[发明专利]用于过程监控的光学测量探针

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于过程监控的光学测量探针，尤其是用于在固体、乳液和悬浮液上的反射测量。

背景技术

为了在过程工业、尤其是化学、医药和食品工业中的过程监控，在工艺装置范围中经常使用光学测量探针，借助于它们可以实时地测量浓度、识别原料、浑浊度和离析物纯度、中间产品和产品(固体、乳液和悬浮液)。

光学测量探针的优点是，它们无取出地工作，它们能够同时确定多个分析物浓度并且能够在不利的(有毒的、腐蚀的、辐射的、爆炸危险的、无菌的、污染的)环境中使用。

这些探针通常涉及光导纤维的部件，它们通过其远端的具有光线进入孔的端部设置在工艺装置里面，即或多或少地在工艺装置附近或者直接与分析物接触并且通过其近端部耦联在评价装置、例如NIR光谱计上。

通常通过这些探针借助于一个具有已知光谱的光源进行工艺物的反射测量，其光线经常通过一个设置在测量探针里面的特殊的光导体耦入到测量地点里面。

例如在聚合物熔液挤出时的过程监控时能够实时地快速和可靠地确定聚合物熔液的精确化学组分。

因此可以省去通过取出试样进行费事的离线分析。

通过将这种光学获得的测量参数与其它的、非光学获得的测量参数(温度、压力、pO₂等)组合能够实现足够准确的工艺条件图形，并且可以实时地正确地作用于过程。通过这种方式可以避免由于生产故障或误功能引起的运行损失。

所述系统由一个或多个光导纤维的测量探针和一个评价装置如NIR光谱计组成，并且它们例如由Bayer公司以商业名称“Spectrobay”提供。其它的提供者是Sentronic公司。

由于在所述工艺装置中存在的外部化学、热和机械条件，必需使所述测量探针至少在其远端部位特别结实且能够重复使用地构成。因此它们通常具有一个光导纤维的芯以及一个柔性的金属臂。为了得到必需的强度目前使用的此类测量探针具有至少8mm的直径，它一直延续到测量探针的远端部位。

但是这种测量探针的主要问题是，它们相对于污物是非常敏感的。来自工艺装置的原料倾向于滞留在测量探针远端上的光进入孔上并由此可能使反射测量失真。尤其在光进入孔位于工艺装置的流动安静的部位里面、即一旦已建立的淀积不能轻易地再悬浮起来的时候，和/或在工艺装置中的材料具有热塑特性并且在淀积在光进入孔上以后通过冷却固化后的时候，这种失真是特别危险的。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一个如上所述的用于实时过程监控的光学测量探针，它更少发生由于淀积或脏污引起的测量值失真。

这个目的通过独立权利要求的特征得以实现。从属权利要求给出优选的实施例。

因此具有一个用于过程监控的光学测量探针，具有一个设置在工艺装置部位里面的具有一个光进入孔的远端以及一个耦联到评价装置上的近端。

所述评价装置例如可以是光度计或光谱计，尤其是傅立叶变换NIR或IR光谱计、光栅或AOTF光谱计或以CCD或发光二极管阵列为基础的光谱计。尤其在荧光测量时评价装置例如也可以是一个光电倍增器。评价范围可以从UV一直延伸到IR。该评价装置同样可以是喇曼光谱计。

在测量探针的远端与近端之间设置一个杆，它在两个端部之间包括一个光导连接。该测量探针在其远端部位具有比杆和/或近端更小的外径。在此在杆与测量探针的具有减小外径的远端部位之间可以具有一个锥形过渡。

通过这种方式使测量探针在工艺装置部位中只提供一个小的面积用于污物淀积，并且使作用力减小到尽可能微小的程度，作用力必需施加到运动的工艺物上，用于必要时再冲走粘附的淀积物。

例如可以规定，使设置在工艺装置部位里面的测量探针远端部位具有2mm的外径，而杆和近端部位分别具有12mm的外径。即，通过按照本发明的收缩使可能淀积工艺物的面积以系数36减小。

原则上光导体束除了自身的光导体以外还具有包覆以及通常柔性的臂。后两个部件负责光导体束的机械稳定性、柔韧性和密度并且促使光导体束外径增加。

按照本发明的测量探针在其远端部位中放弃柔性的外壳并且取而代之在这个部位具有刚性的、必要时至少部分锥形收缩的套。通过这种方式可以在这个部位明显减小测量探针的外径，而不必容忍对于机械稳定性、柔韧性或密度的影响。

优选规定，使所述测量探针具有一个冲洗装置，它具有设置在杆部位的冲洗通道以及设置在远端部位的冲洗孔。优选使冲洗孔与光进入孔相邻地设置。借助于这个冲洗装置可以通过冲洗去除淀积物，尽管减小的面积淀积物也可能粘附在测量探针远端部位里面。