用于测量流体的CO2含量的方法和传感器技术

本发明专利技术涉及用于测量流体的CO2含量的方法和传感器。本发明专利技术涉及一种用于利用ATR传感器测量流体的CO2含量的方法和ATR传感器，在壳体内该ATR传感器具有如下部件作为传感器部件：用于发射预定波长范围的电磁辐射源，能透过辐射并且能与被估计流体接触的反射体，以及用于反射的辐射的检测器和用于执行测量和用于操作的其它构件。根据本发明专利技术，该ATR布置为：在以气密方式密封壳体之前，尤其是为了避免测量值漂移和保持CO2的辐射路径畅通，向所述壳体引入CO2吸气剂材料，和/或在密封所述壳体的内部空间和/或能连接或已连接到所述壳体的内部空间的辅助壳体的接纳空间之前，向所述接纳空间引入CO2吸气剂材料。

【技术实现步骤摘要】
用于测量流体的CO2含量的方法和传感器
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的方法以及根据权利要求3的前序部分的ATR传感器。
技术介绍
本专利技术用于测量流体的CO2含量，其中流体可由多种成分组成。特别地，以这种方式可以对由多种成分构成的液体，诸如饮料，进行估计。由于CO2是惰性气体，大多数情况下难以测量流体中包含的CO2。一种测量CO2的方法是所谓的ATR方法(衰减全反射)。通过衰减全反射(也已知称为多次内反射)测量CO2的技术已在CO2分析中应用了很多年。ATR光谱法利用了如果光束入射到具有折射率n1的光密介质与具有折射率n2(n1>n2)的光疏介质之间的界面上的入射角超过全反射的临界角，则在该界面处所述光束被全反射的效应。该临界角是sinθ＝n2/nl。在该界面处，光束逃入到光疏介质并与光疏介质相互作用。在反射表面的后方形成所谓的瞬逝波，其具有处于波长范围的穿透深度。穿透深度dp依赖于所采用的波长λ的两个折射率n1和n2以及入射角Θ。如果光疏介质吸收入射辐射，则全反射束被衰减。该衰减或部分消光依赖于波长，并且与透射测量类似，全反射辐射的光谱可用于光谱估计。可根据透射光谱和/或消光光谱推断光疏介质的成分。此外，基于红外辐射的吸收来确定低浓度和极低浓度的组分是一种已知的用于检测CO2的方法。其利用了这样的事实：选定波长的红外辐射使分子设定为振动。溶解的CO2具有在大约4.3μm范围内的特征吸收率谱带。基于比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律，可以将吸收转换为精确的浓度测量。其描述为：Eλ＝-lg(I/I0)＝ελ.c.d，其中，Eλ是在波长λ处的吸收，I是透射光的强度，I0是入射光的强度，ελ是消光系数，c是浓度，以及d是辐射体的层厚。为了测量流体的CO2含量，优选组合使用这两个基本原理。图1示出了一种已知的ATR传感器。ATR传感器的核心件是反射体，该反射体是透明的并且在对于所应用的辐射特别是在大约4.3μm的IR辐射所关注的范围内具有高折射率。已知的用作这种光学反射体的材料，特别是晶体材料，例如是蓝宝石、ZnSe、Ge、SI、溴化铊、YAG、尖晶石，等。通常将反射体设计为使得通过在其内部上的多次反射来增加强度产率(intensityyield)。其它的传感器部件是适当频率(范围)的一个或多个辐射源，可选地用于选择频率的装置，以及一个或多个用于反射的辐射的检测器；它们也可以是频率选择性的。估计单元保存在检测器处测量的强度并支持对数据的估计和/或将测量的强度转换为相应的CO2含量。至少传感器部件集成在壳体内部。在该壳体中还设置有其它必须的构件，诸如管线、密封件、选择频率的装置，等等。反射体的测量面与待测量的流体相接触。以其最简单的形式，ATR传感器包括由晶体形成的作为允许内部反射的旋光(opticallyactive)元件的反射体，辐射源以及检测器。借助其测量面，反射体伸入待估计的流体中，或者直接进入到处理流中，或者进入到容器内存在的流体。因此，这样的ATR传感器具有至少三个以相互合适的方式设置的传感器部件。旋光元件，即反射体，以气密的方式压紧壳体或者以压力密封或气密的方式连接到壳体，诸如利用O形环或者无弹性的密封件，诸如由PEEK、TEFLON等制成的那些。已经表明了这样的ATR传感器是有缺陷的，尤其是存在长期漂移，随着该长期漂移，所测量的反馈值越来越偏离实际测量值。基于这个原因，有必要以规则的、相对短暂的间隔对这种测量设备进行校准和/或再调整。
技术实现思路
本专利技术的目的在于创建一种测量方法和ATR传感器，通过其能够避免这些缺陷。创新的ATR传感器应该主要是热稳定的，以便在操作中经受像这类的传感器在实际中，尤其是如果它们用于测量食品产品时，遇到的高温清洁过程。在上述类型的方法中，通过在以气密方式密封壳体和/或连接到或者能连接到该壳体的内部空间的辅助壳体的接纳空间前，尤其是为了避免测量值漂移以及为了保持CO2的辐射路径通畅，将CO2吸气剂材料引入壳体和/或引入辅助壳体的接纳空间来实现这些目标。上述类型的ATR传感器的特征在于CO2吸气剂材料包含于以气密形式密封的壳体的内部空间中和/或包含于连接到或能连接到壳体内部空间的辅助壳体的接纳空间中。用于寻找在传感器之间变化的长期漂移的原因而进行的彻底和耗时的估计发现，这种长期漂移主要是由于从包封于壳体的内部空间中的所使用的电传感器部件以及测量所必需的其它构件中排除CO2所导致的。由于从这些传感器部件和构件中出来的CO2到达辐射路径并影响从辐射源引导到检测器的电磁辐射，从而其直接影响测量。由于壳体中存在的构件和传感器部件不可避免地连续释放少量或极少量的CO2，迄今为止一般惯例包括，测量值会发生变化，并且传感器使用的时间越长，这些值与原始调整或校准的设定值偏离的越多。现在，由于在壳体内包含和/或包封有吸气剂材料,可以分离该逐渐排除的CO2，从而使ATR传感器的校准保持在其准确的初始值。如果引入至少一定量的CO2吸气剂材料，其能够在一时段内接纳从包含在所述壳体和/或在辅助壳体中的该传感器部件和其他部件排除的CO2，该时段至少对应于ATR传感器的预期使用寿命或至少对应于一时段，其直到为了必须的维护和/或再调整目的而打开所述壳体和/或所述辅助壳体为止，这是有利的。从而，产生了大量免校准和免维护的ATR传感器。在预定的维护时间(这个时间尤其是由必要密封件(该密封在工艺条件下老化)的更换来确定，以及可选地由电和光学构件的维护来确定)，吸气剂材料甚至是可更换的。根据本专利技术，产生了一种实际上无漂移的CO2传感器，在整个使用寿命内其需要最小的维护努力。如果CO2吸气剂材料从内部吸收了CO2并在加热时，优选的是温度到200-1000℃，优选到300-600℃，将其束缚，并且由此提供CO2吸气剂材料的表面用于吸收另外的CO2分子，这是有利的。这种多孔的吸气剂材料具有在加热时从内部吸收束缚在其表面上的CO2分子的能力，并且因而能够在ATR传感器的整个使用寿命内当临时重新活化时吸收CO2，从而重复提供自由表面区域，用于吸收或吸附从内部空间中存在的传感器部件和构件排除的新CO2分子。如果在高达200℃，优选150℃时CO2吸气剂材料在其CO2亲和力方面是热稳定的，这是有用的。在该设备需要在使用期间在特定温度实施的清洁，或在高温测量期间需要清洁的情况中，吸气剂材料仍保持活性。该传感器可具有直接集成的控制和估计单元或者带有用于传感器操作和显示的独立单元(诸如例如PC或显示和控制设备)的换能器。通过接口，可同时监测多个传感器，并且可以读取它们的数据并用于工艺控制。除了CO2吸气剂材料，如果在壳体的内部空间和/或辅助壳体的接纳空间中放置束缚和/或吸收含碳气体和/或蒸汽的其它吸气剂材料，这可能是有利的。这样可排除其它气体分子的任何影响。在构造方面，如果在壳体和/或辅助壳体处形成用于净化气体管线的连接器，这可能是有利的。基本上，也可能的是：在辅助壳体的接纳空间内包括CO2吸气剂材料，辅助壳体的接纳空间可选择地通过管线连接到壳体的内部空间，该管线可通过插接单元插入，和/或在壳体的内部空间和/或在接纳空间中设置用于使所述内部空间和/或所述接纳空间中存在的大气强迫循环的设备，优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用ATR传感器测量流体的CO2含量的方法，在壳体(6)内，该ATR传感器具有如下部件作为传感器部件：用于发射预定波长范围的电磁辐射源(2)，能透过辐射并且能与被估计流体(5)接触的反射体(1)，以及用于反射的辐射的检测器(3)和用于执行测量和用于操作的其它构件(16，17，18)，其特征在于：在以气密方式密封壳体(6)之前，尤其是为了避免测量值漂移和为了保持CO2的辐射路径畅通，向所述壳体(6)引入CO2吸气剂材料(8)，和/或在密封所述壳体的内部空间(7)和/或能连接或已连接到所述壳体(6)的内部空间(7)的辅助壳体(6a)的接纳空间(7a)之前，向所述接纳空间(7a)引入CO2吸气剂材料(8)。

【技术特征摘要】
2011.12.23 AT A1884/20111.一种利用ATR传感器测量流体的CO2含量的方法，在壳体（6）内，该ATR传感器具有如下部件作为传感器部件：用于发射预定波长范围的电磁辐射源（2），能透过辐射并且能与被估计流体（5）接触的反射体（1），以及用于反射的辐射的检测器（3）和用于执行测量和用于操作的其它构件（16,17,18），其特征在于：在以气密方式密封壳体（6）和/或能连接或已连接到内部空间（7）的辅助壳体(6a)的接纳空间(7a)之前，向i)所述壳体（6）和/或ii)向所述辅助壳体(6a)的接纳空间（7a）引入CO2吸气剂材料（8）,其中至少以能够在一时段内吸收从包含在所述壳体（6）或辅助壳体（6a）中的该传感器部件和其他部件排除的CO2的量来引入所述CO2吸气剂材料，该时段至少对应于ATR传感器的预期使用寿命或至少对应于一时期，其直到为了必须的维护和/或调整目的而打开所述壳体（6）和/或所述辅助壳体（6a）为止。2.一种ATR传感器，在壳体（6）内具有如下部件作为传感器部件：用于发射预定波长范围的电磁辐射源（2），能透过辐射并且能与被估计流体（5）接触的反射体（1），以及用于反射的辐射的检测器（3）和用于执行测量和用于操作的其它构件，其特征在于，CO2吸气剂材料（8）包含在以气密方式密封的所述壳体（6）的内部空间（7）内和/或包含在以气密方式连接到或能连接到所述内部空间（7）的辅助壳体（6a）的接纳空间（7a）内，其中至少以能够在一时段内吸收从包含在所述壳体（6）或辅助壳体（6a）中的该传感器部件和其他部件排除的CO2的量来引入所述CO2吸气剂材料，该时段至少对应于ATR传感器的预期使用寿命或至少对应于一时期，其直到为了必须的维护和/或调整目的而打开所述壳体（6）和/或所述辅助壳体（6a）为止。3.根据权利要求2的ATR传感器，其特征在于所述CO2吸气剂材料（8）从内部吸收CO2并在加热的时候将其束缚，从而提供所述CO2吸气剂材料（8）的表面用于接纳另外的CO2分子。4.根据权利要求3的ATR传感器，其特征在于加热到200-1000°C的温度。5.根据权利要求3的ATR传感器，其特征在于加热到300-600°C的温度。6.根据权利要求2或5中任何一项的ATR传感器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·伊姆里，J·洛德，G·法伊夫，
申请(专利权)人：安东帕有限责任公司，
类型：发明
国别省市：