CN102177432A - 传感器系统 - Google Patents

Abstract

一种用于对连续流中的分析物进行连续测量的模块式传感器系统，包括流体模块(1)、传感器模块(2)、可选的参考模块(4)以及盖子部件(5)，其彼此堆叠并牢固地彼此连接以成为可拆卸的。流体模块(1)包括具有入口(1d)和出口(1e)的流体管(1a)。传感器模块(2)包括传感器室(2b)，其具有至少一个传感器并且和流体模块(1)的流体管(1a)流体连通。可选的参考模块(4)通过隔膜(3a)和流体模块(1)的流体管(1a)流体连通。盖子部件(5)密封传感器模块或参考模块。

Description

传感器系统

技术领域

本发明涉及允许对连续流中的分析物进行连续测量的多用途传感器系统。

发明内容

在由权利要求所限定的根据本发明的传感器系统中，可以利用多种传感器元件，例如用于确定pH值的ISFET、用于测量氧化还原电位的贵金属电极或者用于测量离子浓度的聚合物隔膜。

该系统还适于物理分析测量和电分析测量。

有益地，传感器系统采用模块化结构，并且由多层平板型的各个部件构成，各层适于以密封的但是可拆卸的方式彼此连接，而且，如果需要的话，这些层可以简单方式互相交换。

流体模块、传感器模块、可选的参考模块以及盖子部件作为单独的层彼此堆叠在一起。

流体模块内侧设置的是笛子状流体管，其具有通过平板到外部的入口和出口，还具有连通到下一层，即传感器层的管中断部件(interruption)。

除了管中断部件的一小部分面积以外，传感器模块层底部构成流体管的盖子。管子从此处变成特殊的管轮廓(contour)，继续通过底部进入传感器室，这种管轮廓用于实现相对于传感器的最优流，优选地，垂直于传感器，因而，避免或者至少极大减少了传感器可能存在的任何不希望出现的浓差极化。从而提高了测量精度和可靠性。

传感器模块用作传感器以及诸如温度传感器的其他传感器的容纳部件。

下一层即参考模块放置在传感器室上时，传感器室被参考模块底部密封。

参考模块和隔膜容器形成参考电极。

参考模块作为电化学测量过程所需的电解质的容器，优选地，电解质为凝胶电解质。已证明琼脂是优选的，其包括和电极匹配的电解质(例如，用于Ag/AgCl电极的3M的氯化钾溶液)。为了获得尽可能长的扩散程，为凝胶电解质提供的容器可具有曲折线形状的设计。

可以把开口朝向参考模块并且同样填充了电解质的如圆柱形的小导管装在参考模块容器底部的凹口中，该小导管被导引通过传感器模块中的钻孔并尽可能远地突出到流体模块的流体管中。把碟状隔膜放置在该导管中。通过圆柱形导管底部的开口(即参考电极)建立参考模块和流体管中的分析物之间的流体接触。

例如Ag/AgCl的参考导线从外侧突出进入参考模块的容器中。

用盖子密封封闭参考模块。

所有层具有用于连接和评估电子电路的凹口。

传感器系统的模块化结构使得可在任何时候把传感器系统容易地拆成其各个部件。

这样，可以容易地清洗卸掉传感器模块后不受遮拦地位于流体模块表面上的流体管。

首先，流体管直径较小时，存在流体管被分析物中的颗粒或者和反应物反应后沉淀的沉淀物堵住的风险，反应物是在分析过程中另外计量加入的。在无法接触流体管的系统中，管子堵塞会使整个测量系统停止工作。

在传感器模块中，需要时可以简单地交换、清洗或者更换传感器元件。

取决于其受损状况，可通过交换隔膜容器中的隔膜或者取下并重新填充凝胶部件对老化或有故障的参考电极进行更新。

而且，也可以容易地清洗、维修或者完全更换参考模块。还可以更换电极导线。

由于设计紧凑且节省空间，此处所述系统适用于作为进行各种类型的离子浓度测量的单独装置，这取决于所用的传感器元件，而且该系统还适于作为和其他部分测量系统结合的多用途分析系统的一部分，这种多用途系统可用于连续并行地或逐次获得如浑浊度的其他物理数据。

模块式传感器系统稍经修改的形式也适于不需要参考电极的非电化学测量方法。在此，省掉参考模块和隔膜容器，密封闭合用于连接或连通的相应钻孔。传感器模块在传感器室内容纳所需的传感器(例如，压力传感器)，并且直接用盖子密封。

附图示出模块式传感器系统的示例实施例。

附图说明

图1示出离子敏感测量系统的分解视图；

图2示出流体模块；

图3示出传感器模块；

图4示出隔膜容器；

图5示出参考模块；

图6示出盖子。

具体实施方式

如图1所示，电化学传感器系统采用模块化结构，并且由大致为平行六面体的多层板状部件构成，各个部件即流体模块1、传感器模块2、具有相关隔膜容器3的参考模块4和盖子5。

这些独立部件彼此堆叠在一起并且在用于连接的位置6处牢固但可拆卸地连接在一起。对于连续生产，可以采用注入成型工艺用塑料制成各个部件。但是也可用机械加工来制造。优选采用的材料是化学性质稳定的材料，这是因为需要在分析过程中避免任何其他离子被要确定的介质带入测量过程中而与基底发生不希望的反应。

在流体模块1朝向下一层的一侧上设置流体管1a。流体管1a通过入口1d和出口1e通向流体模块1的外表面。在图2所示的示例实施例中，笛子状流体管1a在流体模块1的内部大致对角延伸，并且被轮廓1c围绕，轮廓1c用于容纳密封物质。

凹口1f提供用于测量所需的电子电路的空间。

取决于电子单元所需的空间，凹口1f延续到后面的其他板中。

用于连通分析物的管中断部件1b提供到传感器室2b底部中的轮廓2a的流体连接，该轮廓2a是下一层即图3所示的传感器模块2的一部分。

根据所需测量方法，可以把如用于pH值测量的ISFET的适当传感器放在传感器室2b中。此处，传感器的敏感侧直接朝向管轮廓2a，这样配置实现了相对于传感器的最优流。优选地，流垂直于传感器。

设置钻孔2d和2c用于容纳如温度传感器的其他传感器，或者用于通向隔膜容器3。

图4示出隔膜容器3。隔膜容器3由包括底部和套的导管构成，并且该导管在与底部相对的那侧上为敞开的。隔膜容器3的底部上有小的开口3b，用作流体管1a和参考模块4之间的流体连接。隔膜3a设置在隔膜容器3中小开口3b上方。

隔膜容器由如玻璃、陶瓷或塑料的多孔材料构成，工作时，这些材料保证参考电极和流体管1a中的流体的流体接触。隔膜3a是可渗透的，但是用作任何其他固体成分的过滤器。

隔膜容器3通过敞口端装配到图5所示的参考模块的插入开口4a中。参考模块4放在传感器模块2上时，隔膜容器3的底部在钻孔2c中尽可能远地移动至流体模块1的流体管1a处。同时，通过参考模块4的底部覆盖并密封传感器室2b。

参考模块4主要包括用于测量所需的电解质的容器4b。隔膜容器3也填充有类似的电解质。

优选地，使用包括琼脂作为衬底的凝胶电解质。琼脂的好处是可溶于水并且凝固。

容器4b可采用曲折线形状的结构。这样的益处是长的扩散程。从而保护参考电极免受流体管1a中的介质渗透的影响。

电极导线4d浸在容器4b中，并且被导引通过参考模块4到外部。

如图6所示的盖子5以封闭形式放在参考模块4上。盖子5上具有用于扣紧件的位置6，还有用于连接和评估电子电路的通孔1f。

要分析的介质从入口1d进入流体管1a，到达用于连通的管中断部件1b。随后，由轮廓2a容纳介质，以流向传感器，接触传感器室2b中的传感器，流经用于连通的管中断部件1b返回流体管1a并且继续流到出口1e。

如果希望用非电化学测量方法确定流体的其他物理性质，省去上述传感器系统结构中包括参考模块4和隔膜容器3的参考电极。

流体模块1、传感器模块2和盖子5堆叠在一起形成传感器系统，本申请中，把用于连接或者连通隔膜容器3的钻孔密封封闭。然后，把如压力传感器装在传感器室2b中。

Claims (12)

1.一种用于对连续流中的分析物进行连续测量的模块化传感器系统，包括流体模块、传感器模块、可选的参考模块以及盖子部件，其彼此堆叠并牢固地彼此连接以成为可拆卸的，其中：

流体模块包括具有入口和出口的流体管；

传感器模块包括传感器室，其具有至少一个传感器并且和流体模块的流体管流体连通；

可选的参考模块通过隔膜和流体模块的流体管流体连通；以及

盖子部件密封传感器模块或参考模块。

2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中用相邻传感器模块的底表面密封流体模块的流体管。

3.根据权利要求2所述的传感器系统，其中流体模块的流体管具有中断部件，流动路径在该处引出并通向传感器模块的传感器室。

4.根据前述任意一项权利要求的传感器模块，其中传感器室在传感器模块背对流体模块的一侧被相邻参考模块的底壁或盖子部件密封。

5.根据前述任意一项权利要求的传感器模块，其中参考模块包括电解质容器，通过突出穿过传感器模块的隔膜容器将该电解质容器和流体模块的流体管连接。

6.根据权利要求5所述的传感器系统，其中隔膜容器形成导管，该导管填充有电解质并且朝向参考模块的电解质容器开口，并且包括底壁，隔膜安放在所述底壁上，所述底壁具有通向流体模块的流体管的钻孔。

7.根据权利要求5或6所述的传感器系统，其中参考模块的电介质容器形成曲折线形的管。

8.根据权利要求5、6或7所述的传感器系统，其中电极导线从外部伸入参考模块的电解质容器。

9.根据权利要求5或6所述的传感器系统，其中所述模块具有用于连接和评估电子电路的对准凹口。

10.根据前述任意一项权利要求的传感器模块，其中对于非电化学测量，省去可选的参考模块，用盖子部件密封传感器模块，密封封闭传感器模块和流体模块上不需要的开口。

11.根据前述任意一项权利要求的传感器模块，其中所述模块总体是平行六面体构造。

12.根据权利要求11所述的传感器系统，其中所述模块的角设计为具有用于扣紧件的对准排列的连续开口。

Images