DE102022122839B4 - Temperature measuring device for measuring a temperature of a capillary, system and gas chromatograph with the temperature measuring device and method for calibrating the temperature measuring device - Google Patents
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Abstract
Temperaturmesseinrichtung (2) zur berührungslosen Messung einer Temperatur einer Kapillare (4) eines Gaschromatographen (6), mit- einem Infrarotsensor (36) mit einer Infrarotstrahlung aufnehmenden Sensorfläche (40) zum Messen der Temperatur der Kapillare (4),- einer mit dem Infrarotsensor (36) zusammenwirkenden Reflektoreinheit (46), die eine Infrarotstrahlung reflektierende Reflexionsfläche (50, 50') aufweist, und- einer Haltevorrichtung (12) zum Halten der Kapillare (4),wobei- der Infrarotsensor (36) eine erste Seite (42) aufweist,- die Reflektoreinheit (46) eine zweite Seite (52) aufweist,- die Haltevorrichtung (12) an der ersten Seite (42) des Infrarotsensors (36) angeordnet ist,- die Haltevorrichtung (12) an der zweiten Seite (52) der Reflektoreinheit (46) angeordnet ist, und wobei- die Reflexionsfläche (50, 50') zum Infrarotsensor (36) zur Reflexion einer von einem Messbereich (56, 56') emittierten Infrarotstrahlung auf die Sensorfläche (40) des Infrarotsensors (36) ausgerichtet angeordnet ist, wobei in dem Messbereich (56, 56') ein Abschnitt der Kapillare (4) anordbar ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Temperaturmesseinrichtung (2) eine Temperiereinrichtung (60a, 60b) zum Kühlen oder zum Beheizen der Haltevorrichtung (12) aufweist.Temperature measuring device (2) for contactless measurement of a temperature of a capillary (4) of a gas chromatograph (6), with- an infrared sensor (36) with a sensor surface (40) that receives infrared radiation for measuring the temperature of the capillary (4),- a reflector unit (46) that interacts with the infrared sensor (36) and has a reflection surface (50, 50') that reflects infrared radiation, and- a holding device (12) for holding the capillary (4),wherein- the infrared sensor (36) has a first side (42),- the reflector unit (46) has a second side (52),- the holding device (12) is arranged on the first side (42) of the infrared sensor (36),- the holding device (12) is arranged on the second side (52) of the reflector unit (46), andwherein- the reflection surface (50, 50') is directed towards the infrared sensor (36) for reflecting a measurement area (56, 56') emitted infrared radiation is arranged aligned with the sensor surface (40) of the infrared sensor (36), wherein a section of the capillary (4) can be arranged in the measuring area (56, 56'), characterized in that the temperature measuring device (2) has a tempering device (60a, 60b) for cooling or heating the holding device (12).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Messung einer Temperatur einer Kapillare eines Gaschromatographen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System, umfassend eine Kapillare und eine Temperaturmesseinrichtung der vorstehenden Art. Ferner betrifft die Erfindung einen Gaschromatographen, insbesondere einen Temperaturgradienten-Gaschromatographen, mit einer Kapillare und einer Temperaturmesseinrichtung der vorstehenden Art. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Temperaturmesseinrichtung eines Systems der vorstehenden Art oder zur Kalibrierung einer Temperaturmesseinrichtung eines Gaschromatographen der vorstehenden Art.The present invention relates to a temperature measuring device for contactless measurement of a temperature of a capillary of a gas chromatograph. The invention further relates to a system comprising a capillary and a temperature measuring device of the above type. Furthermore, the invention relates to a gas chromatograph, in particular a temperature gradient gas chromatograph, with a capillary and a temperature measuring device of the above type. The invention also relates to a method for calibrating a temperature measuring device of a system of the above type or for calibrating a temperature measuring device of a gas chromatograph of the above type.
Das Verfahren der Gaschromatographie, für das die Erfindung insbesondere gemacht wurde, ist aus dem Stand der Technik bekannt. Es stellt ein Verfahren zum Auftrennen von Gemischen flüchtiger Stoffe in die dem Gemisch zugrundeliegenden Stoffe dar und wird insbesondere im Rahmen einer chemischen Analyse von Stoffgemischen angewendet.The gas chromatography method, for which the invention was made in particular, is known from the prior art. It represents a method for separating mixtures of volatile substances into the substances underlying the mixture and is used in particular in the context of a chemical analysis of mixtures of substances.
Bei der Gaschromatographie wird eine Trennkapillare (häufig auch als Trennsäule bezeichnet) aktiv und gezielt temperiert. Auf einer inneren Oberfläche der Trennkapillare kann eine Beschichtung aufgebracht sein. An einem Eingang der Trennkapillare werden ein zu analysierendes Stoffgemisch sowie ein Trägergas aufgegeben. In Abhängigkeit von der Temperatur in der Trennkapillare stellt sich ein stoffspezifisches Phasengleichgewicht zwischen einem Anteil des zu analysierenden Stoffgemischs, der sich im Trägergas befindet, und einem Anteil des Stoffgemischs, der an der Beschichtung der Trennkapillare adsorbiert oder absorbiert ist, ein. Die Temperatur der Trennkapillare sowie das temperaturabhängige Phasengleichgewicht eines Stoffes bestimmen vorrangig die Transportgeschwindigkeit der im Stoffgemisch enthaltenen Stoffe in der Trennkapillare. Dadurch ist es möglich, dass unterschiedliche Stoffe eines Stoffgemischs unterschiedlich schnell von dem Eingang der Trennkapillare zu deren Ausgang transportiert werden können. Dabei führt eine starke Wechselwirkung zwischen einem Stoff des zu analysierenden Stoffgemischs mit der Beschichtung der Trennkapillare zu einem langsamen Transport des Stoffs entlang der Trennkapillare und eine schwache Wechselwirkung zu einem schnellen Transport. An dem Ausgang der Trennkapillare kann eine Detektionseinrichtung, beispielsweise ein Massenspektrometer, angeschlossen sein, mit dem die Stoffe des Stoffgemischs sukzessive detektiert werden können.In gas chromatography, a separation capillary (often also referred to as a separation column) is actively and specifically temperature-controlled. A coating can be applied to an inner surface of the separation capillary. A mixture of substances to be analyzed and a carrier gas are fed into an inlet of the separation capillary. Depending on the temperature in the separation capillary, a substance-specific phase equilibrium is established between a portion of the mixture of substances to be analyzed that is in the carrier gas and a portion of the mixture of substances that is adsorbed or absorbed on the coating of the separation capillary. The temperature of the separation capillary and the temperature-dependent phase equilibrium of a substance primarily determine the transport speed of the substances contained in the mixture in the separation capillary. This makes it possible for different substances in a mixture of substances to be transported from the inlet of the separation capillary to its outlet at different speeds. A strong interaction between a substance in the mixture to be analyzed and the coating of the separation capillary leads to a slow transport of the substance along the separation capillary and a weak interaction leads to a fast transport. A detection device, such as a mass spectrometer, can be connected to the outlet of the separation capillary, with which the substances in the mixture can be successively detected.
Bei einer speziellen Art der Gaschromatographie, nämlich der Temperaturgradienten-Gaschromatographie, wird eine Temperatur entlang der Trennkapillare lokalspezifisch und zeitabhängig beeinflusst. Das Konzept von Temperaturgradienten-Gaschromatographen basiert auf der Beobachtung, dass Stoffe eine für sie charakteristische Temperatur aufweisen, unterhalb der kein nennenswerter Stofftransport in einer Trennkapillare erfolgt. Bei der Temperaturgradienten-Gaschromatographie weist die Trennkapillare von deren Eingang zu deren Ausgang einen negativen Temperaturgradienten auf, so dass sich Stoffe eines Stoffgemischs nach Zuführen in die Trennkapillare in einem ersten Schritt der gaschromatographischen Analyse an spezifischen Stellen der Trennkapillare, an denen die vorausgehend genannte charakteristische Temperatur für einen nennenswerten Stofftransport unterschritten wird, ansammeln. Aufgrund einer in einem weiteren Schritt der gaschromatographischen Analyse durchgeführten, homogenen Temperaturerhöhung der Trennkapillare werden die Stoffe des Stoffgemischs durch die Trennkapillare transportiert. Die Stoffe erreichen somit sukzessive den Ausgang der Trennkapillare, an dem die Stoffe durch eine Detektionseinrichtung detektiert werden können.In a special type of gas chromatography, namely temperature gradient gas chromatography, a temperature along the separation capillary is influenced in a locally specific and time-dependent manner. The concept of temperature gradient gas chromatographs is based on the observation that substances have a characteristic temperature below which no significant mass transport takes place in a separation capillary. In temperature gradient gas chromatography, the separation capillary has a negative temperature gradient from its inlet to its outlet, so that substances in a mixture of substances, after being fed into the separation capillary in a first step of the gas chromatographic analysis, collect at specific points on the separation capillary where the previously mentioned characteristic temperature for significant mass transport is not reached. Due to a homogeneous temperature increase in the separation capillary carried out in a further step of the gas chromatographic analysis, the substances in the mixture of substances are transported through the separation capillary. The substances thus successively reach the exit of the separation capillary, where the substances can be detected by a detection device.
Zum Beheizen der Trennkapillare eines Temperaturgradienten-Gaschromatographen kann die Trennkapillare beispielsweise elektrisch beheizt werden, wobei eine eingetragene Wärme auf die Trennkapillare oder deren unmittelbare Umgebung konzentriert ist. Die elektrische Beheizung kann beispielsweise durch einen elektrischen Leiter, welcher um und/oder an der Trennkapillare angeordnet ist, realisiert sein. Wenn ein elektrischer Leiter von einer elektrischen Energie durchströmt wird, wird ein Teil der elektrischen Energie zu Wärme dissipiert. Wenn ein solcher elektrischer Leiter um und/oder an einer Trennkapillare angeordnet ist, kann die durch Dissipation erzeugte Wärme entlang des elektrischen Leiters präzise auf die Trennkapillare konzentriert werden. Somit wird im Wesentlichen nur die Trennkapillare erwärmt. Der elektrische Leiter kann beispielsweise eine Trennkapillare selbst sein. Zu diesem Zweck kann eine elektrisch leitfähige Trennkapillare, die beispielsweise aus Metall gebildet sein kann, direkt elektrisch beheizt werden. Alternativ kann beispielsweise eine nichtleitende Polyimid-beschichtete Quarzglas-Trennkapillare in eine heizbare Hüllkapillare eingeschoben und beheizt werden. Die Hüllkapillare kann dann der elektrische Leiter sein oder diesen aufweisen.To heat the separation capillary of a temperature gradient gas chromatograph, the separation capillary can be heated electrically, for example, with any heat introduced being concentrated on the separation capillary or its immediate surroundings. The electrical heating can be implemented, for example, by an electrical conductor which is arranged around and/or on the separation capillary. When electrical energy flows through an electrical conductor, part of the electrical energy is dissipated to heat. If such an electrical conductor is arranged around and/or on a separation capillary, the heat generated by dissipation can be precisely concentrated on the separation capillary along the electrical conductor. Thus, essentially only the separation capillary is heated. The electrical conductor can be a separation capillary itself, for example. For this purpose, an electrically conductive separation capillary, which can be made of metal, for example, can be heated directly electrically. Alternatively, for example, a non-conductive polyimide-coated quartz glass separation capillary can be inserted into a heatable sheath capillary and heated. The sheath capillary can then be the electrical conductor or have one.
Eine Temperatur der Trennkapillare ergibt sich hauptsächlich aus der zugeführten elektrischen Energie, die in der Trennkapillare und/oder in der Hüllkapillare in Wärme dissipiert wird, und der abgeführten Wärme. Die abgeführte Wärme betrifft im Wesentlichen Konvektion der die Trennkapillare und/oder die Hüllkapillare umgebenden Luft sowie von der Trennkapillare und/oder der Hüllkapillare emittierte Infrarotstrahlung.The temperature of the separation capillary is mainly determined by the electrical energy supplied, which is dissipated into heat in the separation capillary and/or the sheath capillary, and the heat dissipated. The dissipated heat essentially concerns convection of the air surrounding the separation capillary and/or the sheath capillary as well as Infrared radiation emitted by the separation capillary and/or the sheath capillary.
Zwar werden die Trennkapillare und die Hüllkapillare bei der Gaschromatographie regelmäßig unterschieden. Jedoch ist eine Differenzierung zwischen der Trennkapillare, der Hüllkapillare sowie der von der Hüllkapillare umgebenen Trennkapillare für den Gegenstand der Erfindung zumeist nicht erforderlich. Daher und im Sinne der Lesbarkeit werden hier und im Folgenden die Trennkapillare, die Hüllkapillare und die von der Hüllkapillare umgebene Trennkapillare als Kapillare bezeichnet. Sofern nicht anders erwähnt, kann mit dem Begriff Kapillare also die Trennkapillare, die Hüllkapillare und die von der Hüllkapillare umgebene Trennkapillare gemeint sein.The separation capillary and the sheath capillary are regularly distinguished in gas chromatography. However, a differentiation between the separation capillary, the sheath capillary and the separation capillary surrounded by the sheath capillary is usually not necessary for the subject matter of the invention. Therefore and for the sake of readability, here and in the following the separation capillary, the sheath capillary and the separation capillary surrounded by the sheath capillary are referred to as capillaries. Unless otherwise stated, the term capillary can therefore mean the separation capillary, the sheath capillary and the separation capillary surrounded by the sheath capillary.
Bei der Gaschromatographie, insbesondere bei der Temperaturgradienten-Gaschromatographie, ist eine genaue Temperierung der Kapillare wichtig, damit die Stoffe eines mit einem Gaschromatographen zu analysierenden Stoffgemischs in der Kapillare räumlich und zeitlich genau aufgetrennt werden können. Die genaue Temperierung der Kapillare setzt eine genaue Messung der Temperatur der Kapillare voraus. Es besteht daher der Wunsch nach einer genauen Temperaturmessung der Kapillare.In gas chromatography, particularly in temperature gradient gas chromatography, precise temperature control of the capillary is important so that the substances in a mixture of substances to be analyzed with a gas chromatograph can be separated precisely in space and time in the capillary. Precise temperature control of the capillary requires precise measurement of the temperature of the capillary. There is therefore a desire for precise temperature measurement of the capillary.
Eine genaue Temperaturmessung der Kapillare ist bislang schwierig. Denn üblicherweise weist die Kapillare eine leichte Temperaturveränderbarkeit sowie einen kleinen Durchmesser von 1 mm oder weniger auf. In der Praxis verwendete Temperaturmesseinrichtungen zur berührungslosen Messung einer Temperatur weisen häufig einen Messfleck mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm auf. Eine Temperatur eines Körpers, der kleiner als der Messfleck ist, kann nicht genau gemessen werden. Denn wenn die Temperatur des Körpers gemessen wird, wird die Temperatur des Hintergrundes, vor dem die Kapillare angeordnet ist, mitgemessen. Es wird also eine mittlere Temperatur des Körpers und dessen Hintergrund bestimmt. Auf den Messfleck wird weiter unten detaillierter eingegangen.It has been difficult to measure the capillary temperature accurately up to now. This is because capillaries are usually easy to change in temperature and have a small diameter of 1 mm or less. Temperature measuring devices used in practice for non-contact temperature measurement often have a measuring spot with a diameter of more than 1 mm. A temperature of a body that is smaller than the measuring spot cannot be measured accurately. This is because when the temperature of the body is measured, the temperature of the background in front of which the capillary is arranged is also measured. This means that an average temperature of the body and its background is determined. The measuring spot is discussed in more detail below.
Mit der leichten Temperaturveränderbarkeit ist gemeint, dass die Temperatur der Kapillare bereits durch schwache äußere Einflüsse veränderbar ist. Einerseits kann diese Eigenschaft der Kapillare wünschenswert sein, da die Kapillare beispielsweise schnell auf eine gewünschte Temperatur oder ein gewünschtes Temperaturprofil mit einem Temperaturgradienten entlang der Kapillare temperierbar sein soll. Andererseits kann diese Eigenschaft der Kapillare nachteilig sein, beispielsweise für eine Temperaturmessung der Kapillare. Allgemein werden Temperaturmessungen in der Praxis häufig mittels Kontaktmessmethoden durchgeführt. Kontaktmessmethoden sind Messmethoden, die einen mechanischen Kontakt eines Messmittels zu einem zu messenden Objekt erfordern, beispielsweise die Temperaturmessung mit Thermoelementen. Für eine Temperaturmessung einer Kapillare ist der Einsatz von Kontaktmessmethoden kaum möglich, oder mit ungenauen Messergebnissen verbunden. Denn wenn Kontaktmessmethoden für die Temperaturmessung von Kapillaren eingesetzt werden und die eingesetzten Messmittel eine andere Temperatur aufweisen als die Kapillare, führt der Kontakt der Messmittel mit der Kapillare aufgrund der leichten Temperaturveränderbarkeit der Kapillare zu einer lokalen Temperaturveränderung der Kapillare. Dadurch wird das Messergebnis der Temperaturmessung verfälscht. Außerdem wird die Genauigkeit der mittels des Gaschromatographen durchgeführten chemischen Analyse des Stoffgemischs negativ beeinflusst.The easy temperature changeability means that the temperature of the capillary can be changed by even weak external influences. On the one hand, this property of the capillary can be desirable because the capillary should, for example, be able to be quickly heated to a desired temperature or a desired temperature profile with a temperature gradient along the capillary. On the other hand, this property of the capillary can be disadvantageous, for example for measuring the temperature of the capillary. In general, temperature measurements are often carried out in practice using contact measuring methods. Contact measuring methods are measuring methods that require mechanical contact between a measuring device and an object to be measured, for example temperature measurement with thermocouples. The use of contact measuring methods for measuring the temperature of a capillary is hardly possible, or is associated with inaccurate measurement results. This is because if contact measuring methods are used to measure the temperature of capillaries and the measuring devices used have a different temperature than the capillary, the contact of the measuring device with the capillary leads to a local temperature change in the capillary due to the easy temperature changeability of the capillary. This distorts the temperature measurement result. In addition, the accuracy of the chemical analysis of the mixture of substances carried out using the gas chromatograph is negatively affected.
Aufgrund der vorstehend genannten Nachteile der Temperaturmessung mit Kontaktmessmethoden kann die Temperaturmessung der Kapillare mittels berührungslosen Messmethoden sinnvoll sein.Due to the above-mentioned disadvantages of temperature measurement using contact measuring methods, it may be useful to measure the temperature of the capillary using non-contact measuring methods.
Die berührungslose Temperaturmessung basiert auf dem physikalischen Effekt, dass jeder physikalische Körper, der eine Temperatur von mehr als 0 Kelvin aufweist, eine Strahlung mit einer Wellenlänge aus dem Infrarotwellenlängenbereich emittiert. Infrarotes Licht weist beispielsweise eine Wellenlänge von 780 nm bis 1000 nm auf. Diese Strahlung wird in der Praxis auch als Infrarotstrahlung bezeichnet. Die Intensität und der genaue Bereich der Wellenlänge der von einem Körper emittierten Infrarotstrahlung sind abhängig von der Temperatur dieses Körpers.Non-contact temperature measurement is based on the physical effect that every physical body with a temperature of more than 0 Kelvin emits radiation with a wavelength from the infrared wavelength range. Infrared light, for example, has a wavelength of 780 nm to 1000 nm. In practice, this radiation is also referred to as infrared radiation. The intensity and the exact range of the wavelength of the infrared radiation emitted by a body depend on the temperature of that body.
Mittels einer Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung ist es möglich, die von einem Körper emittierte Infrarotstrahlung zu erfassen und anhand der Intensität und dem Bereich der Wellenlänge der erfassten Infrarotstrahlung die Temperatur des Körpers, von dem die Infrarotstrahlung emittiert wurde, zu messen.By means of a temperature measuring device for non-contact temperature measurement, it is possible to detect the infrared radiation emitted by a body and, based on the intensity and wavelength range of the detected infrared radiation, to measure the temperature of the body from which the infrared radiation was emitted.
Temperaturmesseinrichtungen zur berührungslosen Temperaturmessung weisen beispielsweise eine abbildende Optik, einen optischen Sensor und einen Prozessor auf.Temperature measuring devices for non-contact temperature measurement, for example, have an imaging optics, an optical sensor and a processor.
Die abbildende Optik bildet den Körper, dessen Temperatur zu messen ist, bzw. die von diesem Körper emittierte Infrarotstrahlung, gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Regeln der physikalischen Optik auf den optischen Sensor ab. Dabei ist es möglich, dass die Optik den Körper, dessen Temperatur zu messen ist, optisch vergrößert oder optisch verkleinert auf den optischen Sensor abbildet. Aus der Praxis sind beispielsweise Infrarotkameras als Temperaturmesseinrichtungen zur berührungslosen Temperaturmessung bekannt. Infrarotkameras erfassen häufig Körper mit einer Größe von mehreren Zentimetern bis mehreren Metern und bilden das erfasste Bild verkleinert auf einem optischen Sensor mit einer Größe von mehreren Millimetern ab.The imaging optics project the body whose temperature is to be measured, or the infrared radiation emitted by this body, onto the optical sensor in accordance with the rules of physical optics known from the state of the art. It is possible for the optics to project the body whose temperature is to be measured onto the optical sensor in an optically enlarged or optically reduced size. In practice, for example, infrared cameras ras are known as temperature measuring devices for contactless temperature measurement. Infrared cameras often detect bodies with a size of several centimeters to several meters and display the captured image in a reduced size on an optical sensor with a size of several millimeters.
Die abbildende Optik einer Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung kann beispielsweise eine optisch transparente Linse sein. Zusätzlich oder alternativ kann die abbildende Optik eine Mehrzahl von miteinander zusammenwirkenden Linsen aufweisen. Weiter zusätzlich oder alternativ kann die abbildende Optik auch einen oder mehrere die emittierte Infrarotstrahlung reflektierende Spiegel aufweisen. Der Spiegel bzw. die Spiegel können insbesondere ein oder mehrere Hohlspiegel sein. In der Praxis wird die Verwendung von Linsen gegenüber der Verwendung von Spiegeln häufig bevorzugt.The imaging optics of a temperature measuring device for contactless temperature measurement can be, for example, an optically transparent lens. Additionally or alternatively, the imaging optics can have a plurality of lenses that interact with one another. Furthermore, additionally or alternatively, the imaging optics can also have one or more mirrors that reflect the emitted infrared radiation. The mirror or mirrors can in particular be one or more concave mirrors. In practice, the use of lenses is often preferred over the use of mirrors.
Der optische Sensor ist beispielsweise ein Infrarotsensor mit einer Infrarotstrahlung aufnehmenden Sensorfläche. Insbesondere kann der Infrarotsensor ein Infrarot-Temperatursensor mit einer Infrarotstrahlung aufnehmenden Sensorfläche sein. Mit der Infrarotstrahlung aufnehmenden Sensorfläche kann Infrarotstrahlung aufgenommen und daraus ein elektrisches Signal erzeugt werden. Die Sensorfläche kann beispielsweise auch Strahlung im Infrarot-nahen Bereich aufnehmen. Strahlung im Nahinfrarotbereich weist beispielsweise eine Wellenlänge von ca. 780 nm bis 3000 nm auf. In der Praxis kann der Infrarotsensor beispielsweise als ein thermischer Sensor oder ein photoelektrischer Sensor ausgebildet sein. Ein thermischer Sensor ist insbesondere ein Bolometer, ein pyroelektrischer Sensor oder eine Thermosäule aus Thermoelementen. Ein photoelektrischer Sensor kann insbesondere eine Photozelle, ein Photomultiplier, ein CCD-Sensor oder jedes andere photoelektrische Bauteil sein, mit dem Infrarotstrahlung aufgenommen und diese in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann. Das von dem optischen Sensor erzeugte elektrische Signal wird an den Prozessor übermittelt.The optical sensor is, for example, an infrared sensor with a sensor surface that absorbs infrared radiation. In particular, the infrared sensor can be an infrared temperature sensor with a sensor surface that absorbs infrared radiation. The sensor surface that absorbs infrared radiation can absorb infrared radiation and generate an electrical signal from it. The sensor surface can also absorb radiation in the near infrared range, for example. Radiation in the near infrared range has, for example, a wavelength of approximately 780 nm to 3000 nm. In practice, the infrared sensor can be designed, for example, as a thermal sensor or a photoelectric sensor. A thermal sensor is, in particular, a bolometer, a pyroelectric sensor or a thermopile made of thermocouples. A photoelectric sensor can, in particular, be a photocell, a photomultiplier, a CCD sensor or any other photoelectric component with which infrared radiation can be absorbed and converted into an electrical signal. The electrical signal generated by the optical sensor is transmitted to the processor.
Der Prozessor empfängt das elektrische Signal von dem optischen Sensor und ermittelt anhand des empfangenen Signals eine Temperatur des Körpers, von dem die Infrarotstrahlung emittiert wurde. Der Prozessor kann elektronisch mit einer Ausgabeeinheit verbunden sein, welche die ermittelte Temperatur an einen Benutzer einer derartigen Temperaturmesseinrichtung ausgibt. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor eine Schnittstelle zu einer Recheneinheit aufweisen.The processor receives the electrical signal from the optical sensor and uses the received signal to determine a temperature of the body from which the infrared radiation was emitted. The processor can be electronically connected to an output unit which outputs the determined temperature to a user of such a temperature measuring device. Additionally or alternatively, the processor can have an interface to a computing unit.
In der Praxis ist das berührungslose Messen der Temperatur von großen Körpern bereits einfach und genau durchführbar. Demgegenüber kann das Messen der Temperatur von kleinen Körpern in der Praxis schwierig sein. Insbesondere ist in der Praxis eine minimale Größe eines Körpers, dessen Temperatur mit einer Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung gemessen werden soll, begrenzt.In practice, non-contact temperature measurement of large bodies is already easy and accurate. In contrast, measuring the temperature of small bodies can be difficult in practice. In particular, in practice, there is a limit to the minimum size of a body whose temperature is to be measured with a temperature measuring device for non-contact temperature measurement.
Die Ursache für diese Begrenzung ist eine Kombination insbesondere aus einer begrenzten optischen Auflösung der zur Verfügung stehenden abbildenden Optik sowie einer begrenzten optischen Auflösung des Infrarotsensors einer Temperaturmesseinrichtung.The reason for this limitation is a combination in particular of a limited optical resolution of the available imaging optics and a limited optical resolution of the infrared sensor of a temperature measuring device.
Die minimale Größe eines Körpers, dessen Temperatur mit einer bestimmten Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung gemessen werden kann, wird in der Praxis als Messfleck dieser Temperaturmesseinrichtung bezeichnet. Messtechnisch kann der Messfleck ungefähr der dreifachen Größe eines mittels einer Temperaturmesseinrichtung erkennbaren sogenannten kleinsten erkennbaren Objektes entsprechen. Das kleinste erkennbare Objekt ist der Teil eines Körpers, der auf einen Bildpunkt einer Sensorfläche abgebildet wird und ist abhängig von der Entfernung des Körpers zu der Temperaturmesseinrichtung. Beispielsweise kann eine Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung eine optische Auflösung von 3 mrad aufweisen. Zusätzlich kann eine Entfernung zwischen einem Körper, dessen Temperatur zu messen ist, und der beispielhaften Temperaturmesseinrichtung 0,1 m betragen. In diesem Fall weist das kleinste erkennbare Objekt einen Durchmesser bzw. eine Kantenlänge von 0,3 mm auf und wird als ein Bildpunkt auf der Sensorfläche des Infrarotsensors abgebildet. Der Messfleck dieser beispielhaften Temperaturmesseinrichtung kann bei der vorstehenden Entfernung ungefähr 0,9 mm betragen.The minimum size of a body whose temperature can be measured with a certain temperature measuring device for contactless temperature measurement is referred to in practice as the measuring spot of this temperature measuring device. In terms of measurement technology, the measuring spot can correspond to approximately three times the size of a so-called smallest detectable object detectable by means of a temperature measuring device. The smallest detectable object is the part of a body that is imaged on a pixel of a sensor surface and depends on the distance of the body to the temperature measuring device. For example, a temperature measuring device for contactless temperature measurement can have an optical resolution of 3 mrad. In addition, a distance between a body whose temperature is to be measured and the exemplary temperature measuring device can be 0.1 m. In this case, the smallest detectable object has a diameter or edge length of 0.3 mm and is imaged as a pixel on the sensor surface of the infrared sensor. The measuring spot of this exemplary temperature measuring device can be approximately 0.9 mm at the above distance.
Die Größe des Messflecks kann für unterschiedliche Temperaturmesseinrichtungen unterschiedlich sein. Aktuell sind Temperaturmesseinrichtungen zur berührungslosen Temperaturmessung mit Messfleckdurchmessern von 0,8 mm oder mehr kommerziell erhältlich. Derartige Temperaturmesseinrichtungen zur berührungslosen Temperaturmessung sind dazu geeignet, eine Temperatur von Körpern, beispielsweise von Kapillaren, mit einem Durchmesser von 1 mm genau zu bestimmen. Nachteilig ist bei derartigen Temperaturmesseinrichtungen allerdings, dass eine Entfernung zwischen einem Körper, dessen Temperatur zu messen ist, und der Temperaturmesseinrichtung genau einzustellen ist, um die kleine Größe des Messflecks von bis zu 0,8 mm zu realisieren. Das genaue Einstellen dieser Entfernung zwischen dem Körper und der Temperaturmesseinrichtung erfordert eine präzise Verstellbarkeit der Position der abbildenden Optik. Zu diesem Zweck verwendete Verstelleinheiten sind oft kompliziert konstruiert, schwierig herzustellen und/oder teuer. Zusätzlich kann das genaue Einstellen der Entfernung zwischen dem Körper, dessen Temperatur zu messen ist, und der Temperaturmesseinrichtung schwierig sein.The size of the measuring spot can vary for different temperature measuring devices. Temperature measuring devices for non-contact temperature measurement with measuring spot diameters of 0.8 mm or more are currently commercially available. Such temperature measuring devices for non-contact temperature measurement are suitable for accurately determining the temperature of bodies, for example capillaries, with a diameter of 1 mm. The disadvantage of such temperature measuring devices, however, is that the distance between a body whose temperature is to be measured and the temperature measuring device must be set precisely in order to achieve the small size of the measuring spot of up to 0.8 mm. The precise setting of this distance between the body and the temperature measuring device requires the position of the imaging optics to be precisely adjustable. Adjustment units used for this purpose are often complex in design, difficult to manufacture and/or expensive. In addition, accurately adjusting the distance between the body whose temperature is to be measured and the temperature measuring device can be difficult.
Weitere Schwierigkeiten und Messungenauigkeiten mit den aktuell kommerziell erhältlichen Temperaturmesseinrichtungen zur berührungslosen Temperaturmessung entstehen, wenn eine Temperatur eines Körpers, der kleiner als 0,8 mm ist, gemessen werden soll. Beispielsweise ist es schwierig, eine Temperatur einer Kapillare mit einem Durchmesser von weniger als 0,8 mm zu messen.Further difficulties and measurement inaccuracies with the currently commercially available non-contact temperature measuring devices arise when the temperature of a body smaller than 0.8 mm is to be measured. For example, it is difficult to measure the temperature of a capillary with a diameter of less than 0.8 mm.
Da in diesem Fall die Größe dieser Kapillare kleiner ist als der Messfleck, wird auch ein Teil eines Hintergrundes, vor dem die Kapillare angeordnet ist, von der abbildenden Optik auf der Sensorfläche des Infrarotsensors abgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Messfleck zusammengesetzt aus der Kapillare, deren Temperatur gemessen werden soll, und dem Hintergrund dieser Kapillare. Somit kann eine direkte Temperaturmessung dieser Kapillare nicht erfolgen. Es wird vielmehr ein Mittelwert der Temperatur dieser Kapillare und des im Messfleck enthaltenen Teils des Hintergrunds, vor dem die Kapillare angeordnet ist, gemessen. Im Ergebnis nimmt bei Temperaturmesseinrichtungen zur berührungslosen Temperaturmessung mit begrenzter minimaler Größe des Messflecks die Messgenauigkeit einer Temperaturmessung einer Kapillare, die kleiner als der Messfleck der Temperaturmesseinrichtung ist, mit abnehmendem Durchmesser der Kapillare ab. Es besteht daher der Wunsch nach einer genauen berührungslosen Temperaturmessung von Kapillaren, deren Größe kleiner als 1 m m ist.Since in this case the size of this capillary is smaller than the measuring spot, a part of a background in front of which the capillary is arranged is also imaged by the imaging optics on the sensor surface of the infrared sensor. In other words, the measuring spot is composed of the capillary whose temperature is to be measured and the background of this capillary. Thus, a direct temperature measurement of this capillary cannot be carried out. Instead, an average value of the temperature of this capillary and the part of the background contained in the measuring spot in front of which the capillary is arranged is measured. As a result, in temperature measuring devices for non-contact temperature measurement with a limited minimum size of the measuring spot, the measurement accuracy of a temperature measurement of a capillary that is smaller than the measuring spot of the temperature measuring device decreases as the diameter of the capillary decreases. There is therefore a desire for an accurate non-contact temperature measurement of capillaries whose size is smaller than 1 mm.
Hinsichtlich des Standes der Technik wird auf die
Aufgrund der vorstehend genannten Schwierigkeiten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung einer Kapillare eines Gaschromatographen bereitzustellen, wobei die Temperaturmesseinrichtung gegenüber dem Stand der Technik besonders einfach gestaltet ist und eine besonders genaue Temperaturmessung von Kapillaren mit einem Durchmesser von 1 mm oder weniger gestattet. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein System, umfassend eine Kapillare und eine Temperaturmesseinrichtung der vorstehenden Art, bereitzustellen. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gaschromatographen, insbesondere einen Temperaturgradienten-Gaschromatographen, mit einer Kapillare und einer Temperaturmesseinrichtung der vorstehenden Art bereitzustellen. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Temperaturmesseinrichtung eines Systems der vorstehenden Art oder zur Kalibrierung einer Temperaturmesseinrichtung eines Gaschromatographen der vorstehenden Art bereitzustellen, wobei das Verfahren eine besonders genaue Messung der Temperatur der Kapillare mit der Temperaturmesseinrichtung ermöglicht.Due to the difficulties mentioned above, the object of the present invention is to provide a temperature measuring device for contactless temperature measurement of a capillary of a gas chromatograph, wherein the temperature measuring device is designed particularly simply compared to the prior art and allows a particularly accurate temperature measurement of capillaries with a diameter of 1 mm or less. The invention is also based on the object of providing a system comprising a capillary and a temperature measuring device of the above type. The invention is also based on the object of providing a gas chromatograph, in particular a temperature gradient gas chromatograph, with a capillary and a temperature measuring device of the above type. The invention is also based on the object of providing a method for calibrating a temperature measuring device of a system of the above type or for calibrating a temperature measuring device of a gas chromatograph of the above type, wherein the method enables a particularly accurate measurement of the temperature of the capillary with the temperature measuring device.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Gegenstände bzw. das Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und/oder den beigefügten Zeichnungen.According to the invention, these objects are achieved by the objects or the method with the features of the independent claims. Further features of the invention emerge from the following description, the appended claims and/or the appended drawings.
Eine erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Messung einer Temperatur einer Kapillare eines Gaschromatographen umfasst einen Infrarotsensor mit einer Infrarotstrahlung aufnehmenden Sensorfläche zum Messen der Temperatur der Kapillare. Ferner umfasst die Temperaturmesseinrichtung eine Reflektoreinheit mit einer Infrarotstrahlung reflektierenden Reflexionsfläche, die mit dem Infrarotsensor zusammenwirkt, sowie eine Haltevorrichtung zum Halten einer Kapillare. Der Infrarotsensor weist eine erste Seite auf und die Reflektoreinheit weist eine zweite Seite auf, wobei die Haltevorrichtung an der ersten Seite des Infrarotsensors und an der zweiten Seite der Reflektoreinheit angeordnet ist. Bei der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung ist die Reflexionsfläche zum Infrarotsensor zur Reflexion einer von einem Messbereich emittierten Infrarotstrahlung auf die Sensorfläche des Infrarotsensors ausgerichtet angeordnet, wobei in dem Messbereich ein Abschnitt der Kapillare anordbar ist.A temperature measuring device according to the invention for contactless measurement of a temperature of a capillary of a gas chromatograph comprises an infrared sensor with a sensor surface that absorbs infrared radiation for measuring the temperature of the capillary. The temperature measuring device also comprises a reflector unit with a reflection surface that reflects infrared radiation and interacts with the infrared sensor, as well as a holding device for holding a capillary. The infrared sensor has a first side and the reflector unit has a second side, wherein the holding device is arranged on the first side of the infrared sensor and on the second side of the reflector unit. In the temperature measuring device according to the invention, the reflection surface is arranged aligned with the infrared sensor for reflecting infrared radiation emitted by a measuring area onto the sensor surface of the infrared sensor, wherein a section of the capillary can be arranged in the measuring area.
Die Haltevorrichtung ist eine Vorrichtung zum Halten einer Kapillare, deren Temperatur zu messen ist, und/oder eines mit dieser Kapillare verbundenen Gegenstands. Diese Kapillare und/oder der mit dieser Kapillare verbundene Gegenstand können so mittels der Haltevorrichtung gehalten werden, dass ein Abschnitt dieser Kapillare während einer Temperaturmessung präzise in dem Messbereich der Temperaturmesseinrichtung anordbar oder angeordnet ist. Zu diesem Zweck kann die Haltevorrichtung ein mechanisch starres oder im Wesentlichen mechanisch starres Strukturbauteil sein. Beispielsweise kann die Haltevorrichtung ein Gehäuse eines Temperaturgradienten-Gaschromatographen sein, in dem eine Kapillare anordbar oder angeordnet ist. Alternativ kann die Haltevorrichtung beispielsweise ein in einem Temperaturgradienten-Gaschromatographen anordbares oder angeordnetes Strukturbauteil sein, an dem oder in dem eine Kapillare anordbar oder angeordnet ist.The holding device is a device for holding a capillary whose temperature is to be measured and/or an object connected to this capillary. This capillary and/or the object connected to this capillary can be held by means of the holding device in such a way that a section of this capillary can be arranged or positioned precisely in the measuring range of the temperature measuring device during a temperature measurement. For this purpose, the holding device can be a mechanically rigid or substantially mechanically rigid structural component. For example, the holding device can be a housing of a temperature gradient gas chromatograph in which a capillary can be arranged or is arranged. Alternatively, the holding device can be, for example, a structural component that can be arranged or is arranged in a temperature gradient gas chromatograph and on or in which a capillary can be arranged or is arranged.
Der Infrarotsensor mit einer Infrarotstrahlung aufnehmenden Sensorfläche zum Messen einer Temperatur einer Kapillare ist beispielsweise ein aus dem Stand der Technik bekannter Infrarotsensor, der weiter oben beschrieben ist. Insbesondere kann der Infrarotsensor ein CCD-Sensor sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Infrarotsensor insbesondere eine ebene Sensorfläche aufweisen. Der Infrarotsensor kann ein Sensorgehäuse mit einer Mehrzahl von Seiten aufweisen, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung die erste Seite als eine Seite des Sensorgehäuses ausgebildet sein kann und die erste Seite mit der Haltevorrichtung verbindbar oder verbunden ist.The infrared sensor with a sensor surface that receives infrared radiation for measuring a temperature of a capillary is, for example, an infrared sensor known from the prior art, which is described above. In particular, the infrared sensor can be a CCD sensor. Additionally or alternatively, the infrared sensor can in particular have a flat sensor surface. The infrared sensor can have a sensor housing with a plurality of sides, wherein within the scope of the present invention the first side can be designed as one side of the sensor housing and the first side can be connected or is connected to the holding device.
Die Reflektoreinheit mit der Infrarotstrahlung reflektierenden Reflexionsfläche ist die abbildende Optik der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Temperaturmessung. Die Reflektoreinheit weist beispielsweise mindestens einen Reflektorkörper, die Reflexionsfläche und die zweite Seite auf, wobei die Reflexionsfläche und die zweite Seite an dem Reflektorkörper angeordnet sind oder anordbar sind. Beispielsweise kann der Reflektorkörper ein beliebig geformtes Bauteil sein und die Reflexionsfläche kann ein erster Abschnitt einer Oberfläche dieses Bauteils sein. Zusätzlich kann die zweite Seite beispielsweise ein zweiter Abschnitt der Oberfläche dieses Bauteils sein. Die zweite Seite ist dazu vorgesehen, mit der Haltevorrichtung verbindbar oder verbunden zu sein.The reflector unit with the reflection surface reflecting infrared radiation is the imaging optics of the temperature measuring device according to the invention for contactless temperature measurement. The reflector unit has, for example, at least one reflector body, the reflection surface and the second side, wherein the reflection surface and the second side are arranged or can be arranged on the reflector body. For example, the reflector body can be a component of any shape and the reflection surface can be a first section of a surface of this component. In addition, the second side can be, for example, a second section of the surface of this component. The second side is intended to be connectable or connected to the holding device.
Durch die Anordnung der Haltevorrichtung an der ersten Seite des Infrarotsensors und an der zweiten Seite der Reflektoreinheit können die Haltevorrichtung, die Reflektoreinheit und der Infrarotsensor positionsfest zueinander angeordnet sein. Insbesondere sind die Haltevorrichtung, die erste Seite des Infrarotsensors und die zweite Seite der Reflektoreinheit geometrisch so zueinander anordbar oder angeordnet, dass ein Winkel α zwischen einer ersten Strecke, die den Messbereich mit der Reflexionsfläche verbindet, und einer zweiten Strecke, die die Reflexionsfläche mit der Sensorfläche verbindet, zwischen 0° und 170°, bevorzugt zwischen 0° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 45° betragen. Mit dem Begriff Strecke ist hier eine Gerade zwischen zwei Punkten gemeint. Durch diese Anordnung kann die von einem mittels der Haltevorrichtung in dem Messbereich gehaltenen Abschnitt einer Kapillare emittierte Strahlung von der Reflexionsfläche auf die Sensorfläche des Infrarotsensors abgebildet werden.By arranging the holding device on the first side of the infrared sensor and on the second side of the reflector unit, the holding device, the reflector unit and the infrared sensor can be arranged in a fixed position relative to one another. In particular, the holding device, the first side of the infrared sensor and the second side of the reflector unit can be arranged or are arranged geometrically relative to one another such that an angle α between a first line connecting the measuring area to the reflection surface and a second line connecting the reflection surface to the sensor surface is between 0° and 170°, preferably between 0° and 90°, particularly preferably between 0° and 45°. The term line here means a straight line between two points. By this arrangement, the radiation emitted by a section of a capillary held in the measuring area by means of the holding device can be projected from the reflection surface onto the sensor surface of the infrared sensor.
Im Folgenden werden zunächst das Abbilden auf der Sensorfläche und der Messbereich erläutert, bevor zusätzliche oder alternative Merkmale der Reflexionsfläche beschrieben werden.In the following, the imaging on the sensor surface and the measuring range are first explained before additional or alternative features of the reflection surface are described.
Das Abbilden des Messbereichs und/oder eines in dem Messbereich angeordneten Abschnitts einer Kapillare auf der Sensorfläche bedeutet ein zielgerichtetes Reflektieren von Strahlung auf die Sensorfläche des Infrarotsensors. Wenn also eine Kapillare Strahlung emittiert und diese Kapillare in dem Messbereich angeordnet ist, wird die von der Kapillare emittierte Strahlung zumindest teilweise von der Reflexionsfläche auf die Sensorfläche des Infrarotsensors reflektiert. Erfindungsgemäß ist dafür die Reflexionsfläche zum Infrarotsensor ausgerichtet angeordnet. Wenn die vorstehend genannte Kapillare außerhalb des Messbereichs angeordnet ist, kann die von dieser Kapillare emittierte Strahlung ebenfalls von der Reflexionsfläche reflektiert werden, jedoch wird die Strahlung dann nicht auf die Sensorfläche des Infrarotsensors reflektiert.The imaging of the measuring area and/or a section of a capillary arranged in the measuring area on the sensor surface means a targeted reflection of radiation onto the sensor surface of the infrared sensor. If a capillary emits radiation and this capillary is arranged in the measuring area, the radiation emitted by the capillary is at least partially reflected by the reflection surface onto the sensor surface of the infrared sensor. According to the invention, the reflection surface is arranged aligned with the infrared sensor for this purpose. If the aforementioned capillary is arranged outside the measuring area, the radiation emitted by this capillary can also be reflected by the reflection surface, but the radiation is then not reflected onto the sensor surface of the infrared sensor.
Der Messbereich ist ein räumlicher Bereich vor der Reflexionsfläche, in dem ein Abschnitt einer Kapillare anordbar ist. Der Messbereich umfasst alle Punkte des räumlichen Bereiches vor der Reflexionsfläche, von denen Strahlung direkt und ungehindert auf die Reflexionsfläche emittiert und von der Reflexionsfläche auf die Sensorfläche des Infrarotsensors reflektiert wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist der Messbereich ein Raum, den die Sensorfläche durch eine Reflexion in der Reflexionsfläche „sieht“ und in dem ein Abschnitt einer Kapillare angeordnet werden kann. In einer Richtung, die parallel zu der ersten, den Messbereich mit der Reflexionsfläche verbindenden Strecke ist, weist der Messbereich eine räumliche Tiefe auf. Diese räumliche Tiefe des Messbereichs kann unendlich groß oder begrenzt sein. Eine Begrenzung der Tiefe des Messbereichs kann beispielsweise durch ein optisch intransparentes Bauteil oder durch die Form der Reflexionsfläche realisiert sein. Der Messbereich umfasst ferner eine Querschnittsfläche, die orthogonal zu der ersten, den Messbereich mit der Reflexionsfläche verbindenden Strecke orientiert ist. Die Querschnittsfläche kann entlang der Tiefe des Messbereichs eine konstante Größe oder eine variierende Größe aufweisen.The measuring area is a spatial area in front of the reflection surface in which a section of a capillary can be arranged. The measuring area includes all points in the spatial area in front of the reflection surface from which radiation is emitted directly and unhindered onto the reflection surface and reflected from the reflection surface onto the sensor surface of the infrared sensor. In other words, the measuring area is a space that the sensor surface "sees" through a reflection in the reflection surface and in which a section of a capillary can be arranged. The measuring area has a spatial depth in a direction that is parallel to the first line connecting the measuring area to the reflection surface. This spatial depth of the measuring area can be infinitely large or limited. A limitation of the depth of the measuring area can be realized, for example, by an optically opaque component or by the shape of the reflection surface. The measuring area also includes a cross-sectional area that is oriented orthogonally to the first line connecting the measuring area to the reflection surface. The cross-sectional area may have a constant size or a varying size along the depth of the measuring range.
In einem bestimmten räumlichen Abstand zu der Reflexionsfläche ist in einer Querschnittsfläche der Messfleck der Temperaturmesseinrichtung enthalten. Der bestimmte räumliche Abstand des Messflecks zu der Reflexionsfläche kann abhängig von der relativen Position der Sensorfläche zu der Reflexionsfläche sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Position des Messflecks innerhalb des Messbereiches abhängig von der Form der Reflexionsfläche sein. Beispielsweise kann der Messfleck unendlich weit von der Reflexionsfläche entfernt sein, wenn die Reflexionsfläche eben ist. Im Vergleich hierzu kann der Messfleck näher an der Reflexionsfläche angeordnet sein, wenn die Reflexionsfläche beispielsweise eine konkave Krümmung aufweist.The measuring spot of the temperature measuring device is contained in a cross-sectional area at a specific spatial distance from the reflection surface. The specific spatial distance of the measuring spot from the reflection surface can depend on the relative position of the sensor surface to the reflection surface. Additionally or alternatively, the position of the measuring spot within the measuring range can depend on the shape of the reflection surface. For example, the measuring spot can be infinitely far away from the reflection surface if the reflection surface is flat. In comparison, the measuring spot can be arranged closer to the reflection surface if the reflection surface has a concave curvature, for example.
Die Größe des Messflecks ist insbesondere abhängig von der optischen Auflösung der Reflexionsfläche und der optischen Auflösung der Sensorfläche des Infrarotsensors. Die optische Auflösung der Reflexionsfläche ist beispielsweise abhängig von der Größe der Reflexionsfläche, der Form der Reflexionsfläche und der Reflektivität der Reflexionsfläche. Beispielsweise kann eine große, konkav gekrümmte Reflexionsfläche mit großer Reflektivität eine hohe optische Auflösung aufweisen. Die optische Auflösung der Sensorfläche ist insbesondere abhängig von der Größe der Sensorfläche und der Größe der auf der Sensorfläche enthaltenen Bildpunkte. Beispielsweise kann eine große Sensorfläche mit kleinen Bildpunkten eine hohe optische Auflösung aufweisen. Ferner sind beispielsweise die Bildpunkte bei einem CCD-Sensor Fotodioden.The size of the measuring spot depends in particular on the optical resolution of the reflection surface and the optical resolution of the sensor surface of the infrared sensor. The optical resolution of the reflection surface depends, for example, on the size of the reflection surface, the shape of the reflection surface and the reflectivity of the reflection surface. For example, a large, concavely curved reflection surface with high reflectivity can have a high optical resolution. The optical resolution of the sensor surface depends in particular on the size of the sensor surface and the size of the pixels contained on the sensor surface. For example, a large sensor surface with small pixels can have a high optical resolution. Furthermore, the pixels in a CCD sensor are, for example, photodiodes.
Wenn ein Abschnitt einer Kapillare in dem innerhalb des Messbereichs angeordneten Messfleck angeordnet ist, ist es möglich, dass die von der Kapillare emittierte Strahlung mit einer größtmöglichen Genauigkeit auf die Sensorfläche reflektiert wird.If a section of a capillary is arranged in the measuring spot located within the measuring area, it is possible that the radiation emitted by the capillary is reflected onto the sensor surface with the greatest possible accuracy.
Die Reflexionsfläche kann beispielsweise als eine einstückige Fläche ausgebildet sein. Insbesondere kann die Reflexionsfläche eine einstückige, spiegelnde Oberfläche sein. Sie ist dann beispielsweise ein Spiegel. Alternativ kann die Reflexionsfläche beispielsweise eine aus mehreren spiegelnden Oberflächen zusammengesetzte, spiegelnde Oberfläche sein. Dadurch, dass die abbildende Optik als Reflektoreinheit und nicht - wie üblich - als Linse oder System von Linsen ausgebildet ist, benötigt die abbildende Optik einen nur äußerst kleinen Bauraum. Denn eine Linse oder ein System von Linsen wird regelmäßig zwischen dem Infrarotsensor und dem Messbereich angeordnet. Eine derartige Anordnung erfordert einen großen Bauraum, weil Strahlung von einer Position hinter der Linse auf eine Position vor der Linse, also im Wesentlichen in einer Richtung, geleitet wird. Der Bauraum ist weiter vergrößert, wenn eine Fokussierung der Linse/der Linsen erforderlich ist. Im Vergleich dazu kann der Bauraum kleiner sein, wenn die Strahlung mittels der Reflektoreinheit von einer ersten Position vor der Reflexionsfläche auf eine zweite Position vor der Reflexionsfläche, also im Wesentlichen in zwei Richtungen, geleitet wird. Hierdurch kann der Bauraum optisch groß und konstruktiv klein sein.The reflection surface can be designed as a one-piece surface, for example. In particular, the reflection surface can be a one-piece, reflective surface. It is then, for example, a mirror. Alternatively, the reflection surface can be, for example, a reflective surface composed of several reflective surfaces. Because the imaging optics are designed as a reflector unit and not - as is usual - as a lens or system of lenses, the imaging optics only require an extremely small installation space. This is because a lens or a system of lenses is regularly arranged between the infrared sensor and the measuring area. Such an arrangement requires a large installation space because radiation is guided from a position behind the lens to a position in front of the lens, i.e. essentially in one direction. The installation space is further increased if focusing of the lens(es) is required. In comparison, the installation space can be smaller if the radiation is guided by means of the reflector unit from a first position in front of the reflection surface to a second position in front of the reflection surface, i.e. essentially in two directions. This means that the installation space can be optically large and structurally small.
Die Reflexionsfläche kann zum Zweck der optischen Abbildung einer in dem Messbereich angeordneten Kapillare auf der Sensorfläche beispielsweise Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von beispielsweise 780 nm bis 3000 nm reflektieren. Es ist auch möglich, dass die Reflexionsfläche nur Strahlung mit einer Wellenlänge in einem Teilbereich oder in mehreren Teilbereichen des Bereichs von 780 nm bis 3000 nm reflektiert, sofern dies für die Erfindung geeignet ist. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass die Reflexionsfläche Strahlung mit einer Wellenlänge in einem anderen Bereich als dem Bereich von 780 nm bis 3000 nm reflektiert, sofern dies für die Erfindung geeignet ist.For the purpose of optically imaging a capillary arranged in the measuring area on the sensor surface, the reflection surface can, for example, reflect radiation with a wavelength in the range of, for example, 780 nm to 3000 nm. It is also possible for the reflection surface to only reflect radiation with a wavelength in a sub-range or in several sub-ranges of the range from 780 nm to 3000 nm, provided this is suitable for the invention. Additionally or alternatively, it is also possible for the reflection surface to reflect radiation with a wavelength in a range other than the range from 780 nm to 3000 nm, provided this is suitable for the invention.
Nur ergänzend sei erwähnt, dass die erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung eine Linse oder eine Mehrzahl von Linsen aufweisen kann, wenn dies für die Erfindung geeignet ist. Beispielsweise kann eine Linse verwendet werden, um von der Reflexionsfläche reflektierte Strahlung zu fokussieren und/oder zu defokussieren. Die Linse/die Linsen ist/sind ebenfalls ein Bestandteil der abbildenden Optik und sie dient/dienen dazu, von dem Messbereich emittierte und von der Reflexionsfläche reflektierte Strahlung auf der Sensorfläche des Infrarotsensors abzubilden.It should be mentioned only as an addition that the temperature measuring device according to the invention can have a lens or a plurality of lenses if this is suitable for the invention. For example, a lens can be used to focus and/or defocus radiation reflected from the reflection surface. The lens(es) is/are also a component of the imaging optics and serves to image radiation emitted by the measuring area and reflected from the reflection surface onto the sensor surface of the infrared sensor.
Die Messung der Temperatur einer Kapillare mit der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung ist insgesamt sehr genau,
- - weil die Temperaturmesseinrichtung die Temperatur dieser Kapillare kontaktlos misst,
- - weil ein Abschnitt dieser Kapillare für eine Messung der Temperatur dieser Kapillare mittels der Haltevorrichtung genau in dem Messbereich anordbar ist,
- - weil die Haltevorrichtung, die Reflektoreinheit und der Infrarotsensor positionsfest aneinander anordbar oder angeordnet sind,
- - weil die Reflexionsfläche die von dem in dem Messbereich angeordneten Abschnitt der Kapillare emittierte Strahlung genau auf die Sensorfläche reflektieren kann, und
- - weil auch die Infrarotstrahlung einer von der Sensorfläche des Infrarotsensors abgewandten Seite der Kapillare mit gemessen wird.
- - because the temperature measuring device measures the temperature of this capillary without contact,
- - because a section of this capillary can be arranged exactly in the measuring area for measuring the temperature of this capillary by means of the holding device,
- - because the holding device, the reflector unit and the infrared sensor can be arranged or are arranged in a fixed position next to each other,
- - because the reflection surface can reflect the radiation emitted by the section of the capillary arranged in the measuring area precisely onto the sensor surface, and
- - because the infrared radiation from a side of the capillary facing away from the sensor surface of the infrared sensor is also measured.
Eine Messung der Temperatur einer Kapillare mit der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung ist außerdem sehr einfach, weil ein genaues Einstellen einer Entfernung zwischen einer Kapillare, deren Temperatur zu messen ist, und der Temperaturmesseinrichtung entfallen kann. Die Messung der Temperatur einer Kapillare mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist insofern auch kostengünstig, weil eine Verstelleinheit für ein genaues Einstellen einer Entfernung zwischen einer Kapillare, deren Temperatur zu messen ist, und der Temperaturmesseinrichtung entfallen kann. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung sehr kompakt, weil eine Verstelleinheit zum Einstellen einer Linse entfallen kann.Measuring the temperature of a capillary with the temperature measuring device according to the invention is also very simple because there is no need to precisely set a distance between a capillary whose temperature is to be measured and the temperature measuring device. Measuring the temperature of a capillary with the device according to the invention is also cost-effective because there is no need for an adjustment unit for precisely setting a distance between a capillary whose temperature is to be measured and the temperature measuring device. In addition, the temperature measuring device according to the invention is very compact because there is no need for an adjustment unit for setting a lens.
Bei einer geeigneten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung kann die Reflexionsfläche zusätzlich oder alternativ eine gekrümmte Reflexionsfläche sein. Die gekrümmte Reflexionsfläche weist einen Brennpunkt auf und die Haltevorrichtung ist derart ausgebildet, dass eine in der Haltevorrichtung gehaltene Kapillare zumindest teilweise in dem Brennpunkt der Reflexionsfläche anordbar ist. Der Brennpunkt ist in einem Abstand einer Brennweite zur Reflexionsfläche auf einer Geraden angeordnet, welche sich von der Reflexionsfläche erstreckt.In a suitable development of the temperature measuring device according to the invention, the reflection surface can additionally or alternatively be a curved reflection surface. The curved reflection surface has a focal point and the holding device is designed such that a capillary held in the holding device can be arranged at least partially in the focal point of the reflection surface. The focal point is arranged at a distance of a focal length from the reflection surface on a straight line which extends from the reflection surface.
Im Stand der Technik ist die Gerade, die sich von der Reflexionsfläche erstreckt, als die optische Achse der Reflexionsfläche bekannt, welche allgemein die Symmetrieachse einer abbildenden Optik ist. Ferner ist der Brennpunkt im Stand der Technik als derjenige Punkt einer abbildenden Optik bekannt, in dem sich parallel zu der optischen Achse der abbildenden Optik auf die abbildende Optik eintreffende Strahlen einer Strahlung nach der Brechung oder der Reflexion dieser Strahlen an der abbildenden Optik auf der optischen Achse schneiden.In the prior art, the straight line extending from the reflecting surface is known as the optical axis of the reflecting surface, which is generally the axis of symmetry of an imaging optic. Furthermore, the focal point is known in the prior art as the point of an imaging optic at which rays of radiation incident on the imaging optic parallel to the optical axis of the imaging optic intersect on the optical axis after the refraction or reflection of these rays at the imaging optic.
Wenn die optische Achse eine Gerade ist und der Brennpunkt ein Punkt ist, dann ist die Reflexionsfläche um die optische Achse drehsymmetrisch ausgebildet. Drehsymmetrisch bedeutet, dass die Reflexionsfläche nach einer Drehung um die optische Achse um einen Winkel β (mit β < 360°) auf sich selbst darstellbar ist. Beispielsweise kann der Winkel β 90° betragen. In diesem Fall kann die Reflexionsfläche durch eine Drehung um 90° um die optische Achse drehsymmetrisch sein. Alternativ kann der Winkel β beispielsweise 1° betragen. In diesem Fall kann die Reflexionsfläche im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die optische Achse sein. Vorliegend kann die Reflexionsfläche mit jedem Winkel β < 360° drehsymmetrisch um ihre optische Achse gebildet sein.If the optical axis is a straight line and the focal point is a point, then the reflection surface is rotationally symmetrical about the optical axis. Rotationally symmetrical means that the reflection surface can be represented on itself after a rotation about the optical axis by an angle β (with β < 360°). For example, the angle β can be 90°. In this case, the reflection surface can be rotationally symmetrical by a rotation of 90° about the optical axis. Alternatively, the angle β can be 1°, for example. In this case, the reflection surface can be essentially rotationally symmetrical about the optical axis. In this case, the reflection surface can be rotationally symmetrical about its optical axis with any angle β < 360°.
Alternativ kann die optische Achse im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als eine optische Ebene ausgebildet sein, welche eine Symmetrieebene der Reflexionsfläche ist. In diesem Zusammenhang kann ferner der Brennpunkt als eine in der Symmetrieebene angeordnete Brennlinie ausgebildet sein. Wenn die optische Achse als eine optische Ebene ausgebildet ist und der Brennpunkt eine Brennlinie ist, dann ist die Reflexionsfläche nicht drehsymmetrisch, sondern spiegelsymmetrisch zu der optischen Ebene ausgebildet.Alternatively, the optical axis in the sense of the present invention can also be designed as an optical plane, which is a plane of symmetry of the reflection surface. In this context, the focal point can also be designed as a focal line arranged in the plane of symmetry. If the optical axis is designed as an optical plane and the focal point is a focal line, then the reflection surface is not rotationally symmetrical, but rather mirror-symmetrical to the optical plane.
Wenn die erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung eine gekrümmte Reflexionsfläche mit einem Brennpunkt und einer optischen Achse aufweist, dann ist der Messbereich der Temperaturmesseinrichtung um die optische Achse gebildet und der Brennpunkt ist in diesem Messbereich angeordnet. Wenn die erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung eine gekrümmte Reflexionsfläche mit einer Brennlinie und einer optischen Ebene aufweist, dann ist der Messbereich der Temperaturmesseinrichtung um die optische Ebene gebildet und die Brennlinie ist in diesem Messbereich angeordnet. Ferner ist, wenn die gekrümmte Reflexionsfläche einen Brennpunkt oder eine Brennlinie aufweist, der Messfleck in einem Abstand der Brennweite zur Reflexionsfläche um den Brennpunkt bzw. die Brennlinie gebildet. Die räumliche Tiefe des Messbereichs kann ferner von einem Vielfachen der Brennweite der gekrümmten Reflexionsfläche begrenzt sein, wenn die gekrümmte Reflexionsfläche einen Brennpunkt oder eine Brennlinie aufweist. Das Vielfache der Brennweite kann beispielsweise das Zehnfache der Brennweite, das Fünffache der Brennweite oder das Doppelte der Brennweite sein.If the temperature measuring device according to the invention has a curved reflection surface with a focal point and an optical axis, then the measuring range of the temperature measuring device is formed around the optical axis and the focal point is arranged in this measuring range. If the temperature measuring device according to the invention has a curved reflection surface with a focal line and an optical plane, then the measuring range of the temperature measuring device is formed around the optical plane and the focal line is arranged in this measuring range. Furthermore, if the curved reflection surface has a focal point or a focal line, the measuring spot is formed around the focal point or the focal line at a distance of the focal length from the reflection surface. The spatial depth of the measuring range can also be limited by a multiple of the focal length of the curved reflection surface if the curved reflection surface has a focal point or a focal line. The multiple of the focal length can be, for example, ten times the focal length, five times the focal length or twice the focal length.
Dadurch, dass der Messbereich um den Brennpunkt bzw. um die Brennlinie ausgebildet ist und zusätzlich die Haltevorrichtung derart ausgebildet ist, dass eine Kapillare zumindest teilweise in dem Brennpunkt bzw. der Brennlinie der Reflexionsfläche anordbar ist, ist es möglich, einen großen Anteil einer von dem in dem Brennpunkt bzw. der Brennlinie angeordneten Abschnitt der Kapillare emittierten Strahlung mittels der Reflexionsfläche gebündelt auf der Sensorfläche des Infrarotsensors abzubilden. Demgegenüber wird ein geringerer Anteil einer von der Kapillare emittierten Strahlung mittels der Reflexionsfläche gebündelt auf der Sensorfläche des Infrarotsensors abgebildet, wenn die Haltevorrichtung derart ausgebildet ist, dass eine in der Haltevorrichtung gehaltene Kapillare nicht mit einem Abschnitt in dem Brennpunkt bzw. der Brennlinie der Reflexionsfläche anordbar ist.Because the measuring area is formed around the focal point or the focal line and the holding device is additionally designed such that a capillary can be arranged at least partially in the focal point or the focal line of the reflection surface, it is possible to image a large proportion of a radiation emitted by the section of the capillary arranged in the focal point or the focal line in a bundled manner on the sensor surface of the infrared sensor by means of the reflection surface. In contrast, a smaller proportion of a radiation emitted by the capillary is imaged in a bundled manner on the sensor surface of the infrared sensor by means of the reflection surface if the holding device is designed such that a capillary held in the holding device cannot be arranged with a section in the focal point or the focal line of the reflection surface.
Wenn die Haltevorrichtung derart ausgebildet ist, dass eine in der Haltevorrichtung gehaltene Kapillare zumindest teilweise in dem Brennpunkt bzw. der Brennlinie der Reflexionsfläche anordbar ist, kann insgesamt ein besonders günstiges Verhältnis aus einer geringen Baugröße der Temperaturmesseinrichtung und der Menge der von der Sensorfläche aufgenommenen Infrarotstrahlung erzielt werden. Die Menge der von der Sensorfläche aufgenommenen Infrarotstrahlung ist die über die Dauer einer Temperaturmessung integrierte und von der Sensorfläche aufgenommene Intensität der Infrarotstrahlung. Somit ist es möglich, die Temperatur einer Kapillare bei geringer Baugröße der Temperaturmesseinrichtung besonders genau zu messen.If the holding device is designed in such a way that a capillary held in the holding device can be arranged at least partially in the focal point or focal line of the reflection surface, a particularly favorable ratio can be achieved overall between a small size of the temperature measuring device and the amount of infrared radiation absorbed by the sensor surface. The amount of infrared radiation absorbed by the sensor surface is the intensity of the infrared radiation integrated over the duration of a temperature measurement and absorbed by the sensor surface. This makes it possible to measure the temperature of a capillary particularly precisely with a small size of the temperature measuring device.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung kann die gekrümmte Reflexionsfläche zusätzlich oder alternativ die Reflexionsfläche eines sphärischen Hohlspiegels oder eines zylindrischen Hohlspiegels sein. Ein sphärischer Hohlspiegel im Sinne der Erfindung ist ein Spiegel mit einer konkaven, sphärisch ausgebildeten Reflexionsfläche oder mit einer konkaven, im Wesentlichen sphärisch ausgebildeten Reflexionsfläche. Die Reflexionsfläche ist in diesem Fall rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse oder im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der optischen Achse und sie weist einen Brennpunkt auf. Ein zylindrischer Hohlspiegel im Sinne der Erfindung ist ein Spiegel mit einer konkaven Reflexionsfläche in der Form einer Mantelfläche eines Zylindersektors oder im Wesentlichen in der Form einer Mantelfläche eines Zylindersektors. Die Reflexionsfläche ist in diesem Fall spiegelsymmetrisch bezüglich der optischen Ebene oder im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich der optischen Ebene und sie weist eine Brennlinie auf.In a further development of the temperature measuring device according to the invention, the curved reflection surface can additionally or alternatively be the reflection surface of a spherical concave mirror or a cylindrical concave mirror. A spherical concave mirror in the sense of the invention is a mirror with a concave, spherically formed reflection surface or with a concave, essentially spherically formed reflection surface. In this case, the reflection surface is rotationally symmetrical with respect to the optical axis or essentially rotationally symmetrical with respect to the optical axis and it has a focal point. A cylindrical concave mirror in the sense of the invention is a mirror with a concave reflection surface in the form of a lateral surface of a cylinder sector or essentially in the form of a lateral surface of a cylinder sector. In this case, the reflection surface is mirror-symmetrical with respect to the optical plane or essentially mirror-symmetrical with respect to the optical plane and it has a focal line.
Wenn die gekrümmte Reflexionsfläche die Form eines sphärischen oder zylindrischen Hohlspiegels aufweist, ist der Radius der Reflexionsfläche identisch mit der doppelten Brennweite der Reflexionsfläche. Wenn ein Körper, der in einem Abstand von der Reflexionsfläche des sphärischen oder zylindrischen Hohlspiegels entfernt ist und der Abstand größer ist als der Radius der Reflexionsfläche, wird der Körper gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Regel der physikalischen Optik durch die Reflexionsfläche optisch verkleinert dargestellt. Für die vorliegende Erfindung ist eine optische Verkleinerung eines Körpers, insbesondere einer Kapillare nicht zielführend. Insofern kann der Messbereich auf einen Bereich begrenzt sein, der sich von der gekrümmten Reflexionsfläche bis zur doppelten Brennweite der Reflexionsfläche erstreckt. Diese Begrenzung des Messbereichs kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Sensorfläche des Infrarotsensors in einem Abstand zu der gekrümmten Reflexionsfläche angeordnet ist, der der doppelten Brennweite der gekrümmten Reflexionsfläche entspricht.If the curved reflection surface has the shape of a spherical or cylindrical concave mirror, the radius of the reflection surface is identical to twice the focal length of the reflection surface. If a body is at a distance from the reflection surface of the spherical or cylindrical concave mirror and the distance is greater than the radius of the reflection surface, the body is represented optically reduced in size by the reflection surface according to the rules of physical optics known from the prior art. For the present invention, an optical reduction in size of a body, in particular a capillary, is not useful. In this respect, the measuring range can be limited to an area that extends from the curved reflection surface to twice the focal length of the reflection surface. This limitation of the measuring range can be realized, for example, by arranging the sensor surface of the infrared sensor at a distance from the curved reflection surface that corresponds to twice the focal length of the curved reflection surface.
Alternativ kann die gekrümmte Reflexionsfläche auch in der Form eines parabolischen Hohlspiegels ausgebildet sein. Wiederum alternativ kann die gekrümmte Reflexionsfläche in der Form eines Hohlspiegels mit parabolisch ausgebildeter Mantelfläche ausgebildet sein. Gängige sphärische Hohlspiegel und gängige parabolische Hohlspiegel reflektieren Strahlung, die auf diese Hohlspiegel eintrifft, sehr ähnlich. Parabolische Hohlspiegel weisen einen etwas besser fokussierten Brennpunkt als sphärische Hohlspiegel auf, jedoch sind parabolische Hohlspiegel schwieriger zu fertigen als sphärische Hohlspiegel. Grundsätzlich sind beide Arten von Spiegeln (sphärische Hohlspiegel und parabolische Hohlspiegel) für die vorliegende Erfindung identisch verwendbar. Das gleiche gilt für zylindrische Hohlspiegel und Hohlspiegel mit parabolisch ausgebildeter Mantelfläche.Alternatively, the curved reflection surface can also be designed in the form of a parabolic concave mirror. Alternatively, the curved reflection surface can be designed in the form of a concave mirror with a parabolic outer surface. Common spherical concave mirrors and common parabolic concave mirrors reflect radiation that hits these concave mirrors in a very similar way. Parabolic concave mirrors have a slightly better focused focal point than spherical concave mirrors, but parabolic concave mirrors are more difficult to manufacture than spherical concave mirrors. In principle, both types of mirrors (spherical concave mirrors and parabolic concave mirrors) can be used identically for the present invention. The same applies to cylindrical concave mirrors and concave mirrors with a parabolic outer surface.
Gemäß einer weiteren Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung kann die Haltevorrichtung zusätzlich oder alternativ Führungsteile zum positionsfesten Halten der Kapillare aufweisen, wobei zumindest eine Untermenge der Führungsteile an den Messbereich angrenzend angeordnet ist. Die Führungsteile können positionsfest und voneinander beabstandet mit der Haltevorrichtung verbindbar oder verbunden sein. Wenn eine Kapillare in oder an den Führungsteilen angeordnet ist und dadurch an der Haltevorrichtung angeordnet ist, geben die Positionen der Führungsteile an der Haltevorrichtung die Position der darin oder daran anordbaren oder angeordneten Kapillare in Relation zu der Haltevorrichtung vor. Dadurch kann ein Weg, entlang dem die Kapillare an der Haltevorrichtung angeordnet ist, vorgegeben sein. Durch eine an dem Messbereich angrenzende Anordnung der Führungsteile ist eine besonders genaue Temperaturmessung möglich. Denn eine in den Führungsteilen gehaltene Kapillare ist möglichst nah am Messbereich gelagert und somit genau positionierbar, ohne dass die Führungsteile selbst im Messbereich angeordnet sind und somit das Ergebnis der Temperaturmessung beeinflussen.According to a further embodiment of the temperature measuring device according to the invention, the holding device can additionally or alternatively have guide parts for holding the capillary in a fixed position, with at least a subset of the guide parts being arranged adjacent to the measuring area. The guide parts can be connected or connected to the holding device in a fixed position and at a distance from one another. If a capillary is arranged in or on the guide parts and is thus arranged on the holding device, the positions of the guide parts on the holding device specify the position of the capillary that can be arranged or is arranged therein or thereon in relation to the holding device. This can specify a path along which the capillary is arranged on the holding device. By arranging the guide parts adjacent to the measuring area, a particularly precise temperature measurement is possible. This is because a capillary held in the guide parts is stored as close as possible to the measuring area and can therefore be positioned precisely without the guide parts themselves being arranged in the measuring area and thus influencing the result of the temperature measurement.
Beispielsweise weist jedes der Führungsteile einen Führungsabschnitt auf. Eine Kapillare ist in oder an dem Führungsabschnitt positionsgenau anordbar. Beispielsweise ist eine Kapillare in den Führungsabschnitt positionsgenau eingelegt oder einlegbar. Zusätzlich oder alternativ kann eine Kapillare von dem Führungsabschnitt hängend positionsgenau getragen werden.For example, each of the guide parts has a guide section. A capillary can be arranged in or on the guide section in a precise position. For example, a capillary is or can be inserted in the guide section in a precise position. Additionally or alternatively, a capillary can be suspended and carried in a precise position by the guide section.
Der Führungsabschnitt weist beispielsweise einen Oberflächenabschnitt auf, der mit einer Kapillare, die in oder an dem Führungsabschnitt anordbar oder angeordnet ist, in Kontakt ist. Dieser Oberflächenabschnitt ist derart gestaltet, dass eine Kontaktfläche zwischen dem Führungsabschnitt und einer Kapillare klein ist. Die kleine Kontaktfläche kann beispielsweise kleiner als ein Zehntel der Querschnittsfläche der Kapillare sein oder kleiner als 0,1 mm2 sein. Zum Zweck der Erzeugung einer kleinen Kontaktfläche kann der Oberflächenabschnitt des Führungsabschnitts insbesondere eine oder mehrere Krümmungen aufweisen. Dadurch kann die Kontaktfläche eine Kontaktlinie oder ein Kontaktpunkt sein. Durch eine kleine Kontaktfläche zwischen dem Führungsabschnitt und einer darin anordbaren Kapillare ist es möglich, dass nur wenig Wärme zwischen der Kapillare und dem Führungsteil ausgetauscht wird. Ein geringer Übertrag von Wärme in die Kapillare und/oder aus der Kapillare ist wichtig für eine hohe Genauigkeit einer chemischen Analyse eines in der Kapillare strömenden Stoffgemischs. Weitere Details hierzu sind weiter unten beschrieben. Im Ergebnis kann eine Kapillare mit den Führungsteilen besonders genau in einer Position innerhalb des Messbereichs gehalten werden, die für eine Temperaturmessung mit der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung geeignet ist, wobei eine chemische Analyse eines in der Kapillare strömenden Stoffgemischs durch die Führungsteile nur minimal beeinflusst wird.The guide section has, for example, a surface section that is in contact with a capillary that can be arranged or is arranged in or on the guide section. This surface section is designed in such a way that a contact surface between the guide section and a capillary is small. The small contact surface can, for example, be smaller than a tenth of the cross-sectional area of the capillary or smaller than 0.1 mm 2 . For the purpose of creating a small contact surface, the surface section of the guide section can in particular have one or more curvatures. The contact surface can therefore be a contact line or a contact point. A small contact surface between the guide section and a capillary that can be arranged therein makes it possible for only a small amount of heat to be exchanged between the capillary and the guide part. A low transfer of heat into the capillary and/or out of the capillary is important for a high accuracy of a chemical analysis of a mixture of substances flowing in the capillary. Further details on this are described below. As a result, a capillary with the guide parts can be positioned particularly precisely within the measuring range. range which is suitable for a temperature measurement with the temperature measuring device according to the invention, wherein a chemical analysis of a mixture of substances flowing in the capillary is only minimally influenced by the guide parts.
Ein Beispiel für ein Führungsteil der vorstehend beschriebenen Art kann ein Führungsteil in der Form einer zweizinkigen Gabel sein, wobei ein Griff der Gabel mit der Haltevorrichtung verbunden ist und eine Kapillare zwischen den beiden Zinken der zweizinkigen Gabel in einem Führungsabschnitt anordbar ist. Die Gabelweite, also der Abstand zwischen den beiden Zinken, kann in diesem Beispiel identisch oder im Wesentlichen identisch zu dem Durchmesser der Kapillare sein. Zusätzlich können die beiden Zinken der zweizinkigen Gabel mit den freien, vom Griff hinwegweisenden Enden einander zugeneigt und/oder aufeinander zugebogen ausgebildet sein. Das Einsetzen einer Kapillare in das Führungsteil erfolgt dann, indem die beiden Zinken der zweizinkigen Gabel elastisch auseinander gebogen und die Kapillare zwischen den beiden Zinken angeordnet wird. Die beiden Zinken federn anschließend elastisch zurück, so dass die Kapillare radial in jeder Richtung fixiert ist.An example of a guide part of the type described above can be a guide part in the form of a two-pronged fork, wherein a handle of the fork is connected to the holding device and a capillary can be arranged between the two prongs of the two-pronged fork in a guide section. The fork width, i.e. the distance between the two prongs, can in this example be identical or essentially identical to the diameter of the capillary. In addition, the two prongs of the two-pronged fork can be inclined towards each other with the free ends pointing away from the handle and/or bent towards each other. A capillary is then inserted into the guide part by elastically bending the two prongs of the two-pronged fork apart and arranging the capillary between the two prongs. The two prongs then spring back elastically so that the capillary is fixed radially in every direction.
Die Führungsteile können insbesondere aus Hochtemperaturpolymer gebildet sein. Hochtemperaturpolymere weisen eine ausreichend hohe Festigkeit zum Halten der Kapillare auf und sie sind für einen Einsatz bei Temperaturen von bis 400°C geeignet. Insbesondere gegenüber Metallen weisen Hochtemperaturpolymere zusätzlich eine geringe absolute Wärmekapazität und eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die Temperatur einer in den Hochtemperaturpolymer-Führungsteilen angeordneten Kapillare nicht oder im Wesentlichen nicht durch die Führungsteile beeinflusst wird. Beispiele für Hochtemperaturpolymere sind Polyimid (PI), Polyethersulfon (PES), Polyetherimid (PEI), Polyamidimid (PAI) und/oder Komposite dieser. Zusätzlich oder alternativ können auch andere Hochtemperaturpolymere verwendet werden, die für die Erfindung geeignet sind.The guide parts can in particular be made of high-temperature polymer. High-temperature polymers have a sufficiently high strength to hold the capillary and they are suitable for use at temperatures of up to 400°C. In particular compared to metals, high-temperature polymers also have a low absolute heat capacity and a low thermal conductivity, so that the temperature of a capillary arranged in the high-temperature polymer guide parts is not or essentially not influenced by the guide parts. Examples of high-temperature polymers are polyimide (PI), polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), polyamideimide (PAI) and/or composites thereof. Additionally or alternatively, other high-temperature polymers that are suitable for the invention can also be used.
Bei einer weiteren Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung kann die Haltevorrichtung zusätzlich oder alternativ eine erste Haltevorrichtungsseite und eine der ersten Haltevorrichtungsseite gegenüberliegende zweite Haltevorrichtungsseite aufweisen. Der Infrarotsensor ist dann an der ersten Haltevorrichtungsseite der Haltevorrichtung angeordnet und die Reflektoreinheit ist an der zweiten Haltevorrichtungsseite der Haltevorrichtung angeordnet, so dass die Sensorfläche des Infrarotsensors und die Reflexionsfläche der Reflektoreinheit einander gegenüberliegen.In a further development of the temperature measuring device according to the invention, the holding device can additionally or alternatively have a first holding device side and a second holding device side opposite the first holding device side. The infrared sensor is then arranged on the first holding device side of the holding device and the reflector unit is arranged on the second holding device side of the holding device, so that the sensor surface of the infrared sensor and the reflection surface of the reflector unit are opposite each other.
In diesem Fall ist der Messbereich der Temperaturmesseinrichtung ein Raum zwischen der Sensorfläche des Infrarotsensors und der Reflexionsfläche der Reflektoreinheit. Der Messbereich kann der gesamte Raum zwischen der Sensorfläche des Infrarotsensors und der Reflexionsfläche der Reflektoreinheit sein. Alternativ kann der Messbereich eine Teilmenge dieses gesamten Raumes sein, beispielsweise dann, wenn die Reflexionsfläche eine konkav gekrümmte Reflexionsfläche ist. Von einer Kapillare emittierte Strahlung wird mittels der Reflektoreinheit auf die Sensorfläche des Infrarotsensors abgebildet, wenn ein Abschnitt dieser Kapillare in dem zwischen der Sensorfläche und der Reflexionsfläche eingerichteten Messbereich angeordnet ist.In this case, the measuring range of the temperature measuring device is a space between the sensor surface of the infrared sensor and the reflection surface of the reflector unit. The measuring range can be the entire space between the sensor surface of the infrared sensor and the reflection surface of the reflector unit. Alternatively, the measuring range can be a subset of this entire space, for example if the reflection surface is a concavely curved reflection surface. Radiation emitted by a capillary is imaged onto the sensor surface of the infrared sensor by means of the reflector unit if a section of this capillary is arranged in the measuring range established between the sensor surface and the reflection surface.
Wenn die Sensorfläche des Infrarotsensors und die Reflexionsfläche der Reflektoreinheit einander gegenüberliegen und der Messbereich ein dazwischenliegender Raum ist, kann der Winkel α zwischen der ersten Strecke, die den Messbereich mit der Reflexionsfläche verbindet, und der zweiten Strecke, die die Reflexionsfläche mit der Sensorfläche verbindet, insbesondere 0° oder im Wesentlichen 0° betragen. Damit ist gemeint, dass der Messbereich insbesondere mittig oder im Wesentlichen mittig vor der Reflexionsfläche und vor der Sensorfläche angeordnet ist.If the sensor surface of the infrared sensor and the reflection surface of the reflector unit are opposite each other and the measuring area is a space in between, the angle α between the first section connecting the measuring area to the reflection surface and the second section connecting the reflection surface to the sensor surface can be in particular 0° or substantially 0°. This means that the measuring area is arranged in particular centrally or substantially centrally in front of the reflection surface and in front of the sensor surface.
Eine Temperaturmesseinrichtung, bei der die Sensorfläche und die Reflexionsfläche einander gegenüberliegen, ist konstruktiv besonders einfach zu realisieren, weil hierfür die erste Seite des Infrarotsensors, die zweite Seite der Reflektoreinheit, die erste Haltevorrichtungsseite, die zweite Haltevorrichtungsseite und eine in der Haltevorrichtung anordbare Kapillare in Winkeln von insbesondere 0°, 90°, 180° und/oder 270° zueinander angeordnet sein können. Mit anderen Worten ausgedrückt, können die erste Seite des Infrarotsensors, die zweite Seite der Reflektoreinheit, die erste Haltevorrichtungsseite, die zweite Haltevorrichtungsseite und eine in der Haltevorrichtung anordbare Kapillare insbesondere rechtwinklig und/oder parallel zueinander angeordnet sein. Rechte Winkel und Parallelen können besonders einfach konstruiert werden und besonders genau gefertigt werden. Ferner können die Reflektoreinheit und der Infrarotsensor besonders einfach und genau an der Haltevorrichtung angeordnet werden. Einfach und genau Anordnen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Reflektoreinheit und der Infrarotsensor mit besonders wenig Aufwand an der Haltevorrichtung anordbar sind und sich der Messbereich nach dem Anordnen exakt in einer bestimmungsgemäßen Position in Relation zu der Haltevorrichtung befinden kann, die für die Temperaturmesseinrichtung vorbestimmt war. Das Anordnen der Reflektoreinheit und des Infrarotsensors an der Haltevorrichtung kann beispielsweise durch Verbinden mittels Nut-und-Feder, mittels Clips und/oder mittels Schrauben realisiert sein.A temperature measuring device in which the sensor surface and the reflection surface are opposite one another is particularly simple to construct because the first side of the infrared sensor, the second side of the reflector unit, the first holding device side, the second holding device side and a capillary that can be arranged in the holding device can be arranged at angles of in particular 0°, 90°, 180° and/or 270° to one another. In other words, the first side of the infrared sensor, the second side of the reflector unit, the first holding device side, the second holding device side and a capillary that can be arranged in the holding device can be arranged in particular at right angles and/or parallel to one another. Right angles and parallels can be constructed particularly simply and manufactured particularly precisely. Furthermore, the reflector unit and the infrared sensor can be arranged particularly simply and precisely on the holding device. In this context, simple and precise arrangement means that the reflector unit and the infrared sensor can be arranged on the holding device with very little effort and that the measuring area can be located exactly in the intended position in relation to the holding device after arrangement, which was predetermined for the temperature measuring device. The arrangement of the reflector unit and the infrared sensor on the holding device can, for example, by connecting using tongue and groove, clips and/or screws.
Wenn die Sensorfläche des Infrarotsensors und die Reflexionsfläche der Reflektoreinheit so an der Haltevorrichtung angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, kann auch die Abbildung von dem Messbereich emittierter Strahlung auf die Sensorfläche besonders genau sein und somit eine hohe Intensität der Infrarotstrahlung über die Dauer einer Temperaturmessung von der Sensorfläche aufgenommen werden. Denn dann ist es möglich, dass ein Anteil der emittierten Strahlung, der ungerichtet an der Reflexionsfläche gestreut wird und somit für die Messung der Temperatur nicht nutzbar ist, minimal ist. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass der Bereich der Wellenlänge der Strahlung durch die Reflexion nicht oder nur geringstmöglich verschoben wird, weil ein Einfallswinkel der emittierten Strahlung auf die Reflexionsfläche möglichst klein sein kann. In der Praxis wird eine Verschiebung von Wellenlängen als Rotverschiebung bzw. als Blauverschiebung bezeichnet. Sie kann zu einer Ungenauigkeit bei der Messung einer Temperatur führen.If the sensor surface of the infrared sensor and the reflection surface of the reflector unit are arranged on the holding device so that they face each other, the imaging of the radiation emitted in the measuring area onto the sensor surface can be particularly precise and thus a high intensity of infrared radiation can be recorded by the sensor surface over the duration of a temperature measurement. This is because it is then possible that a proportion of the emitted radiation that is scattered undirectly on the reflection surface and thus cannot be used to measure the temperature is minimal. Additionally or alternatively, it is possible that the range of the wavelength of the radiation is not shifted or is only shifted as slightly as possible by the reflection because the angle of incidence of the emitted radiation on the reflection surface can be as small as possible. In practice, a shift in wavelengths is referred to as redshift or blueshift. It can lead to inaccuracy when measuring a temperature.
Bei einer noch weiteren Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung kann zusätzlich oder alternativ eine erste Positionierungsvorrichtung zum Verändern einer relativen Position der Reflexionsfläche zu der Haltevorrichtung oder der Reflexionsfläche zu einem Abschnitt der Haltevorrichtung vorgesehen sein. Mit der ersten Positionierungsvorrichtung kann entweder die Reflexionsfläche oder mindestens ein Abschnitt der Haltevorrichtung verschoben werden. Alternativ können mit der Positionierungsvorrichtung die Reflexionsfläche und ein mindestens ein Abschnitt der Haltevorrichtung verschoben werden. Wenn die Haltevorrichtung oder ein Abschnitt der Haltevorrichtung verschoben wird, in welchem die Kapillare angeordnet ist, wird auch die darin angeordnete Kapillare verschoben. Durch das Verändern der relativen Position der Reflexionsfläche zu der Haltevorrichtung oder der Reflexionsfläche zu einem Abschnitt der Haltevorrichtung ist es möglich, den Messbereich der Temperaturmesseinrichtung und eine in der Haltevorrichtung oder in dem Abschnitt der Haltevorrichtung anordbare oder angeordnete Kapillare aufeinander abzustimmen. Beispielsweise kann der Messbereich in Relation zu der Kapillare verschoben werden, indem die Reflexionsfläche verschoben wird, oder die Kapillare kann in Relation zu der Reflexionsfläche und somit zu dem Messbereich verschoben werden, so dass sich ein Abschnitt der Kapillare und der Messfleck der Temperaturmesseinrichtung überdecken oder nahezu überdecken.In a still further development of the temperature measuring device according to the invention, a first positioning device can additionally or alternatively be provided for changing a relative position of the reflection surface to the holding device or of the reflection surface to a section of the holding device. With the first positioning device, either the reflection surface or at least a section of the holding device can be moved. Alternatively, the reflection surface and at least a section of the holding device can be moved with the positioning device. If the holding device or a section of the holding device in which the capillary is arranged is moved, the capillary arranged therein is also moved. By changing the relative position of the reflection surface to the holding device or of the reflection surface to a section of the holding device, it is possible to coordinate the measuring range of the temperature measuring device and a capillary that can be arranged or is arranged in the holding device or in the section of the holding device. For example, the measuring range can be shifted in relation to the capillary by shifting the reflection surface, or the capillary can be shifted in relation to the reflection surface and thus to the measuring range, so that a section of the capillary and the measuring spot of the temperature measuring device overlap or almost overlap.
Das Abstimmen des Messbereichs, insbesondere des Messflecks, auf die Position einer in der Haltevorrichtung oder in dem Abschnitt der Haltevorrichtung anordbaren oder angeordneten Kapillare ist insbesondere deshalb wichtig, weil Temperatureinflüsse zu einem thermisch induzierten Ausdehnen oder zu einem thermisch induzierten Zusammenziehen der Temperaturmesseinrichtung führen können. Durch das Ausdehnen oder das Zusammenziehen der Temperaturmesseinrichtung kann die Position des Messflecks der Temperaturmesseinrichtung in Bezug auf die Haltevorrichtung verändert werden. Der Messbereich der Temperaturmesseinrichtung kann sogar derart verändert werden, dass dieser eine in der Haltevorrichtung angeordnete Kapillare nicht mehr auf der Sensorfläche abbildet. Somit kann ein aktives Verändern, beispielsweise ein Verschieben, der Position des Messbereichs oder einer Position einer in der Haltevorrichtung angeordneten Kapillare wünschenswert sein, um die Position des Messbereiches und die Position der Kapillare aufeinander abstimmen zu können.Coordinating the measuring range, in particular the measuring spot, with the position of a capillary that can be arranged or is arranged in the holding device or in the section of the holding device is particularly important because temperature influences can lead to a thermally induced expansion or a thermally induced contraction of the temperature measuring device. By expanding or contracting the temperature measuring device, the position of the measuring spot of the temperature measuring device can be changed in relation to the holding device. The measuring range of the temperature measuring device can even be changed in such a way that it no longer images a capillary arranged in the holding device on the sensor surface. Thus, an active change, for example a shift, of the position of the measuring range or a position of a capillary arranged in the holding device can be desirable in order to be able to coordinate the position of the measuring range and the position of the capillary.
Das Verschieben der Reflexionsfläche in Bezug auf die Haltevorrichtung oder einen Abschnitt der Haltevorrichtung, in dem die Kapillare anordbar ist, kann beispielsweise realisiert sein, indem die Reflektoreinheit zusätzlich zu dem Reflektorkörper, der Reflexionsfläche und der zweiten Seite die erste Positionierungsvorrichtung aufweist. Die Reflektoreinheit kann dann beispielsweise mit der an der ersten Positionierungsvorrichtung angeordneten zweiten Seite mit der Haltevorrichtung verbunden sein. Zusätzlich kann die Reflexionsfläche an dem Reflektorkörper angeordnet sein und die erste Positionierungsvorrichtung und der Reflektorkörper können beispielsweise verschiebbar miteinander verbunden sein.The displacement of the reflection surface in relation to the holding device or a section of the holding device in which the capillary can be arranged can be realized, for example, in that the reflector unit has the first positioning device in addition to the reflector body, the reflection surface and the second side. The reflector unit can then be connected to the holding device, for example with the second side arranged on the first positioning device. In addition, the reflection surface can be arranged on the reflector body and the first positioning device and the reflector body can be connected to one another in a displaceable manner, for example.
Das Verschieben der Haltevorrichtung oder eines Abschnitts der Haltevorrichtung, in dem die Kapillare anordbar ist, in Bezug auf die Reflexionsfläche kann beispielsweise realisiert sein, indem die erste Positionierungsvorrichtung einen Befestigungsabschnitt aufweist, die erste Positionierungsvorrichtung mit diesem Befestigungsabschnitt positionsfest mit der Haltevorrichtung verbunden ist und die erste Positionierungsvorrichtung einen mit dem Befestigungsabschnitt verschiebbar verbundenen Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen einer Kapillare aufweist. Wenn eine Kapillare in dem Aufnahmeabschnitt angeordnet ist, kann das Verschieben des Aufnahmeabschnitts ein Verschieben der darin angeordneten Kapillare in Bezug auf die Reflexionsfläche verursachen. In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass der Aufnahmeabschnitt als der vorstehend genannte Abschnitt der Haltevorrichtung ausgebildet ist. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass der Aufnahmeabschnitt als die Führungsteile oder zumindest die Untermenge der Führungsteile ausgebildet ist.The displacement of the holding device or of a section of the holding device in which the capillary can be arranged in relation to the reflection surface can be realized, for example, in that the first positioning device has a fastening section, the first positioning device is connected to the holding device in a fixed position with this fastening section, and the first positioning device has a receiving section for receiving a capillary that is displaceably connected to the fastening section. If a capillary is arranged in the receiving section, the displacement of the receiving section can cause the capillary arranged therein to be displaced in relation to the reflection surface. In this context, it is possible for the receiving section to be designed as the above-mentioned section of the holding device. Additionally or alternatively, it is possible for the receiving section to be designed as the guide parts or at least the subset of the guide parts.
Weiterhin zusätzlich oder alternativ kann bei der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung eine zweite Positionierungsvorrichtung zum Verändern einer relativen Position der Sensorfläche zur Reflexionsfläche vorgesehen sein. Mit der zweiten Positionierungsvorrichtung kann entweder die Sensorfläche oder die Reflexionsfläche verschoben werden. Alternativ können mit der zweiten Positionierungsvorrichtung die Sensorfläche und die Reflexionsfläche verschoben werden. Wenn die Position der Sensorfläche in Bezug auf die Position der Reflexionsfläche verändert wird, wird aufgrund der aus dem Stand der Technik bekannten Regeln der physikalischen Optik auch der Messbereich der Temperaturmesseinrichtung verschoben. Die zweite Positionierungsvorrichtung dient somit ebenfalls dazu, die Position des Messbereichs in Relation zu einer in der Haltevorrichtung anordbaren oder angeordneten Kapillare zu verändern und ist mit den gleichen Vorteilen verbunden, wie die erste Positionierungsvorrichtung.Furthermore, in addition or as an alternative, the temperature measuring device according to the invention can be provided with a second positioning device for changing a relative position of the sensor surface to the reflection surface. With the second positioning device, either the sensor surface or the reflection surface can be moved. Alternatively, the sensor surface and the reflection surface can be moved with the second positioning device. If the position of the sensor surface is changed in relation to the position of the reflection surface, the measuring range of the temperature measuring device is also moved due to the rules of physical optics known from the prior art. The second positioning device thus also serves to change the position of the measuring range in relation to a capillary that can be arranged or is arranged in the holding device and is associated with the same advantages as the first positioning device.
Wenn die erste Positionierungsvorrichtung und die zweite Positionierungsvorrichtung vorgesehen sind, können insgesamt die Position der Haltevorrichtung (bzw. die Position eines die Kapillare tragenden Abschnitts der Haltevorrichtung) und/oder die Position der Reflexionsfläche und/oder die Position der Sensorfläche verschoben werden. Jede dieser Verschiebungen ist dazu geeignet, die Position der Kapillare und die Position des Messbereichs, insbesondere des Messflecks, örtlich aufeinander abzustimmen.If the first positioning device and the second positioning device are provided, the position of the holding device (or the position of a section of the holding device carrying the capillary) and/or the position of the reflection surface and/or the position of the sensor surface can be shifted overall. Each of these shifts is suitable for locally coordinating the position of the capillary and the position of the measuring area, in particular the measuring spot.
In diesem Zusammenhang ist es möglich, die Position der Reflexionsfläche und/oder die Position der Sensorfläche zu verändern.In this context, it is possible to change the position of the reflection surface and/or the position of the sensor surface.
Die zweite Positionierungsvorrichtung kann insbesondere eine von der ersten Positionierungsvorrichtung separierte Positionierungsvorrichtung sein. Die zweite Positionierungsvorrichtung kann identisch oder im Wesentlichen identisch zur ersten Positionierungsvorrichtung ausgebildet sein. Wenn nur die Position der Sensorfläche veränderbar sein soll und die Position der Reflexionsfläche nicht veränderbar sein soll, kann die zweite Positionierungsvorrichtung die einzige Positionierungsvorrichtung sein. Wenn die Position der Sensorfläche und die Position der Reflexionsfläche veränderbar sein sollen, ist es auch möglich, die erste Positionierungsvorrichtung und die zweite Positionierungsvorrichtung in einer gemeinsamen Positionierungsvorrichtung auszubilden.The second positioning device can in particular be a positioning device that is separate from the first positioning device. The second positioning device can be designed to be identical or substantially identical to the first positioning device. If only the position of the sensor surface is to be changeable and the position of the reflection surface is not to be changeable, the second positioning device can be the only positioning device. If the position of the sensor surface and the position of the reflection surface are to be changeable, it is also possible to design the first positioning device and the second positioning device in a common positioning device.
Das Verschieben der Sensorfläche in Bezug auf die Reflexionsfläche kann beispielsweise realisiert sein, indem der Infrarotsensor zusätzlich zu der Sensorfläche und der ersten Seite auch die zweite Positionierungsvorrichtung aufweist. Der Infrarotsensor kann dann beispielsweise mit der an der zweiten Positionierungsvorrichtung angeordneten ersten Seite mit der Haltevorrichtung verbunden sein.The displacement of the sensor surface in relation to the reflection surface can be achieved, for example, by the infrared sensor also having the second positioning device in addition to the sensor surface and the first side. The infrared sensor can then be connected to the holding device, for example, with the first side arranged on the second positioning device.
Die Temperaturmesseinrichtung weist eine Temperiereinrichtung zum Kühlen oder zum Beheizen der Haltevorrichtung auf. Wie vorstehend erläutert, können Temperatureinflüsse zu einem thermisch induzierten Ausdehnen oder zu einem thermisch induzierten Zusammenziehen der Temperaturmesseinrichtung führen, so dass die Position des Messbereichs, insbesondere des Messflecks, und die Position eines Abschnitts einer in der Haltevorrichtung anordbaren oder angeordneten Kapillare nicht aufeinander abgestimmt sind. Außerdem können Temperatureinflüsse zu einem verfälschten Messergebnis des Infrarotsensors führen. Bei der vorliegenden Erfindung sind Temperatureinflüsse, die auf die Temperaturmesseinrichtung einwirken, insbesondere auf eine in der Haltevorrichtung angeordnete, beheizte Kapillare zurückzuführen. Mittels der Temperiereinrichtung zum Kühlen oder zum Beheizen der Haltevorrichtung ist es möglich, die Haltevorrichtung auf eine konstante oder im Wesentlichen konstanteThe temperature measuring device has a tempering device for cooling or heating the holding device. As explained above, temperature influences can lead to a thermally induced expansion or a thermally induced contraction of the temperature measuring device, so that the position of the measuring area, in particular of the measuring spot, and the position of a section of a capillary that can be arranged or is arranged in the holding device are not coordinated with one another. In addition, temperature influences can lead to a falsified measurement result of the infrared sensor. In the present invention, temperature influences that act on the temperature measuring device are in particular due to a heated capillary arranged in the holding device. By means of the tempering device for cooling or heating the holding device, it is possible to heat the holding device to a constant or essentially constant
Temperatur unabhängig von der Temperatur einer darin angeordneten Kapillare zu temperieren.Temperature independent of the temperature of a capillary arranged therein.
Beispielsweise kann die Temperiereinrichtung eine Heizung, insbesondere eine elektrische Heizung, sein, die in oder an der Haltevorrichtung angeordnet ist. Diese elektrische Heizung kann insbesondere von der elektrischen Beheizung der Kapillare funktional losgelöst sein. Durch die Temperiereinrichtung kann die Haltevorrichtung auf eine konstante Temperatur oberhalb der Temperatur einer in oder an der Haltevorrichtung angeordneten Kapillare erwärmt werden. Bei der konstanten, höheren Temperatur ist die Position des Messbereichs regelmäßig auf die Position eines Abschnitts der Kapillare in der Haltevorrichtung abgestimmt.For example, the temperature control device can be a heater, in particular an electric heater, which is arranged in or on the holding device. This electric heater can in particular be functionally separated from the electric heating of the capillary. The temperature control device can heat the holding device to a constant temperature above the temperature of a capillary arranged in or on the holding device. At the constant, higher temperature, the position of the measuring area is regularly coordinated with the position of a section of the capillary in the holding device.
Alternativ kann die Temperiereinrichtung beispielsweise eine Kühlung, insbesondere eine Wasserkühlung, sein, die in oder an der Haltevorrichtung angeordnet ist. In diesem Fall kann die Haltevorrichtung auf eine konstante Temperatur unterhalb der Temperatur einer in oder an der Haltevorrichtung angeordneten Kapillare erwärmt werden. Bei der konstanten, niedrigeren Temperatur ist die Position des Messbereichs regelmäßig auf die Position eines Abschnitts der Kapillare in der Haltevorrichtung abgestimmt. Wenn die Kühlung eine Wasserkühlung ist, kann diese Wasserkühlung beispielsweise die Wasserkühlung eines Gaschromatographen sein, an dem die Temperaturmesseinrichtung angeordnet ist.Alternatively, the temperature control device can be, for example, a cooling system, in particular a water cooling system, which is arranged in or on the holding device. In this case, the holding device can be heated to a constant temperature below the temperature of a capillary arranged in or on the holding device. At the constant, lower temperature, the position of the measuring area is regularly coordinated with the position of a section of the capillary in the holding device. If the cooling is a water cooling system, this water cooling system can be, for example, the water cooling system of a gas chromatograph on which the temperature measuring device is arranged.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass ein mechanischer Kontakt zwischen einer in der Haltevorrichtung angeordneten Kapillare und der Haltevorrichtung besonders kleinflächig ausgebildet ist, um die Kapillare und die Haltevorrichtung thermisch zu entkoppeln oder im Wesentlichen thermisch zu entkoppeln. In diesem Zusammenhang wird auf die Ausführungen der Führungsteile verwiesen, die zum Zweck eines kleinflächigen mechanischen Kontaktes verwendet werden können. Weiter zusätzlich oder alternativ kann eine thermische Dämmung zwischen der Kapillare und der Haltevorrichtung angeordnet sein. Noch weiter zusätzlich oder alternativ kann eine thermische Dämmung zwischen der Haltevorrichtung und der Reflektoreinheit und/oder zwischen der Haltevorrichtung und dem Infrarotsensor angeordnet sein. Eine thermische Dämmung kann beispielsweise eine Schicht aus einer Keramik, einem Glasgewebe und/oder einem Hochtemperaturpolymer sein.Additionally or alternatively, it is also possible for a mechanical contact between a capillary arranged in the holding device and the holding device to be designed over a particularly small area in order to thermally decouple the capillary and the holding device or to substantially thermally decouple them. In this context, reference is made to the designs of the guide parts, which can be used for the purpose of a small-area mechanical contact. Furthermore, additionally or alternatively, thermal insulation can be arranged between the capillary and the holding device. Even further, additionally or alternatively, thermal insulation can be arranged between the holding device and the reflector unit and/or between the holding device and the infrared sensor. Thermal insulation can, for example, be a layer made of a ceramic, a glass fabric and/or a high-temperature polymer.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein System, umfassend eine Kapillare und eine Temperaturmesseinrichtung mit mindestens einem der vorstehenden oder nachstehenden Merkmale oder mit einer Kombination aus mindestens zwei der vorstehenden oder nachstehenden Merkmale. Insbesondere die vorstehenden Beschreibungen betreffen insofern explizit auch das System mit der Kapillare und der Temperaturmesseinrichtung.The present invention also relates to a system comprising a capillary and a temperature measuring device with at least one of the above or below features or with a combination of at least two of the above or below features. In particular, the above descriptions also explicitly relate to the system with the capillary and the temperature measuring device.
Bei einer Weiterbildung des Systems kann eine Querschnittsfläche der Kapillare zusätzlich oder alternativ kleiner sein als die Sensorfläche des Infrarotsensors. Die Querschnittsfläche der Kapillare ist die Fläche der Kapillare, die orthogonal zu dem durch die Kapillare strömenden Stoffgemisch orientiert ist. Wenn die Querschnittsfläche kleiner ist als die Sensorfläche, ist es möglich mit der Sensorfläche einen großen Anteil der von der Kapillare emittierten und von der Reflexionsfläche in einem großen Winkel reflektierten Strahlung aufzunehmen. Dadurch ist es möglich, integriert über die gesamte Sensorfläche besonders viel von der Kapillare emittierte Strahlung mit der Sensorfläche aufzunehmen. Somit kann selbst die Temperatur einer Kapillare mit sehr kleiner Querschnittsfläche mit dem erfindungsgemäßen System genau gemessen werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Kapillare durch die Reflexion der von dieser Kapillare emittierten Strahlung an der Reflexionsfläche optisch vergrößert auf der Sensorfläche abgebildet wird, wenn die Sensorfläche größer ist als die Kapillare. Wenn zusätzlich eine Sensorfläche mit einer optischen Auflösung, beispielsweise ein CCD-Sensor mit einer Mehrzahl von Bildpunkten, verwendet wird, kann es dadurch sogar möglich sein, die Temperatur der Kapillare in der Art eines Temperaturprofils räumlich genau aufzulösen.In a further development of the system, a cross-sectional area of the capillary can additionally or alternatively be smaller than the sensor area of the infrared sensor. The cross-sectional area of the capillary is the area of the capillary that is oriented orthogonally to the mixture of substances flowing through the capillary. If the cross-sectional area is smaller than the sensor area, it is possible for the sensor area to record a large proportion of the radiation emitted by the capillary and reflected by the reflection surface at a large angle. This makes it possible to record a particularly large amount of radiation emitted by the capillary with the sensor area integrated over the entire sensor area. This means that even the temperature of a capillary with a very small cross-sectional area can be measured precisely with the system according to the invention. In particular, it is possible for the capillary to be imaged optically enlarged on the sensor surface by the reflection of the radiation emitted by this capillary at the reflection surface if the sensor area is larger than the capillary. If a sensor surface with an optical resolution, for example a CCD sensor with a plurality of pixels, is additionally used, it may even be possible to spatially resolve the temperature of the capillary in the form of a temperature profile.
Wenn die Temperaturmesseinrichtung des Systems die weiter oben beschriebene gekrümmte Reflexionsfläche mit einem Brennpunkt oder einer Brennlinie aufweist, kann der Messbereich bei einer weiteren Weiterbildung des Systems zusätzlich oder alternativ auf einen Raum begrenzt sein, der sich von der gekrümmten Reflexionsfläche bis zur doppelten Brennweite der Reflexionsfläche erstreckt. Zusätzlich kann dann zumindest ein Abschnitt der Kapillare in diesem Messbereich angeordnet sein.If the temperature measuring device of the system has the curved reflection surface described above with a focal point or a focal line, the measuring range can, in a further development of the system, additionally or alternatively be limited to a space that extends from the curved reflection surface to twice the focal length of the reflection surface. In addition, at least one section of the capillary can then be arranged in this measuring range.
Der sich von der gekrümmten Reflexionsfläche bis zur doppelten Brennweite der Reflexionsfläche erstreckende, Messbereich kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Sensorfläche und die gekrümmte Reflexionsfläche einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen der Sensorfläche und der gekrümmten Reflexionsfläche der doppelten Brennweite der gekrümmten Reflexionsfläche entspricht. Der Messbereich ist dadurch beispielsweise begrenzt auf einen Raum zwischen der Sensorfläche und der gekrümmten Reflexionsfläche. In diesem Raum zwischen der Sensorfläche und der gekrümmten Reflexionsfläche ist auch ein Abschnitt der Kapillare angeordnet, wobei von der Kapillare emittierte Strahlung von der Reflexionsfläche reflektiert und auf die Sensorfläche abgebildet werden kann. Dadurch, dass der Abschnitt der Kapillare in diesem Beispiel mit einem Abstand an der Reflexionsfläche angeordnet ist, der kleiner ist als die doppelte Brennweite der gekrümmten Reflexionsfläche, kann die Kapillare optisch vergrößert auf der Sensorfläche abgebildet sein.The measuring range extending from the curved reflection surface to twice the focal length of the reflection surface can be realized, for example, by arranging the sensor surface and the curved reflection surface opposite one another, with the distance between the sensor surface and the curved reflection surface corresponding to twice the focal length of the curved reflection surface. The measuring range is thus limited, for example, to a space between the sensor surface and the curved reflection surface. A section of the capillary is also arranged in this space between the sensor surface and the curved reflection surface, with radiation emitted by the capillary being reflected by the reflection surface and able to be imaged onto the sensor surface. Because the section of the capillary in this example is arranged at a distance from the reflection surface that is smaller than twice the focal length of the curved reflection surface, the capillary can be imaged optically enlarged on the sensor surface.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Gaschromatograph, insbesondere einen Temperaturgradienten-Gaschromatograph, mit einer Kapillare. Der Gaschromatograph weist eine Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur der Kapillare mit mindestens einem der vorstehenden oder nachstehenden Merkmale oder einer Kombination aus mindestens zwei der vorstehenden oder nachstehenden Merkmale auf. Insbesondere die vorstehenden Beschreibungen betreffen insofern explizit auch den Gaschromatographen, insbesondere den Temperaturgradienten-Gaschromatographen, mit der Kapillare und der Temperaturmesseinrichtung.The present invention also relates to a gas chromatograph, in particular a temperature gradient gas chromatograph, with a capillary. The gas chromatograph has a temperature measuring device for measuring the temperature of the capillary with at least one of the above or below features or a combination of at least two of the above or below features. In particular, the above descriptions also explicitly relate to the gas chromatograph, in particular the temperature gradient gas chromatograph, with the capillary and the temperature measuring device.
Das Konzept der Temperaturgradienten-Gaschromatographie ist, wie weiter oben beschrieben, aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem Temperaturgradienten-Gaschromatographen ist eine Temperatur der Kapillare stark abhängig von der Konvektion der die Kapillare umgebenden Luft.The concept of temperature gradient gas chromatography is, as described above, known from the state of the art. In a temperature gradient gas chromatograph, the temperature of the capillary is strongly dependent on the convection of the air surrounding the capillary.
Ein Konzept der Temperaturgradienten-Gaschromatographie, das die Konvektion der die Kapillare umgebenden Luft gezielt nutzbar macht, ist die Flussfeld-Temperaturgradienten-Gaschromatographie, welche beispielsweise in
Der erfindungsgemäße Gaschromatograph kann beispielsweise ein Flussfeld-Temperaturgradienten-Gaschromatograph mit den vorstehenden Merkmalen sein.The gas chromatograph according to the invention can, for example, be a flow field temperature gradient gas chromatograph with the above features.
Zusätzlich oder alternativ kann der Gaschromatograph beispielsweise einen hohlzylindrischen Träger aufweisen, welcher die Kapillare trägt und beispielsweise einen Durchmesser von ca. 20 cm aufweisen kann. Ferner kann die Kapillare beispielsweise helixförmig in dem hohlzylindrischen Träger angeordnet sein. Um eine Länge der Trennkapillare zu erreichen, die für eine gaschromatographische Analyse geeignet ist, können mehrere Windungen der helixförmigen Kapillare übereinander in dem hohlzylindrischen Träger angeordnet sein, beispielsweise über eine Höhe von ca. 12 cm. Bei dieser Bauart kann eine konvektive Strömung zur Kühlung der Trennkapillare beispielsweise an einer Stirnfläche des hohlzylindrischen Trägers eintreten und an einer Mantelfläche des hohlzylindrischen Trägers austreten.Additionally or alternatively, the gas chromatograph can have, for example, a hollow cylindrical support which carries the capillary and can have, for example, a diameter of approximately 20 cm. Furthermore, the capillary can be arranged in the hollow cylindrical support, for example, in a helical shape. In order to achieve a length of the separation capillary that is suitable for gas chromatographic analysis, several turns of the helical capillary can be arranged one above the other in the hollow cylindrical support, for example over a height of approximately 12 cm. With this design, a convective flow for cooling the separation capillary can, for example, enter at an end face of the hollow cylindrical support and exit at a lateral surface of the hollow cylindrical support.
Alternativ kann der Träger eine andere Form als die Form eines Hohlzylinders aufweisen. Weiterhin kann auch die Trennkapillare eine andere Form als die Form einer Helix aufweisen. Beispielsweise kann der Träger ein ebener Träger oder ein im Wesentlichen ebener Träger sein, insbesondere kann der Träger ein Gitter oder eine Art von Gitter sein. Die Kapillare kann beispielsweise spiralförmig ausgebildet und parallel zu dem ebenen Träger ausgerichtet angeordnet sein. Die konvektive Luftströmung in der Form des Gradienten-Strömungsfelds kann beispielsweise orthogonal durch die Ebene der spiralförmig ausgebildeten Kapillare strömen und eine vom Zentrum der Kapillare zu dessen äußeren Radius zunehmende oder abnehmende Strömungsgeschwindigkeit aufweisen.Alternatively, the carrier can have a shape other than the shape of a hollow cylinder. Furthermore, the separation capillary can also have a shape other than the shape of a helix. For example, the carrier can be a flat carrier or a substantially flat carrier, in particular the carrier can be a grid or a type of grid. The capillary can, for example, be spiral-shaped and arranged aligned parallel to the flat carrier. The convective air flow in the form of the gradient flow field can, for example, flow orthogonally through the plane of the spiral-shaped capillary and have a flow velocity that increases or decreases from the center of the capillary to its outer radius.
Bei dem erfindungsgemäßen Gaschromatograph kann der Träger des Gaschromatographen beispielsweise die Haltevorrichtung der vorstehend beschriebenen Temperaturmesseinrichtung sein. In diesem Fall ist der Träger so an der ersten Seite des Infrarotsensors und an der zweiten Seite der Reflektoreinheit angeordnet, dass die Reflexionsfläche zum Infrarotsensor zur Reflexion von der in oder an dem Träger und in dem Messbereich angeordneten Kapillare emittierter Infrarotstrahlung auf die Sensorfläche des Infrarotsensors ausgerichtet angeordnet ist.In the gas chromatograph according to the invention, the carrier of the gas chromatograph can be, for example, the holding device of the temperature measuring device described above. In this case, the carrier is arranged on the first side of the infrared sensor and on the second side of the reflector unit such that the reflection surface of the infrared sensor is aligned to reflect infrared radiation emitted by the capillary arranged in or on the carrier and in the measuring area onto the sensor surface of the infrared sensor.
Alternativ können der Träger des Gaschromatographen und die Haltevorrichtung der Temperaturmesseinrichtung separate Bauteile sein, wobei die Haltevorrichtung beispielsweise mit dem Träger verbindbar oder verbunden ist und die Haltevorrichtung und der Träger so aneinander angeordnet sind, dass die Reflexionsfläche zum Infrarotsensor zur Reflexion von der in oder an dem Träger und in dem Messbereich angeordneten Kapillare emittierter Infrarotstrahlung auf die Sensorfläche des Infrarotsensors ausgerichtet angeordnet ist.Alternatively, the carrier of the gas chromatograph and the holding device of the temperature measuring device can be separate components, wherein the holding device is, for example, connectable or connected to the carrier and the holding device and the carrier are arranged on one another such that the reflection surface of the infrared sensor is arranged so as to reflect infrared radiation emitted by the capillary arranged in or on the carrier and in the measuring area onto the sensor surface of the infrared sensor.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Temperaturmesseinrichtung eines Systems oder einer Temperaturmesseinrichtung eines Gaschromatographen, wobei das System oder der Gaschromatograph mindestens eines der vorstehenden oder nachstehenden Merkmale oder eine Kombination aus mindestens zwei der vorstehenden oder nachstehenden Merkmale aufweist.The present invention also relates to a method for calibrating a temperature measuring device of a system or a temperature measuring device of a gas chromatograph, wherein the system or the gas chromatograph has at least one of the above or below features or a combination of at least two of the above or below features.
Das Verfahren zur Kalibrierung der Temperaturmesseinrichtung des Systems oder der Temperaturmesseinrichtung des Gaschromatographen weist die folgenden Schritte auf:
- - Auswählen eines ersten, mittels der Haltevorrichtung in dem Messbereich gehaltenen Abschnitts der Kapillare,
- - Anordnen eines Mikrothermoelements in einem Innenraum des ersten Abschnitts der Kapillare oder eines zweiten Abschnitts der Kapillare, der an den ersten Abschnitt angrenzt,
- - Messen einer Temperatur im Innenraum des ersten oder des zweiten Abschnitts der Kapillare mittels des Mikrothermoelements,
- - Messen einer Temperatur einer Außenfläche des ersten Abschnitts der Kapillare mittels der Temperaturmesseinrichtung und
- - Abstimmen der mittels der Temperaturmesseinrichtung gemessenen Temperatur auf die mittels des Mikrothermoelements gemessene Temperatur.
- - Selecting a first section of the capillary held in the measuring area by means of the holding device,
- - arranging a micro thermocouple in an interior of the first section of the capillary or a second section of the capillary adjacent to the first section,
- - Measuring a temperature in the interior of the first or second section of the capillary by means of the micro thermocouple,
- - measuring a temperature of an outer surface of the first section of the capillary by means of the temperature measuring device and
- - Matching the temperature measured by the temperature measuring device to the temperature measured by the micro thermocouple.
Der erste, mittels der Haltevorrichtung in dem Messbereich gehaltene Abschnitt der Kapillare ist der Abschnitt, dessen Temperatur erfindungsgemäß gemessen werden soll. Das Mikrothermoelement wird in dem Innenraum des ersten Abschnitts oder des zweiten Abschnitts der Kapillare angeordnet, der an den ersten Abschnitt angrenzt. Mikrothermoelemente sind im Stand der Technik bekannt und erlauben eine präzise und verlässliche Temperaturmessung. Die Kalibrierung der Temperaturmesseinrichtung auf der Grundlage eines Messergebnisses mit einem Mikrothermoelement kann daher ebenfalls präzise und verlässlich sein. Die Temperatur in dem ersten Abschnitt selbst und in dem zweiten, an dem ersten Abschnitt angrenzenden Abschnitt der Kapillare ist erfahrungsgemäß im Wesentlichen identisch. Für die Kalibrierung der Temperaturmesseinrichtung kann die Messung der Temperaturen mit dem Mikrothermoelement und mit der Temperaturmesseinrichtung folglich in bzw. an demselben Abschnitt der Kapillare oder in bzw. an zwei aneinander angrenzenden Abschnitten der Kapillare hinreichend genau erfolgen.The first section of the capillary held in the measuring area by means of the holding device is the section whose temperature is to be measured according to the invention. The micro thermocouple is arranged in the interior of the first section or the second section of the capillary which is adjacent to the first section. Micro thermocouples are known in the prior art and allow precise and reliable temperature measurement. The calibration of the temperature measuring device on the basis of a measurement result with a micro thermocouple can therefore also be precise and reliable. Experience has shown that the temperature in the first section itself and in the second section of the capillary adjacent to the first section is essentially identical. For the calibration of the temperature measuring device, the temperature can therefore be measured with sufficient accuracy using the micro thermocouple and the temperature measuring device in or on the same section of the capillary or in or on two adjacent sections of the capillary.
Für eine genaue Messung der Temperatur der Kapillare mit der Temperaturmesseinrichtung wird die mittels der Temperaturmesseinrichtung gemessene Temperatur der Kapillare auf die mittels des Mikrothermoelements gemessene Temperatur der Kapillare abgestimmt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die mittels der Temperaturmesseinrichtung gemessene Temperatur der Kapillare auf die mittels des Mikrothermoelements gemessene Temperatur der Kapillare verschoben.To accurately measure the temperature of the capillary with the temperature measuring device, the temperature of the capillary measured by the temperature measuring device is adjusted to the temperature of the capillary measured by the micro thermocouple. In other words, the temperature of the capillary measured by the temperature measuring device is shifted to the temperature of the capillary measured by the micro thermocouple.
Mit der auf die vorstehend beschriebene Weise kalibrierten Temperaturmesseinrichtung kann die Temperatur der Kapillare berührungslos und genau gemessen werden.With the temperature measuring device calibrated in the manner described above, the temperature of the capillary can be measured contactlessly and accurately.
In der Praxis kann bei dem Verfahren zusätzlich oder alternativ
- - eine Außenfläche des ersten, mittels der Haltevorrichtung in dem Messbereich gehaltenen Abschnitts der Kapillare lokal optisch geschwärzt werden,
- - das Mikrothermoelement in dem Innenraum des zweiten Abschnitts der Kapillare angeordnet werden,
- - das Messen einer Temperatur mittels des Mikrothermoelements im Innenraum des zweiten Abschnitts der Kapillare erfolgen, und
- - das Messen einer Temperatur der Außenfläche des ersten Abschnitts der Kapillare mittels der Temperaturmesseinrichtung an der geschwärzten Außenfläche des ersten Abschnitts der Kapillare erfolgen.
- - an outer surface of the first section of the capillary held in the measuring area by means of the holding device is locally optically blackened,
- - the micro thermocouple is arranged in the interior of the second section of the capillary,
- - the temperature is measured using the micro thermocouple in the interior of the second section of the capillary, and
- - measuring a temperature of the outer surface of the first section of the capillary by means of the temperature measuring device on the blackened outer surface of the first section of the capillary.
Dem optischen Schwärzen der Außenfläche des ersten, mittels der Haltevorrichtung in dem Messbereich gehaltenen Abschnitts der Kapillare liegt die Idee zugrunde, die Emissivität dieses Abschnitts zu erhöhen, um dadurch ein stärkeres Messsignal für die Temperaturmessung mit der Temperaturmesseinrichtung zu erzeugen. Durch das optische Schwärzen der Außenfläche des ersten Abschnitts der Kapillare kann also die Emissivität des ersten Abschnitts der Kapillare erhöht werden, so dass eine Messung der Temperatur der Kapillare mit der Temperaturmesseinrichtung besonders genau sein kann. Es wird darauf hingewiesen, dass mit dem optischen Schwärzen nicht notwendigerweise das Erzeugen einer für das menschliche Auge schwarz erscheinenden Fläche gemeint ist. Vielmehr bedeutet optisches Schwärzen das Durchführen von Maßnahmen zur Erhöhung der Emissivität. Die Emissivität ist ein Maß dafür, wie stark ein Material oder ein Körper Wärmestrahlung mit seiner Umgebung austauscht. Dabei beträgt der theoretisch größtmögliche Wert der Emissivität 1. Ein Körper mit einer Emissivität von 1 wird in der Praxis schwarzer Körper genannt. Ein Körper mit einer Emissivität von 1 absorbiert jegliche elektromagnetische Strahlung (z. B. Infrarotstrahlung) und emittiert diese damit auch maximal. Die Emissivität des ersten Abschnitts der Kapillare beträgt nach dem Durchführen der Maßnahmen zum Erhöhen der Emissivität (also nach dem optischen Schwärzen) mehr als 0,9 und bevorzugt mehr als 0,95.The idea behind optically blackening the outer surface of the first section of the capillary, which is held in the measuring area by the holding device, is to increase the emissivity of this section in order to generate a stronger measurement signal for the temperature measurement with the temperature measuring device. By optically blackening the outer surface of the first section of the capillary, the emissivity of the first section of the capillary can be increased so that a measurement of the temperature of the capillary with the temperature measuring device can be particularly accurate. It should be noted that optical blackening does not necessarily mean creating a surface that appears black to the human eye. Rather, optical blackening means taking measures to increase emissivity. Emissivity is a measure of how strongly a material or body exchanges thermal radiation with its environment. The theoretically greatest possible value of emissivity is 1. A body with an emissivity of 1 is called a black body in practice. A body with an emissivity of 1 absorbs all electromagnetic radiation (e.g. infrared radiation) and therefore emits it to the maximum. The emissivity of the first section of the capillary is more than 0.9 and preferably more than 0.95 after the measures to increase the emissivity (i.e. after optical blackening).
Das Mikrothermoelement kann insbesondere in dem Innenraum des zweiten Abschnitts der Kapillare angeordnet werden und es kann eine Temperatur im Innenraum dieses Abschnitts mittels des Mikrothermoelements gemessen werden. Diese Anordnung und dieses Vorgehen sind geeignet, weil durch die lokal erhöhte Emissivität des ersten Abschnitts die Temperatur des ersten Abschnitts regelmäßig etwas niedriger ist als die Temperatur von nicht-geschwärzten Abschnitten der Kapillare und für die chemische Analyse eines in der Kapillare strömenden Stoffgemischs regelmäßig die Temperatur der nicht-geschwärzten Abschnitte der Kapillare relevant ist.The micro thermocouple can be arranged in particular in the interior of the second section of the capillary and a temperature in the interior of this section can be measured using the micro thermocouple. This arrangement and this procedure are suitable because, due to the locally increased emissivity of the first section, the temperature of the first section is regularly somewhat lower than the temperature of non-blackened sections of the capillary and the temperature of the non-blackened sections of the capillary is regularly relevant for the chemical analysis of a mixture of substances flowing in the capillary.
Mittels der Temperaturmesseinrichtung kann deshalb eine Temperatur der geschwärzten Außenfläche des ersten Abschnitts der Kapillare gemessen und dieses Messergebnis auf die mittels des Mikrothermoelements gemessene Temperatur des zweiten, nicht-geschwärzten Abschnitts der Kapillare abgestimmt werden, dessen Temperatur für die chemische Analyse eines in der Kapillare strömenden Stoffgemischs relevant ist. Dadurch sind die Kalibrierung und die Temperaturmessung mit der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung besonders genau.By means of the temperature measuring device, a temperature of the blackened outer surface of the first section of the capillary can therefore be measured and this measurement result can be transferred to the temperature measured by the micro thermocouple measured temperature of the second, non-blackened section of the capillary, the temperature of which is relevant for the chemical analysis of a mixture of substances flowing in the capillary. This makes the calibration and the temperature measurement with the temperature measuring device according to the invention particularly accurate.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gaschromatograph, insbesondere eines Temperaturgradienten-Gaschromatographen, mit einer Kapillare und einer Temperaturmesseinrichtung in einer seitlichen Querschnittsansicht durch den Gaschromatograph; -
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems, umfassend eine erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung und eine Kapillare, gemäß einer ersten Ausführungsform der Temperaturmesseinrichtung, in einer Querschnittsansicht durch die Kapillare; -
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems, umfassend eine erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung und eine Kapillare, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Temperaturmesseinrichtung, in einer Querschnittsansicht durch die Kapillare; -
4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kalibrierung der Temperaturmesseinrichtung desSystems aus 2 oder3 .
-
1 a schematic representation of a gas chromatograph according to the invention, in particular a temperature gradient gas chromatograph, with a capillary and a temperature measuring device in a lateral cross-sectional view through the gas chromatograph; -
2 a schematic representation of a system according to the invention, comprising a temperature measuring device according to the invention and a capillary, according to a first embodiment of the temperature measuring device, in a cross-sectional view through the capillary; -
3 a schematic representation of a system according to the invention, comprising a temperature measuring device according to the invention and a capillary, according to a second embodiment of the temperature measuring device, in a cross-sectional view through the capillary; -
4 a flow chart of a method according to the invention for calibrating the temperature measuring device of the system from2 or3 .
Im Folgenden werden die erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung zur berührungslosen Messung einer Temperatur einer Kapillare eines Gaschromatographen, das erfindungsgemäße System mit einer Kapillare und der Temperaturmesseinrichtung sowie der erfindungsgemäße Gaschromatographen mit einer Kapillare und der Temperaturmesseinrichtung gemäß einer möglichen Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Figuren dienen der Erleichterung des Verständnisses. Sie sind schematisch dargestellt und sind nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bauteile in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following, the temperature measuring device according to the invention for the contactless measurement of a temperature of a capillary of a gas chromatograph, the system according to the invention with a capillary and the temperature measuring device and the gas chromatograph according to the invention with a capillary and the temperature measuring device according to a possible embodiment are described with reference to the figures. The figures serve to facilitate understanding. They are shown schematically and are not to scale. Identical components in the figures are provided with the same reference numerals.
Mit der
Die Kapillare 4 ist in der hier beschriebenen Ausführungsform in einer schraubenförmigen Nut in dem Träger 12 angeordnet und sie weist die Form einer Helix mit einer Mehrzahl von Windungen auf. Die Kapillare 4 kann beispielsweise eine nichtleitende Polyimid-beschichtete Quarzglas-Trennkapillare und eine diese umgebende, elektrisch leitfähige Hüllkapillare umfassen. Die elektrisch leitfähige Hüllkapillare kann von einem elektrischen Strom durchströmt werden, welcher in der Hüllkapillare zumindest teilweise zu Wärme dissipiert wird. Die in der Hüllkapillare dissipierte Wärme heizt die nichtleitende Polyimid-beschichtete Quarzglas-Trennkapillare homogen oder im Wesentlichen homogen auf.In the embodiment described here, the
Zur gaschromatographischen Auftrennung eines mit dem Gaschromatographen 6 zu analysierenden Gases bzw. Gasgemischs kann das zu analysierende Gas bzw. Gasgemisch in die Quarzglas-Trennkapillare aufgegeben werden. Zu diesem Zweck ist ein Injektor 14 an die Kapillare 4 angeschlossen. Ferner weist der Gaschromatograph 6 einen Gasdetektor 16 zum Detektieren der Komponenten des zu analysierenden und durch die Kapillare 4 geleiteten Gases bzw. Gasgemischs auf. Der Injektor 14 und der Gasdetektor 16 sind mittels Transferleitungen 18, 20 durchströmbar mit der Kapillare 4 verbunden.For gas chromatographic separation of a gas or gas mixture to be analyzed with the
In ein zylindrisches Innenvolumen 22 des hohlzylindrischen Trägers 12 ist eine zylindrisch ausgebildete, poröse Schwammstruktur 24 eingebracht. In der Schwammstruktur 24 sind Poren derart ausgebildet, dass die Schwammstruktur 24 von einem Fluid, insbesondere Luft, durchströmbar ist. An der Abdeckung 10 ist ein Gebläse 26 angeordnet, welches ein Fluid, insbesondere Luft, in das Innenvolumen 22 des hohlzylindrischen Trägers 12 fördern kann. Wenn mit dem Gebläse 26 eine Fluidströmung 28 eines Fluids in das Innenvolumen 22 des hohlzylindrischen Trägers 12 gefördert wird, durchströmt die Fluidströmung 28 die Schwammstruktur 24. Die Fluidströmung 28 kann durch die Nut in dem Träger 12 aus dem Innenvolumen 22 des hohlzylindrischen Trägers 12 entweichen. Dadurch wird die Kapillare 4 von der an ihr vorbeiströmenden Fluidströmung 28 konvektiv gekühlt.A cylindrically formed,
Die Schwammstruktur 24 erzeugt einen in der Strömungsrichtung der Fluidströmung 28 zunehmenden Strömungswiderstand. In der
Für eine präzise gaschromatographische Auftrennung eines mit dem Gaschromatographen 6 zu analysierenden Gases bzw. Gasgemischs ist eine genaue Messung der Temperatur der Kapillare 4 des Gaschromatographen 6 wichtig. Daher weist der Gaschromatograph 6, wie vorstehend erwähnt, die Temperaturmesseinrichtung 2 auf. Dabei ist der hohlzylindrische Träger 12 des Gaschromatographen 6 die Haltevorrichtung 12 der Temperaturmesseinrichtung 2. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der hohlzylindrische Träger 12 und die Haltevorrichtung 12 separate Bauteile sind (nicht dargestellt). Die Temperaturmesseinrichtung 2 kann beispielsweise gemäß einer der in den
Die
Die in
Ferner umfasst die Temperaturmesseinrichtung 2 einen Infrarotsensor 36 mit einem Sensorgehäuse 38 und einer Infrarotstrahlung aufnehmenden Sensorfläche 40 zum Messen einer Temperatur der Kapillare 4. Der Infrarotsensor 36 ist ein Infrarot-Temperatursensor. Die Sensorfläche 40 ist als ebene und rechteckige pyroelektrische Detektorfläche aus Lithiumtantalat ausgebildet, welche an dem Sensorgehäuse 38 angeordnet ist. Dabei ist ein Durchmesser der Kapillare 4 kleiner als eine Höhe der Sensorfläche 40. Mittels der pyroelektrischen Detektorfläche aus Lithiumtantalat wird eine Intensität von einer auf diese Fläche einfallenden Infrarotstrahlung über eine Messdauer zur Messung einer Temperatur integriert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische Signal wird an einen Prozessor (nicht dargestellt) geleitet. Der Prozessor berechnet auf der Grundlage des elektrischen Signals eine Temperatur. Alternativ kann die Sensorfläche beispielsweise auch als eine Thermosäule oder ein CCD-Sensor ausgebildet sein, mittels welchen ebenfalls eine einfallende Infrarotstrahlung integriert und somit zu einem elektrischen Signal konvertiert werden können.The
Der Infrarotsensor 36 weist zusätzlich eine erste Seite 42 auf, welche bei der hier beschriebenen Ausführungsform eine Oberfläche einer zweiten Positionierungsvorrichtung 44 des Infrarotsensors 36 ist. Die zweite Positionierungsvorrichtung 44 und das Sensorgehäuse 38 sind beweglich miteinander verbunden. Details zu der zweiten Positionierungsvorrichtung 44 sind unten beschrieben. Die erste Seite 42 weist die gleiche Orientierung auf, wie die Sensorfläche 40. Zusätzlich ist die erste Seite 42 so mit der ersten Haltevorrichtungsseite 30 der Haltevorrichtung 12 verbunden, dass die Sensorfläche 40 an der die Haltevorrichtung 12 durchragenden Aussparung 34 angrenzt.The
Die Temperaturmesseinrichtung 2 umfasst ferner eine mit dem Infrarotsensor 36 zusammenwirkendende Reflektoreinheit 46. Die Reflektoreinheit 46 weist ein Reflektorgehäuse 48, eine Infrarotstrahlung reflektierende Reflexionsfläche 50, eine zweite Seite 52 und eine erste Positionierungsvorrichtung 54 auf. Die Reflexionsfläche 50 ist an dem Reflektorgehäuse 48 angeordnet. Sie ist als eine ebene, rechteckige und polierte Metallfläche ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Reflexionsfläche 50 ein ebener, rechteckiger Spiegel. Die zweite Seite 52 ist bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Temperaturmesseinrichtung 2 eine Oberfläche der ersten Positionierungsvorrichtung 54. Die erste Positionierungsvorrichtung 54 ist beweglich mit dem Reflektorgehäuse 48 verbunden. Details zu der ersten Positionierungsvorrichtung 54 sind unten beschrieben. Die zweite Seite 52 weist die gleiche Orientierung auf, wie die Reflexionsfläche 50. Zusätzlich ist die zweite Seite 52 so mit der zweiten Haltevorrichtungsseite 32 der Haltevorrichtung 12 verbunden, dass die Reflexionsfläche 50 an der die Haltevorrichtung 12 durchragenden Aussparung 34 angrenzt.The
Durch die Anordnung der ersten Seite 42 an der ersten Haltevorrichtungsseite 30 und die Anordnung der zweiten Seite 52 an der der ersten Haltevorrichtungsseite 30 gegenüberliegenden zweiten Haltevorrichtungsseite 32 liegen die erste Seite 42 und die zweite Seite 52 einander gegenüber. Ferner liegen auch die Sensorfläche 40 und die Reflexionsfläche 50 einander gegenüber und sie sind parallel zueinander angeordnet. Infrarotstrahlung kann somit ungehindert oder im Wesentlichen ungehindert von der Reflexionsfläche 50 durch die Aussparung 34 in der Haltevorrichtung 12 auf die der Reflexionsfläche 50 gegenüberliegenden Sensorfläche 40 reflektiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Reflexionsfläche 50 zum Infrarotsensor 36 zur Reflexion einer von einem Messbereich 56 emittierten Infrarotstrahlung auf die Sensorfläche 40 des Infrarotsensors 36 ausgerichtet angeordnet.By arranging the
Der Messbereich 56 umfasst den Raum vor der Reflexionsfläche 50, von dem Infrarotstrahlung emittiert und über die Reflexionsfläche 50 auf die Sensorfläche 40 reflektiert wird. Da die Sensorfläche 40 und die Reflexionsfläche 50 bei der in
Der Messbereich 56 wird von einem Abschnitt der Kapillare 4, dessen Temperatur zu messen ist, durchragt. Der Abschnitt der Kapillare 4 ist insbesondere orthogonal zu der die Reflexionsfläche 50 und die Sensorfläche 40 verbindenden Verbindungsstrecke angeordnet. Somit kann von einer im Wesentlichen gesamten, der Sensorfläche 40 zugewandten Seite des Abschnitts der Kapillare 4 Infrarotstrahlung direkt auf die Sensorfläche 40 emittiert werden. Zusätzlich kann von einer im Wesentlichen gesamten, der Reflexionsfläche 50 zugewandten Seite des Abschnitts der Kapillare 4 Infrarotstrahlung auf die Reflexionsfläche 50 emittiert und von der Reflexionsfläche 50 auf die Sensorfläche 40 reflektiert werden. Dadurch ist die Intensität der von der Kapillare 4 emittierten Infrarotstrahlung, die mit der Sensorfläche 40 messbar ist, besonders hoch.The measuring
Zum positionsfesten Halten der Kapillare 4 in der Haltevorrichtung 12 sind an der Haltevorrichtung 12 Führungsteile 58 angeordnet. In
Die Führungsteile 58 können, wie in
Die Führungsteile 58 sind bei der hier beschriebenen Ausführungsform aus einem temperaturbeständigen Hochtemperaturpolymer gebildet. Das Ausbilden der Führungsteile 58 aus dem temperaturbeständigen Hochtemperaturpolymer und in der Form einer zweizinkigen Gabel ist für das Führen der Kapillare 4 besonders gut geeignet. Denn die Kapillare 4 kann hohe Temperaturen von bis zu 400°C erreichen, welche das temperaturbeständige Hochtemperaturpolymer tolerieren kann, ohne beschädigt zu werden. Ferner findet nur ein geringer Austausch von Wärme zwischen der Kapillare 4 und der Haltevorrichtung 12 statt, weil das temperaturbeständige Hochtemperaturpolymer eine geringe absolute Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit aufweist. Zusätzlich ist der Austausch von Wärme zwischen der Kapillare 4 und der Haltevorrichtung 12 gering, weil ein mechanischer Kontakt zwischen der Kapillare 4 und der Führungsvorrichtung aufgrund der flachen Form der Führungsteile 58 besonders gering ist. Ein direkter mechanischer Kontakt zwischen der Kapillare 4 und der Haltevorrichtung 12 kann durch die Führungsteile 58 vermieden werden. Dadurch geht insgesamt nur sehr wenig Wärme von der beheizten Kapillare 4 auf die Haltevorrichtung 12 über.In the embodiment described here, the
Um einen Einfluss einer von der Kapillare 4 ausgehenden Wärme auf die Messgenauigkeit der Temperaturmessung weiter zu reduzieren, ist in der Haltevorrichtung 12 eine Temperiereinrichtung 60a, 60b zum Kühlen oder zum Beheizen der Haltevorrichtung 12 integriert. Die Temperiereinrichtung 60a, 60b ist als eine Mehrzahl von Fluidkanälen 60a, 60b ausgebildet, wobei sich die Fluidkanäle 60a, 60b oberhalb und unterhalb der in die Haltevorrichtung 12 eingebrachten Aussparung 34 in der Haltevorrichtung 12 erstrecken. Die Fluidkanäle 60a, 60b sind von einem Temperierfluid, insbesondere Wasser, durchströmt. Durch das Temperierfluid wird die Haltevorrichtung 12 konstant temperiert. Die Haltevorrichtung 12, der Infrarotsensor 36 und die Reflektoreinheit 46 werden somit nicht oder nicht wesentlich erwärmt, wenn die Kapillare 4 beheizt wird. Ferner werden die Haltevorrichtung 12, der Infrarotsensor 36 und die Reflektoreinheit 46 nicht oder nicht wesentlich abgekühlt, wenn die Kapillare 4 abkühlt. Aufgrund einer auf diese Weise erzielten thermischen Entkopplung der Kapillare 4 von der Temperaturmesseinrichtung 2 misst die Temperaturmesseinrichtung 2 während der gesamten Dauer einer berührungslosen Temperaturmessung besonders genau. Insbesondere kann ein aus dem Stand der Technik bekannter, temperaturinduzierter Drift des Infrarotsensors, d.h. eine temperaturabhängige Verschiebung des Messergebnisses des Infrarotsensors, vermieden werden.In order to further reduce the influence of heat emanating from the
Obwohl bei der in
Zusätzlich oder alternativ kann die erste Positionierungsvorrichtung 54 eine Mikrometerstellschraube (nicht dargestellt) aufweisen, welche dazu geeignet ist, das Reflektorgehäuse 48 mit der Reflexionsfläche 50 weiter in die Aussparung 34 in der Haltevorrichtung 12 hineinzuschieben oder aus der Aussparung 34 in der Haltevorrichtung 12 herauszuziehen. Durch das Verschieben des Reflektorgehäuses 48 mit der Reflexionsfläche 50 ist es möglich, die Position der Reflexionsfläche 50 in Relation zu der Kapillare 4 und zu der Sensorfläche 40 zu verändern. Dadurch kann beispielsweise hoher Anteil der von dem in dem Messbereich 56 angeordneten Abschnitt der Kapillare 4 emittierten Infrarotstrahlung von der Reflexionsfläche 50 auf die Sensorfläche 40 reflektiert werden.Additionally or alternatively, the
Mit der zweiten Positionierungsvorrichtung 44 kann zusätzlich das Sensorgehäuse 38 mit der Sensorfläche 40 orthogonal zu der Sensorfläche 40 versetzt werden. Die zweite Positionierungsvorrichtung 44 ist funktional wie die erste Positionierungsvorrichtung 54 ausgebildet. Das heißt, die zweite Positionierungsvorrichtung 44 ist an der Haltevorrichtung 12 befestigt und das Sensorgehäuse 38 kann beispielsweise entlang einer an der zweiten Positionierungsvorrichtung 44 angeordneten zweiten Führungsschiene (nicht dargestellt) verschiebbar sein. Aufgrund der Verwendung der ersten Positionierungsvorrichtung 54 und der zweiten Positionierungsvorrichtung 44 ist es möglich, den Anteil der von dem in dem Messbereich 56 angeordneten Abschnitt der Kapillare 4 emittierten und auf die Sensorfläche 40 reflektierten Infrarotstrahlung weiter zu erhöhen.With the
In
Der Messbereich 56' weist bei der in
Wie oben beschrieben, kann mittels der ersten Positionierungsvorrichtung 54 die Reflexionsfläche 50' versetzt werden. Dadurch ist es möglich, einen Messfleck der Temperaturmesseinrichtung 2 optimal auf den Abschnitt der Kapillare anzuordnen. Insbesondere kann die Brennlinie deckungsgleich mit der Kapillare 4 angeordnet werden. Dadurch kann eine ideale Vergrößerung der Kapillare auf der Sensorfläche 40 erzielt werden. Diese ideale Vergrößerung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensorfläche 40 nahezu ausschließlich von der Kapillare emittierte Infrarotstrahlung empfängt.As described above, the reflection surface 50' can be displaced by means of the
Das in
In einem zweiten Verfahrensschritt B wird ein Mikrothermoelement in einem Innenraum eines zweiten Abschnitts der Kapillare 4 angeordnet. Der zweite Abschnitt der Kapillare 4 grenzt an den ersten Abschnitt der Kapillare 4 an. Somit ist der zweite Abschnitt an dem Messbereich 56, 56' angrenzend angeordnet, wenn die Kapillare 4 bestimmungsgemäß in der Haltevorrichtung 12 angeordnet ist. Das Mikrothermoelement kann beispielsweise ein Mantelmikrothermoelement sein. Es kann in die Kapillare 4 eingeschoben und dort lose platziert werden. Es ist nicht erforderlich, das Mikrothermoelement an der Kapillare zu befestigen.In a second method step B, a micro thermocouple is arranged in an interior of a second section of the
In deinem dritten Verfahrensschritt C wird eine erste Temperatur im Innenraum des zweiten Abschnitts der Kapillare 4 mittels des Mikrothermoelements gemessen. Das Messen einer Temperatur mittels eines Mikrothermoelements ist ein etabliertes und sehr genaues Messverfahren. Somit ist es sehr gut als Referenzmessung bei der Kalibrierung der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung 2 geeignet.In the third method step C, a first temperature in the interior of the second section of the
In einem vierten Verfahrensschritt D wird eine zweite Temperatur der geschwärzten Außenfläche des ersten Abschnitts der Kapillare 4 mittels der Temperaturmesseinrichtung 2 gemessen. Für Einzelheiten der Temperaturmessung mittels der Temperaturmesseinrichtung 2 wird auf die vorstehenden Beschreibungen zur erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung 2, zum erfindungsgemäßen System sowie zu dem erfindungsgemäßen Gaschromatographen 6 verwiesen.In a fourth method step D, a second temperature of the blackened outer surface of the first section of the
In einem fünften Verfahrensschritt E wird die mittels der Temperaturmesseinrichtung 2 gemessene zweite Temperatur auf die mittels des Mikrothermoelements gemessene erste Temperatur abgestimmt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die mittels der Temperaturmesseinrichtung 2 gemessenen zweite Temperatur um eine Differenz zu der mittels des Mikrothermoelements gemessenen ersten Temperatur derart verschoben, dass mit dem Mikrothermoelement und mit der Temperaturmesseinrichtung 2 die erste Temperatur gemessen wird. Aufgrund der räumlichen Nähe des zweiten Abschnitts der Kapillare 4 zum ersten Abschnitt der Kapillare 4, ist ein Einfluss auf die Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur, der durch die Messung von Temperaturen unterschiedlicher Abschnitte (nämlich des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts) verursacht wird, sehr gering. Die Differenz zwischen der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur basiert daher im Wesentlichen auf den unterschiedlichen verwendeten Messverfahren, nämlich der Messung mittels des Mikrothermoelements und mittels der erfindungsgemäßen Temperaturmesseinrichtung 2. Nach dem Abstimmen der mit der Temperaturmesseinrichtung 2 gemessenen zweiten Temperatur auf die mit dem Mikrothermoelement gemessenen ersten Temperatur ist die erfindungsgemäße Temperaturmesseinrichtung 2 kalibriert und das Mikrothermoelement kann entfernt werden.In a fifth method step E, the second temperature measured by the
Es wird darauf hingewiesen, dass das anhand von
Das Verfahren ist ferner nicht auf die Kalibrierung einer Temperaturmesseinrichtung eines Systems gemäß
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- TemperaturmesseinrichtungTemperature measuring device
- 44
- Kapillarecapillary
- 66
- GaschromatographGas chromatograph
- 88th
- BasisBase
- 1010
- Abdeckungcover
- 1212
- Träger, Haltevorrichtungcarrier, holding device
- 1414
- InjektorInjector
- 1616
- GasdetektorGas detector
- 18, 2018, 20
- TransferleitungTransfer line
- 2222
- InnenvolumenInternal volume
- 2424
- SchwammstrukturSponge structure
- 2626
- Gebläsefan
- 2828
- FluidströmungFluid flow
- 3030
- erste Haltevorrichtungsseitefirst holding device side
- 3232
- zweite Haltevorrichtungsseitesecond holding device side
- 3434
- AussparungRecess
- 3636
- Infrarotsensor, Infrarot-TemperatursensorInfrared sensor, infrared temperature sensor
- 3838
- SensorgehäuseSensor housing
- 4040
- SensorflächeSensor area
- 4242
- erste Seitefirst page
- 4444
- zweite Positionierungsvorrichtungsecond positioning device
- 4646
- ReflektoreinheitReflector unit
- 4848
- ReflektorgehäuseReflector housing
- 50, 50'50, 50'
- ReflexionsflächeReflection surface
- 5252
- zweite Seitesecond page
- 5454
- erste Positionierungsvorrichtungfirst positioning device
- 56, 56'56, 56'
- MessbereichMeasuring range
- 5858
- FührungsteilGuide part
- 60a, 60b60a, 60b
- Temperiereinrichtung, Fluidkanäle Temperature control device, fluid channels
- A, B, C, D, EA, B, C, D, E
- VerfahrensschritteProcess steps
Claims (14)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE102022122839.8A DE102022122839B4 (en) | 2022-09-08 | 2022-09-08 | Temperature measuring device for measuring a temperature of a capillary, system and gas chromatograph with the temperature measuring device and method for calibrating the temperature measuring device |
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Also Published As
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| WO2024052385A1 (en) | 2024-03-14 |
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Legal Events
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| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R079 | Amendment of ipc main class |
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| R016 | Response to examination communication | ||
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| R020 | Patent grant now final |