CN102313571B - 探头装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探头装置，其中，探头(3)设置在管状外壳(2)的内部，其中，管状外壳(2)具有至少一个向过程介质敞开的贯通的过程窗(6)，并且至少一个功能元件(5)固定在探头(3)上且由过程介质包围。为防止在功能元件从测量介质转移到冲洗室内时带走过程介质，管状外壳(2)具有至少一个相对于探头(3)敞开的处理窗(8)，最好用于冲洗和/或标定功能元件(5)，其中，功能元件(5)可以在过程窗(6)与处理窗(8)之间运动，以及在过程介质内的测量期间至少一个功能元件(5)与外壳(2)的至少一个过程窗(6)近似重合。

Description

探头装置

技术领域

本发明涉及一种探头装置，在这种探头装置中，探头设置在管状外壳的内部，其中，管状外壳具有向过程介质敞开的贯通的窗口，并且功能元件固定探头上且由过程介质包围。

背景技术

为测量液态介质内不同的过程变量，通常使用插入液态介质内的传感装置。这种传感装置如图1所示最好由双壁的管状外壳2和由玻璃、塑料或金属制成的纵向延伸的传感器3组成，该传感器设置在管状外壳2的内部并在其尖端上固定一个敏感元件5。管状外壳2在此方面超出敏感元件5并封闭在敏感元件5的下面。管状外壳2通常称为浸没管，因为该浸没管的一端与过程介质接触。通过在测量介质内延伸的浸没管末端上的两个贯通的相对开口4，过程介质进入浸没管的内部并在那里与敏感元件5接触。

为清洁或重新标定敏感元件，整个具有浸没管和传感器体的传感装置从过程介质中平移到冲洗室内。在此方面，大量的过程介质同时输送到冲洗室内，从而导致污染，并且特别在重新标定敏感元件的情况下被证明始终是具有缺点的，因为在这种情况下冲洗室首先必须在使用大量冲洗介质的情况下清除过程介质，然后才能导入标定介质。

发明内容

本发明的目的因此在于，提供一种传感装置，在该传感装置中，在敏感元件从测量介质转移到冲洗室内时尽可能避免带走过程介质。

该目的依据本发明由此得以实现，即，管状外壳具有至少一个与探头相对的处理窗，最好用于冲洗和/或标定功能元件，其中，功能元件可以在过程窗与处理窗之间运动且至少一个功能元件在过程介质内的测量期间与外壳的至少一个过程窗近似重合。因此冲洗和/或标定过程在探头装置本身内进行。取消了提供冲洗室，同样也取消了为进行冲洗和/或标定过程而将探头装置麻烦地从过程介质中取出。通过功能元件与过程窗或处理窗之间配合精确的尺寸，在功能元件从测量位置回转到冲洗或标定位置内时尽可能不带入过程介质，由此尽可能消除探头装置的污染。这样做的结果是，可以将在标定过程之前冲洗功能元件的方法步骤所使用的时间和冲洗剂降至最低。

探头此外是指具有敏感面的传感器、具有活性或可激活面的处理探头或具有用于容纳试样的开口的取样探头。传感器例如是用于确定介质内pH值的pH传感器。在处理探头中，例如装入用于向介质内施加电流的电极。敏感面、活性或可激活面和电极概括在功能元件的概念中。

过程介质后面是指利用装入探头装置内的探头分析或利用探头按照任何方式处理的介质，借助探头加入电流或提取试样。

具有优点的是，至少一个功能元件处于探头上。因此可以非常简单地例如通过粘贴在探头上产生机械上稳定的功能元件，由此大大简化探头装置的制造。在这种构成中，探头装置中可以加入过程介质的静容量可以尽可能地降低，从而近似消除过程介质对探头装置的污染。

作为选择，至少一个功能元件设置在探头的凹口内。凹口的尺寸这样确定，使功能元件不超出凹口。这种结构特别适用于使用机械上灵敏的功能元件，其中，用于加入所要检验的过程介质的静容量保持非常小。

在一种构成中，功能元件与管状外壳的纵向延伸长度相对置地侧面设置在探头上。优点在于，通过利用功能元件覆盖过程窗，可以加入过程介质的静容量保持非常小，因为过程窗和功能元件具有近似相同的尺寸并在它们之间存在良好的密封。通过这种结构上的措施，仅有少量的过程介质渗入探头装置内。

在进一步构成中，至少一个处理窗设置在与过程窗近似相同的高度上，具有优点地与过程窗相对设置，其中，探头被可转动地支承，由此功能元件可以从测量位置回转到近似与处理窗重合的处理位置。利用这种结构上的措施，携带功能元件的探头可以无需很大开支在管状外壳内部的不同位置之间移动，而无需附加的运动空间。

在另一种实施方式中，至少一个处理窗为冲洗和/或标定功能元件而近似垂直设置在过程窗的上面或下面，其中，探头被平移运动地支承，由此敏感元件通过平移而相对于过程窗或处理窗近似重合地设置。在这种构成中，功能元件也无需为探头的运动过程而在结构上进一步改变，就可以简单和顺利地进入期望的位置内。

在一种方案中，探头具有圆形或矩形的截面。在这种截面上，可以随时在过程窗与处理窗之间进行平移。

作为选择，过程窗和处理窗在端侧在外壳上设置在一个平面上，而功能元件在端侧固定在探头上并近似平行于外壳平面相对，其中，功能元件通过探头的旋转运动近似与过程窗或处理窗重合地移动。

具有优点的是，至少两个检测相同测量变量的功能元件设置在探头上，其中，第一功能元件近似与相对于过程介质敞开的第一过程窗重合且第二功能元件近似相对于第二处理窗重合。通过使用多个功能元件，确保始终一个功能元件可以在过程介质内用于测量，而其他功能元件则进行冲洗或标定。因此可以实现连续的测量过程，而无需为冲洗或标定将探头装置从过程介质中取出。

在一种特别简单的方案中，至少一个处理窗作为管状外壳的内侧面上的空腔构成，该空腔向外由外壳限制且向内通过探头限制。在使用塑料作为探头或外壳材料时，浸没管传感器可以无密封件地接合。

在进一步构成中，处理窗向内通过至少一个密封件限制。由此浸没管传感器相对于过程介质的密封得到改进。

此外在一种构成中，处理窗的空腔内通入处理介质的至少一个输送装置，该输送装置具有优点地在管状外壳的内部沿其纵向延伸长度而延伸。通过在探头装置的内部进行标定过程，取消从过程介质中取出的整个探头装置所移入的单独冲洗室，由此实现成本特别低廉的解决方案。

在进一步构成中，处理窗的空腔与用于从空腔排出处理介质的导管连接，该导管具有优点地在管状外壳的纵向延伸长度内部，特别是平行于处理介质的输送装置。通过外壳内的纵向孔，可以实现输送装置和用于排出冲洗和/或标定介质的导管，由此实现探头装置内部的功能性冲洗或标定系统。

在另一种实施方式中，处理窗含有处理介质并通过探头以及需要时通过其他密封件封闭设置在外壳内。因此预加注处理介质的处理窗就可以按照简单方式在外壳内定位。这一点特别是在探头装置作为一次性制品，特别是作为所谓“可抛弃(Disposable)”仪器和系统在生物技术领域使用时具有优点。“可抛弃”仪器和系统在这里是指一次性的仪器和系统。在这种情况下，处理窗具有优点地加注标定介质。可以取消用于提供外壳内输送处理介质使用的导管和开口的附加结构开支。

在一种成本特别低廉的构成中，探头和/或外壳至少部分由塑料制造。

附图说明

本发明允许大量的实施方式。现借助附图对其中的一种实施方式进行详细说明。其中：

图1示出现有技术的探头装置；

图2示出具有侧面设置敏感元件的传感装置，其中敏感元件通过转动在测量与标定位置之间进行转换；

图3示出具有侧面设置敏感元件的传感装置，其中敏感元件通过平移在测量与标定位置之间进行转换；

图4示出具有侧面设置敏感元件的传感装置，其中敏感元件通过转动在测量与标定位置之间进行转换，其中，处理窗加注处理溶液；

图5示出具有侧面设置敏感元件的传感装置，其中敏感元件通过平移在测量与标定位置之间进行转换，其中，处理窗加注处理溶液；

图6示出具有侧面设置敏感元件的传感装置，其中敏感元件通过旋转运动在测量与标定位置之间进行转换；

图7示出具有侧面设置敏感元件的传感装置，其中敏感元件通过旋转运动在测量与标定位置之间进行转换，其中，处理窗加注处理溶液。

相同的特征采用相同的附图符号标注。

具体实施方式

图2示出浸没管传感器1，该传感器用于测量液态介质内的过程变量。浸没管传感器1在此方面由用作浸没管的管状外壳2组成，在其内腔内装入近似管状的传感器3。外壳2与传感器3之间设置密封件4。该密封件4环嵌在传感器3的在纵向延伸长度中侧面设置管状外壳2的敏感元件5的部分，该敏感元件在图2a中与贯通的敞开过程窗6相对。通过该过程窗6，过程介质进入浸没管传感器1内，并在浸没管传感器1插入待测过程介质内的情况下与敏感元件5接触。敏感元件5在此方面可以作为pH值传感器构成并设置在凹口7内，该凹口的尺寸这样选择，使敏感元件5近似准确通入凹口7内且不超出凹口7。敏感元件5通过未进一步示出的电线通到设置在浸没管传感器1外部的控制和计值电子装置。

外壳2具有另一作为空腔构成的处理窗8，该处理窗相对于过程窗6移动近似180°并仅在外壳2对着传感器3的内侧面敞开且向外由外壳2封闭。处理窗8与第一贯通孔9连接，该孔用作冲洗或标定液体的输送装置并在第二处理窗8的上部区域内结束。该孔9沿外壳2的纵向延伸长度而延伸并从外部加注。平行于第一孔9引导第二贯通孔10，该孔超出处理窗8的纵向延伸长度而延伸并在处理窗8的底部上通入开口11内，该开口将孔9与处理窗8的空腔连接。

图2b示出在朝向过程窗6的敏感元件5的高度上浸没管传感器1的截面。在此方面可以看出，密封件4牢固地压紧在外壳2与传感器3之间，以防止过程介质意外渗入浸没管传感器1内。由此尽可能消除浸没管传感器1内存在的用于容纳过程介质的静容量。在该位置上，测量过程期间处理窗8由传感器3和密封件4封闭。

如果现在需要中断测量过程并进行冲洗或标定过程，那么在外壳2内部180°转动传感器3并将敏感元件5利用处理窗8覆盖，这一点从图2c和2d可以看出。传感器体3在这种情况下压向密封件4封闭贯通的过程窗6并因此防止过程介质渗入浸没管传感器1。

在此方面如从图2b和2d所看到的那样，密封件4相对于过程窗6和第二处理窗8留出空白，以确保要么过程介质要么冲洗或标定介质可靠环绕冲洗敏感元件5。由于浸没管传感器1仅有非常小的静容量，将浸没管传感器1内部的污染降到最小程度。

图3示出具有很小静容量的浸没管传感器1的第二构成，其中同样可以在浸没管传感器1的内部进行冲洗或标定过程。该浸没管传感器1也具有管状外壳2，外壳内设置近似管状的传感器3。借助密封件4相对于外壳2密封的传感器3在其侧面纵向延伸的表面上携带设置在传感器3凹口7内的敏感元件5。具有敏感元件5的凹口7在图3a中相对于外壳2内的过程窗6具有优点地重合设置，其中，过程窗6在外壳2内贯通构成，因此所要测量的过程介质环绕冲洗敏感元件5并因此实现对过程变量例如pH值的测量。

近似在过程窗6的垂直上方在管状外壳2的内侧面加工出在外壳2的纵向延伸长度方向上延伸的第二处理窗8，该处理窗向外通过外壳2封闭。该处理窗8同样用于处理敏感元件5，因此存在用于输送处理介质的沿纵向延伸的孔9，该孔上面在处理窗8的空腔内结束。处理在此方面包括多种过程，例如像冲洗、标定或再生。确保过程介质在过程继续进行期间不与处理介质接触。

一直延伸到处理窗8底部并在那里与处理窗8的空腔通过开口11连接的第二孔10平行于第一孔9延伸。

在测量过程期间，浸没管传感器1处于图3a和3b所示的位置内。在此方面，第二窗8在外壳2的内腔内通过传感器3和密封件4封闭。如果现在浸没管传感器1需要占据其处理位置，那么在外壳2内部将传感器3直线向上移动，直至敏感元件5被处理窗8覆盖，该处理窗在外壳2内的过程窗6上方构成。正如从图3c所看到的那样，密封件4沿外壳2的内壁延伸并在此方面在处理窗8的上面和过程窗6的下面与外壳2形状锁合连接。密封件4在过程窗6的区域内和在处理窗8的区域内尽可能与传感器3内的凹口7重合地留出空隙并这样保证过程介质或处理介质与敏感元件5接触。在浸没管传感器1的这种构成中，敏感元件5的处理也在传感装置的内部进行，由此可以取消设置在浸没管传感器外部的附加的标定室或冲洗室。

图4和5示出浸没管传感器的另一种构成。在此方面，取消从外部向浸没管传感器1供给处理介质。处理介质包含在处理窗8内，该处理窗通过传感器4和需要时通过其他未示出的密封件封闭地设置在外壳2内。如图4a所示，敏感元件5在存放期间或标定过程期间与加注处理介质的处理窗8相对，其中，这样确定处理窗8的延伸长度，使其尺寸在敏感元件5转动到与处理窗相对的位置时超出敏感元件5的延伸长度。过程窗6在此方面由传感器3密封封闭，从而过程液体不会渗入浸没管传感器1内。图4b示出处于测量位置上具有侧面设置的敏感元件5的浸没管传感器1，其中敏感元件在测量位置与标定位置之间的转换通过转动进行。在此方面，传感器3紧贴在加注了处理介质的处理窗8上，而敏感元件5则与过程窗6相对并在该过程窗内由过程介质环绕冲洗。

在侧面设置的敏感元件5在测量位置与标定位置之间通过平移传感器3而进行转换的实施例中，处理窗也可以进入浸没管传感器1的加注了处理溶液的外壳2内。向外的开口和输送管在此方面可以取消，这样简化这种浸没管传感器1的制造。在图5a中，敏感元件5与加注了处理介质的封闭的处理窗8相对，其中，敏感元件5直接紧贴在处理窗8上。在该位置，浸没管传感器1也可以得到良好支承，因为敏感元件5相对于周围环境得到保护。图5b示出敏感元件5处于测量位置，在那里通过从标定位置移出传感器3而定位敏感元件。在测量位置上，敏感元件5在过程窗6内由过程介质环绕冲洗。在浸没管传感器1利用图3和5介绍的移动方案中，可以构成具有圆形或矩形截面的传感器3。

图6示出浸没管传感器1的另一种构成。在所称的这种“转轮式方案”中，浸没管传感器1的外壳2在端侧一直封闭到引入过程介质的过程窗6并潜入过程介质内。除了过程窗6外，处理窗8也设置在浸没管传感器1的旋转平面上。处理窗8在该举例中同样封闭并含有处理介质。敏感元件5设置在传感器3的端面上并紧贴在外壳2内加工的处理窗8，而过程窗6则由传感器3和需要时由未示出的其他密封件密封(图7a)。在传感器3与外壳2的高精确配合下，可以取消密封件4。图7b示出测量位置上的“转轮式方案”。在此方面，敏感元件5与过程窗6相对，其中，敏感元件完全由过程介质环绕冲洗。敏感元件通过传感器3环绕其纵轴线的旋转而从存放位置或标定位置转移至测量位置。

所示的浸没管传感器1既可以在过程中断且没有过程介质环绕冲洗传感器才能更换传感器的旋入式阀门上使用，也可以在更换浸没管传感器1期间过程继续进行的换向式阀门上使用。探头3和/或外壳2的材料最好由塑料、玻璃、金属或陶瓷组成。探头3和/或外壳2也可以没有密封件4构成。

所介绍的依据本发明的解决方案也可以在所谓的无菌一次性系统方面的生物技术领域使用，其中传感器例如插入一次性反应器内并在那里停留至其使用的较长时间。在这种使用中，探头3和/或外壳2由可伽马无菌化的材料，最好塑料组成。传感器3与敏感元件5的存放在此方面在与处理溶液的接触下进行，由此达到更高的长时间稳定性。由此例如在电位计量的pH传感器中可靠防止玻璃膜干透。利用所介绍的传感器装置还可以有效防止基准半格流出。处理溶液可以既在使用时，也在此后继续用于标定和/或校准传感器。处理溶液仅少部分从处理窗排出。通过所提出的结构，使传感器3和敏感元件5产生机械稳定性，由此限制断裂危险。

Claims (31)

1.探头装置，在这种探头装置中，探头(3)设置在管状的外壳(2)的内部，其中，管状的外壳(2)具有至少一个向过程介质敞开的贯通的过程窗(6)，过程介质能够穿过所述过程窗流动，并且至少一个功能元件(5)固定在由过程介质包围的探头(3)上，其特征在于，所述管状的外壳(2)具有至少一个与所述探头(3)相对的处理窗(8)，其中，所述功能元件(5)能够在所述过程窗(6)与所述处理窗(8)之间运动，以及所述至少一个功能元件(5)在过程介质内的测量期间与所述外壳(2)的所述至少一个过程窗(6)近似重合地设置，其中，功能元件(5)设置在探头(3)的侧面，并沿管状的外壳(2)的纵向延伸，并且其中，至少一个处理窗(8)设置在与过程窗(6)近似相同的高度上，其中，探头(3)以可转动的方式得到支承，由此功能元件(5)能够从测量位置回转到与处理窗(8)近似重合的处理位置。

2.按权利要求1所述的探头装置，其特征在于，至少一个功能元件(5)处于探头(3)上。

3.按权利要求1所述的探头装置，其特征在于，至少一个功能元件(5)设置在探头(3)的凹口(7)内。

4.按权利要求1所述的探头装置，其特征在于，至少两个检测相同测量变量的功能元件(5)设置在探头(3)上，其中，第一功能元件(5)与相对于过程介质敞开的过程窗(6)近似重合且第二功能元件相对于处理窗(8)近似重合。

5.按权利要求1–3中任意一项所述的探头装置，其特征在于，至少一个处理窗(8)为管状的外壳(2)的内侧面上的空腔，该空腔向外由外壳(2)限制且向内通过探头(3)限制。

6.按权利要求5所述的探头装置，其特征在于，处理窗(8)向内通过至少一个密封件(4)限制。

7.按权利要求5所述的探头装置，其特征在于，处理介质的至少一个输送装置(9)通入处理窗(8)的空腔内。

8.按权利要求5所述的探头装置，其特征在于，处理窗(8)的空腔与用于从空腔排出处理介质的导管(10)连接。

9.按权利要求5所述的探头装置，其特征在于，处理窗(8)含有处理介质并封闭设置在外壳(2)内。

10.按权利要求1–3中任意一项所述的探头装置，其特征在于，探头(3)和/或外壳(2)至少部分由塑料制造。

11.按权利要求1所述的探头装置，其特征在于，所述处理窗用于冲洗和/或标定所述功能元件(5)。

12.按权利要求5所述的探头装置，其特征在于，处理窗(8)的空腔与用于从空腔排出处理介质的导管(10)连接，该导管平行于处理介质的输送装置(9)。

13.按权利要求1所述的探头装置，其特征在于，至少一个处理窗(8)与过程窗(6)相对设置。

14.按权利要求7所述的探头装置，其特征在于，该输送装置在管状的外壳(2)的下方沿该外壳的纵向延伸长度延伸。

15.按权利要求8所述的探头装置，其特征在于，该导管在管状的外壳(2)的纵向延伸长度的内部。

16.探头装置，在这种探头装置中，探头(3)设置在管状的外壳(2)的内部，其中，管状的外壳(2)具有至少一个向过程介质敞开的贯通的过程窗(6)，过程介质能够穿过所述过程窗流动，并且至少一个功能元件(5)固定在由过程介质包围的探头(3)上，其特征在于，所述管状的外壳(2)具有至少一个与所述探头(3)相对的处理窗(8)，其中，所述功能元件(5)能够在所述过程窗(6)与所述处理窗(8)之间运动，以及所述至少一个功能元件(5)在过程介质内的测量期间与所述外壳(2)的所述至少一个过程窗(6)近似重合地设置，其中，过程窗(6)和处理窗(8)设置在外壳(2)的端部上的一个平面中，而功能元件(5)固定在探头(3)的端部上并近似平行于外壳平面与外壳平面相对，其中，功能元件(5)通过探头(3)的旋转运动而与过程窗(6)或处理窗(8)近似重合。

17.按权利要求16所述的探头装置，其特征在于，至少一个功能元件(5)处于探头(3)上。

18.按权利要求16所述的探头装置，其特征在于，至少一个功能元件(5)设置在探头(3)的凹口(7)内。

19.按权利要求16所述的探头装置，其特征在于，至少两个检测相同测量变量的功能元件(5)设置在探头(3)上，其中，第一功能元件(5)与相对于过程介质敞开的过程窗(6)近似重合且第二功能元件相对于处理窗(8)近似重合。

20.按权利要求16所述的探头装置，其特征在于，至少一个处理窗(8)为管状的外壳(2)的内侧面上的空腔，该空腔向外由外壳(2)限制且向内通过探头(3)限制。

21.按权利要求20所述的探头装置，其特征在于，处理窗(8)向内通过至少一个密封件(4)限制。

22.按权利要求20所述的探头装置，其特征在于，处理介质的至少一个输送装置(9)通入处理窗(8)的空腔内。

23.按权利要求20所述的探头装置，其特征在于，处理窗(8)的空腔与用于从空腔排出处理介质的导管(10)连接。

24.按权利要求20所述的探头装置，其特征在于，处理窗(8)含有处理介质并封闭设置在外壳(2)内。

25.按权利要求16所述的探头装置，其特征在于，探头(3)和/或外壳(2)至少部分由塑料制造。

26.按权利要求16所述的探头装置，其特征在于，所述处理窗用于冲洗和/或标定所述功能元件(5)。

27.按权利要求20所述的探头装置，其特征在于，处理窗(8)的空腔与用于从空腔排出处理介质的导管(10)连接，该导管平行于处理介质的输送装置(9)。

28.按权利要求22所述的探头装置，其特征在于，该输送装置在管状的外壳(2)的下方沿该外壳的纵向延伸长度延伸。

29.按权利要求23所述的探头装置，其特征在于，该导管在管状的外壳(2)的纵向延伸长度的内部。

30.按权利要求1至29中任一项所述的探头装置作为一次性材料的应用。

31.按权利要求1至29中任一项所述的探头装置作为所谓“可抛弃”仪器和系统在生物技术领域的应用。