DE29607783U1

DE29607783U1 - Vorrichtung zur automatisierten Analyse in flüssigen Medien

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Publication number: DE29607783U1
Application number: DE29607783U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2006-05-01

Description

Vorrichtung zur automatisierten Analyse in flüssigen Medien

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen und Aufzeigen von Eigenschaften und Zusammensetzung flüssiger Medien, einschließlich wässeriger Lösungen, unter Zugabe von Reagenz.

Vorbekannte Vorrichtungen (DE-OS 3507147 Al, DE 3839561 Al) und Elektroden zur Bestimmung von Parametern wie pH, Redox und Leitfähigkeit sind Vorrichtungen, die Messungen ermöglichen, bei denen keine Zugabe von Hilfsreagenzien wie z.B. zur pH-Wert-Verschiebung oder konzentrationsabhängige Verfärbung zur Kolorimetrie nötig sind.
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Für indirekte Messungen, bei denen die Zugabe von Reagenzien zur Probe benötigt wird, sind Prozeßanalysatoren bekannt, die sich außerhalb des Medienbereichs, also z.B. außerhalb von Kanälen und Becken, befinden, und denen die Probe zugeführt werden muß. Eine Veränderung der Probeneigenschaften ist dabei wahrscheinlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Aussagen über die Eigenschaften flüssigen Mediums getroffen werden können, die nur unter Zugabe von Reagenzien zur Probe erlangt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Ausbildung als Tauchsonde, die eine Steuerung, Ventile, Pumpe, Kompressor und Behälter mit Reagenzien sowie einen Sensor flüssigkeitsdicht umschließt, der eine Verbindung zum flüssigen Medium in einer verschließbaren Meßzelle aufweist, und die eine elektrische Schnittstelle für die Energieversorgung und

Kommunikation mit üblichen übergeordneten Auswerte- und Anzeigeeinheiten aufweist, wobei die Meßkammer so ausgebildet ist, daß sie ein Teilvolumen der Gesamtprobe, in der zumindest teilweise die Tauchsonde eingetaucht ist, ohne größere räumliehe Veränderung aufnimmt, von der Gesamtprobe abtrennt und mit Reagenz versetzt, während der Sensor ein Meßsignal der Schnittstelle zur Verfügung stellt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer angeschlossenen Auswerte- und Anzeigeeinrichtung können bei der Wahl eines entsprechenden Sensors Eigenschaften gemessen werden, wie zum Beispiel die Gesamthärte nach dem Deutschen Einheitsverfahren DEV H6/DIN 38409 mittels Titration gegen Farbindikatoren unter Verwendung eines Farbsensors, oder die Säurekapazität von Wasser mittels Titration mit Säure unter Verwendung einer pH-Elektrode, oder der Ammoniumgehalt mittels pH-Verschiebung durch Lauge und anschließender Messung mit einer ammoniaksensitiven Elektrode nach der APHA-Methode 4500-NH₃ G oder die quantitative Bestimmung von Nitrat nach APHA-Methode 4500-NC>3~ G oder die Konzentrationsmessung von Phosphat durch Titration.

Die Messungen können im Trinkwasser, im Abwasser, in ober- und

unterirdischen Gewässern, sowie in chemischen Anlagen zur

Überwachung sowie Regelung und Prozeßoptimierung genutzt werden.

Durch die Möglichkeit einer automatischen Kalibration und chemischen Reinigung der Sonde innerhalb des Mediums kann die Sonde über längere Zeit in Betrieb bleiben, ohne daß Wartung notwendig ist. Eine regelmäßige Versorgung der Vorrichtung mit den benötigten Reagenzien ist unabdingbar. Um eine einfache und kostengünstige Installation zu ermöglichen, kann die elektrische Schnittstelle mit einem Funkmodem zur Datenübertragung

Dirk Tillich

an eine Auswerteeinheit ausgestattet und als Energiequelle Batterien genutzt werden. Eine rasche Anbindung an die Prozeßregelung als auch eine problemlose Veränderung des Einsatzortes sind somit möglich.
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Bei den heute bekannten Prozeßanalysatoren ist eine Probenzuführung mittels Pumpen und Schläuchen notwendig, da diese Analysatoren nicht unmittelbar im Medium eingesetzt werden können. Der Installations- und Wartungsaufwand hierfür ist beträchtlich.

Gemäß der vorliegenden Erfindung verbleibt die Probe zur Messung an ihrem Ursprung und die Vorrichtung trennt dort nur ein Teilvolumen ab. Dadurch wird die Messung genauer, da keine Veränderung der Probe z.B. durch Unterdruck oder Sauerstoffverzehr durch Bakterien während der Probenzuführung stattfinden kann.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn wahlweise ansteuerbare Ventile zur Förderung verschiedener Reagenzien sowie ein Ventil zur Förderung von Luft in die Meßkammer zu deren Leerung vorgesehen sind. Die Leerung der Meßkammer wird durch eine Verdrängung durch Luft vorgenommen.

Es ist zweckmäßig, wenn eines der Reagenzien zur Kalibrierung des Sensors und ein anderes Reagenz zur Reinigung der Meßkammer dienen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Dirk Tillich

In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt schematisch dargestellt.

Bei der dargestellten Tauchsonde 1 sind die zu Pumpe, Kompressor, Sensor, Steuerung und Ventilen gehörenden üblichen elektrischen Verbindungen aus Gründen der Übersichtlichkeit - mit Ausnahme einer angedeuteten Schnittstelle - nicht eingezeichnet. Soweit nicht anders erwähnt, befinden sich die Ventile im geschlossenen Zustand.

Die Tauchsonde 1 hat ein zumindest im Eintauchbereich 2, der unterhalb der Wasserlinie 3 und dem Überwasserbereich 4 liegt, zylinderähnliches, bis auf Meßkammer 5 und Ein- und Austrittsöffnung 6 wasserdicht gekapseltes Gehäuse 7, 8, das durch eine Aufhängung 9 befestigt werden kann. Durch eine mit einem Pfeil angedeutete Schnittstelle 10 kann die Kommunikation zwischen der internen Steuerung 11 und externen, üblichen Auswerteeinheiten oder Steuerungen sowie einer Energieversorgung erfolgen.

Im Gehäuse 7 befindet sich neben der internen Steuerung 11 auch mit dieser verbundene Ventile 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20, ein Kompressor 21, eine Pumpe 22, Behälter mit Reagenzien 23, 24, 25 und 26 sowie auch zumindest teilweise ein Sensor 27.

Am Gehäuseabschnitt 7 ist der Gehäuseabschnitt 8 befestigt, der neben der Ein- und Austrittsöffnung 6 und der zu einem Sensormedienkontaktbereich 28 hin gerichteten Seite zwei Ausschnitte aufweist, die mit elastischen Membranen 29, 30 verschlossen sind, die am Gehäuseabschnitt 8 durch einen Bewegungsmembrandeckel 31 beziehungsweise durch einen Ventilmembrandeckel 32 gehalten werden.

Dirk Tillich

Diese Membrane können durch vom Kompressor 21 durch die Ventile 19, 20 und Luftkanäle 33, 34 gelieferte Druckluft zur Meßkammer 5 hin bzw. die Verbindung zwischen der Meßkammer 5 und der Ein- und Austrittsöffnung 6 abdichtend gedehnt und durch die Ventile 12, 13 mit einem Auslaß 35 wieder entlastet werden. Dabei übernimmt die Membran 30 im gedehnten Zustand die Funktion der Abtrennung der sich in der Meßkammer 5 befindlichen Lösung von dem die Ein- und Austrittsöffnung 6 umspülenden flüssigen Mediums. Durch ein Wechsel des Dehnungszustandes der Membran 29 kann eine Vermischung der sich in der Meßkammer 5 befindlichen Lösung, insbesondere nach Reagenzienzugabe gefördert werden. Durch die Wahl von Membranen 2 9, 30 können Ablagerungen innerhalb der Meßkammer 5 und bei feststoffhaltigen Flüssigkeiten Fehlfunktionen eines üblichen Ventils anstelle der Membran 30 reduziert werden. Die Meßkammer 5 kann durch Öffnen des Ventils 13 gefüllt und durch vom Kompressor 21 über einen Luftansaugstutzen 36 geförderte Luft bei offenem Ventil 12 geleert werden.

Ausgehend von einer zuvor geleerten Meßkammer 5 kann eine Analyse wie folgt ablaufen: Der Kompressor 21 und das Ventil 19 werden aktiviert, die Membran 2 9 dadurch gedehnt und anschließend das Ventil 19 wieder geschlossen. Die Meßkammer 5 mit einein Pufferraum 38 wird durch Öffnen des Ventils 13 gefüllt, wobei ein Reagenzieneintrittsbereich 37 durch das dort beim Leeren der Meßkammer 5 entstandene Luftpolster nahezu trocken bleibt. Das Ventil 20 wird aktiviert, um mit der Membran 30 die Meßkammer 5 vom umgebenden Medium abzutrennen und anschließend das Ventil 20 und den Kompressor 21 zu deaktivieren. Durch Aktivieren der Ventile 12, 13 und 19 wird die Membran 29 entspannt und daraufhin die Ventile 12, 19 geschlossen.

Dirk Tillich

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Nun beginnt die Pumpe 22 über eines der Ventile 15, 16, 17 oder 18 ein Reagenz aus dem entsprechenden Behälter mit Reagenz 23, 24, 25 oder 26 über den Reagenzieneintrittsbereich 37 in die Meßkammer 5 zu fördern, wobei das Fördervolumen durch die Pumpdauer bestimmt werden kann. Wenn es für die Analyse notwendig ist, können, durch Öffnen des Ventils 14 mit Luft abgetrennt, weitere Reagenzien durch entsprechende Wahl der Ventile 15, 16, 17 oder 18 dosiert werden. In gleicher Weise ist eine automatische Kalibrierung durch Standardaddition möglich. Durch wiederholtes Dehnen und Entspannen der Membran 29 kann durch die resultierende Bewegung der Lösung die Vermischung mit den dosierten Reagenzien und die Stabilisierung des Sensorsignals beschleunigt werden. Das Sensorsignal wird von der internen Steuerung 11 ausgewertet und steht über die Schnittstelle 10 zur Verfügung.

Die Leerung der Meßkammer erfolgt durch Öffnen der Ventile 12, 13 und 2 0 zum Entspannen der Membran 30, anschließendes Deaktivieren der Ventile 13, 20 und dem Aktivieren des Kompressors 21, der dann über das Ventil 12 und den Pufferraum 38 die Meßkammer mit Luft füllt und dabei die Lösung durch die Ein- und Austrittsöffnung 6 drängt.

Soll die Meßkammer 5 gereinigt werden, so wird diese nach Leerung mit der Membran 30 wie beschrieben verschlossen und dann mit Reagenz zur Reinigung über die Pumpe 22 gefüllt. Nach einiger Zeit wird die Meßkammer wie zuvor beschrieben geleert.

Der Sensor 27 ist auswechselbar und dessen Übergang vom Gehäuseabschnitt 7 zur Meßkammer 5 mittels Dichtung 39 wasserunduchlässig.

Dirk Tillich

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Feststellen und Aufzeigen von Eigenschaften und Zusammensetzung flüssiger Medien, einschließlich wässeriger Lösungen, unter Zugabe von Reagenz, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Tauchsonde (1), die eine Steuerung (11), Ventile (12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20), Pumpe (22), Kompressor (21) und Behälter mit Reagenzien (23, 24, 25, 26) sowie einen Sensor (27) flüssigkeitsdicht umschließt, der eine Verbindung zum flüssigen Medium in einer verschließbaren Meßzelle (5) aufweist, und die eine elektrische Schnittstelle (10) für die Energieversorgung und Kommunikation mit üblichen übergeordneten Auswerte- und Anzeigeeinheiten aufweist, wobei die Meßkammer (5) so ausgebildet ist, daß sie ein Teilvolumen der Gesamtprobe, in der zumindest teilweise die Tauchsonde (1) eingetaucht ist, ohne größere räumliche Veränderung aufnimmt, von der Gesamtprobe abtrennt und mit Reagenz versetzt, während der Sensor (27) ein Meßsignal der Schnittstelle (10) zur Verfügung stellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Sensor (27) auswechselbar ist und zwischen einem Gehäuseabschnitt (7) und der Meßkammer (5) eine Dichtung (39) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise ansteuerbare Ventile (14, 15, 16, 17) zur Förderung verschiedener Reagenzien sowie ein Ventil (18) zur Förderung von Luft in die Meßkammer (5) zu deren Leerung vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine bewegbare Membran (29) zur Förderung der Mischung von Probe und Reagenz in der Meßkammer (5).

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge- kennzeichnet durch eine Membran (30) zur Abtrennung des Teilvolumens.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das Sensorsignal auswertende Steuerung (11) ein Ablaufsteuerungsprogramm enthält.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchsonde (1) eine Aufhängung (9)aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung der Meßergebnisse mittels elektromagnetischer Wellen an eine übergeordnete Auswerteeinheit.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle Batterien vorgesehen sind.

Dirk Tillich