测量装置的制作方法

本发明涉及一种用于确定和/或监视测量介质、特别是测量液的至少一个被测变量的测量装置。

背景技术：

为了确定测量介质的成分，特别是诸如纯液、液态混合物、乳液或者悬浮液的液体的成分，在过程的测量程序中使用各种分析测量设备。分析测量设备通常包括设计成基于至少一个分析被测变量来生成测量信号的感测元件以及由该测量信号确定表示测量介质中的至少一个分析被测变量的当前值的测量值的测量电子设备。分析被测变量能够例如是被分析物的浓度或活性或者取决于测量介质中的至少一个被分析物的浓度或活性的参数。被分析物在此意指包含于并且特别是溶解于测量介质中的一个或多个物质，其在测量介质中的浓度将通过分析传感器来确定或监视。被分析物甚至能够以未溶解的状态存在于测量介质内，并且这通常需要在采用感测元件对分析被测变量的测量之前进行溶解。测量电子设备能够至少部分被集成于紧邻测量点的测量变换器中，其具有带显示器和输入元件的外壳。

分析测量设备被使用于各种领域中，例如，用于监视和控制药品、化学、生物技术或者生化生产中的过程，甚至在生产过程中用于水质处理或污水净化并且还用于环境分析。当在一个过程中使用分析测量设备时，处理容器中通常会包含测量介质。在环境分析领域中，测量介质也能够是开放的水域。

基于不同的测量原理来选择几个分析测量设备通常可用于测量特定的分析被测变量。每种测量原理具有其自身特有的优点和缺点。

为了测量水成分的浓度，例如特定离子的浓度，已知自动分析器，例如，其预处理取自供分析的过程的待分析液体的样本，例如通过添加试剂，并且借由感测元件，来记录被测变量，所述被测变量取决于经预处理的样本中的水成分的浓度。通常在分析器的内部对待分析的样本进行预处理，这是通过添加一个或多个试剂，由此在被分析物的参与下引发样本中的化学反应。优选地，选择试剂以便能够借由光学或者电化学测量原理来演示化学反应，例如，借由光度测定型感测元件、电位测定或安培测定型传感器或者电导传感器。例如，化学反应能够使得样本着色或者发射发光辐射。能够借由吸光或消光测量来确定的颜色强度或者发光辐射的强度在这种情况下是对待确定分析被测变量的度量。针对与样本的着色相关的波长的吸光或消光可以例如通过光度测定法来确定，这是通过从辐射源向液体样本中馈送电磁辐射，诸如可见光，并且在透射穿过液体样本之后采用适当的检测器来接收该电磁辐射。检测器生成电子测量信号，该电子测量信号取决于所接收的辐射的强度并且由其能够推导出分析被测变量的测量值。

例如，由de1022822a1、de102009029305a1或者de102011075762a1已知这样的分析器。一方面，它们提供非常精确的测量值，另一方面，测量周期需要相对较长的时间段，该测量周期包括对样本的采取、对样本的预处理以及借由对经预处理的样本的光度测量而对测量值的确定。根据待确定的分析被测变量，所述时间段能够持续5至120分钟。由此，对于监视和/或控制或调节非常动态的过程，仅在多项限制下才能这种类型的分析测量设备。

另一方面，还已知所谓的在线测量设备，特别是电化学传感器，诸如电位测定型离子选择电极(ise)或者安培测定型传感器，用于确定水成分的浓度，这样的设备几近实时对被测变量值中的波动作出反应。在线测量设备被直接集成于处理容器内，在该处理容器中进行待监视的过程或者该处理容器包含用于过程中的处理介质，并且在线测量设备直接在待监视的处理介质中记录被测变量。由此，对于在线测量设备而言，能够摒弃在过程中对样本的采取和预处理。然而，在线测量设备常包括安培测定、电位测定、光度测定或光谱测定型感测元件，对于其他参数或者被测变量，特别是水质中的变化，该感测元件的交叉灵敏度至关重要。使用这样的测量设备所确定的测量值由此通常遭受比由分析器所确定的测量值程度更高的测量误差。此外，采用几个例子选择电极，出现与年限有关的漂移，通过对离子选择电极的定期校正或者调解，能够在一定程度上对此加以补偿。

在使用微生物或者其组分的生物或生物技术生产过程的领域中也存在极为类似的问题。在这样的过程中，借由适当的过程测量技术而几乎与过程同时地确定与过程控制有关的被测变量、所谓的过程控制参数和/或产物质量相关的参数或被测变量是非常重要的，这样才能通过用最短的生产运行时间来增产而获得很高的生产率水平。

这种类型的用于生物技术应用的过程测量技术的已知系统概念是基于使用光谱在线测量设备。在这种情况下，经由布置于处理容器的壁部中的适当的端口，例如标准的ingold端口，将设计为在线传感器的感测元件引入过程中。由此，在线传感器与过程直接接触。传感器的位于过程中的系统组件由此须具可灭菌性，也就是说，它们应有利地相对于cip或sip过程(缩写cip代表“在线清洗”，sip代表“在线灭菌”)以及高压灭菌法而言是稳定的。光谱感测元件包括发射电磁测量辐射的辐射源，所述电磁测量辐射与处理介质相互作用并且再借由感测元件的辐射检测器来重新测量。辐射源以及辐射检测器能够位于在线传感器的外壳内或者与过程或者传感器的外壳相距一定距离的单元内，该单元被称作光谱仪。在后一种情况下，来自辐射源的测量辐射沿光纤从光谱仪被引导至传感器外壳，并且待由检测器来测量的辐射也沿光纤从传感器外壳被引导回光谱仪。根据测量辐射的波长范围或波数以及检测或接收的类型(透射、反射、散射)，uv/vis、mir、nir与拉曼光谱仪之间可能存在差异。

借由光谱在线测量设备对测量值的测量能够在高速的测量速率以及测量与结果之间短暂延迟的情况下进行，这种短暂延迟对于过程变化而言可忽略不计。这意味着能够近乎实时地监视过程，以便可供在线测量设备使用的测量值也能够被使用于控制控制或调节过程。

然而，使用这样的光谱测定型在线测量设备所获得的测量结果仅构成能够基于化学计量模型而自光谱数据算出的预测。照例，化学计量模型是从过程的发展中所确定的数据或者过去在过程的实施期间所确定的数据中开发而成。为此目的，需要使光谱数据与参考分析的分析值相关联，而这在多数情况下并不会自动进行或者作为过程的一部分。已知借由在线光谱以及后续的化学计量评估的定量测定用于被测变量的葡萄糖含量、谷氨酰胺含量、谷氨酸含量、乳酸含量、铵含量、渗透压浓度、活细胞和总细胞的密度。例如，这些类型的市售系统可由凯撒光学系统公司(kaiseropticalsystemsinc.)提供，产品名为ramanrxn21000，或者由拜耳技术服务有限公司(bayertechnologyservicesgmbh)提供，产品名为spectrobay。

除了所述的复杂的数据生成或者评估过程以及持久的相关性分析的缺点，这种系统概念对于过程特定、过程决定或者质量相关的被测变量的适用性受到严格限制。能够由光谱数据确定的被测变量的检测限和精确度在某种程度上也存在不足。这时常与测量精度低密切相关，特别是与低浓度和/或高浓度的干扰物质密切相关，即在线感测元件的交叉灵敏度至关重要。例如，这对于避免应力状况以便以相当低的测定水平来进行准确的养分测定(例如葡萄糖)而言极其重要。应力状况可能导致微生物生长延缓、产物表达降低、副产物表达不理想和/或产物质量下降。由此，对生物过程进行控制以在早期识别这样的应力状况并且在过程中进行可控干预以便阻止或消除这些应力状况十分重要。

作为对在线测量设备的替选，通过应用分析方法的确定一个或多个这种类型的被测变量的自动化分析器也适用于确定上述过程控制参数和/或产物质量相关的特定被测变量。正如前述的适用于确定水成分的分析器，适用于监视生物过程的自动化分析器包括用于自过程中采取样本的装置、用于预处理待分析样本的装置，例如通过添加试剂，这导致样本中发生变化，能够通过光学或电化学传感器来测量该变化。例如，如上所述，这种变化可能是着色或者发光辐射的发射。例如，由de102011005957a1和de102014102600a1已知这些类型的分析器。采用这些设备，有可能完全自动化测定相关被测变量的测量值。由此，对测量数据的分析以及对当前测量值的运算远不及如光谱测定型在线测量设备中所使用的化学计量模型的制备和应用那般复杂。另外，与前述的在线测量方法相比，能够有选择地达成在更高的精确度下却明显更低的检测限/测定限，也就是说，甚至是存在干扰物质的情况下。

然而，这些类型的分析器的缺点在于，由于采取和预处理样本所必需的长测量持续时间或者低测量频率。

技术实现要素：

本发明的目的在于，指出一种用于确定和/或监视测量介质、特别是测量液的至少一个被测变量的设备和方法，其一方面使用于过程控制，特别是用于控制任务，并且其另一方面提供提高的测量精度以及足够低的检测限。

通过根据权利要求1所述的设备以及根据权利要求19所述的方法，根据本发明达成该目的。在从属权利要求中列举有利的实施例。

根据本发明的测量设备，用于确定测量介质、特别是测量液的至少一个被测变量，包括：

-第一测量设备，具有与所述测量介质相接触的第一感测元件，用于记录所述至少一个被测变量的测量值，并且该第一测量设备被设计成借由所述第一感测元件来确定第一测量值，该第一测量值取决于包含在处理容器中的所述测量介质的所述至少一个被测变量；

-取样设备，该取样设备被设计成从所述测量介质中采取样本；

-第二测量设备，该第二测量设备包括至少一个第二感测元件并且该第二测量设备被设计成借由所述第二感测元件来确定第二测量值，该第二测量值取决于取自所述测量介质的所述样本的至少一个被测变量；以及

-电子控制设备，该电子控制设备被设计成接收和处理所述第一测量值以及所述第二测量值并且借助于所述第二测量值而对所述第一测量设备进行校验、校准和/或调节。

所述测量介质能够例如是测量液。所述测量液能够例如是纯液或溶液、液体混合物、乳液或者悬浮液。

在一个实施例中，所述测量介质能够被包含于处理容器中，

其中，所述取样设备被设计成将取自所述测量介质的所述样本取出所述处理容器，并且

其中，所述第二测量设备被布置于所述处理容器之外并且被设计成确定取自所述处理容器的所述样本的所述至少一个被测变量的所述第二测量值。

替选地，所述测量介质能够作为测量液而存在于开放水域中。在该实例中，所述取样设备被设计成从所述水域中采取样本并且所述第二测量设备被布置于所述水域之外并且被设计成确定取自所述水域的所述样本的所述至少一个被测变量的所述第二测量值。

所述至少一个被测变量优选为分析被测变量，例如，所述测量介质中的被分析物的浓度或活性或者取决于所述测量介质中的一个或多个被分析物的浓度或活性的被测变量。

与包含在所述处理容器中的所述测量介质相接触的所述第一测量设备的所述感测元件能够作为在线感测元件而被集成于所述处理容器中，例如，所述处理容器的壁部中。所述第一感测元件能够例如有特别是光度测定或光谱测定型光学在线感测元件或者电化学在线感测元件，例如，离子敏感电极、电位测定型ph传感器或者电导传感器。所述感测元件能够与所述测量介质相接触的方式在于，所述感测元件，特别是诸如被分析物敏感膜的传感器元件，或者测量辐射通过其耦合到或者解耦出所述测量介质的窗口或光学元件，直接触及所述测量介质，例如浸入其中。如果所述第一感测元件是基于光学原理工作的感测元件，则所述元件能够与所述测量介质相接触的方式还在于，经由所述测量介质发射、穿过所述测量介质透射或者在所述测量介质中散射的辐射被引导至所述感测元件的检测器，例如，通过激活所述感测元件的辐射源以向贯穿所述感测元件的所述辐射源与辐射检测器之间的测量介质的辐射路径发出辐射。

所述第一感测元件具有在本文开篇所述的在线测量设备的优点。例如，它能够由此以高速的测量速率提供待监视的被测变量的当前测量值，该测量值能够被使用于控制和/或调节所述处理容器中进行的过程或者包含所述处理容器的处理设施中的过程。

所述第二测量设备能够是布置于所述处理容器之外的分析器，所述分析器被连接至所述取样设备，用于将由所述取样设备从所述处理容器采取的测量介质的样本进给至所述第二测量设备。所述第二测量设备作为所谓的近线测量设备，优选被布置在安装所述第一测量设备的测量点附近，其中，所述取样设备被设计成在所述第一测量设备的安装位置的区域内从所述样本容器中采取测量介质的样本并且经由将所述取样设备连接至所述分析器的液体管线将所述样本进给至所述分析器。然后，借由所述取样设备从所述处理容器中所采取的所述样本能够也借由所述取样设备而被首先填充到样本容器中。这能够被设计成可运输性，以便也能够在更长的距离上将所述样本从所述处理容器传输至所述第二测量设备。所述第二测量设备能够被设计成从所述样本容器中采取所述样本的至少一部分，特别是自动地采取。为此，其能够包括以可拆卸方式附装到所述样本容器的液体管线以及与所述液体管线相交互以通过所述液体管线从所述样本容器输送所述样本的泵。

由于所述第二测量设备没有被设计为在线测量设备，因此有可能使所述样本在所述处理容器之外受到相对于待测量的被测变量有选择性的分析过程，其不会或者仅在有限的程度上受交叉灵敏度影响，所述过程提供比所述第一测量设备更精确的测量结果和/或更低的被测变量的检测限。

例如，分析过程是所述被测变量是分析被测变量、即例如所述测量介质中的被分析物的浓度或者与所述测量介质中的一个或多个被分析物的浓度相关的值的过程，以及再预处理所述样本的过程，例如，在气流中，通过添加一个或多个试剂和/或通过氧化分解和/或通过热分解，以便形成化学反应产物，其浓度或者取决于该浓度的值借由光学测量原理或者例如电化学的化学测量原理而被定量测定。待监视的分析被测变量能够从所确定的反应产物的浓度或者取决于该浓度的值中算出。例如，通过预处理所形成的反应产物能够具有特征吸收或荧光光谱，例如，着色，或者发射发光辐射或者在特征上反射或散射辐射。在该实例中，所述反应产物的浓度能够通过吸收测量或者通过测量所反射或散射的辐射的发光辐射的强度而以光度测定或者光谱测定方式来确定。所述反应产物的浓度也能够通过滴定或者借由电化学感测元件来确定。

借由使用由所述第二测量设备所提供的高度选择性或者测量精度的测量值来定期地校验、校准和/或调节所述第一测量设备，能够实现显著提高测量值的质量，特别是在快速测量的情况下减少由所述第一测量设备所提供的测量值的测量不确定性，并且可用来实时或几乎实时地控制和/或调节所述过程。

在替选的实施例中，所述第二感测元件能够被设计成与所述第一感测元件相同。由于其被布置于所述处理容器之外，因此其无需大量工作就能够被定期地校准、校验或调节。通过这种方式，可以确保由所述第二感测元件所提供的第二测量值比由所述第一感测元件所提供的测量值具有更高的测量质量。相应地，所述第二测量值能够被使用于校准、校验或调节所述第一测量设备。

所述第一和/或第二测量设备能够被设计成记录多个被测变量的值。通过这种方式，例如，能够使用通过所述感测元件所记录的光谱或者原始光谱值来推导或预测多个不同的分析被测变量的值。设计为在线测量设备的所述第一测量设备也能够由多个在线感测元件形成，所述多个在线感测元件各自对不同的被测变量敏感。不言而喻，也可以存在对相同被测变量敏感的多个感测元件。例如，它们能够被布置在所述处理容器中的不同位置处和/或在种类上不同，也就是说，基于不同的测量原理。所述被测变量能够是分析被测变量和/或附加被测变量。附加被测变量的示例为：所述测量介质的温度以及所述测量介质在所述处理容器中的压力、填充水平和流速。

所述第二测量设备能够被设计成以比所述第一测量设备更慢的测量速率确定和输出测量值。

例如，所述处理容器可以是盆槽、发酵槽或管道和/或处理设施中的管道系统。

所述第二测量设备能够是自动化分析器，其被设计成在分析过程之后确定取自所述处理容器的样本中的被测变量的测量值。特别地，其能够被设计成预处理取自所述处理容器的样本，其中，所述第二感测元件被设计成记录经预处理的样本的附加被测变量的测量值，该测量值取决于待确定或监视的被测变量。如前所述，化学反应产物能够通过分析过程中对所述样本的预处理来形成。在该实例中，其测量值借由所述第二感测元件来记录的所述附加被测变量是所述化学反应产物的浓度或者取决于该浓度的值。在该实施例中，所述第二测量设备被配置成自所述附加被测变量的测量值推断出待监视的测量介质的被测变量。

所述第二感测元件能够是特别是光谱测定或光度测定型光学感测元件，或者是电化学感测元件。为了确定所述被测变量的所述第二测量值，所述第二测量设备能够被设计成使所述第二感测元件接触到取自所述处理容器的可能要预处理的样本。这能够通过所述感测元件触及所述测量介质来进行，例如，通过浸入其中。

如果所述第二感测元件被设计为光学感测元件，则其能够例如包括辐射检测器，该辐射检测器被设计成记录由于对所述被分析物的样本的预处理或者所述被分析物与一个或多个试剂的化学反应的反应产物而发射的发光辐射。除所述辐射检测器之外，所述第二感测元件也可以包括发射测量辐射的辐射源，该测量辐射与经预处理的样本相互作用之后由所述第二感测元件的所述辐射检测器来记录。所述辐射检测器被设计成确定从由经预处理的样本所发射的发光辐射或者穿过经预处理的样本所透射的测量辐射推导出的一个或多个原始值。该实施例还允许根据由所述辐射源发射的辐射的带宽如何来记录各波长的光谱或吸收值。

如果所述第二感测元件是上述类型的光学感测元件，则所述第二测量设备可以包括测量单元，用以使所述第二感测元件接触到经预处理的样本，所述单元具有透明的壁部，至少部分地用于由所述样本所发射的发光辐射、在所述样本中所散射或反射的测量辐射或者由所述辐射源馈入到经预处理的样本中的测量辐射。所述辐射源以及所述辐射检测器能够以这样的方式来布置：由所述辐射源所发射的辐射贯穿所述测量单元中所包含的经预处理的样本并且在贯穿并且与所述样本相互作用之后遇到所述辐射检测器。替选地，所述第二感测元件也可以具有集成于所述测量单元中的传感器壳体，该传感器壳体具有用于测量辐射的透明壁部或者可由透明窗口或光学元件紧密地密封的开口，辐射能够通过该开口被耦合到所述测量单元中或者或者解耦出所述测量单元。

所述第二测量设备能够被设计成捕获附加被测变量。所述第二测量设备的所述第二感测元件和/或附加感测元件能够被使用于捕获所述附加被测变量。由此，所述第二测量设备除由所述第一测量设备(在线测量设备)所监视的被测变量的测量值之外还能够提供附加被测变量的测量值。这能够改善对所述过程的监视。

所述第二测量设备能够包括一个或多个液体容器，其包含一种试剂或者多种试剂，其被使用于预处理所述样本。附加地或替选地，所述第二测量设备可以包括分解反应器，其中所述样本在添加一个或多个试剂和/或气流的条件下能够经受化学或热分解。另外，所述第二测量设备可以包括液体管线以及泵，它们被使用于从所述液体容器中取出试剂，以使其与所述样本混合，并且使由此预处理的样本接触到所述第二感测元件。所述第二感测装置可以包括电子控制系统，用于所述分析过程的自动实现以及用于确定所述第二测量值。

所述取样设备能够以现有技术中已知的方式来设计，例如de202012104908u1或者de1020141026009a1中所述。

所述控制系统可以是带有一个或多个处理器以及一个或多个存储器的电子数据处理设施。其可以具有多个接口，其能够经由所述多个接口而被连接至所述第一和第二测量设备以及存在的任何其他测量设备和/或存在的任何执行器(例如，一个或多个阀，用其能够控制采取的样本)以便通信，特别是双向通信。所述控制系统内的一个或多个存储器中可以存储计算机程序，所述计算机程序被使用于处理来自所述第一和第二测量设备的输出以及使用所述第二测量设备的测量值来进行对所述第一测量设备的自动化校验和/或校准和/或调节，并且所述计算机程序能够由所述控制系统的处理器来执行。例如，所述控制系统能够采取常规计算机、诸如膝上型计算机、平板计算机或智能电话的移动设备、变换器或者可编程序逻辑控制器(plc)的形式。

如上进一步所述，设计为在线测量设备的所述第一测量设备的所述第一感测元件能够被设计为光学感测元件。在应用于生物学或生物化学过程的有利实施例中，例如，光谱测定型传感器能够被用作所述第一感测元件，所述传感器具有传感器壳体，该传感器壳体被集成于所述处理容器中，例如借由所述测量容器的壁部中的配件或端口。在所述壳体中能够集成辐射源以及辐射检测器，所述辐射源发射预定波长或预定波长范围的测量辐射并且馈入所述处理容器中所包含的所述测量介质中，所述辐射检测器被设计成在所述测量辐射与所述处理容器中所包含的所述测量介质相互作用之后记录所述测量辐射，并且生成电子信号，该电子信号取决于由所述辐射检测器所记录的所述测量辐射的强度。所述辐射源以及所述检测器也能够被布置在所述传感器壳体之外，特别是在布置成与所述传感器壳体相距一定距离的附加壳体中。在该实例中，所述辐射源以及所述检测器借由光导体来连接，特别是光纤。所述传感器壳体能够具有用于使测量辐射耦合到所述测量介质中的开口或者用于所使用的测量辐射的辐射的透明窗口和/或另一光学元件，或者用于使所述测量辐射解耦出所述测量介质的对应开口、窗口或者光学元件。

在进一步的实施例中，其中所述第一感测元件是电化学感测元件，例如，所述元件能够是电位测定型传感器，特别是包括离子选择电极或者ph玻璃电极、isfet、chemfet，或者是安培测定型传感器，例如clark氧电极，或者是电导传感器。

同所述第一感测元件一样，所述第一测量设备能够包括测量电子器件，所述测量电子器件被设计成记录由所述感测元件所提供并且取决于所述被测变量的原始值，以及使用保存在所述第一测量电子器件中的模型自这些原始值中确定所述第一测量值。所保存的模型能够是校准函数，特别是校准线，其在各种情况下将测量值赋予原始值作为函数值。所保存的模型也能够是化学计量模型，特别是多变量化学计量模型，其将所述被测变量的测量值赋予原始值，例如，赋予借由所述第一感测元件所记录的所述测量介质的光谱或者赋予自所述光谱推导或表示所述光谱的光谱测定值。例如，借由所述化学计量模型，所述被测变量的预测值能够被确定为测量值。

同所述第二感测元件一样，所述第二测量设备能够包括测量电子设备，所述测量电子设备被设计成记录由所述第二感测元件所提供并且取决于所述被测变量的原始值，以及使用保存在所述第二测量电子设备中的模型自这些原始值中确定所述第二测量值。所保存的模型能够是校准函数，特别是校准线，其在各种情况下将第二测量值赋予原始值作为函数值。

所述控制系统能够包括所述第一和/或第二测量电子设备中的至少多个部分。例如，在有利的实施例中，所述第一和第二感测元件能够被连接至多信道发射机，该多信道发射机接收和处理由两个感测元件所记录的所述原始值或者自其推导出的值，特别是数字化值，并且自其确定所述第一和第二测量值。

所述控制系统还能够被设计成控制所述第一测量设备、所述第二测量设备和/或所述取样设备。

在进一步的实施例中，所述控制系统以及所述第一测量电子设备能够被共同集成于电子数据处理设施中，例如，计算机或多信道发射机，或者集成于plc中。所述控制系统或者其中集成所述控制系统的所述电子数据处理设施能够经由接口而被连接至所述第二测量电子设备。

所述控制系统能够被设计成以规则的间隔自动地执行对所述第一测量设备的校准、校验或调节。例如，所述控制系统能够被设计成当每个测量值被所述第二测量设备捕获时执行校验和/或校准和/或调节。替选地，校验、校准或调节能够以较长的间隔来执行，例如，每天或每周。

在此，所述校准通常意指自由所述第二测量设备所提供的、视作正确的所述第二测量值来确定由所述第一测量设备所测量的所述第一测量值的偏差。所述校验也包括确定所述偏差以及其评定或评估。所述调节意指以这样的方式调适所述第一测量设备：由所述第一测量设备用于自由所述第一感测元件所提供的原始值来确定测量值的模型被调适，以便其对应于由所述第二测量设备所提供并且用作参考值的所述第二测量值。

例如，所述控制系统能够被设计成以这样的方式执行调节：保存在所述第一测量设备中和/或所述控制系统中并且用于将所述被测变量的测量值用作第一测量值赋予由所述第一感测元件所提供的原始值的模型以这样的方式被调配，即使用经调配的模型，由借由所述第一感测元件所记录的所述原始值求得对应于借由所述第二测量设备所确定并且使用于调节的所述被测变量的所述第二测量值的值，特别是与其近似或者与其相同的值。

在有利的具体实施例中，所述第一测量设备的所述感测元件能够被设计成捕获预定波长范围内的测量介质的光谱，特别是发光或吸收光谱，其中，借由化学计量模型，所述第一测量设备使用所记录的光谱来确定所述第一测量值，特别是预测所述第一测量值。在该实施例助攻，所述控制系统能够被设计成借助于用作参考值的所述第二测量值来调配所述化学计量模型，以便进行调节。

在该实施例的有利的进一步改进中，所述控制系统也能够被设计成建立化学计量模型，用于借助于多个不同的被测变量的借由所述第一测量设备所记录的测量数据以及由所述第二测量设备所确定的测量值来监视特定过程。通过这种方式，使用于借由由所述第一测量设备所记录的数据的过程监视和控制的上述化学计量模型的建立能够自动地由所述控制系统来执行。

为了建立所述模型，所述控制系统能够基于由所述第一和第二测量设备所提供的测量数据来执行相关性分析，特别是在所述第一过程运行期间。借由该分析，所述控制系统能够确定哪些被测变量在过程监视和控制中起到重要作用，特别是其能够确定至少第一被测变量以及应当借由由所述第一测量设备确定的所述光谱数据来监视的任何附加被测变量，并且建立所述化学计量模型，其被使用于自所述第一测量设备的所述光谱数据来预测该待监视的被测变量的测量值。

在另一有利的具体实施例中，所述第一测量设备的所述感测元件能够是用于记录所述测量介质的离子浓度或者合计参数作为被测变量的在线传感器，特别是sac传感器或者离子选择电极。在该实施例中，例如校准线的校准函数能够被保存在所述第一测量设备的所述测量电子设备中，所述函数用于将所述被测变量的测量值赋予由所述第一测量设备所记录的所述原始值作为函数值，即该实施例中的所述离子浓度或者所述合计参数的测量值。在该实施例中，出于调节所述第一测量设备的目的，所述控制系统能够被设置成借由用作参考值的所述第二测量值来调适所述校准函数，特别是所述校准线的零点和/或梯度。

本发明还包括一种用于确定和/或监视测量介质、特别是测量液的至少一个被测变量的方法，包括：

-借由第一测量设备，记录取决于所述测量介质的所述至少一个被测变量的第一测量值，所述第一测量设备具有第一感测元件，该第一感测元件与所述测量介质相接触，以便捕获所述至少一个被测变量的测量值；

-借由取样设备，采取所述测量介质的样本；

-借由第二测量设备，确定取决于取自所述处理容器中的所述测量介质的所述样本的所述至少一个被测变量的第二测量值，所述第二测量设备包括第二感测元件；以及

-借由电子控制系统，基于所述第二测量值来对所述第一测量设备进行校准和/或校验和/或调节，所述电子控制系统被设计成接收和处理所述第一和第二测量值。

在一个实施例中，所述测量介质，特别是所述测量液，能够被包含在处理容器中，

其中，借由所述取样设备，从所述处理容器中采取所述样本，并且其中，所述第二测量设备被布置于所述处理容器之外并且确定取自所述处理容器的所述样本中的所述第二测量值。所述测量介质也能够作为测量液而包含在开放水域中。在该实例中，从所述开放水域中取出所述样本。

在所述方法的实施例中，所述控制系统调整所述第一测量设备，这是通过调适保存在所述第一测量设备中和/或所述控制系统中的模型，其用于以这样的方式将所述至少一个被测变量的测量值用作第一测量值赋予由所述第一感测元件所记录的原始值，即通过使用经调配的模型，由借由所述第一感测元件所记录的所述原始值求得对应于借由所述第二测量设备所确定并且使用于调节的所述被测变量的所述第二测量值的值，特别是与其近似或者与其相同的值，作为所述至少一个被测变量的第一测量值。

在一个有利的实施例中，由所述第一测量传感器在移取样本的同时或者在围绕从所述处理容器中移取所述测量介质的样本时的时间的设置时间窗内所检测到的至少一个第一测量值被至少暂时性保存，并且/或者用于确定该第一测量值的原始值被至少暂时性保存。有利地，所述测量值和/或所述原始值与表示记录它或它们的时间的信息保存在一起，诸如时间戳。优选地，选择所述设置时间窗的长度，以确保所移取样本的成分大体上对应于所述测量介质在检测所述第一测量值或所保存的第一测量值或者所述原始值时的成分。因此，所述时间窗的所述长度取决于所述过程的动态。当然，表示取样的时间的信息也能够被保存。如果适用，能够对所移取的样本加附所述取样的时间。如果所述样本在移出所述处理容器之后通过所述取样设备而被灌入如上所述的尤其是透明的样本容器中，则所述取样的时间能够被加附至所述样本容器。对此的可能方式有加附至所移取的样本的rfid标签和/或光码，诸如条形码或者qr码。所述光码能够被设计为打印码或者还被显示在显示单元上，诸如显示器，例如lcd显示器。

所述至少一个第一测量值和/或对应的原始值能够被保存在所述第一测量设备的存储器中和/或所述控制设备的存储器中。

为了用所述第二测量值进行校验或校准，所述控制设备有利地使用与移取所述样本同时或者在移取所述样本前后的所引用的时间窗内所检测到的所述至少一个已保存的第一测量值，借此确定所述第二测量值。因此，考虑到捕获所述第一测量值的时间点以及取样的时间点，例如通过使用这两个时间戳来执行随时间的反演计算，用所述第二测量值校验或校准所述第一测量设备。如果在确定所述第二测量值的同时历经一定时间跨度，这一点会十分有利。

为了用所述第二测量值进行调节，所述控制装置有利地使用用于确定至少一个第一测量值并且在移取所述样本的同时或者在移取所述样本前后的所引用的时间窗内检测到的所述原始值，借此确定所述第二测量值。因此，考虑到所述时间点以及随时间的反演计算，使用所述第二测量值来调节所述第一测量设备。

如初所述，采用所述第一在线测量设备所确定的测量值具有比采用所述第一测量设备所确定的那些测量值更高的测量频率。在一个改进方案中，由所述控制装置用以较低测量频率确定和输出的测量值来执行插值。所述插值的插值点是用所述第二测量设备来确定的测量值。所述插值能够使用线性函数来执行。当然，所述插值也能够借由非线性函数来执行，其中，所述非线性函数描述各自过程内被测变量的动态。借助于所述插值，被插入的所述第二测量设备的测量值可用在所述第二测量设备没有确定出测量值的时间点。借助于所述第二测量值的插值，能够相应地以比所述第二测量设备的测量频率更高的频率使用所述第二测量值来校准和/或校验和/或调节所述第一测量设备。

附图说明

在下文中，将参照附图中所示的示例性实施例对本发明加以详述。图中示出：

图1示出第一种测量布置，带有第一和第二测量设备以及与连接至该第一和第二测量设备的控制装置；

图2示出第二种测量布置，带有第一测量设备以及设计为分析测量设备的第二测量设备，该第二测量设备带有集成于分析测量设备中的控制装置；以及

图3示出第三种测量布置，带有在线测量设备、分析测量设备以及集成于在线测量设备中的控制装置。

具体实施方式

图1示意性描绘出测量布置10，包括第一测量设备1、第二测量设备2以及控制装置3，控制装置3能够例如被设计为多信道测量变换器。在本示例中，测量设备1是在线测量设备，所述在线测量设备被集成于处理容器中并且用来捕获处理容器中所包含的测量介质的被测变量以执行处理。在本示例中，测量介质是测量液。第一测量设备1以快速的测量周期，诸如每分钟＞60，检测被测变量的测量值；然而，其对诸如处理介质的成分的变化的干扰的影响展现出强烈交叉灵敏度。第一测量设备1能够例如包括在线探针作为测量传感器。在本示例中，待由测量布置10来监视的被测变量是测量液中的离子浓度。第一测量设备10的测量传感器能够具有：包括离子敏感电极的电位测定型测量传感器，以及测量电子设备，所述测量电子设备被连接至测量传感器并且被设计成捕获、数字化以及进一步处理由该电位测定型测量传感器所生成的原始值，特别是用保存在测量电子设备的存储器中的校准函数从原始值中确定待监视的离子浓度的测量值。带离子选择电极的电位测定型测量传感器的原始值例如是电压值，其借由校准函数而被赋浓度值。

第一测量设备1通过接口5、6而被连接至控制装置3，该控制装置被设计成接收由第一测量设备1所提供的测量值并且能够进一步处理它们。

第二测量设备2具有测量传感器，所述测量传感器被设计成确定与第一测量设备1相同的被测变量，或者能够被重新计算成由第一测量设备所确定的被测变量的被测变量。在本示例中，第二测量设备2被设计成检测离子浓度，该离子浓度也能够借由第一测量设备1来确定。为此，第二测量设备2被提供有从过程中移取的测量液的样本。第二测量设备2能够被设计成借由分析方法来确定被测变量，诸如通过用一个或多个试剂来自动地预处理测量液的样本。在本示例中，在测量液中的被分析物的参与下，通过添加一个或多个试剂来进行化学反应，该化学反应产生着色的反应产物，以便存在被分析物的情况下，即存在将要确定其浓度的离子的情况下，测量液中显现颜色。第二测量设备2另外还包括光度测定型测量传感器，其通过测量吸收来检测颜色的强度。第二测量设备2另外还包括连接至光度测定型测量传感器的测量电子设备，其被设计成进一步处理由光度测定型测量传感器所提供的表示样本在给定波长范围内的吸收的原始值，特别是数字化原始值，并且从这些值中确定待监视的被测变量的测量值，在该实例中为离子浓度。为此，校准线被保存在测量电子设备中，该校准线按照浓度值来标绘原始值。第二测量设备2还经由接口4而被连接至控制装置3。控制装置3被设计成接收由第二测量设备2所提供的测量值并且能够进一步处理它们。

第二测量设备2的测量周期由此包括从处理容器中对样本的移取、对样本的预处理以及对被测变量的测量值的检测，并且可能有一个或多个用来清洗测量设备2触及液体的部分的清洗或冲洗周期，以便由此防止交叉污染。根据待确定的被测变量以及所使用的分析方法，这样的测量周期的典型持续时间约为5至60分钟。第二测量设备2由此以远低于第一测量设备1的测量频率来检测测量值。另一方面，第二测量设备2的测量值也存在明显低于第一测量设备1的测量值的测量误差。特别地，第二测量设备2的分析方法处理明显低于第一测量设备1的对基质变化的交叉灵敏度，原因在于引起待检测样本着色的化学过程通常比在离子选择电极膜中出现的用来生成电位测定的测量信号的过程更具选择性。

本示例中的控制装置3被设计为多信道测量变换器或者plc。其被设计成经由接口4和5来接收由第一和第二测量设备1、2所捕获的测量值，并且使用来自第二测量设备2的测量值来执行对第一测量设备1的校准、校验或调节。控制装置3包括存储器，其中存储计算机程序，该计算机程序能够由控制装置3来执行并且用来校准、校验和/或调节第一测量设备1。控制装置3也能够部分被设计为多信道发射机以及部分被设计为plc，其中，多信道发射机被连接至第一和第二测量设备1、2并且执行校验、校准和/或调节，而plc被使用于过程控制和/或过程调整。

对第一测量设备1的校准和/或校验也能够包括以下步骤：

-准备对用第一测量设备1所检测到的测量值的评估；

-准备关于下一次不会在线执行的对第一测量设备1的校验、校准和/或调节的建议。在不会在线执行的对第一测量设备1的校验、校准和/或调节中，从测量介质中取出设计为在线测量设备的第一测量设备1；这通常是在检修任务的情况下或者在处理系统处于停机时完成。

校准或校验是由控制装置3来执行，这是通过使用对第一测量设备1的测量值中的一个或多个与第二测量设备2的当前测量值的比较。有利的是，将第二测量设备2的测量值与由第一测量设备1在移取用于生成第二测量设备2的测量值的样本的同时所检测到的第一测量设备1的一个或多个测量值相比较。为此，控制装置3保存由第一测量设备1在取样的同时所提供的至少一个测量值，并且将第二测量设备2使用移取的样本所确定的测量值与已保存的第一测量设备1的测量值相比较。控制装置3优选被设计成通过使用引用的计算机程序来自动地执行对测量值的捕获、对测量值的保存和比较。

为了调节第一测量设备1，保存原始值，所述原始值由第一测量设备1的测量传感器在取样的同时被检测到并且用来确定第一测量设备的至少一个测量值。利用使用通过相同的取样所获得的样本来确定的第二测量设备2的测量值，调适由第一测量设备1的测量电子设备使用的用于从原始值中确定测量值的校准函数，以便通过经调适的校准函数，按照对应于第二测量设备2的测量值的测量值，特别是相同的测量值，标绘所保存的原始值。控制装置3优选被设计成通过使用引用的计算机程序来自动地执行对原始值的保存以及调节。控制装置3也能够被设计成使用来自第二测量设备2的测量值来模拟来自第一测量设备1的测量值，并且/或使用来自第一测量设备1的测量值来模拟来自第二测量设备2的测量值。

校准和调节能够由控制装置3以规则的间隔来执行，诸如在第二测量设备2的每次测量期间。

图2示出带有第一测量设备和第二测量设备的测量装置100的第二示例。在本示例中，第一测量设备包括光学sac探针7。缩写sac代表被测变量“光谱吸收系数”，其指示对一个或多个波长的辐射的吸光或消光，特别是对波长为254nm的辐射关于1米的辐照液的消光，并且其是对水中有机化合物的浓度的测量作为累计参数。sac探针7是光学探针，为测量消光，该光学探针包括布置于探针壳体中的一个或多个辐射源以及一个或多个辐射检测器，以便由辐射源发射的辐射映射出探针壳体而被耦合到测量液12中，并且在于测量液12相互作用之后被解耦出测量液并且被传导至布置于探针壳体中的辐射检测器。sac探针7对水质的成分变化具有相对较明显的交叉灵敏度。其以相对较高的测量频率提供sac测量值；在本示例中，每秒2个值。sac探针7的辐射检测器能够包括一个或多个光电二极管，其以电压或电流强度的形式发出原始值。sac探针7的辐射源能够例如包括一个或多个led。sac探针7另外还包括测量电子设备，其被设计成处理由辐射检测器所提供的原始值，特别是数字化原始值，并且使用保存在sec(sac？)探针7的存储器中的校准函数来计算sec(sac？)探针7的测量值。由sec(sac？)探针7所确定的测量值能够被实时提供给处理控制器(图2中未示出)，诸如污水处理设施中的控制器。

本示例中的第二测量设备是自动化cod分析设备8，其被设计成确定取自处理容器14中的测量液12的样本的累计参数cod。缩写cod代表英语技术表达化学需氧量，并且是表达为氧当量的诸如高锰酸钙或重铬酸钙的强氧化剂的量，在指定方法的反应条件下，该强氧化剂消耗一定体积的液体样本中所包含的可氧化内含物。如同sac值一样，cod值是对水中有机化合物的浓度的测量作为累计参数。cod值与sac值可相互转换。

分析设备8包括控制装置9，该控制装置控制自动化从处理容器14中取样以及自动化执行用于分析设备8的分析方法以确定cod。cod分析设备8被连接至取样设备10，该取样设备包括泵11和液体管线13。泵11被设计成通过液体管线13从处理容器14中取出测量液12的样本，并且将其供应给分析设备8的测量单元15。分析设备8另外还包括一个或多个存储容器16(图2中仅示意性示出)，其中包含用于供应给样本以便预处理的一个或多个试剂。借由另一泵17，这些试剂能够被输送到测量单元15中并且在此被添加至样本。为了确定cod测量值，尤其从供应容器16中的一个向样本添加诸如重铬酸钾的强氧化剂。氧化剂的还原形式具有不同于氧化形式的颜色，或者不同于氧化形式的可见光谱范围内的吸收光谱。

为了检测用于氧化样本中存在的有机化合物所消耗的氧化剂的量，cod分析设备8包括光度测定型测量传感器，该光度测定型测量传感器包括辐射源18以及辐射检测器19。参照测量单元15来布置辐射源18以及辐射检测器19，以便由辐射源18发射的测量辐射通过测量单元15的透明壁部进入该测量单元，贯穿测量单元15中存在的经预处理的样本，通过测量单元15的透明壁部退出该测量单元，并且接触辐射检测器19。辐射源18能够例如包括一个或多个发光二极管；辐射检测器19能够包括一个或多个光电二极管。辐射检测器19被设计成生成电子测量信号，其取决于所接收到的辐射强度并且如果使用则将已呈数字原始测量值形式的信号输出至控制装置9。

控制装置9包括特别是处理器的用于电子数据处理的装置，以及一个或多个存储器，其中存储用来控制cod分析设备8以及取样设备10的操作程序。控制装置9被连接至取样设备10的泵11、用来传送和计量来自供应容器16的试剂的泵17以及特别是用于双向通信的光度测定型测量传感器。控制装置9被设计成以设定的时间间隔或者视需要控制泵11以移取测量液12的样本并且将其供应给分析设备8。此外，控制装置9被设计成将预处理样本所需的预定量试剂输送到测量单元15中，并且将其添加至其中所含的样本。控制装置9能够另外被设计成在测量周期之间执行清洗周期，其中用冲洗液来冲洗分析设备8触及液体的部分。另外，控制装置9被设计成控制光度测定型测量传感器以捕获测量值以及从辐射检测器19接收作为原始值的测量值并且进一步对其进行处理。

控制装置9另外还具有评估程序，该评估程序能够由控制装置9来运行并且被保存在控制装置9的存储器中，并且该评估程序用来从一个或多个原始值中确定cod测量值。控制装置9特别被设计成使用控制装置9的存储器中存在的校准函数来确定样本的cod测量值。

控制装置9另外还包括cod分析设备8的测量电子设备的功能。同时，控制装置9也包括测量装置100的控制装置的功能。为此，控制装置9被连接至用于双向通信的sac探针7，以便接收sac探针7的测量值。控制装置9被设计成以高度类似于参照图1所述的方式执行对sac探针7的校验、校准或调节。其能够另外被设计成类似于参照图1所述的控制装置3。

图3示意性描绘出带有包括光谱探针20的第一测量设备以及用作第二测量设备的分析设备21的测量装置200的第三示例。测量装置200能够有利地被使用于监视处理容器22中进行的生物学或生物化学过程的被测变量，所述处理容器保持无菌并且例如被设计为发酵槽。

光谱探针20被集成于处理容器22中，以便其与处理容器22中所包含的测量液23相接触。与测量液23的接触能够例如是这样：探针20触及测量液23，例如，浸入其中。替选地，也能够这样建立接触：探针20将测量辐射放射到测量液23中并且在与测量液23相互作用之后借由辐射检测器来检测测量辐射。例如，一个或多个发光二极管、半导体二极管、激光二极管或者激光器能够用作光谱探针的辐射源。辐射检测器能够包括一个或多个光电二极管、光电二极管阵列或者ccd线或ccd阵列。光谱探针20能够另外还包括单色仪。辐射源、辐射检测器以及单色仪能够被布置于探针20的壳体中或者与探针相距一定距离的壳体24中，其中，在后一种情况下，探针20通过光纤而被连接至辐射源以及辐射检测器。

辐射检测器被设计成将其检测到的辐射强度转换成光谱测定原始值并且将它们输出至在本示例中布置于与探针20相距一定距离的壳体24中的测量电子设备25。测量电子设备25被设计成接收并且进一步处理光谱测定原始值。特别地，测量电子设备25被设计成评估原始值以便自其算出待监视被测变量的测量值。测量电子设备25包括处理器以及一个或多个存储器，其中保存能够由测量电子设备25来执行并且用来控制光谱探针20的操作程序以及用来评估由光谱探针所检测到的原始值作为光谱测定原始值的一个或多个评估程序。

借由测量电子设备25中所存储的化学计量模型26，评估由探针所检测到的光谱测定原始值。该化学计量模型是基于待监视过程在也被称为批次的较早过程运行的整个过程持续期间所检测到的历史测量数据27。为了创建该化学计量模型，在所谓批次的一个或多个执行的过程期间所检测到的来自光谱测定型探针的光谱原始数据被关联-通常随着过程进展-至用通常手动从过程中取出的样本来确定的分析测量值。借由分析方法，诸如免疫分析法，确定分析测量值。由此在过程的较早批次的基础上改进的化学计量模型26被存储在测量设备25中并且可用于评估当前的光谱原始数据。

使用化学计量模型26，由测量电子设备25从当前正被探针20检测到的光谱原始数据中推导出待监视被测变量的预测值28。该值通过测量电子设备25的数据输出29而被提供给更高级别的电子控制装置，其用来控制处理容器22中正在进行的过程。预测值可实时或接近实时地用于控制装置。

分析设备21用作测量装置200的第二测量设备并且被设计成借由例如能够包括免疫分析法的分析方法来采用取自处理容器22中的测量液23的样本来确定待监视被测变量的值。

分析设备21被连接至自动化取样设备30，该自动化取样设备被设计成在无菌条件下从处理容器22中移取测量液23的样本。这样的取样设备例如de1020141026009a1中所述。分析设备21包括处理和测量单元31，其被连接至取样设备30以便由取样设备30取出的样本能够被提供给处理和测量单元31。

处理和测量单元31包括用于预处理样本的装置，其例如能够包括免疫分析法的性能。预处理用来生成样本的属性，诸如发光或色彩，该属性取决于待检测的被测变量，诸如被分析物的浓度，并且能够通过物理方式来检测。这能够借由集成于分析测量设备21的处理和测量单元31中的测量传感器来检测。分析设备21另外还包括测量电子设备32，其用来控制处理和测量并且其被设计成从由测量传感器所提供的原始测量值中确定被测变量的测量值，特别是使用保存在测量电子设备32中的校准函数。通过这种方式确定的被测变量的值经由数据输出33而被提供给在线测量设备的控制单元24。

控制单元24被设计成使用由分析设备21所提供的测量值来执行对光谱测定型测量设备的校验、校准或调节。针对调节，基于由分析设备21所提供的测量值来调适化学计量模型。

因此，就符合工艺规范而言，测量装置200能够几乎连续并且实时地监视生物学和生物化学生产过程。耦合的分析设备21启用对基于光谱的在线测量系统的自动校准、校验和调节，以提高基于光谱测量而连续接收的预测值的测量精度。采用分析设备21所执行的测量由此用来校验借由在线测量设备20所确定的预测并且视需要调节该在线测量设备。

在一个有利的实施例中，能够用分析设备21来执行进一步的分析，以便确定无法用在线测量设备20来确定的附加被测变量。为此，分析设备21能够包括附加的测量传感器。

有利地，测量设备200还能够用来制备化学计量模型26。在该实例中，在处理容器22中进行的、或许以自学习方式的第一过程运行期间制备模型。为此，测量电子设备25能够使用由探针20所检测到的光谱数据以及由分析设备21所确定的一个或多个被测变量的分析测量值来执行关联性分析。借助于该分析，控制单元24能够确定哪些被测变量在监视和调整过程中起到主要作用。特别地，它们能够使用由探针20所确定的光谱数据来确定待监视的被测变量，并且制备化学计量模型，其用来从光谱数据中预测这些待监视的被测变量的测量值。

能够以主成分分析(pca)的形式来进行相关性分析。通过使用pca，确定被测变量(即分析被测变量和/或其他被测变量)对一个或多个参数的影响，这/这些参数与组次或批次的质量有关。典型地，这样的有关质量的参数例如是材料生产中的葡萄糖含量和/或产率。还能够重复地执行相关性分析并且保存和评估该相关性分析的时间特性。该评估的结果能够被使用于对第一测量设备1的校验、校准和/或调节并且还能够被用于过程监视。