DE20100557U1 - Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit - Google Patents
Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer FlüssigkeitInfo
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Description
Pfenning, Meinig & Partner GbR Patentanwälte
European Patent Attorneys European Trademark Attorneys Dipl.-lng. J. Ptenning (-1994) Dipl.-Phys. K. H. Meinig (-1995) Dr.-lng. A. Butenschön, München Dipl.-lng. J. Bergmann* Berlin Dipl.-Chem. Dr. H. Reitzle, München Dipl.-lng. U. Grambow, Dresden Dipl.-Phys. Dr. H. Gleiter, München Dr.-lng. S. Golkowsky" Berlin
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Berlin,
08. Januar 2001 BT/SP-DR. THIEDIG
Dr. Thiedig +Co. KG Prinzenallee 78 - 79, 13357 Berlin
Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit
Dr. Thiedig +Co. KG
Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Es sind Vorrichtungen zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen, wie Kohlendioxyd in Flüssigkeiten, wie Getränken bekannt, bei denen eine Sonde mit einer für das gelöste Gas zumindest teilweise durchlässigen Membran mit der Flüssigkeit in Verbindung steht. Das permeierte Kohlendioxyd wird durch einen Strom an zugeführtem Trägergas in eine Meßkammer geleitet, und es wird mittels einer IR-Sende/Empfangseinrichtung die Absorption des Gases im Wellenlängenbereich der Absorptionsbande von CO2 gemessen, worauf aus dem Meßwert die Konzentration bestimmt wird.
Eine solche bekannte Vorrichtung wird beispielsweise in Anlagen in der Getränkeindustrie, z.B. in Abfüllanlagen in der Weise verwendet, daß die Sonde dichtend in eine Getränkeleitung eingesetzt wird und mittels einer Auswerteeinheit die Konzentration des Kohlendioxyds bestimmt wird und abhängig von dem bestimmten Wert die Zufuhr an Kohlendioxyd geregelt wird. Bei den angeführten Anlagen, insbesondere in der Getränkeindustrie kommt es zeitweise zu Produktstillstand, d.h. das Getränk strömt nicht mehr durch die Getränkeleitung, sondern steht still. Aufgrund des oben angegebenen Meßprinzips, d.h. der Art der Probennahme mittels eines membranbedeckten Systems, führt der Produktstillstand in der Getränkeleitung zu einem Abfallen des Meßwertes. Aufgrund dieses Abfallens des Meßwertes würde eine mit dem Meßsystem verbundene Regelung der C02~Dosierung ungewünschte Regelwerte abgeben, wodurch die Gefahr einer zu hohen Dosierung besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit zu schaffen, bei der eine Strömungsänderung in der Flüssigkeit eine Regelung für die Dosierung des gelösten Gases nicht beeinträchtigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung - mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Dadurch daß ein Sensor zur Erfassung der Strömungsänderung in der Flüssigkeit vorgesehen ist und daß die Auswerteeinrichtung das elektrische Signal und/oder den Konzentrationswert des Gases bei oder kurz vor der Änderung der Strömungsverhältnisse speichert, kann bei Strömungsänderung die Regelung außer Kraft gesetzt
werden und es kann der zum Zeitpunkt des Produktstillstandes gelieferte Meßwert "eingefroren" werden und nach erneutem Anlaufen der Produktion kann der "eingefrorene Wert" über eine gewisse Zeitspanne für die Regelung verwendet werden, bis das Meßsystem wieder seine normale Funktion erreicht hat, d.h. die Regelung wird während dieser Zeit mit dem letzten Meßwert vor dem Produktstillstand angesteuert und ein Überschwingen der Regelung wird verhindert.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. In vorteilhafter Weise kann der Sensor zur Erfassung der Änderung der Strömungsverhältnisse in der Flüssigkeit auf unterschiedlichsten Prinzipien basieren, er kann beispielsweise als Durchflußsensor und/oder als Geschwindigkeitssensor und/oder als Drucksensor ausgebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sonde zur Messung des Gases und der Sensor zur Erfassung der Strömungsänderung und gegebenenfalls ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit, die bei der Bestimmung der Konzentration berücksichtigt wird, zu einer Baugruppe zusammengefaßt, die in eine die Flüssigkeit führende Leitung einsetzbar ist, wodurch der Einbau der Vorrichtung vereinfacht wird.
Die Meßeinrichtung kann unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise kann eine IR-Detektoranordnung oder ein Wärmeleitungsdetektor verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgeraäßen Vorrichtung.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Meßsonde 1 auf, die mittels eines Flanschsystems in eine Flüssigkeitsleitung, z.B. eine Getränkeleitung eingesetzt ist. Die Getränkeleitung wird von einer Flüssigkeit, d.h. einem Getränk durchströmt, was durch die Pfeile 3 angedeutet ist. Die Meßsonde 1 weist an ihrem in das Getränk bzw. die Flüssigkeitsleitung 2 eintauchenden Ende eine semipermeable Membran 4 vorzugsweise aus Silikon auf, die ein nicht näher dargestelltes Kanalsystem abdeckt, wobei CO2 durch die Membran diffundieren kann und als Gas in . das Kanalsystem gelangt.
Das Kanalsystem ist mit einer Meßkammer 5 verbunden, die von IR-Strahlung 6 durchstrahlt wird. Um das CO2 besser in und durch die Meßkammer 5 transportieren zu können, weist die Meßsonde 1 einen Einlaß 7 und einen Auslaß 8 für Trägergas 9 auf, das beispielsweise Stickstoff sein kann. Ein IR-Strahler 10 strahlt Infrarotlicht in die Meßkammer 5 und am Ausgang der Meßkammer 5 ist eine Empfängeranordnung bestehend aus einem Interferometer 11 und einem IR-Detektor 12 mit einem Interferenzfilter 13 ausgebildet. Das Interferenzfilter ist auf einen bestimmten Wellenlängenbereich, nämlich auf eine für das CO2 typische IR-Absorptionsbande bei 4,3 pm eingestellt. Selbstverständlich können andere Arten von Empfängeranordnungen verwendet werden.
Der IR-Detektor 12 ist mit einer Auswerteeinheit 14 verbunden, die einen Meßverstärker 15 und eine Meßwertdarstellung 16, aber auch weitere Einheiten zur Auswertung von Parametern, wie weiter unten erläutert
wird, sowie z.B. eine Regelung für die Dosierung von CO2 aufweisen kann. Dazu umfaßt die Auswerteeinheit 14 ein Mikroprozessor- oder ein Mikrocontrollersystem mit entsprechenden Speichereinheiten, es kann jedoch auch ein PC vorgesehen sein.
In die Getränkeleitung 2 ist weiterhin ein Temperatursensor 17 eingesetzt, der die Temperatur des Getränkes mißt und an die Auswerteeinheit 14 liefert.
- Weiterhin ist ein in die Flüssigkeit hineinragender Sensor 18 zur Erfassung der Strömung bzw. der Ände-' rung der Strömung, auch Strömungswächter genannt, der als Durchflußsensor, als Geschwindigkeitssensor oder als Drucksensor ausgebildet sein kann. Selbstverständlich können auch mehrere dieser Sensoren vorgesehen sein. Der Sensor zur Erfassung der Strömung ist gleichfalls mit der Auswerteeinheit.14 verbunden, wobei die Meßwerte, auch des Temperatursensors 17 in einer Speichereinheit gespeichert werden, die jeweils aktualisiert werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Meßanordnung ermöglicht eine kontinuierliche In-Line-Messung der Konzentration des gelösten CO2 und mit dem jeweiligen Konzentrationswert wird die Dosierung bzw. Zufuhr von CO2 in die Flüssigkeit geregelt.
Bei der In-Line-Messung diffundiert das CO2 durch die Silikonmembran 4 der in die Getränkeleitung eintauchenden Sonde 1 und gelangt in das Kanalsystem, das in die Sondenoberfläche eingelassen ist. Das Trägergas 9 minimalen Durchflusses transportiert es von dort in die Meßkammer 5 und in die optische Messung. Das CO2 besitzt eine typische IR-Absorptionsbande bei 4,3 pm. Je höher die Konzentration, d.h. der Partialdruck des CO2 im Trägergas und damit auch im Ge-
tränk ist, desto größer wird die Lichtmenge die absorbiert wird. Das Trägergas mit dem jeweiligen CO2-Anteil durchströmt die Meßkammer und der IR-Detektor 12 erfaßt die aus der Meßkammer 5 austretende Strah-. lung 6, wobei das Interferenzfilter nur die Wellenlänge der C02-Absorptionsbande und eine Referenzwellenlänge durchläßt. Durch eine simultane Referenzmessung bei einer Wellenlänge außerhalb der Absorptionsbande des CO2 werden Hintergrunds- und Alterungsdefekte eliminiert. Das von dem IR-Detektor 12 gelieferte elektrische Signal wird der Auswerteeinheit 14 zur weiteren Bearbeitung zugeführt. Diese berechnet aus dem elektrischen Signal sowie der aktuellen Temperatur der Flüssigkeit, die von dem Sensor 17 geliefert wird, die Konzentration bzw. die Löslichkeit des CO2. Die Konzentrationswerte werden zumindest zeitweise gespeichert und können an der Meßwertdarstellung angezeigt werden.
Wenn eine Strömungsänderung in der Flüssigkeitsleitung 2 auftritt, die z.B. durch einen Produktstillstand hervorgerufen wird, liefert der Sensor zur Erfassung der Strömung 18 ein entsprechendes Signal an die Auswerteschaltung 14, die den Konzentrationswert bei Änderung der Strömung "einfriert", d.h. speichert. Weiterhin wird die Information der Änderung der Strömung an den Regelkreis gegeben, der gegebenenfalls ein Signal zum Abschalten der Zufuhr von CO2 abgibt. Im Falle, daß die Produktion wieder anläuft, wird auch dieses von dem Sensor 18 zur Erfassung der Strömungsänderung erfaßt und an die Auswerteeinheit 14 gegeben, wodurch bei erneuter Zufuhr von CO2 während einer vorgegebenen Verzögerungszeit der gespeicherte Konzentrationswert als Regelwert verwendet wird. Auf diese Weise wird ein Überschwingen der Regelung aufgrund von Produktstillstand verhindert.
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Im obigen Ausführungsbeispiel wird als Meßeinrichtung zur Messung einer gasspezifischen Größe des Gases in der Meßkammer eine Infrarot-Detektoranordnung verwendet. Selbstverständlich sind andere Meßprinzipien möglich. Es kann beispielsweise ein Wärmeleitungs-Sensor mit der Meßkammer in Verbindung stehen, der die Wärmeleitfähigkeit des Gemisches aus CO2 und Trägergas im Verhältnis zu einem Vergleichsgas, beispielsweise reinem Trägergas mißt.
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit mit einer in die Flüssigkeit zumindest teilweise eintauchenden Sonde, die eine Membran umfaßt, durch die Gas aus der Flüssigkeit permeiert und in eine Meßkammer strömt, mit einer Meßeinrichtung, die eine gasspezifische Meßgröße mißt und in ein elektrisches Signal umwandelt und mit einer Auswerteeinrichtung, die abhängig von dem elektrischen Signal die Konzentration des Gases in der Flüssigkeit bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (18) zur Erfassung der Änderung der Strömungsverhältnisse der Flüssigkeit vorgesehen ist und daß die Auswerteeinrichtung (14) den Konzentrationswert des Gases bei oder kurz vor der Änderung der Strömungsverhältnisse speichert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) in eine Getränkeleitung (2) eingesetzt ist, durch die ein mit Kohlendioxyd angereichertes Getränk strömt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) einen Strömungsstillstand erfaßt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (14) mit einer Regeleinrichtung für die Dosierung von Gas in die Flüssigkeit abhängig von der Konzentration verbunden ist, wobei der Konzentrationswert als Regelwert verwendbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem Strömungsstillstand und einem darauf folgenden Wiederanlaufen der Strömung der gespeicherte Konzentrationswert für die Dosierung des Gases verwendbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (18) zur Erfassung der Änderung der Strömungsverhältnisse der Flüssigkeit mindestens ein Durchflußsensor und/oder mindestens ein Geschwindigkeitssensor und/oder mindestens ein Drucksensor ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) mittels einer mit der Getränkeleitung (2) verbundenen Flanschanordnung an der Getränkeleitung (2) befestigt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägergas (9), wie Stickstoff in die Sonde (1) geleitet wird, daß das Gas in die Meßkammer (5) mitnimmt, wobei ein Zulauf (7) zur Zuführung des Gases (9) und ein Auslaß (8) für das Gemisch aus Trägergas und Gas vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung als optische Meßeinrichtung ausgebildet ist, die mindestens eine Strahlungsquelle und mindestens einen Strahlungsempfänger aufweist und die durch die Meßkammer hindurchgehende Strahlung in einem für das Gas charakteristischen Wellenlängenbereich mißt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Wärmeleitungsdetektor aufweist, der mit der Meßkammer in Verbindung steht.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung und die Meßkammer Bestandteil der Sonde sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Temperatur der Flüssigkeit messender Temperatursensor vorgesehen ist, der mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung (14) die gemessene Temperatur bei der Bestimmung der Konzentration berücksichtigt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) und der Sensor (18) zur Erfassung der Strömungsänderung und/oder der Temperatursensor (17) zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind, die in die die Flüssigkeit führende Leitung einsetzbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe Bestandteil eines Rohrstutzens ist, der in die die Flüssigkeit führende Leitung einsetzbar ist.
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Cited By (2)
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| EP1355147A3 (de) * | 2002-04-15 | 2004-06-16 | Biotechnologie Kempe GmbH | Sonde zur Alkoholmessung in Flüssigkeiten |
| WO2007033395A3 (de) * | 2005-09-26 | 2007-06-28 | Frings & Co Heinrich | Vorrichtung zum messen zumindest eines flüchtigen bestandteils einer wässrigen lösung, insbesondere zum messen von alkohol |
-
2001
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