本发明涉及一种作为过程水分析仪装置的一部分的液体样品制备装置，以及一种用于确定样品制备装置的浸没式过滤器探头的样品过滤器堵塞状况值的方法。
背景技术：
1、在wo 2021018404a1中公开了一种典型的过程水分析仪装置。该过程水分析仪装置设置有样品制备装置，所述样品制备装置包括被浸没到水池中的固定的浸没式过滤器探头，并且设置有包括样品泵和用于分析经过滤的水样品的物理过程水样品分析仪(例如，光度分析仪)的基于地面的分析装置。过滤器探头设置有样品过滤膜，所述样品过滤膜通过在过滤膜的外部提供气泡毯层(carpet)的通风装置而被周期性或持续性清洁。然而，一段时间之后，不能完全避免过滤膜的堵塞。
2、样品泵通常被提供为蠕动式软管泵，因为这种泵类型主要稳健地防堵塞，并且作为与被泵送的水直接接触的唯一泵零件的泵软管可以容易地被替换。蠕动式软管泵主要不能用于通过简单地对泵转子的转数进行计数来精确地限定所泵送的液体体积，因为泵送室是柔性的，并且泵送室体积取决于若干因素。蠕动式软管泵的总泵送性能特别取决于过滤膜堵塞状况以及柔性的和可变形的泵软管的泵软管状况，所述过滤膜堵塞状况会引起特定流动阻力，所述泵软管的泵送性能会由于泵软管的老化和磨损效应而劣化。
3、因此，即使将水流量传感器装置设置成与过滤器探头和样品泵串联，也不可能清楚地识别是样品泵还是堵塞的样品过滤膜还是两者引起了总泵送性能的劣化。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种包括用于过程水分析仪装置的样品过滤膜的样品制备装置以及一种用于确定样品过滤膜的样品过滤膜堵塞状况值的相关方法。
2、根据本发明，该目的通过具有装置权利要求1的特征的样品制备装置和具有方法权利要求8的特征的用于确定样品制备装置的样品过滤器堵塞状况值的方法来解决。
3、根据本发明的样品制备装置包括浸没式过滤器探头和样品制备基部设备，所述浸没式过滤器探头布置在水池内，所述样品制备基部设备用于控制水样品并将水样品泵送到过程水样品分析仪，以准连续地分析由浸没式过滤器探头过滤的水样品。优选地，基于地面的样品制备基部设备包括单向或双向蠕动式软管样品泵，以用于将水样品从浸没式过滤器探头向前泵送到水样品分析仪。蠕动式软管样品泵以流体连接方式布置在过滤器探头和水样品分析仪之间。
4、样品泵包括柔弹性蠕动式泵软管、泵电机以及蠕动式泵转子，所述蠕动式泵转子用于提供可变形的柔性泵软管的蠕动变形。蠕动式软管泵主要稳健地防堵塞，并且当泵转子停止时完全流体地关闭泵软管。样品泵的泵送性能基本上取决于蠕动式泵软管的弹性和动态质量，以及取决于样品泵上游的绝对动态液压。样品泵上游的绝对动态液压基本上取决于过滤器流动阻力，所述过滤器流动阻力基本上受过滤膜堵塞状况的影响。
5、样品制备装置设置有水流量传感器装置，所述水流量传感器装置以流体连接方式与样品泵和水样品分析仪串联布置。水流量传感器装置通常可以是单向型或双向型，但优选为单向型，并且水流量传感器装置确定从浸没式过滤器探头到水样品分析仪的在正向方向上的样品流量。
6、优选地，流量传感器装置检测并确定用于泵送在小于几毫升的范围内的总流量体积的时间，并且优选地具有至少2％或更好的准确度/分辨率。
7、浸没式过滤器探头包括样品过滤膜，所述样品过滤膜由合适的支撑结构在近侧以机械的方式支撑，使得样品过滤膜得到完全的机械支撑，并且当在正向方向上将水泵送或抽吸通过样品过滤膜到达样品泵时，样品过滤膜不可移动。优选地，相对薄的样品过滤膜在远端不被机械支撑，使得反向泵送动作可能会容易地引起敏感的样品过滤膜的破裂。因此，应当避免反向泵送动作。
8、样品制备装置设置有静液压存储器，所述静液压存储器用于存储由样品泵和设置有过滤器探头的水池中的水位表面之间的竖直泵高度引起的静态液压。静态样品泵和水池中的水位表面之间的竖直泵高度通常为恒定值，并被存储在静液压存储器中。
9、样品制备装置设置有液压传感器，所述液压传感器以流体连接方式布置在浸没式过滤器探头和样品泵之间的流体管线处。液压传感器检测样品泵上游的流体管线中的水柱的压力。
10、该装置通常允许在泵送动作期间以及当样品泵停止时检查和管理样品泵上游的液压压力。如果样品装置包括样品泵，则这允许控制浸没式过滤器探头，并且使过滤器探头与样品泵之间的流体管线正确地工作。样品管线中的在水池水位表面与样品泵之间的竖直水柱会产生静态液压。如果在泵动作期间在样品泵上游测量的总动态液压下降到所存储的临界最小压力值以下，则假设样品制备装置不再正常工作，从而产生相应的信号，所述临界最小压力值取决于存储在静液压存储器中的总静态液压。
11、优选地，样品制备装置还包括电子过滤器堵塞状况确定模块，所述电子过滤器堵塞状况确定模块用于确定样品过滤膜的样品过滤器堵塞状况值。堵塞状况确定模块通过适当的信号连接而与样品泵、压力传感器、静液压存储器以及流量传感器装置进行信息连接。堵塞确定模块可以主动地控制样品泵的动作。
12、过滤器堵塞状况确定模块提供以下方法步骤来确定样品过滤器堵塞状况值：
13、在正向方向上驱动样品泵以将水以由水流量传感器装置检测到的与时间相关的液体流量从水池泵送通过浸没式过滤器探头的过滤膜。在样品泵驱动期间，动态液压由压力传感器进行检测。最后，过滤器堵塞状况确定模块基于存储在静液压存储器中的静态液压、由压力传感器在样品泵驱动期间测量的动态液压、以及检测到的与时间相关的液体流量来确定样品过滤器堵塞状况值。
14、所测量的动态压力是已知且存储的静态液压和在泵送动作期间由样品过滤膜的流体阻力引起的跨膜压降的总和。跨膜压力值取决于由水流量传感器单元检测到的已知的通过膜的与时间相关的液体流量，使得可以确定特定膜阻力，所述特定膜阻力是样品过滤膜的堵塞状况的指标。由堵塞状况确定模块确定的样品过滤器堵塞状况值可以是任何合适的自然数(nature)，例如可以是在0％与100％之间的相对堵塞值，0％指示根本没有过滤膜堵塞，100％指示需要进行机械过滤膜清洁或更换过滤膜的大量堵塞。
15、优选地，压力传感器是样品制备基部设备的一部分，并且甚至更优选地，压力传感器被设置成靠近样品泵。压力传感器被布置得越靠近样品泵，就可以从与时间相关的压力图案中产生关于样品泵的蠕动式泵软管的状况或老化的更多信息。优选地，将所记录的压力图案与新的且最佳的泵软管的理想压力图案进行比较，从而生成基于压力图案的软管状况值。
16、优选地，水流量传感器装置是单向水流量传感器装置。水流量传感器装置可以设置有两个传感器元件，并且水流量传感器装置优选地确定两个传感器单元之间的正向气泡行进时间。气泡被注入到两个传感器元件的上游，并且甚至更优选地被注入到样品泵的上游。当样品泵运行时，样品泵上游的液体压力低于大气压，使得可以通过打开通向大气的气泡注入阀而简单地注入气泡。然而，气泡流量传感器装置仅可以在正向流动方向上使用。
17、优选地，样品制备装置包括电机速度控制器，所述电机速度控制器用于控制驱动泵转子的泵电机的电机速度。甚至更优选地，泵电机是步进电机。知道用于产生由水流量传感器装置检测到的相应的与时间相关的液体流量的转子每次的转数以及知道样品泵下游的相应的动态液压允许最终确定软管状况值。
18、特别地，电机速度控制器以由电机速度控制器确定的已知的与时间相关的转子转数驱动样品泵，以用于将样品水以相关联的与时间相关的液体流量泵送通过过滤膜，并且过滤器堵塞确定模块基于动态液压值、已知的与时间相关的泵转子转数、以及相关联的与时间相关的液体流量来确定软管状况值。用于在标准动态压力值下泵送标准液体/水体积的泵转数越高，软管状况值就越差。
19、因此，样品制备装置准连续地管理和监控样品过滤器堵塞状况以及泵软管状况，并产生相应的信号以避免样品制备装置的不当操作。
20、优选地，通过以下方法步骤确定静态液压：
21、使样品泵停止，测量样品泵停止期间由压力传感器检测到的静态液压，并将该静态液压存储在静液压存储器中。
22、因此，静态液压是由样品制备装置自动确定的，从而不需要以手动方式或以其他方式输入静态液压。可以在线和周期性确定静态液压，以避免在确定过滤器堵塞状况和/或泵软管状况时的连续性错误。
1.一种用于过程水分析仪装置(10)的样品制备装置(30)，所述样品制备装置(30)包括：
2.根据权利要求1所述的样品制备装置(30)，还包括过滤器堵塞状况确定模块(60)，所述过滤器堵塞状况确定模块(60)用于确定所述样品过滤膜(24)的所述样品过滤器堵塞状况值(cf)。
3.根据前述权利要求中的一项所述的样品制备装置(30)，其中，所述样品泵(40)和所述压力传感器(80)两者都是基于地面的样品制备基部设备(31)的一部分。
4.根据前述权利要求中的一项所述的样品制备装置(30)，其中，所述水流量传感器装置(50)是单向水流量传感器装置(50)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的样品制备装置(30)，其中，所述水流量传感器装置(50)设置有两个传感器元件(55、56)，并且所述水流量传感器装置(50)确定气泡(57)在所述两个传感器单元(55、56)之间的正向气泡行进时间(t)，所述气泡(57)被注入到所述两个传感器元件(55、56)的上游，优选地所述气泡(57)被注入到所述样品泵(40)的上游。
6.根据前述权利要求中的一项所述的样品制备装置(30)，包括电机速度控制器(61)，所述电机速度控制器(61)用于控制所述泵电机(46)的电机速度。
7.根据前述权利要求中的一项所述的样品制备装置(30)，其中，所述泵电机(46)是步进电机。
8.一种用于确定具有根据权利要求2至7中的一项所述的特征的样品制备装置(30)的浸没式过滤器探头(20)的样品过滤器堵塞状况值(c)的方法，所述方法具有由过滤器堵塞状况确定模块(60)提供的以下方法步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述泵电机(46)由电机速度控制器(61)通过以下方法步骤进行速度控制：
10.根据前述方法权利要求中的一项所述的方法，其中，所述静态液压(sp)通过以下方法步骤确定：
11.一种包括根据权利要求1至7中的一项所述的样品制备装置(30)的水过程分析仪装置(10)，所述水过程分析仪装置(10)还包括水样品分析仪(70)，所述水样品分析仪(70)用于分析由所述样品制备装置(30)制备的水样品。
