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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer in einer Leitung fließenden, den Querschnitt der Leitung ausfüllenden, partikelbelasteten Prozessflüssigkeit.
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In der Prozessmesstechnik, beispielsweise in chemischen, biotechnologischen, pharmazeutischen und lebensmitteltechnischen Prozessen, und in der Umweltmesstechnik kommen häufig automatische Analysegeräte oder Analysatoren zur Bestimmung einer Messgröße einer Prozessflüssigkeit zum Einsatz. Beispielsweise können Analysegeräte zur Überwachung und Optimierung der Reinigungsleistung einer Kläranlage, zur Überwachung von Trinkwasser oder zur Qualitätsüberwachung von Lebensmitteln eingesetzt werden. Gemessen und überwacht wird beispielsweise die Konzentration einer bestimmten Substanz, die auch als Analyt bezeichnet wird, in einer Probe der Prozessflüssigkeit oder eine damit zusammenhängende Eigenschaft der Prozessflüssigkeit. Analyte können zum Beispiel Ionen wie Ammonium, Phosphat, Silikat oder Nitrat, biologische oder biochemische Verbindungen sein. Andere Messgrößen, die durch Analysegeräte in der Prozessmesstechnik, insbesondere im Bereich der Überwachung von Wasser, bestimmt werden, sind der Gesamtkohlenstoffgehalt (TOC) oder der chemische Sauerstoffbedarf (CSB). Analysegeräte können beispielsweise als Schrankgeräte ausgestaltet sein.
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Häufig wird in Analysegeräten die zu analysierende Prozessflüssigkeit behandelt, indem sie mit einem oder mehreren Reagenzien versetzt wird, so dass eine chemische Reaktion in der Flüssigkeitsprobe auftritt. Vorzugsweise werden die Reagenzien so gewählt, dass die chemische Reaktion mittels physikalischer Methoden, beispielsweise durch optische Messungen, mittels potentiometrischer oder amperometrischer Sensoren oder durch eine Leitfähigkeitsmessung nachweisbar ist. Beispielsweise kann die chemische Reaktion eine Färbung oder einen Farbumschlag bewirken, die oder der mit optischen Mitteln detektierbar ist. Die Farbintensität ist in diesem Fall ein Maß für die zu bestimmende Messgröße. Die Messgröße kann beispielsweise fotometrisch ermittelt werden, indem elektromagnetische Strahlung, beispielsweise sichtbares Licht, von einer Strahlungsquelle in die Flüssigkeitsprobe eingestrahlt wird und nach Transmission durch die Flüssigkeitsprobe von einem geeigneten Empfänger empfangen wird. Der Empfänger erzeugt ein von der Intensität der empfangenen Strahlung abhängiges Messsignal, aus dem die Messgröße abgeleitet werden kann.
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In einer Vielzahl von Anwendungen solcher Analysegeräte, gerade im Umweltbereich und im Bereich der Wasserwirtschaft, können die zu analysierenden bzw. zu überwachenden Prozessflüssigkeiten einen gewissen Festkörperanteil aufweisen, der sich als eine Trübung verursachende Partikelfracht bemerkbar machen kann. Der Festkörperanteil kann bei Analyseverfahren, die optische Messungen umfassen, zu einer Verfälschung des Analyseergebnisses führen oder sogar eine Messung unmöglich machen. Beispielsweise kann eine starke Partikelfracht der Prozessflüssigkeit dazu führen, dass eine Färbung der Prozessflüssigkeit nicht mehr detektierbar ist. Die Flüssigkeit wird deshalb häufig vor der Durchführung des eigentlichen Analyseverfahrens filtriert. Aus dem Filtrat wird dann ein vorgegebenes Volumen der Prozessflüssigkeit als Probe dem Analysegerät zugeführt und von diesem in der vorstehend beschriebenen Weise behandelt und analysiert.
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In vielen Anwendungen ist die mittels des Analysegeräts zu überwachende Prozessflüssigkeit einem Leitungssystem, insbesondere einer Rohrleitung, zu entnehmen. Im Stand der Technik sind Probenentnahmesysteme bekannt, die dazu dienen, eine einem Analysegerät als Probe dienende Menge einer Prozessflüssigkeit aus einer Leitung eines solchen Leitungssystems zu entnehmen und gegebenenfalls zu filtern. Häufig nutzen solche Probenentnahmesysteme den dynamischen hydraulischen Druck, d.h. einen durch eine Pumpe erzeugten Druck, und/oder den statischen hydraulischen Druck, d.h. einen durch ein Überstaurohr erzeugten Druck, um die Prozessflüssigkeit in eine Probennahmeleitung, welche gegebenenfalls eine Filtereinheit umfasst, zu transportieren. Beim Transport durch die Filtereinheit werden in der Prozessflüssigkeit enthaltene Partikel zurückgehalten.
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Bekannte derartige Systeme haben häufig einen relativ komplexen Aufbau, womit hohe Investitionskosten und Risiken für die Betriebssicherheit der Systeme einhergehen. Gleichzeitig ist aufgrund des komplexen Aufbaus auch die Wartung relativ aufwändig. Je nach Art der Applikation, z.B. bei der Entnahme von Rohabwasser aus einer Leitung, kommt es häufig zu Verzopfungen oder Verblockungen des Systems.
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Aus
EP 481577 A1 ist eine Entnahmevorrichtung für unfiltrierte Proben aus einer Rohrleitung bekannt, die auf einem einfacheren Funktionsprinzip beruht. Die Vorrichtung umfasst eine in die Leitung, aus der eine Prozessflüssigkeit zu entnehmen ist, hineinragende Sonde, deren Ende stromabwärts gerichtet ist, bei der ein kontinuierliches Absaugen der zu Analysezwecken benötigten Flüssigkeitsproben in einer Richtung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des partikelbelasteten Prozessmediums in einem Bereich laminarer Strömung mit größter Strömungsgeschwindigkeit erfolgt. Allerdings umfasst die Entnahmevorrichtung keinen Filter.
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Sogenannte Y-filter sind in Haushaltsinstallationen und einigen Industrieanwendungen verbreitet, besitzen aber üblicherweise eine austauschbare Filterkartusche. Diese sind für Rohabwasser und andere Prozessmedien mit höheren Partikelfrachten ungeeignet, da die Filterkartuschen stark zum Verblocken und/oder Verzopfen neigen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer in einer Leitung fließenden partikelbelasteten Prozessflüssigkeit anzugeben, welche eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet und einen möglichst geringen Wartungsaufwand verursacht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in Anspruch 1 angegebene Vorrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer in einer Leitung fließenden, insbesondere den Querschnitt der Leitung ausfüllenden, partikelbelasteten Prozessflüssigkeit, umfasst:
eine in die Leitung mündende Probennahmeleitung,
wobei die Probennahmeleitung stirnseitig durch ein Filterelement verschlossen ist, und
wobei das Filterelement und die Probennahmeleitung totraumfrei miteinander verbunden sind.
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Dadurch, dass die mit der Prozessflüssigkeit in Kontakt kommende Verbindungsstelle keine Toträume aufweist und, vorzugsweise, spaltfrei ausgestaltet ist, sind Ansatzpunkte für Verzopfung und Verblockungen, die die Förderleistung der Prozessflüssigkeit über die Probennahmeleitung verringern können, vermieden. Dies erhöht einerseits die Betriebssicherheit der Vorrichtung und vermindert gleichzeitig den Wartungsaufwand. Unter Toträumen werden hier insbesondere Räume (Volumina bzw. Volumenanteile) verstanden, welche nicht von der durch die Leitung strömenden Flüssigkeit durchströmt und gespült werden, und die daher einen Ansatzpunkt für Partikelablagerungen und damit für Verschmutzung oder Verzopfung bilden.
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Vorteilhaft können, zur weiteren Vermeidung von Ansatzpunkten für Partikelablagerungen und Verzopfung, alle mit der Prozessflüssigkeit in Kontakt stehenden Flächen der Probennahmeleitung glatt ausgestaltet und/oder alle, insbesondere stirnseitig angeordneten, Kanten der Probennahmeleitung oder eines die Probennahmeleitung mit dem Filterelement verbindenden Verbindungselement abgerundet oder abgeschrägt ausgestaltet sein.
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Die Probennahmeleitung kann beispielsweise eine, insbesondere starre, Rohrleitung sein. Auch die die Prozessflüssigkeit führende Leitung kann als starres Rohr ausgestaltet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Probennahmeleitung und/oder die Rohrleitung als Schlauch ausgestaltet sind.
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Die Vorrichtung kann Mittel zum Transport einer Probe, welche eine vorgebbare Menge, insbesondere ein vorgebbares Volumen der Prozessflüssigkeit umfasst, aus der Leitung durch das Filterelement in die Probennahmeleitung aufweisen. Diese Mittel zum Transport einer Probe können beispielsweise mindestens eine Pumpe und/oder mindestens ein Ventil, mittels dessen ein Durchfluss von Flüssigkeit durch die Probennahmeleitung sperrbar ist, umfassen. In einer Ausgestaltung ist es auch möglich, zum Flüssigkeitstransport durch die Probe allein den in der von der Prozessflüssigkeit durchflossenen Leitung herrschenden Druck auszunutzen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Mittel zum Transport der Probe weiter dazu ausgestaltet sein, in der Probennahmeleitung enthaltenes Fluid durch das Filterelement zurück in die Leitung zu spülen. Beispielsweise kann die Pumpe eine Steuerung umfassen, die basierend auf einem der Pumpe von einem Benutzer oder einer übergeordneten Steuerungseinrichtung zur Verfügung gestellten Signal die Pumpe zum Transport von Fluid in Richtung zum Filterelement hin oder in Richtung vom Filterelement weg betreibt. Das zurück in die Leitung gespülte Fluid kann entweder in der Probennahmeleitung noch enthaltenes Filtrat der Prozessflüssigkeit, eine andere Flüssigkeit oder ein Gas, insbesondere Luft, sein. Im Fall, dass es sich bei dem Fluid um eine andere Flüssigkeit handelt, ist die Probennahmeleitung, beispielsweise mittels eines Dreiwegeventils, mit einem Reservoir verbindbar, aus dem der Probennahmeleitung die andere Flüssigkeit zuleitbar ist. Die andere Flüssigkeit kann beispielsweise eine Reinigungsflüssigkeit oder reines Wasser sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Probennahmeleitung eine Probennahmeleitungsachse auf und die die Prozessflüssigkeit führende Leitung weist eine mit einer Fließrichtung der Prozessflüssigkeit zusammenfallende Leitungsachse auf, wobei sich die Probennahmeleitungsachse und die Leitungsachse einen stumpfen Winkel einschließen, derart dass das die Probennahmeleitung verschließende Filterelement nicht von der Prozessflüssigkeit angeströmt wird. Der zwischen einem den Fluss der Prozessflüssigkeit entlang der Leitungsachse repräsentierende Einheitsvektor und der den Fluss der Prozessflüssigkeit durch die Probennahmeleitung entlang ihrer Probennahmeleitungsachse repräsentierende Einheitsvektor schließen mithin einen Winkel ein, welcher größer oder gleich 90° und kleiner als 180° ist.
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Diese Ausgestaltung gewährleistet, dass das Filterelement nicht direkt von der Prozessflüssigkeit angeströmt wird. Der Filter wird in dieser Ausgestaltung nur von Partikeln belegt, wenn die Probe aktiv über die Probennahmeleitung angesaugt wird. Durch geeignete Pausenintervalle zwischen der Entnahme zweier Proben kann die Verschmutzung des Filters weiter minimiert werden. Diese Ausgestaltung bewirkt außerdem, dass hinter dem bogenförmigen Leitungsabschnitt der in die Leitung hineinragenden Probennahmeleitung Verwirbelungen der vorbeiströmenden Prozessflüssigkeit entstehen. Diese Verwirbelungen können einen zusätzlichen Selbstreinigungseffekt der Filtereinheit bewirken.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann ein in die Leitung ragender Teil der Probennahmeleitung einen ersten sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt und einen zweiten sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitt aufweisen, wobei der erste Abschnitt eine erste Probennahmeleitungsachse und der zweite Abschnitt eine die erste Probennahmeleitungsachse schneidende zweite Probennahmeleitungsachse aufweist.
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Der erste und der zweite Abschnitt können durch einen bogenförmigen Leitungsabschnitt miteinander verbunden sein, wobei Verbindungsstellen, an denen der erste und der zweite Abschnitt der Probennahmeleitung mit dem bogenförmigen Leitungsabschnitt verbunden sind, frei von Kanten, Spalten, Toträumen oder sonstigen Strukturen sind, an welchen in der Prozessflüssigkeit enthaltene Partikel anhaften können.
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Das Filterelement kann ein vorderes, der Prozessflüssigkeit zugewandtes, Ende der Probennahmeleitung verschließen, wobei das Filterelement bündig mit der Wandung der die Prozessflüssigkeit führenden Leitung, aus der die Probe zu entnehmen ist, abschließt.
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Das Filterelement kann eine die Probennahmeleitung verschließende, den gesamten Querschnitt der Probennahmeleitung überdeckende Filterplatte aus Quarzglas oder Keramik umfassen. Filterplatten aus Quarzglas sind in verschiedenen Porositäten für eine Mikrofiltration kommerziell erhältlich.
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Die Probennahmeleitung oder mindestens ein das Filterelement umfassender Abschnitt der Probennahmeleitung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung mittels mindestens einer Schnellkupplung mit der Leitung wieder lösbar verbunden sein.
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Die Erfindung umfasst auch eine Analyseeinrichtung zur Bestimmung einer Messgröße einer Prozessflüssigkeit, mit einer Vorrichtung nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen, weiter umfassend:
- – eine Messzelle,
- – mindestens einen Flüssigkeitsbehälter enthaltend eine Behandlungsflüssigkeit zur Behandlung der Probe;
- – eine Verfahrenstechnik-Einrichtung umfassend eine Förder- und Dosiervorrichtung zur Förderung und Dosierung einer vorgegebenen Menge der Prozessflüssigkeit und einer vorgegebenen Menge der Behandlungsflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in die Messzelle; und
- – einen, insbesondere optischen, Messaufnehmer zur Bereitstellung mindestens eines mit der Messgröße der in der Messzelle enthaltenen, mit der Behandlungsflüssigkeit behandelten Prozessflüssigkeit korrelierten Messsignals.
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Die Analyseeinrichtung kann zusätzlich eine Steuerungseinheit umfassen, welche dazu ausgestaltet ist, den Analysator, insbesondere die Verfahrenstechnik-Einrichtung und den Messaufnehmer, zur Durchführung von Messungen zu steuern und aus dem von dem Messaufnehmer gelieferten Messsignal einen Wert der Messgröße abzuleiten. Die Steuerungseinheit des Analysators kann dazu ausgestaltet sein, mit einer Steuerung der weiter oben bereits erwähnten, dem Transport von Flüssigkeit durch die Probennahmeleitung dienenden Pumpe zu kommunizieren, um die Probennahme und gegebenenfalls das Rückspülen von Flüssigkeit durch die Filtereinrichtung zu steuern. Vorteilhaft wird die Probennahme und das Rückspülen mit den von der Analyseeinrichtung durchgeführten Messungen koordiniert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einer von einer Prozessflüssigkeit durchströmten Leitung und einer Probennahmeleitung;
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2 ein Ausschnitt des Probennahmeleitung der in 1 dargestellten Anordnung;
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einer von einer Prozessflüssigkeit durchströmten Leitung und einer Probennahmeleitung;
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4 eine Darstellung der Leitungsachse der in 3 dargestellten Leitung und der Probennahmeleitungsachse der in 3 dargestellten Probennahmeleitung;
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5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einer von einer Prozessflüssigkeit durchströmten Leitung und einer Probennahmeleitung;
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6 eine Analyseeinrichtung zur Analyse einer aus einer Leitung entnommenen Prozessflüssigkeit.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus einer in einer Leitung 1 fließenden, partikelbelasteten Prozessflüssigkeit dargestellt. Im vorliegenden Beispiel füllt die Prozessflüssigkeit die Leitung 1 im Wesentlichen vollständig aus. Die Fließrichtung der Prozessflüssigkeit in der Leitung 1 ist durch den Pfeil 2 symbolisiert. Die Vorrichtung umfasst eine in die Leitung 1 mündende Probennahmeleitung 3, welche im vorliegenden Beispiel einen in die Leitung 1 hineinragenden Abschnitt aufweist, der von der Prozessflüssigkeit umströmt wird. Die im vorliegenden Beispiel als starres Rohr ausgestaltete Probennahmeleitung 3 ist stirnseitig an ihrem der Prozessflüssigkeit zugewandten Ende durch ein Filterelement 4 verschlossen. Das Filterelement 4 umfasst eine scheibenförmige Glasfritte, die mittels einer Kappe 5 in Position gehalten wird. Die Kappe 5 ist an der Probennahmeleitung 3 durch Verschraubung oder mittels einer Schnellkupplung befestigt. Die Probennahmeleitung 3 selbst ist über eine weitere Schnellkupplung 6 in der Wandung der Leitung 1 befestigt. Diese ermöglicht es, die Probennahmeleitung 3, die Kappe 5 und das Filterelement 4 zu Reinigungszwecken leicht zu entnehmen.
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Die Probennahmeleitung 3 ist mit einer (nicht gezeigten) Pumpe verbunden, welche zum Transport der Prozessflüssigkeit durch das Filterelement 4 und die Probennahmeleitung 3 dient. Die Pumpe kann eine Steuerung umfassen, die dazu ausgestaltet ist, in einem ersten Betriebsmodus Prozessflüssigkeit aus der Leitung 1 zu entnehmen, indem sie die Pumpe zum Transport der Prozessflüssigkeit in Richtung des Pfeils 7 durch die Filtereinheit 4 und die Probennahmeleitung 3 steuert. Die Steuerung ist weiter dazu ausgestaltet in einem zweiten Betriebsmodus Flüssigkeit in dem Pfeil 7 entgegengesetzter Richtung durch die Probennahmeleitung 3 und das Filterelement 4 zu transportieren, mithin in die Leitung 1 zurückzuspülen. Dieser Modus dient der Reinigung des Filterelements 4.
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Die Leitung 1 und die Probennahmeleitung 3 sind zueinander so angeordnet, dass eine entlang der durch den Pfeil 2 repräsentierte Fließrichtung der Prozessflüssigkeit durch die Leitung 1 senkrecht zur durch den Pfeil 7 repräsentierten Fließrichtung der Prozessflüssigkeit durch die Probennahmeleitung 3 verläuft. Diese Anordnung gewährleistet, dass die der Prozessflüssigkeit zugewandte Stirnseite der Probennahmeleitung 3 und das diese Stirnseite verschließende Filterelement 4 nicht direkt von der Prozessflüssigkeit angeströmt werden. Nur wenn die Pumpe Prozessflüssigkeit aus der Leitung durch das Filterelement 4 ansaugt, wird das Filterelement 4 direkt angeströmt und dabei von in der Prozessflüssigkeit enthaltenen Feststoffpartikeln belegt. Während der Zeiträume, in denen keine Prozessflüssigkeit entnommen wird, bewirkt die am Filterelement 4 vorbeiströmende Flüssigkeit eine Reinigung des Filterelements 4.
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In 2 ist der in die Leitung 1 hineinragende Endbereich der Probennahmeleitung 3 vergrößert dargestellt. Die äußere und innere umlaufende Kante der Kappe 5 sind abgeschrägt, so dass die Kappe 5 eine äußere umlaufende Fase 9 und eine innere umlaufende Fase 8 aufweist. Durch diese Geometrie wird gleichzeitig eine totraumfreie Verbindung zwischen dem Filterelement 4, der Kappe 5 und der Probennahmeleitung 3 gewährleistet und eine Anlagerung von Feststoffpartikeln oder Verzopfung an der Kappe 5 und dem Filterelement 4 vermieden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist schematisch in 3 dargestellt. Merkmale der in 3 dargestellten Vorrichtung, die mit Merkmalen der in 1 und 2 dargestellten Vorrichtung identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. In dieser Ausgestaltung ist die Probennahmeleitung 3 mittels einer Kupplungsvorrichtung 13 derart in der Wand der Leitung 1 befestigt, dass die Probennahmeleitungsachse 11 der Probennahmeleitung 3 die Leitungsachse 10 der Leitung 1 in einem stumpfen Winkel schneidet. Zur Verdeutlichung sind in 4 nochmals die Leitungsachse 10, die Probennahmeleitungsachse 11 und die die Fließrichtung der Prozessflüssigkeit in der Leitung 1 und die Fließrichtung der Prozessflüssigkeit in der Probennahmeleitung 3 sind durch die die Einheitsvektoren der Strömungsrichtungen repräsentierenden Pfeile 2 und 7 dargestellt. Die beiden Leitungsachsen 10 und 11 fallen mit den Einheitsvektoren 2 und 7 zusammen. Der von den Einheitsvektoren 2 und 7 eingeschlossene Winkel 14 ist vorzugsweise größer oder gleich 90° und kleiner als 180°, bevorzugt ist der Winkel 14 größer oder gleich 90° und kleiner als 150°. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass das die Probennahmeleitung 3 stirnseitig verschließende Filterelement 4 nicht direkt von der in der Leitung 1 fließenden Prozessflüssigkeit angeströmt wird, wenn keine Prozessflüssigkeit durch die Probennahmeleitung 3 angesaugt wird. Gleichzeitig bewirken Strömungswirbel 12, die an dem in die Leitung 1 ragenden Ende der Probennahmeleitung 3 entstehen, einen Selbstreinigungseffekt. Dieser Effekt kann durch die weiter oben bereits beschriebene Rückspülfunktion noch unterstützt werden.
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In 5 ist schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt. Wieder sind Merkmale der in 5 dargestellten Vorrichtung, die mit Merkmalen der in 1 und 2 dargestellten Vorrichtung identisch sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Leitung 1 und die Probennahmeleitung 3 sind im vorliegenden Beispiel so mittels einer Schnellkupplung 5 miteinander verbunden, dass die durch den Pfeil 2 dargestellte Strömungsrichtung der Prozessflüssigkeit durch die Leitung 1 senkrecht zu der durch den Pfeil 7 dargestellten Strömungsrichtung der Prozessflüssigkeit bei der Probennahme durch die Probennahmeleitung 3 verläuft. Die Probennahmeleitung 3 ist stirnseitig an ihrem der Prozessflüssigkeit zugewandten Ende durch ein Filterelement 4 verschlossen und mit einer Schnellkupplung 5 mit der Wand der Leitung 1 verbunden. Die Probennahmeleitung 3 mit dem Filterelement 4 schließt bündig mit der Wandung der als Rohrleitung ausgestalteten Leitung 1 ab. Auf diese Weise wird die Anlagerung von Partikeln, ein Zusetzen des Filterelements und Verzopfung wirksam vermieden.
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In 6 ist schematisch eine Analyseeinrichtung mit einem Analysegerät 100 zur Bestimmung einer Messgröße einer Prozessflüssigkeit dargestellt. Das Analysegerät 100 umfasst mehrere Vorratsbehälter 133, 137 und 141, ein Verfahrenstechnik-System mit einer Vielzahl von Pumpen 135, 139 und 143 zur Förderung und Dosierung von in den Vorratsbehältern 133, 137 und 141 enthaltenen Flüssigkeiten, und Flüssigkeitsleitungen, über die die Vorratsbehälter 133, 137 und 141 mit einer Messzelle 127 verbunden sind. Zusätzlich verfügt das Analysegerät 100 über einen Abfallbehälter 105, der ebenfalls über eine Pumpe 107 mit der Messzelle 127 verbunden ist. Bei den Pumpen 107, 135, 139 und 143 kann es sich beispielsweise um Membranpumpen, Kolbenpumpen, insbesondere Spritzenpumpen, oder um Peristaltikpumpen handeln. Weiter umfasst die Analyseeinrichtung eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben aus der in einer Leitung fließenden partikelbelasteten Prozessflüssigkeit, beispielsweise nach einer der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dargestellten Ausführungen. Die Probennahmeleitung kann unmittelbar mit der Flüssigkeitsleitung 109 verbunden sein, die zur Zuleitung einer vorgegebenen Menge der Prozessflüssigkeit in die Messzelle 127 dient. Alternativ kann die Probennahmeleitung die Prozessflüssigkeit auch zunächst in ein als Probenvorlage für das Analysegerät 100 dienendes Behältnis transportieren. Das Analysegerät ist in dieser Variante dazu ausgestaltet, eine vorgegebene Flüssigkeitsmenge aus der Probenvorlage zu entnehmen und über die Flüssigkeitsleitung 109 in die Messzelle 127 zu transportieren.
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Zum Fördern und Dosieren der Prozessflüssigkeit in die Messzelle 127 dient die Pumpe 103, die wie die übrigen Pumpen 107, 135, 139, 143 beispielsweise als Membranpumpe, Kolbenpumpe, insbesondere als Spritzenpumpe, oder als Peristaltikpumpe ausgestaltet sein kann. Die Pumpe 103 dient im vorliegenden Beispiel gleichzeitig dem Transport von Prozessflüssigkeit durch die Filtereinheit und die Probennahmeleitung. Die Pumpe 103 wird außerdem dazu verwendet, von Zeit zu Zeit zur Reinigung der Filtereinheit Flüssigkeit aus der Probennahmeleitung, z.B. Filtrat, zurück durch die Filtereinheit in die die Prozessflüssigkeit führende Leitung zu spülen. Die Pumpe 103 umfasst eine Steuerung, die die Pumpe zum Transport von Flüssigkeit durch die Probennahmeleitung in Richtung der Messzelle bzw. zurück in die Leitung steuert.
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Zur Erfassung der von dem Analysegerät 100 zu bestimmenden Messgröße umfasst das Analysegerät 100 einen optischen Messaufnehmer, der eine Messstrahlung emittierende Strahlungsquelle 131 und einen Empfänger 132 umfasst, die bezüglich der für die Messstrahlung transparenten Messzelle 127 so angeordnet sind, dass die Messstrahlung eine in der Messzelle 127 enthaltene flüssige Probe durchläuft und die durch die Probe transmittierte Messstrahlung auf den Empfänger 132 trifft.
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Das Analysegerät 100 kann vollständig automatisiert betrieben werden. Hierzu besitzt es eine Steuerungseinheit S, die im hier gezeigten Beispiel auch die Funktionen einer Auswertungseinheit, insbesondere die Bestimmung einer Messgröße anhand eines von dem Messaufnehmer erfassten Messwerts, zur Verfügung stellt. Im hier gezeigten Beispiel ist die Steuerungseinheit S außerdem zur Kommunikation mit der Steuerung der Pumpe 103 ausgestaltet, um die Probennahme aus der Leitung und das Rückspülen der Filtereinheit mit den Messzyklen des Analysegeräts 100 zu koordinieren.
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Die Steuerungseinheit S umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche über einen Speicher verfügt, in dem ein oder mehrere Betriebsprogramme vorgesehen sind, die der Steuerung des Analysegeräts 100 und/oder der Steuerung der Probenvorbereitungseinrichtung 1 sowie gegebenenfalls der Auswertung der vom optischen Messaufnehmer 131, 132 gelieferten Messsignale dienen. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann auch über eine Eingabevorrichtung zur Eingabe von Befehlen oder Parametern durch eine Bedienperson und/oder eine Schnittstelle zum Empfang von Befehlen, Parametern oder sonstigen Daten von einer übergeordneten Einheit, beispielsweise von einem Prozessleitsystem, verfügen. Zusätzlich kann die Steuerungseinheit S auch über eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe von Daten, insbesondere Messergebnissen oder Betriebsinformationen an einen Benutzer oder über eine Schnittstelle zur Ausgabe von Daten an die übergeordnete Einheit verfügen. Die Steuerungseinheit S ist mit Antrieben der Pumpen 103, 107, 135, 139, 143 und mit (hier nicht im Detail dargestellten) Ventilen verbunden, um diese zum Transport von Flüssigkeiten aus der Probensammeleinheit und den Vorratsbehältern 133, 137 und 141 in die Messzelle 127 automatisiert zu betreiben. Die Steuerungseinheit S ist außerdem mit dem Messaufnehmer verbunden, um diesen zu steuern und aus Messsignalen des Empfängers 132 die zu bestimmende Messgröße zu ermitteln.
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Der Vorratsbehälter 141 kann ein Reagenz enthalten, das zur Behandlung der Prozessflüssigkeit mit dieser vermischt wird. Handelt es sich bei der zu bestimmenden Messgröße beispielsweise um die Konzentration eines Analyten in der Flüssigkeit, kann das Reagenz so ausgewählt sein, dass es unter Bildung eines farbigen Reaktionsprodukts mit dem Analyten reagiert. Die Intensität der Färbung ist dann ein Maß für die zu bestimmende Konzentration. Die Wellenlänge der von der Strahlungsquelle 131 ausgesendeten Messstrahlung ist in diesem Fall auf die Färbung des Reaktionsprodukts abgestimmt und wird entsprechend vom Empfänger 132 bzw. von der Steuereinheit S ausgewertet. Statt eines einzigen Reagenz wie im hier gezeigten Beispiel können, je nach zu bestimmender Messgröße, auch mehrere Reagenzien eingesetzt werden. In diesem Fall verfügt das Analysegerät 100 über eine entsprechende Anzahl von Vorratsbehältern für die benötigten Reagenzien.
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Im Messbetrieb des Analysegeräts 100 dosiert die Steuereinheit S zunächst eine vorgegebene Menge der Prozessflüssigkeit in die Messzelle 127. Gleichzeitig oder anschließend steuert die Steuereinheit S die Pumpe 143, um eine vorgegebene Menge des im Vorratsbehälter 141 enthaltenen Reagenz in die Messzelle zu transportieren. Die Messzelle 127 dient also im hier beschriebenen Beispiel auch als Mischzelle, in der die Prozessflüssigkeit und das Reagenz miteinander vermischt werden. Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen möglich, in denen das Reagenz oder mehrere Reagenzien zur Behandlung der Prozessflüssigkeit miteinander vermischt werden bevor die mittels der Reagenzien behandelte Prozessflüssigkeit in die Messzelle 127 eindosiert wird.
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Zur Erfassung der zu bestimmenden Messgröße der in der Messzelle enthaltenen, behandelten Prozessflüssigkeit betreibt die Steuereinheit S den Messaufnehmer 131, 132 und wertet das vom Messaufnehmer 131, 132 ausgegebene Messsignal aus. Die von der Steuereinheit S aus dem Messsignal ermittelte Messgröße kann in einem Datenspeicher der Steuereinheit gespeichert, über eine Schnittstelle an eine übergeordnete Einheit und/oder über ein Display der Steuereinheit S ausgegeben werden.
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Nach der Bestimmung der Messgröße wird die Messzelle 127 entleert, indem mittels der Pumpe 107 die in der Messzelle enthaltene, verbrauchte Flüssigkeit in den Abfallbehälter 105 transportiert wird. Das Analysegerät 100 verfügt über weitere Vorratsbehälter 133, 137, die Standardlösungen für Kalibrierungen und/oder Reinigungslösungen umfassen können. Mittels den Vorratsbehältern 133, 137 zugeordneter Pumpen 135, 139 können diese Lösungen in die Messzelle 127 transportiert werden.
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Nach einem oder mehreren durchgeführten Messzyklen, kann eine Kalibrierung des Analysegeräts 100 durchgeführt werden, indem aus dem Vorratsbehälter 137 ein Kalibrierstandard in die Messzelle 127 gefördert wird. Der Kalibrierstandard wird wie eine „echte“ Probe der Prozessflüssigkeit in der Messzelle 127 mit dem Reagenz behandelt, das mittels der Pumpe 143 aus dem Vorratsbehälter 141 in die Messzelle 127 transportiert wird. Mittels des Messaufnehmers 131, 132 wird photometrisch ein Messwert der Messgröße bestimmt und gegebenenfalls anhand des für den Kalibrierstandard bekannten Messwerts eine Justierung des Analysegeräts 100 vorgenommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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