün-Licht bestrahlt und das von dem optischen Sensor emittierte Rot-Licht wird durch einen Lichtleiter empfangen und ausgewertet.
[0020] Der die optische Substanz anregende Lichtstrahl und das emittierte Licht als Messinformation in Form beispielsweise eines roten Lichtes, leuchten gleichzeitig durch das Glas, so dass der zu bestimmende Gasgehalt im Prozess durch die mobile Messeinrichtung erfasst werden kann. Mit der mobilen Messeinrichtung wird die Möglichkeit eröffnet, von Messstelle zu Messstelle bzw. Schaufenster zu Schaufenster zu gehen und die Gaskonzentrationswerte zu erfassen bzw. beliebig viele entsprechend präparierte Gläser mit aktiven Substanzen im gesamten Prozess zu verteilen.
[0021] Als gelöste Konzentration eines Stoffes können ein Gasgehalt wie O2-, N2- und/oder CO2-Gehalt des Fluids bestimmt werden. Auch besteht die Möglichkeit eine gelöste Konzentration eines organischen Stoffes wie Alkohol zu bestimmen.
[0022] Auch kann die Auswertung des Sensors mittels Funkübertragung erfolgen. In diesem Fall ist der Sensor als ein aktiver Sensor mit Transmitter ausgebildet, wobei ermittelte Messwerte durch einen in der mobilen Messeinrichtung angeordneten Receiver empfangen und ausgewertet werden.
[0023] Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Messanordnung zur Bestimmung einer gelösten Konzentration eines Stoffes wie Gasgehalts in einem durch eine Leitung geführten oder in einem Behältnis aufgenommenen Fluid wie Flüssigkeit oder Gas, umfassend eine optische oder elektromagnetische Strahlung aussendende und empfangende mobile Messeinrichtung mit einer Strahlungsquelle zur Aussendung der optischen oder elektromagnetischen Strahlung über zumindest eine Sonde sowie einem mit der Sonde verbundenen Strahlungsdetektor.
Die Messanordnung zeichnet sich erfindungsgemäss im Wesentlichen dadurch aus, dass in einer Wandung der Leitung oder des Behältnisses ein für optische oder elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster angeordnet ist, dass hinter dem Fenster in dem Fluid ein Sensor angeordnet ist und dass von dem Sensor reflektierte und/oder emittierte Strahlung durch die Sonde detektierbar ist.
[0024] Die Messanordnung zeichnet sich erfindungsgemäss im Wesentlichen dadurch aus, dass die Sonde als mobile Einheit ausgebildet ist, umfassend eine Strahlungsquelle über die optische oder elektromagnetische Strahlung über zumindest Sonde durch ein in einer Wandung der Leitung oder des Behältnisses angeordnetes, für optische oder elektromagnetische Strahlung durchlässiges Fenster auf das Fluid und/oder einen in dem Fluid angeordneten Sensor applizierbar ist sowie einen mit der Sonde verbundenen Strahlungsdetektor über den von dem Fluid und/oder dem Sensor reflektierte und/oder emittierte Strahlung detektierbar ist.
[0025] Je nach Art des Auswerteverfahrens kann die Strahlungsquelle eine Lichtquelle, eine Infrarotquelle wie NIR-Quelle oder MIR-Quelle, eine Ultraschallquelle, eine Funkquelle und/oder eine Röntgenquelle sein. Entsprechend ist der Strahlungsdetektor als optischer Detektor, Infrarot-Detektor wie NIR-Detektor oder MTH-Detektor, als Ultraschalldetektor, Funkdetektor und/oder Röntgendetektor ausgebildet.
[0026] Bei einem optischen Auswerteverfahren kann die Sonde als Lichtleiter zum Senden und/oder Empfangen optischer Strahlung ausgebildet sein oder alternativ zwei Lichtleiter umfassen, wobei ein erster Lichtleiter mit der Strahlungsquelle und ein zweiter Lichtleiter mit dem Strahlungsdetektor verbunden ist.
[0027] Um die mobile Messeinrichtung in einem definierten Abstand zu dem Fenster zu positionieren, ist vorgesehen, dass koaxial zu der Sonde ein Rohr angeordnet ist, dessen stirnseitig umlaufender Rand auf dem Fenster oder der Wandung aufsetzbar ist, wobei eine Stirnfläche der zumindest einen Sonde in definiertem Abstand zu dem Fenster positionierbar ist.
[0028] Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor als aktive Substanz ausgebildet, welche mittels Strahlung aktivierbar ist, wobei ein von dem Sensor emittierte und eine Information über die Konzentration des Stoffes enthaltende Strahlung durch die mobile Messeinrichtung erfassbar und auswertbar ist.
[0029] Bei einer nach dem dynamischen Lumineszenz-Löschungsverfahren arbeitenden Messanordnung ist der Sensor eine optisch aktive Substanz, welche auf einer dem Fluid zugewandten Fläche des Fenster angeordnet ist und wobei die mobile Messeinrichtung einen mit einer Lichtquelle verbundenen Lichtleiter als Messsonde zur Beaufschlagung der optischen Substanz mit einem Lichtstrahl aufweist und einen mit dem Lichtleiter oder einem weiteren Lichtleiter verbundenen Detektor zur Erfassung eines von der optischen Substanz emittierten Lichtstrahls ist.
[0030] Zur Auswertung des von der optisch aktiven Substanz emittierten Signals weist die Messeinrichtung eine mit dem Detektor verbundene Auswerteeinheit auf. Die Messwerte können in einem Datenspeicher zwischengespeichert oder über eine kabelgebundene oder kabellose Schnittstelle zu einer Zentrale übertragen werden.
[0031] Vorzugsweise weist die optisch aktive Substanz einen Farbstoff und/oder ein Polymer auf und ist mit dem Fenster verbunden wie verklebt, mechanisch befestigt oder integraler Bestandteil des Fensters.
[0032] Gegenüber den herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen werden die Vorteile erreicht, dass eine direkte physische Probenentnahme nicht notwendig ist, wodurch Messfehler vermieden werden. Auch sind Probeentnahmestellen mit Probehahn nicht mehr notwendig, so dass insbesondere in der Lebensmittel- und Pharmaanwendung in hygienischer und messtechnisch einfacher Weise Daten aufgenommen werden können.
[0033] Ferner ist anzumerken, dass keine Produktverluste entstehen, insgesamt eine saubere Messwertermittlung ohne Abfall und Verschmutzungen erfolgt, so dass die Gefahr bei giftigen Prozessen für Personal und Umwelt reduziert ist. Aufgrund der Flexibilität der mobilen Messeinrichtung kann eine schnelle Datenaufnahme erfolgen.
[0034] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von den Zeichnungen zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsformen.
Es zeigen:
<tb>Fig. 1 <sep>eine erste Ausführungsform einer Messanordnung zur optischen Bestimmung eines gelösten Gasgehalts in einem Fluid,
<tb>Fig. 2<sep>eine zweite Ausführungsform einer Messanordnung zur optischen Bestimmung eines gelösten Gasgehalts in einem Fluid und
<tb>Fig. 3<sep>eine dritte Ausführungsform einer Messanordnung zur optischen Bestimmung eines gelösten Gasgehalts in einem Fluid.
[0035] Fig. 1 zeigt eine Messanordnung 10 zur optischen Bestimmung eines gelösten Gasgehalts wie O2-Gehalts in einem Fluid 12 wie Flüssigkeit oder Gas, welche in einer Leitung 14 geführt wird.
[0036] Die Messanordnung 10 ist zweiteilig ausgebildet und umfasst einen stationären Sensor 16 in Form einer optisch aktiven Substanz, welche sich in Kontakt mit dem zu messenden Fluid befindet sowie eine mobile Messeinrichtung 18.
[0037] Die optischaktive Substanz 16 ist dabei auf einer dem Fluid 12 zugewandten Innenfläche 20 eines für optische Strahlung durchlässigen Fensters 22 angeordnet, wobei das Fenster 22 in einer Wandung 24 der Leitung 14 eingepasst ist. Das transparente Fenster 22 kann beispielsweise aus Glas ausgebildet sein, welches auch als Schauglas bezeichnet wird.
[0038] Ober das Fenster 22 ist die optisch aktive Substanz 16 von Aussen sichtbar und kann mittels der mobilen Messeinrichtung 18 ausgewertet werden.
[0039] Die Messeinrichtung 18 umfasst eine mit einer Lichtquelle 24 verbundene Sonde in Form eines Lichtleiters 26, über den Lichtstrahlen 28 auf die optisch aktive Substanz 16 applizierbar sind. Dazu wird der Lichtleiter 26 mit seiner Stirnfläche 30 auf eine äussere Oberfläche 32 der Scheibe 22 aufgesetzt. Von der optisch aktiven Substanz 16 emittierte Lichtstrahlen 34 werden über den Lichtleiter 26 einem Detektor 36 zugeführt. Dem Detektor 36 ist eine Auswerteeinheit 38 gegebenenfalls mit Datenrekorder sowie eine Anzeigeeinheit 40 zur Anzeige der vor Ort ermittelten Messwerte nachgeordnet.
[0040] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Messeinrichtung 40, wobei die Sonde 26 einen ersten mit der Lichtquelle 24 verbundenen Lichtleiter 42 zum Aussenden eines Lichtstrahls 44 auf den Sensor 16 umfasst sowie einen zweiten Lichtleiter 46, welcher von dem optisch aktiven Sensor 16 emittiertes Licht 48 dem Lichtsensor bzw. dem Lichtdetektor 36 zufuhrt. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sonde 26 koaxial von einem rohrförmigen Element 50 umgeben ist, welches mit einer vorderen Stirnfläche 52 bzw. einem stirnseitigen Rand auf der Oberfläche 32 des Fenster 22 aufliegt, sodass Stirnflächen 54, 56 der Lichtleiter 42, 46 in definiertem Abstand zu der Oberfläche 32 des Fenster 22 positionierbar sind.
[0041] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Messeinrichtung 58, wobei die Strahlungsquelle 24 als MIR-Quelle, NIR-Quelle oder Röntgenquelle ausgebildet ist. Entsprechend ist ein Strahlungsdetektor 36 als Infrarotdetektor wie MIR-Detektor, NIR-Detektor oder als Röntgenstrahlungs-Detektor ausgebildet. Mit einer solchen Messeinrichtung können Messverfahren nach der MIR-Methode, NIR-Methode oder Röntgen-Methode durchgeführt werden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass ein Sensor 16 in dem Fluid 12 enthalten ist. Vielmehr wird die Infrarotstrahlung bzw. Röntgenstrahlung unmittelbar auf das Fluid 12 durch das Fenster 22 gestrahlt und von dem Fluid reflektiertes bzw. emittierte Strahlung durch den Infrarotdetektor oder Röntgendetektor erfasst und ausgewertet.
[0042] Mittels obiger Methoden können gelöste Konzentrationen eines Stoffes wie beispielsweise organischer Stoffe wie Alkohol in dem Fluid ermittelt werden.
The invention relates to a method for determining a dissolved concentration of a substance such as gas content in a guided through a conduit or received in a container fluid such as liquid or gas by emitting optical or electromagnetic radiation by means of a mobile measuring device and a measuring arrangement for Determination of a dissolved concentration of a substance such as gas content in a guided through a pipe or in a container fluid such as liquid or gas comprising a mobile or electromagnetic radiation emitting and receiving mobile measuring device with a radiation source for emitting the optical or electromagnetic radiation via at least one probe and a radiation detector connected to the probe.
A method and a measuring arrangement of the type mentioned are known from DE-A-19 909 631. Disclosed is a portable miniature spectral probe for measuring spectrometric data of a test sample, comprising a housing which is provided with an exit window for the light emitted by a light source and in which the light source for illuminating the sample, a detector for the detection and Conversion of optical signals into electrical signals, an imaging optics for imaging the light source on the test sample and on the detector and a power supply unit for light source and detector are located. The light source is designed as a miniature UV lamp. The samples can be solids, gases and liquids. The spectral probe is also suitable for use as a submersible probe.
EP-A-0 801 299 relates to a method for controlling a chemical process. A probe, which is arranged on or in a process line, is connected to a spectrometer via a light guide. In the spectrometer absorption signals are generated, which are evaluated and used to control the process.
EP-B-0 966 664 relates to a molecular light sensor using a band of partially polarized polychromatic light for quantitative analysis of a target molecule within a mixed sample.
WO-A-94/13199 relates to a method and apparatus for noninvasive blood glucose measurement. In this embodiment, a laser diode is connected via an optical conductor to an evaluation unit.
Another method and another device for carrying out the method are known from the prior art, for example in the form of the optical O2 sensor of the company Centec Gesellschaft für Labor- und Prozessmesstechnik mbH. It is a process measuring instrument for the accurate and rapid determination of the O2 content in liquids and gases.
The process measuring device is designed for use in breweries and other applications with demanding conditions, such as in power plant technology or bioreactors. The measurement is based on an optical measurement principle and is based on the effect of "dynamic luminescence quenching" by molecular oxygen. A formed as an indicator layer optical substance is irradiated by blue-green light. In this case, the indicator molecules in the optically active layer change to an excited state and emit a red light, which is correspondingly detected by a detector. If oxygen is present in a medium, this effect is prevented by energy transfer to the oxygen. The oxygen goes from its idle state (triplet state) to the excited booklet state.
As a result, the indicator molecules show no luminescence and the signal at the detector is attenuated linearly to the presence of oxygen concentration in the medium. This attenuation is used to determine the oxygen concentration. Finally, the O2 concentration in a display is displayed in different units, such as PPB, PPM, etc.
According to the prior art, it is customary that the process measuring device is connected via a connection or line directly to the process. This requires the provision of a variety of process measuring devices and connection points for these.
Also, methods are known in which a sample of the fluid is drawn through an opening. Sampling points, for example with sample tap, are problematic in particular in the food and pharmaceutical application due to hygienic regulations. Furthermore, product losses may occur during sampling, especially in toxic and / or radioactive processes which pose a hazard to personnel and the environment.
Based on this, the present invention, the object of developing a method and an apparatus of the type mentioned in such a way that the measured value recording is safer, more flexible and easier.
The object is procedurally u. a. solved by the features of claim 1, characterized in that the optical or magnetic radiation is transmitted through an optical or electromagnetic radiation permeable disposed in a wall of the conduit or the container window on a sensor disposed in the fluid and that of the sensor in Depending on the dissolved concentration of the substance reflected and / or emitted optical or electromagnetic radiation is received by the mobile measuring device.
The invention is based on the idea of a "non-invasive" offline determination of a dissolved concentration of a substance by means of optical or electromagnetic radiation. This is achieved by transmitting optical or electromagnetic radiation by means of a mobile measuring device through a window onto the fluid or a sensor arranged in the fluid and receiving reflected and / or emitted radiation from the mobile measuring device. In contrast to the prior art, the measuring device need not be connected directly to the process via a connection or a line. The removal of a sample via an opening can be omitted.
The inventive method opens up the possibility to go with a single mobile measuring device of "measuring point" to "measuring point" or "window" to "window" to measure the respective dissolved concentrations of a substance in the fluid. The arrangement of measuring windows in the process is simpler and less expensive than the arrangement of single, fixed measuring devices.
According to a preferred procedure, the measurement can be carried out directly on the fluid, wherein the fluid is acted upon by the window with infrared radiation such as NIR or MIR radiation or X-radiation and reflected from the fluid and / or emitted radiation through the mobile Measuring device is received.
According to a further preferred method, it is provided that the sensor is arranged independently of the measuring device behind the permeable for optical or electromagnetic radiation window in the fluid and that the evaluation of the sensor by means of the mobile measuring device from the outside through the window.
According to a preferred method, it is provided that the sensor is activated by means of a measuring probe of the mobile measuring device by optical radiation and that an outgoing signal from the sensor is detected by the probe and evaluated in the measuring device.
Particularly preferred is a procedure, wherein the sensor is an optically active substance is used, which is disposed on a fluid facing surface of the window, wherein a light beam from a light source via a first optical fiber through the transparent window on the optical active substance is passed and wherein light emitted by the optically active substance as a function of the dissolved concentration of the substance is supplied via the first optical waveguide or a second optical waveguide to a detector and is subsequently evaluated.
By the above procedure, the "non-invasive" offline determination of the dissolved gas content on the basis of the optical gas content determination possible. For this purpose, it is provided that the optically active substance is applied to a preferably transparent solid of preferably glass. Then, a mobile, portable transmitter or a measuring device in the form of a laboratory device, which preferably simultaneously has a data memory, held from the outside to the glass to hold only the measuring beam in the form of a light beam to the optical substance in the process or in the sample , A light beam emitted by the optical substance is detected and evaluated.
The method is preferably carried out according to the principle of dynamic luminescence quenching. In this case, the optical sensor is irradiated with blue, green light and the red light emitted by the optical sensor is received and evaluated by a light guide.
The optical substance exciting light beam and the emitted light as measurement information in the form of, for example, a red light, shine simultaneously through the glass, so that the gas content to be determined in the process can be detected by the mobile measuring device. The mobile measuring device opens up the possibility of going from measuring point to measuring point or shop window to shop window and to record the gas concentration values or to distribute as many appropriately prepared glasses with active substances throughout the process.
As a dissolved concentration of a substance, a gas content such as O2, N2 and / or CO2 content of the fluid can be determined. It is also possible to determine a dissolved concentration of an organic substance such as alcohol.
Also, the evaluation of the sensor can be carried out by radio transmission. In this case, the sensor is designed as an active sensor with transmitter, wherein measured values are received and evaluated by a receiver arranged in the mobile measuring device.
Furthermore, the invention relates to a measuring arrangement for determining a dissolved concentration of a substance such as gas content in a guided through a conduit or received in a container fluid such as liquid or gas comprising a optical or electromagnetic radiation emitting and receiving mobile measuring device with a Radiation source for emitting the optical or electromagnetic radiation via at least one probe and a radiation detector connected to the probe.
According to the invention, the measuring arrangement is essentially characterized in that a window permeable to optical or electromagnetic radiation is arranged in a wall of the conduit or container, that a sensor is arranged behind the window in the fluid, and / or that the sensor reflects and / or emitted radiation is detectable by the probe.
The measuring arrangement according to the invention is characterized essentially by the fact that the probe is designed as a mobile unit comprising a radiation source via the optical or electromagnetic radiation via at least probe by a arranged in a wall of the line or the container, for optical or electromagnetic Radiation-permeable window on the fluid and / or a sensor disposed in the fluid can be applied and a radiation detector connected to the probe via the reflected and / or emitted by the fluid and / or the sensor radiation is detectable.
Depending on the type of evaluation, the radiation source may be a light source, an infrared source such as NIR source or MIR source, an ultrasound source, a radio source and / or an X-ray source. Accordingly, the radiation detector as an optical detector, infrared detector such as NIR detector or MTH detector, as an ultrasonic detector, radio detector and / or X-ray detector is formed.
In an optical evaluation method, the probe may be formed as a light guide for transmitting and / or receiving optical radiation or, alternatively, comprise two optical fibers, wherein a first optical fiber with the radiation source and a second optical fiber is connected to the radiation detector.
In order to position the mobile measuring device at a defined distance to the window, it is provided that coaxially to the probe, a tube is arranged, whose frontally peripheral edge on the window or wall can be placed, wherein an end face of the at least one probe positioned at a defined distance to the window.
In a preferred embodiment, the sensor is formed as an active substance, which can be activated by means of radiation, wherein a radiation emitted by the sensor and containing information about the concentration of the substance by the mobile measuring device can be detected and evaluated.
In a measuring arrangement operating according to the dynamic luminescence quenching method, the sensor is an optically active substance which is arranged on a surface of the window facing the fluid and wherein the mobile measuring device has a light guide connected to a light source as a measuring probe for acting on the optical substance having a light beam and being connected to the light guide or another optical fiber detector for detecting a light beam emitted from the optical substance light beam.
To evaluate the signal emitted by the optically active substance, the measuring device has an evaluation unit connected to the detector. The measured values can be temporarily stored in a data memory or transmitted via a wired or wireless interface to a central office.
Preferably, the optically active substance to a dye and / or a polymer and is connected to the window as glued, mechanically attached or integral part of the window.
Compared to the conventional methods and devices, the advantages are achieved that a direct physical sampling is not necessary, thereby measuring errors are avoided. Also, sampling points with trial tap are no longer necessary, so that in particular in the food and pharmaceutical applications in a hygienic and metrologically simple way data can be recorded.
Furthermore, it should be noted that no product losses occur, all in all a clean measured value without waste and contamination takes place, so that the risk is reduced in toxic processes for personnel and the environment. Due to the flexibility of the mobile measuring device, fast data acquisition can take place.
For more details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken these features - alone and / or in combination - but also from the following description of the drawings to be taken preferred embodiments.
Show it:
<Tb> FIG. 1 <sep> a first embodiment of a measuring arrangement for the optical determination of a dissolved gas content in a fluid,
<Tb> FIG. 2 <sep> a second embodiment of a measuring arrangement for the optical determination of a dissolved gas content in a fluid and
<Tb> FIG. 3 shows a third embodiment of a measuring arrangement for the optical determination of a dissolved gas content in a fluid.
Fig. 1 shows a measuring arrangement 10 for the optical determination of a dissolved gas content such as O 2 content in a fluid 12 such as liquid or gas, which is guided in a line 14.
The measuring arrangement 10 is formed in two parts and comprises a stationary sensor 16 in the form of an optically active substance, which is in contact with the fluid to be measured and a mobile measuring device 18th
The optically active substance 16 is arranged on a fluid 12 facing the inner surface 20 of an optical radiation permeable window 22, wherein the window 22 is fitted in a wall 24 of the line 14. The transparent window 22 may for example be formed of glass, which is also referred to as a sight glass.
Above the window 22, the optically active substance 16 is visible from the outside and can be evaluated by means of the mobile measuring device 18.
The measuring device 18 comprises a probe connected to a light source 24 in the form of a light guide 26, via the light beams 28 can be applied to the optically active substance 16. For this purpose, the light guide 26 is placed with its end face 30 on an outer surface 32 of the disc 22. Light beams 34 emitted by the optically active substance 16 are supplied to a detector 36 via the light guide 26. An evaluation unit 38, optionally with data recorder, and a display unit 40 for displaying the measured values determined on-site are arranged downstream of the detector 36.
Fig. 2 shows an embodiment of a measuring device 40, wherein the probe 26 includes a first connected to the light source 24 light guide 42 for emitting a light beam 44 to the sensor 16 and a second light guide 46, which emitted from the optically active sensor 16 Light 48 the light sensor or the light detector 36 supplies. In this embodiment it is provided that the probe 26 is coaxially surrounded by a tubular element 50 which rests with a front end surface 52 and a front edge on the surface 32 of the window 22 so that end surfaces 54, 56 of the light guide 42, 46 in defined distance to the surface 32 of the window 22 are positionable.
Fig. 3 shows an embodiment of a measuring device 58, wherein the radiation source 24 is formed as a MIR source, NIR source or X-ray source. Accordingly, a radiation detector 36 is designed as an infrared detector such as MIR detector, NIR detector or as an X-ray detector. With such a measuring device measuring methods according to the MIR method, NIR method or X-ray method can be performed. In this case, it is not necessary for a sensor 16 to be included in the fluid 12. Instead, the infrared radiation or X-ray radiation is radiated directly onto the fluid 12 through the window 22 and the radiation reflected or emitted by the fluid is detected and evaluated by the infrared detector or X-ray detector.
By means of the above methods, dissolved concentrations of a substance such as, for example, organic substances such as alcohol in the fluid can be determined.