CN105556281A - 用于光谱仪***的通流设备和用于运行该通流设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于光谱仪***的通流设备(1)，其具有能够与光谱仪(4)光学耦连的第一光学元件(2)和能够与光源光学耦连(5)的第二光学元件(3)，它们在可由流体(8)通流的测量间隙(6)的区域中相互间隔地布置，在该测量间隙的区域中从第二光学元件(3)发出的并且到达第一光学元件(2)的光束(7)能够至少部分地被吸收，其中通过改变两个光学元件(2,3)的间距(10)可以影响通过测量间隙(6)的流体(8)的流量，使得光谱仪***能够用于多种不同的样本。本发明还涉及一种用于运行这种通流设备(1)的方法。

Description

用于光谱仪***的通流设备和用于运行该通流设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于按照权利要求1的前序部分所述的、用于光谱仪***的通流设备和用于运行这种通流设备的方法。

背景技术

光谱学是一种用于材料分析的无破坏式的方法，其利用典型在1至500000纳米的波长的光工作。光谱学首先被用于已知物质的定量、它们的识别，用于过程控制和监视以及质量保证。光谱学式的测量结构包含用于区分和测量不同光成分的光谱仪以及用于与样本光学耦连的测量头。按照测量方法此外还需要光源。当前在化学实验或工业过程中在测量流体样本的内容物质或特性时大多要么使用浸入式探头要么使用通流室。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，对于多种不同的、具有多种光学和机械特性的样本可以使用同一光谱仪***。

所述技术问题按照本发明通过按照独立权利要求所述的设备和方法解决。有利的实施形式从从属权利要求、说明书和附图得出。

按照本发明的用于光谱仪***的通流设备具有能够与光谱仪光学耦连的第一光学元件和能够与光源光学耦连的第二光学元件，它们在可由流体通流的测量间隙的区域中相互间隔地布置，其中，在该测量间隙的区域中从第二光学元件发出的并且到达第一光学元件的光束可以至少部分地被流体吸收。为了使配备了按照本发明的通流装置的光谱仪***能够用于多种不同的样本，通过改变两个光学元件的间距可以影响通过测量间隙的流体的流量。光学元件的间距尤其可以通过两个光学元件之一的运动或两个光学元件的运动而改变。

这具有的优点在于，测量间隙能够与从光谱学角度最佳的光效果相适配。借助同一***可以测量深色或粘稠流动的物质如润滑油、精炼柴油或乳浊液如牛奶，以及稀薄和浅色的样本和其他过程溶液。

在一种有利的实施形式中规定，为了在运行状态中调整两个光学元件的间距，两个光学元件的间距是可控的。也就是在测量中测量间隙的大小被控制，因此从光谱学视角看，可以调整最佳的光线效率。这具有的优点在于，已述的不同的物质可以被测量而不需要中断过程。因此通流设备尤其还可以与样本物质中的不均匀性相适配。

在此尤其规定，两个光学元件的间距可以借助测微螺杆控制或者液压地控制。这具有的优点在于，所述间距可以非常精确地调节并且因此不同的样本流体的不同的特性可以以非常细微的梯级很好地被考虑。

在另一种实施形式中规定，设有控制装置，借助该控制装置根据光线强度可以自动地增大或减小两个光学元件的间距，所述光线强度能够由与第一光学元件光学耦连的测量装置测量。光线强度尤其在光谱仪上被测量，根据该光线强度可以自动地缩窄或扩宽通流设备中的瓶颈、也即测量间隙。这具有的优点在于，不同的流体不仅可以无需过程中断地利用同一***被测量，而且通流设备也可以针对期望的过程波动在测量技术方面保持灵活性。

在一种优选的技术方案中规定，通流设备的一部分是旁路***，借助该旁路***能够将作为参照流体的其他流体引入测量间隙。这具有的优点在于，参照光谱(其原理上对于光学元件的每个位置或每个间距为了评估数据而需要)不必从数据库中读取，而是分别就地被测量。对于光学元件的每个新的位置还可以采集新的参照光谱，其中在测量间隙的大小改变之后首先检验所述参照流体。

在此还可以规定，所述旁路***设置用于在运行过程中首先自动地向测量间隙中引入清洁流体，并且然后、也即接下来将参照流体引入测量间隙中。这具有的优点在于，参照光谱特别可靠地被采集，因为可以排除其他流体的残留扭曲参照光谱。

在另一种实施形式中规定，通流设备基本上设计成管形的。尤其其可以采用毛细管的形式。这具有的优点在于，通流设备可以简单地与现有的结构相连，并且可以很好地被清洁。在设计为毛细管的实施形式中由于毛细效果同样可以取消泵或类似结构。在此测量间隙的大小与样本特性的适配是有利的，因为可以考虑各种样本相对于毛细效应的不同的特性。

在一种特别有利的实施形式中规定，在通流设备的内侧壁区域与配属的光学元件之间设置至少一个可延展的薄膜，尤其是可很大程度延展和/或变形的薄膜。在此，薄膜在两个光学元件的间距改变时这样变形，使得其与光学元件、亦即测量间隙构成瓶颈。制成薄膜的材料的选择除了需要满足对延展性和/或变形性的要求之外可以自由地并且可以过程特定地被选择，薄膜尤其作为聚合物薄膜或者作为混合基质薄膜。在此薄膜的材料优选这样选择，使得其对于待检验的流体或这种流体的各个组分是耐受的，也即尤其不会通过它们、以及通过必要时使用的清洁剂发生化学侵蚀。这具有的优点在于，借助薄膜可以阻止固体颗粒(例如出现在不均匀的流体中)在通流设备中的光学元件上的可能的累积。通流设备的、也即通流室的清洁通过使用薄膜而明显地简化。薄膜一方面可以密封该***而不会泄露，另一方面其可以这样延展，使得在光学元件的间距最大时，流体可以较大程度地流过缝隙和导通腔室。因此省去了对位于标准导通腔室内部的棱边的麻烦的清洁。此外通过使用薄膜可以减少在流体中在由测量间隙形成的瓶颈的处构成涡流，并且由此过程流体的流动在更大范围中保持为层流。

本发明的一个方面同样涉及用于运行用于光谱仪***的通流设备的方法，其中通过改变两个光学元件的间距而影响通过测量间隙的流体的流量。这可以导致所述的优点。

附图说明

本发明其他特征由以下对本发明优选实施例的说明以及参照附图得出。在附图中：

图1示出按照本发明的一种实施形式的示范性通流设备的示意图；

图2示出在本发明一种实施形式中另一种示范性的通流设备的示意图；

图3示出在本发明一种实施形式中附加的示范性的通流设备的示意图；

图4示出在图3中示出的膜片的示意图。

在附图中相同或功能相同的元件标以相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出通流设备1。在此流体8沿着多个壁区域12并且通过测量间隙6流动，该测量间隙通过两个光学元件2、3限定，它们以间距10相互间隔。在此，在接近测量间隙的两个区域9中形成涡流。光学元件2、3在此平行于图平面移动，因此它们能够在其间距10方面改变。由此测量缝隙6的大小改变，并且流体8的可在预设的时间中流过测量间隙6的量通过两个光学元件2、3的间距10的改变而变化。

在通流设备的运行中，流体8流过测量间隙6并且在那至少部分地吸收从第二光学元件3发出的光线。因此仅从第二光学元件3发出的光线的确定的、在其光谱中已减少的份额到达第一光学元件2。若通流设备1用于其他的流体8，那么在测量间隙6在对于之前的流体8设置的间距10中可能要么吸收过多要么过少的光线。若吸收过多的光线，比如涉及颜色更深的流体的情况，则必须减小间距10，由此从到达第一光学元件2的光线中还能够推导出流体8的特性。但是若涉及的是非常稀薄的、很大程度上透明的流体8，则测量间隙6必须被扩大，因此流体8在两个光学元件2、3之间的量足够用于引起光线的可测量的吸收。其他特性、例如流体8的粘度也可以关于设置测量间隙6而被考虑。

在图2中示出通流设备1，其中与图1所示的通流设备1非常相似地、流体8在壁区域12和两个光学元件2、3之间流过测量间隙6。在此其中产生涡流的两个区域9明显小于图1所示的示例。这归因于多个高柔性的薄膜11，其设置在壁区域12和光学元件2、3之间。在所示实施例中，薄膜11固定在测量间隙6的棱边和通流设备1的壁区域12的内部棱边之间。所述膜片11还向外、亦即例如在朝向可使光学元件2、3运动的机构的方向上密封由流体8流过的内部空间。若此时两个光学元件2、3在其间距10的方面改变，例如由于流体8的特性改变，则薄膜11由于其柔性与壁区域和两个光学元件2、3的变化的几何形状相适配。通过使用薄膜11，在所示实施例中还可以较少地出现在壁区域12和两个光学元件2、3的角部区域上的尖角。这是对于已述的、其中流体8产生涡流的区域9的有利减小的原因。

在图3中示出通流设备1安装在光谱仪***中的状态。两个可移动的缸体13容纳两个光学元件2、3并且在此构成机械的导向装置。通过这种机械的导向，间距10在两个光学元件2、3之间可调节，例如通过测微螺杆。光束7从光源5(例如是卤素灯或LED元件)出发首先到达第二光学元件3，然后进入测量间隙6，并且最终通过第一光学元件2进入光谱仪4。流体8再次位于测量间隙6中，流体吸收了光束的光谱的部分。流体8在所示实施例中通过两个管16导引经过测量间隙6，所述管通过膜片与测量间隙6相连。若在光谱仪4中检测到过大或过小的亮度，则在所示实施例中测量间隙6通过缸体13的位移而调整。若进入光谱仪4中的光线过多，则增大测量间隙6，反之若进入光谱仪4的光线过少，则减小测量间隙6，用于始终地、亦即对于不同的样本材料保证最佳的测量结果。所述***例如附加地配备旁路***，其这样设置，使得其在两个光学元件2、3的间距10改变之后首先用于利用清洁流体冲刷测量间隙6，以便随后在测量间隙6中引入参照流体，因此光谱仪4可以基于参照流体对于此时使用的间距10做出调校或校准。在调校过程之后，待分析的流体8通过两个管16引入测量间隙6中。因此在运行中无需用户方的另外干预就能全自动地实施对不同材料的分析或者例如改变流程。

图4示出图3中所示实施例的改变的薄膜11的示意图。明显可见的是在此有四个开口14、15，其中这两个开口14和两个开口15分别布置在在薄膜11的对置的侧面上。两个开口15(其在当前情况中是开口14，15中较大的)设置用于使得通流装置1在带有配属的缸体13的两个光学元件2、3的区域中被密封。两个较小的开口14如图3所示容纳两个管16并且因此在待检查的流体8的导入和导出方向上密封通流设备1。因为薄膜11可以较大程度地延展或是高柔性的，则其可以适应通过带有光学元件2、3的缸体13的位移而导致的改变的几何形状，并且同时获得其密封功能。此外，在此通过所用的圆形形状可以在结构上避免这样的棱边，即在其上可能积累样本或别的流体和材料的残留物。

Claims (9)

1.一种用于光谱仪***的通流设备(1)，其具有与光谱仪(4)光学耦连的第一光学元件(2)和与光源光学耦连(5)的第二光学元件(3)，所述第一光学元件和所述第二光学元件在由流体(8)通流的测量间隙(6)的区域中相互间隔地布置，在该测量间隙的区域中从第二光学元件(3)发出的并且到达第一光学元件(2)的光束(7)至少部分地被吸收，其特征在于，通过改变两个光学元件(2,3)的间距(10)能够影响通过测量间隙(6)的流体(8)的流量。

2.按照权利要求1所述的通流设备(1)，其特征在于，为了在运行状态中调整两个光学元件(2,3)的间距(10)，两个光学元件(2,3)的间距(10)是可控的。

3.按照权利要求2所述的通流设备(1)，其特征在于，两个光学元件(2,3)的间距(10)能够借助测微螺杆控制或者液压地控制。

4.按照权利要求2或3所述的通流设备(1)，其特征在于，设有控制装置，借助该控制装置根据光线强度能够自动地增大或减小两个光学元件(2,3)的间距(10)，所述光线强度能够由与第一光学元件(2)光学耦连的测量装置测量。

5.按照前述权利要求之一所述的通流设备(1)，其特征在于，通流设备(1)的一部分是旁路***，借助该旁路***能够将作为参照流体的其他流体引入测量间隙(6)。

6.按照权利要求5所述的通流设备(1)，其特征在于，所述旁路***设置用于在运行过程中首先自动地向测量间隙(6)中引入清洁流体，并且然后将参照流体引入测量间隙(6)中。

7.按照前述权利要求之一所述的通流设备(1)，其特征在于，通流设备(1)基本上设计成管形的。

8.按照前述权利要求之一所述的通流设备(1)，其特征在于，在通流设备(1)的内侧壁区域(12)与配属的光学元件(2,3)之间设置至少一个可延展的薄膜(11)。

9.一种用于运行用于光谱仪***的通流设备(1)的方法，其中，通流设备(1)具有与光谱仪(4)光学耦连的第一光学元件(2)和与光源光学耦连(5)的第二光学元件(3)，所述第一光学元件和所述第二光学元件在可由流体(8)通流的测量间隙(6)的区域中相互间隔地布置，其中，在该测量间隙的区域中从第二光学元件(3)发出的并且到达第一光学元件(2)的光束(7)至少部分地被吸收，其特征在于，通过改变两个光学元件(2,3)的间距(10)能够影响通过测量间隙(6)的流体(8)的流量。