DE20100557U1 - Device for measuring the concentration of dissolved gases in a liquid - Google Patents
Device for measuring the concentration of dissolved gases in a liquidInfo
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Description
Pfenning, Meinig & Partner GbR PatentanwältePfenning, Meinig & Partner GbR Patent Attorneys
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08. Januar 2001 BT/SP-DR. THIEDIGJanuary 8, 2001 BT/SP-DR. THIEDIG
Dr. Thiedig +Co. KG Prinzenallee 78 - 79, 13357 BerlinDr. Thiedig +Co. KG Prinzenallee 78 - 79, 13357 Berlin
Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer FlüssigkeitDevice for measuring the concentration of dissolved gases in a liquid
Dr. Thiedig +Co. KGDr. Thiedig +Co. KG
Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer FlüssigkeitDevice for measuring the concentration of dissolved gases in a liquid
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von gelösten Gasen in einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a device for measuring the concentration of dissolved gases in a liquid according to the preamble of the main claim.
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.Devices for measuring the concentration of dissolved gases such as carbon dioxide in liquids such as drinks are known, in which a probe with a membrane that is at least partially permeable to the dissolved gas is connected to the liquid. The permeated carbon dioxide is passed into a measuring chamber by a stream of supplied carrier gas, and the absorption of the gas in the wavelength range of the absorption band of CO2 is measured by means of an IR transmitter/receiver device, whereupon the concentration is determined from the measured value.
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.Such a known device is used, for example, in systems in the drinks industry, e.g. in bottling plants, in such a way that the probe is inserted in a drinks line in a sealing manner and the concentration of carbon dioxide is determined by means of an evaluation unit and the supply of carbon dioxide is regulated depending on the determined value. In the systems mentioned, particularly in the drinks industry, there is a temporary product standstill, i.e. the drink no longer flows through the drinks line but stands still. Due to the measuring principle stated above, i.e. the type of sampling using a membrane-covered system, the product standstill in the drinks line leads to a drop in the measured value. Due to this drop in the measured value, a control of the CO2 dosage connected to the measuring system would give undesirable control values, which creates the risk of too high a dosage.
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. The invention is based on the object of creating a device for measuring the concentration of dissolved gases in a liquid, in which a change in flow in the liquid does not affect a control for the dosage of the dissolved gas.
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 gesetztThis object is achieved according to the invention by the characterizing features of the main claim in conjunction with the features of the preamble. Because a sensor is provided for detecting the flow change in the liquid and because the evaluation device stores the electrical signal and/or the concentration value of the gas during or shortly before the change in the flow conditions, the control can be deactivated in the event of a flow change.
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.and the measured value delivered at the time of the product standstill can be "frozen" and after production has started up again, the "frozen value" can be used for the control over a certain period of time until the measuring system has regained its normal function, i.e. the control is controlled during this time with the last measured value before the product standstill and overshoot of the control is prevented.
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.Advantageous further developments and improvements are possible through the measures specified in the subclaims. The sensor for detecting the change in the flow conditions in the liquid can advantageously be based on a wide variety of principles; it can be designed, for example, as a flow sensor and/or as a speed sensor and/or as a pressure sensor.
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.In an advantageous embodiment, the probe for measuring the gas and the sensor for detecting the flow change and, if appropriate, a temperature sensor for measuring the temperature of the liquid, which is taken into account when determining the concentration, are combined to form an assembly which can be inserted into a line carrying the liquid, thereby simplifying the installation of the device.
Die Meßeinrichtung kann unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise kann eine IR-Detektoranordnung oder ein Wärmeleitungsdetektor verwendet werden.The measuring device can be designed in different ways, for example an IR detector arrangement or a heat conduction detector can be used.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description.
&igr; ·&igr; ·
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgeraäßen Vorrichtung.Fig. 1 shows the basic structure of the device according to the invention.
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.The device shown in Fig. 1 has a measuring probe 1 which is inserted into a liquid line, eg a beverage line, by means of a flange system. A liquid, ie a beverage, flows through the beverage line, which is indicated by the arrows 3. The measuring probe 1 has a semi-permeable membrane 4, preferably made of silicone, at its end immersed in the beverage or the liquid line 2, which covers a channel system (not shown in detail), whereby CO 2 can diffuse through the membrane and enter the channel system as a gas.
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.The channel system is connected to a measuring chamber 5 through which IR radiation 6 passes. In order to better transport the CO2 into and through the measuring chamber 5, the measuring probe 1 has an inlet 7 and an outlet 8 for carrier gas 9, which can be nitrogen, for example. An IR emitter 10 emits infrared light into the measuring chamber 5 and a receiver arrangement consisting of an interferometer 11 and an IR detector 12 with an interference filter 13 is formed at the outlet of the measuring chamber 5. The interference filter is set to a specific wavelength range, namely to an IR absorption band at 4.3 pm that is typical for CO2. Of course, other types of receiver arrangements can be used.
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 erläutertThe IR detector 12 is connected to an evaluation unit 14, which includes a measuring amplifier 15 and a measured value display 16, but also other units for evaluating parameters, as explained below.
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.and can have a control for the dosing of CO2, for example. For this purpose, the evaluation unit 14 comprises a microprocessor or a microcontroller system with corresponding memory units, but a PC can also be provided.
In die Getränkeleitung 2 ist weiterhin ein Temperatursensor 17 eingesetzt, der die Temperatur des Getränkes mißt und an die Auswerteeinheit 14 liefert.Furthermore, a temperature sensor 17 is inserted into the beverage line 2, which measures the temperature of the beverage and supplies it to the evaluation unit 14.
- 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.- Furthermore, there is a sensor 18 which projects into the liquid to detect the flow or the change in the flow, also called a flow monitor, which can be designed as a flow sensor, a speed sensor or a pressure sensor. Of course, several of these sensors can also be provided. The sensor for detecting the flow is also connected to the evaluation unit 14, whereby the measured values, including those of the temperature sensor 17, are stored in a memory unit which can be updated at any time.
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.The measuring arrangement shown in Fig. 1 enables a continuous in-line measurement of the concentration of dissolved CO2 and the dosage or supply of CO2 into the liquid is regulated with the respective concentration value.
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-During in-line measurement, the CO 2 diffuses through the silicone membrane 4 of the probe 1 immersed in the beverage line and enters the channel system that is embedded in the probe surface. The carrier gas 9 with minimal flow transports it from there into the measuring chamber 5 and into the optical measurement. The CO 2 has a typical IR absorption band at 4.3 pm. The higher the concentration, ie the partial pressure of the CO 2 in the carrier gas and thus also in the
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.The more saturated the liquid is, the greater the amount of light that is absorbed. The carrier gas with the respective CO 2 content flows through the measuring chamber and the IR detector 12 detects the radiation 6 emerging from the measuring chamber 5, whereby the interference filter only allows the wavelength of the CO 2 absorption band and a reference wavelength to pass through. Background and aging defects are eliminated by a simultaneous reference measurement at a wavelength outside the absorption band of the CO 2. The electrical signal supplied by the IR detector 12 is fed to the evaluation unit 14 for further processing. This calculates the concentration or solubility of the CO 2 from the electrical signal and the current temperature of the liquid supplied by the sensor 17. The concentration values are stored at least temporarily and can be shown on the measured value display.
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.If a flow change occurs in the liquid line 2, caused, for example, by a product standstill, the flow sensor 18 sends a corresponding signal to the evaluation circuit 14, which "freezes" the concentration value when the flow changes, i.e. stores it. The information about the flow change is also sent to the control circuit, which, if necessary, sends a signal to switch off the supply of CO 2. If production starts up again, this is also detected by the flow change sensor 18 and sent to the evaluation unit 14, whereby the stored concentration value is used as the control value when CO 2 is supplied again during a predetermined delay time. In this way, overshooting of the control due to a product standstill is prevented.
&idigr; ·&id; ·
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.In the above embodiment, an infrared detector arrangement is used as a measuring device for measuring a gas-specific quantity of the gas in the measuring chamber. Of course, other measuring principles are possible. For example, a heat conduction sensor can be connected to the measuring chamber, which measures the thermal conductivity of the mixture of CO 2 and carrier gas in relation to a reference gas, for example pure carrier gas.
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Cited By (2)
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| WO2007033395A3 (en) * | 2005-09-26 | 2007-06-28 | Frings & Co Heinrich | Device for measuring at least one volatile component of an aqueous solution, in particular for measuring alcohol |
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2001
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20010412 |
|
| R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20020417 |