CN101151527B - 废水分析传感器盒 - Google Patents

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Abstract

本发明的废水分析传感器盒(10)为一次性使用的废水分析传感器盒，其具有液体不渗透的壳体(20)，该壳体包括至少一个电化学传感元件(30、32)以及至少一个基准元件(56)。此外，壳体(20)包括传感元件电解液箱(40、42)以及基准元件电解液箱(44)。传感元件(30、32)的离子选择膜(31、33)和壳体(20)由塑料构成。

Description

废水分析传感器盒
技术领域
本发明涉及一种用于废水分析的一次性使用的传感器盒，其具有带离子选择膜(ion-selective membranes)的传感元件。
背景技术
用于废水净化设备等中的废水分析传感器只要测量环境、即废水测量环境恶劣就容易发生故障。另外，每种电-化学传感元件或基准元件都需要在电解液箱内供给电解液。如果传感元件或基准元件失灵或如果电解液箱是空的，必须更换相应的传感器或基准元件或将电解液注入对应的电解液箱。在发生故障的情况下，常常不容易确定需更换哪个传感元件或基准元件。更换个别传感元件或注满电解液箱既烦琐、又费时且费用昂贵。
从DE 295 08 870 U1可获知一种传感器配置，其包括多个pH传感元件。壳体和电解液箱由多个同轴嵌套的玻璃管构成。包围电解液箱的玻璃壳体制造非常复杂，操作时很容易破碎，且不适用于带有需要测量除pH值外的其他参数的离子选择膜的传感元件。
DE 83 19 463 U公开了一种传感器盒，其中不同的箱和壳体由不同的独立的玻璃和/或塑料组成部分形成。传感器盒必须由上面提到的组成部分组装而成。组装复杂且很容易发生差错。要实现由不同材料制成的组成部分之间的不渗透流体的密封(fluid-tight sealing)也很困难且开销大。
发明内容
考虑到这些方面，本发明的目的是简化或改进具有离子选择膜的废水传感器盒的制造和性能。
根据本发明，所述目的可通过权利要求1所述的特征实现。
本发明提供一种用于废水分析的一次性使用的传感器盒。该传感器盒包括一体的不渗透流体的壳体，该壳体优选由塑料构成。壳体容纳有至少两个电-化学传感元件和至少一个基准元件。整体的壳体还包括两个用于传感元件的电解液箱和一个用于基准元件的电解液箱，分别容纳所述传感元件和基准元件所需要的电解液。如果一个元件出现故障或一个电解液箱是空的，可用具有完全注满的电解液箱和包括新的传感元件以及新的基准元件的新传感器盒替换整个传感器盒。本发明没有设置可更换的传感元件或基准元件或可重新充注的电解液箱。
据此可避免找出故障元件的麻烦和更换单独元件的麻烦。还能避免重新充注电解液箱的麻烦。如果需要的话，可使传感元件和基准元件的使用期限适用于电解液箱的容积。不必使传感元件和基准元件的使用期限比电解液箱内持续供应的最后时间长。根据元件类型的不同，本发明可进一步提供节省费用的可能性。
一体的壳体构成电解液箱。在内侧，壳体具有设置有多个闭合的或可闭合的腔室的复杂结构。在这种情况下，在几乎没有附加费用的情况下可在壳体内形成多个电解液箱。例如，通过塑料注塑成型可容易且费用低地形成这种结构。
可批量生产这种传感器盒，因此生产费用较低。由于只有少数操作还要更换传感元件或基准元件及充注电解液箱，使用了本传感器盒的废水分析装置的维护和修理费用比传统的废水分析装置低。
每个电化学传感元件具有封闭传感器电解液箱且被安置在外壁的开口内及塑料壳体的开口内的离子选择塑料膜。借助于使用塑料、尤其是使用PVC材料，对于传感元件的离子选择膜和壳体而言，两者均可使用类似材料。
可将离子选择塑料膜理解为是其中加入有离子交换物质的塑料膜和所谓的其中包括有相对不可溶解的无机盐的“固态”膜两者。
通过将类似材料一方面用于膜、另一方面用于壳体可简单而更可靠地在膜和壳体之间的边界上实现不渗透流体的密封。另外一个原因是由于壳体和膜由相同或类似材料构成，它们具有类似的膨胀系数。
优选使离子选择塑料膜与塑料壳体在材料方面合理结合(in material engagement)。这种材料的合理结合可通过例如所谓的利用含有溶剂的粘合剂的冷焊合来实现。对于壳体和离子选择膜两者而言，可采用能在离子选择膜和壳体之间实现完全不渗透流体的连接的塑料。或者，也可选用HF焊接或其他材料连接方法。
根据一优选实施例，壳体的壳体壁形成对应的电解液箱的箱壁的一部分。电解液箱的箱壁和壳体的壳体壁至少部分重叠。因此，壁的一部分可作为壳体壁和箱壁共用的部分。因此，在壳体内部可获得更大的可被用于电解液箱的总空腔(cavity space)。通过电解液箱的壁彼此重叠和/或与壳体的侧壁重叠，在保持壳体尺寸相同的同时电解液箱可具有增大的箱容积。
在一优选实施例中，壳体呈杯形，所述传感元件或多个元件及电流钥匙元件(voltaic key)、如果有的话还包括温度传感器都被安置在杯的底部。杯的开口被单独的盖封闭，该盖以不渗透流体的方式被黏结或焊接到杯上或通过其他方式连接到杯上。杯盖包括电耦合元件。
优选在电解液箱的每一开口内设有流体可渗透的支撑结构，每个支撑结构具有支承相关的传感元件的膜。传感元件的膜处于支撑结构的外侧，该膜被支撑和支承于此。
电-化学传感元件可为氨传感元件和/或用于补偿氨传感元件的横向灵敏度的钾传感元件。
可将基准元件设计成与基准电解液和电流钥匙元件共同形成基准结构的pH探针。
在一优选实施例中，壳体具有电-机械耦合结构，利用该结构可将壳体耦合到地面侧固定装置的相应电-机械耦合结构上。一方面，所述耦合结构起将传感器盒机械地联接到地面侧固定装置的作用，该地面侧固定装置例如是安装于地上邻近废水池的支持架，其具有延伸到净化池内或延伸到废水中的相应支持臂。另一方面，所述耦合结构起到将传感元件和基准元件电连接到地面侧固定装置的作用，在该固定装置中，对来自传感元件和基准元件的电信号进行分析利用。
在一优选实施例中，耦合结构包括密封元件，因此该耦合结构可以不渗透流体的方式被耦合到地面侧固定装置的耦合结构上。被耦合在一起的耦合结构的内侧以不渗透流体的方式与环境绝离，因此两个耦合结构之间的电连接不受湿度或液体的影响。
优选的是，壳体支承温度传感器。利用壳体可支承用于基准元件的如盐桥形式之类的电流钥匙元件。
附图说明
下面将参考附图对本发明的实施例进行详细描述。
在附图中：
图1示出了包括本发明的用于废水分析的传感器盒的废水分析装置；
图2为图1所示的用于废水分析的传感器盒的横向剖面图；
图3为图1所示的用于废水分析的传感器盒的纵向剖面图；
图4为图1所示的用于废水分析的传感器盒的底部透视图；
图5为图1至4所示的、从耦合结构侧观察到的、用于废水分析的传感器盒的透视图。
具体实施方式
图1至5示出了可拆卸地联接到安装在地面上的固定装置12上的用于废水分析的传感器盒10。固定装置12与传感器盒10一起被完全沉浸在废水处理设备的废水池14内。
传感器盒10包括一体的不渗透流体的塑料壳体20，该壳体由依次与底壁24、侧壁26成一体的壳体杯22和粘合或焊接到壳体杯22的盖壁28组成。壳体杯22大致呈圆柱形。底壁24和侧壁26形成壳体20的外壁。
在杯22的底壁24内安置有两个电-化学传感元件30和32、电流钥匙元件34以及温度传感器36。棒形基准元件56从上部垂直伸入壳体20或杯22中。
第一电-化学传感元件30起以电-化学方式测量氨的作用，第二传感元件32起以电-化学方式测量钾以补偿氨测量的横向灵敏度的作用。电流钥匙元件34被设计成起电压传送器作用的所谓的盐桥，其包括处于两个隔膜之间的流体或凝胶状电解液。温度传感器36起确定废水温度的作用。
壳体22内由箱壁50、52形成的各电解液箱40、42、44的每一个装有两个传感元件30、32以及基准元件56。壳体侧壁26和部分地与壳体侧壁26重叠的两个圆柱形箱壁50、52相结合，使壳体侧壁26部分地形成没有其他内衬的两个电解液箱40、42的箱壁50。在壳体20内剩余的内部空间和电解液箱40、42的外侧形成基准元件56的电解液箱44。壳体侧壁26和电解液箱40、42的箱壁50、52的重叠可使基准元件电解液箱44的容积最大。
每个电-化学传感元件30、32包括各自的离子选择塑料膜31、33，这些离子选择塑料膜封闭相应的传感器电解液箱40、42，且分别被安置在壳体20的外壁的开口内。离子选择塑料膜31、33由小型塑料板形成，该小型塑料板载有限定可穿入膜31、33内的离子的离子载体。两个塑料膜31、33通过利用含有溶剂的粘合剂进行冷焊合与塑料壳体20材料连接。因此，可获得绝对不渗透流体的密封。或者可将离子选择塑料膜31、33设计成载有相对不溶解的无机盐的“固态”膜。
在安置有两个离子选择膜31、33的开口内安装有各自的流体可渗透的支撑结构35，该支撑结构克服液体压力从内侧支撑相关的离子选择膜31、33。支撑结构35具有相当小的开口以便获得流体渗透性，而且可将其设计成为栅格结构或穿孔结构。支撑结构35也可由塑料构成。
可将基准元件56设计成从盖28向杯的底壁24沿轴向下垂的pH探针，其被浸入电解液内。基准元件56、基准元件电解液箱44内的电解液以及电流钥匙元件34共同形成基准结构，该基准结构可为从两个传感元件30、32获得的传感器信号提供基准信号。
如图3所示，与杯底部24相对的壳体20的纵向端设有电-机械耦合结构70，该电-机械耦合结构70可被耦合到固定装置12的相应电-机械耦合结构72上。耦合结构70、72可以不渗透流体的方式耦合。
传感器盒10的耦合结构70大体包括锁紧螺母74、锁紧螺母凸缘76、锁紧螺母密封环78、径向密封环80、以及被接触防护壁82和端部密封环86围绕的接触销84。
接触销84被插入固定装置12的耦合结构72的相应接触套90内。借助于相应地拧紧或松开锁紧螺母74可高效地将传感器盒10安装到固定装置12上或从固定装置12拆下传感器盒。此外，可在壳体上设置两个止动突耳92作为扭转止动件，所述扭转止动件与固定装置12的相应凹陷部分嵌合。
固定装置12具有容纳电子测量部分的不渗透液体的壳体。电子测量部分接近传感元件和基准元件能可靠而准确地分析利用较弱的测量信号。可将固定装置刚性地且稳定地安装到支撑管13上，当然也可通过缆绳悬挂。
电解液箱之一出现故障时，在计算推断出和/或获得电解液箱中的一个耗尽的信息时，可松开锁紧螺母74，然后拔出要更换的传感器盒10，通过耦合相同的元件并拧紧锁紧螺母安装新传感器盒10。而不必耗费时间地找出失灵的部件、更换单个部件或烦琐地人工补充电解液。

Claims (9)

1.一种一次性使用的用于废水分析的传感器盒(10)，包括：
一由塑料制成的一体的壳体(20)，其包括至少两个电-化学传感元件(30、32)和至少一个基准元件(56)；
两个传感元件电解液箱(40、42)和一基准元件电解液箱(44)，其特征在于，
所有电解液箱(40、42、44)由所述一体的壳体(20)形成；及
每个电-化学传感元件(30、32)具有封闭所述传感器电解液箱(40、42)并分别安置在所述塑料壳体(20)的外壁的开口内的离子选择塑料膜(31、33)。
2.如权利要求1所述的用于废水分析的传感器盒(10)，其特征在于，所述塑料膜(31、33)与所述塑料壳体(20)材料连接。
3.如权利要求1或2所述的用于废水分析的传感器盒(10)，其特征在于，在所述传感器电解液箱(40、42)的开口内分别安置有流体可渗透支撑结构(35)，所述支撑结构(35)分别支承相关传感元件(30、32)的膜(31，33)。
4.如权利要求1或2所述的用于废水分析的传感器盒(10)，其特征在于，所述壳体侧壁(26)分别部分地形成所述电解液箱(40、41、42)的壁。
5.如权利要求1或2所述的用于废水分析的传感器盒(10)，其特征在于，所述壳体侧壁(26)呈杯状，所述传感元件(30、32)被安置在杯底壁(24)上。
6.如权利要求1或2所述的用于废水分析的传感器盒(10)，其特征在于，所述壳体(20)包括电-机械耦合结构(70)，利用该耦合结构可将所述传感器盒(10)耦合到安装于地面上的固定装置(12)的相应电-机械耦合结构(72)上。
7.如权利要求6所述的用于废水分析的传感器盒(10)，其特征在于，所述壳体侧的耦合结构(70)具有密封元件(78、86)，使得两个耦合结构(70、72)可以不渗透流体的方式相互耦合。
8.如权利要求1或2所述的用于废水分析的传感器盒(10)，其特征在于，所述壳体(20)支承温度传感器(36)。
9.如权利要求1或2所述的用于废水分析的传感器盒(10)，其特征在于，所述壳体(20)支承用于所述基准元件(56)的电流钥匙元件(34)，其中该电流钥匙元件为盐桥。
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