CN107636141A - 用于测量包含在容器中的流体的多个状态参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量包含在容器(10)中的流体的多个状态参数的方法，其中，被配置成用于一次性使用的容器(10)具有壁，在壁上流体密封地固定有传感器承载板，传感器承载板具有多个传感器(S1‑S5)，这些传感器一方面与容器(10)的内部空间处于作用接触中，而另一方面与外部控制单元(16)处于数据交换的连接(14)中，外部控制单元接收并且处理来自传感器(S1‑S5)的测量数据。本发明的特征在于，其中至少一个传感器(S1‑S5)的传感器板承载暂时未激活的复制件(D1‑D5)，当传感器(S1‑S5)的测量数据在由外部控制单元(16)执行的完整性或可信度测试的范围内被归为异常时，激活复制件。

Description

用于测量包含在容器中的流体的多个状态参数的方法

技术领域

本发明涉及用于测量包含在容器中的流体的多个状态参数的方法，其中，被配置成用于一次性使用的容器具有壁，在壁上流体密封地固定有传感器承载板，传感器承载板具有多个传感器，传感器一方面与容器的内部空间处于作用接触(Wirkkontakt)中，而另一方面与外部控制单元处于数据交换的连接中，外部控制单元接收和处理传感器的测量数据。

背景技术

这样的方法从EP 2 503 320 B1中公知。

该出版文献公开了一种生物反应器，其形式为一次性生物反应器袋，也就是具有柔软的壁的、被配置成用于一次性使用作为生物反应器的袋。这样的一次性生物反应器袋越来越多地进入生化和制药工业的生产过程中。相对于先前常见的、坚硬的并且能多次使用的容器，也被称作一次性使用袋(Single-use-bag)的一次性袋具有在工作过程的卫生和效率以及灵活性方面的巨大的优点。然而在此，对在袋内部进行的反应过程的监控并不是毫无问题的。这始终利用适当的传感器(诸如电化学传感器、导热和导电传感器、光学和光化学传感器等等)来实现。对于在袋内部的每个特别的反应过程来说，必须设置特别的传感器来对反应过程进行监控。

从EP 2 829 598 A2公知的是，借鉴先前与坚硬的容器相关联地使用的技术给一次性生物反应器袋设有标准化的端口，标准化的端口提供在袋内部与袋外部之间的接口可以被插入到按需求适当的传感器中。传感器的传感器头随后伸入到袋内部，以便建立对于特别的测量过程所需要的与在袋内部中的流体的接触。布置在袋之外的传感器部分提供了与通向外部控制单元的通信路径的接口。通信路径例如可以构造为电缆，构造为玻璃纤维线缆或者无线地构造，例如以无线电或IR路径的形式构造。传感器和外部控制单元通过通信路径处于数据交换的连接中，从而由传感器头产生的数据可以模拟或数字性质地通过通信路径发送给控制单元并且在那里进一步处理。所提到的出版文献公开了具有多个单个缺口的材料锁合地(stoffschlüssig)引入到袋壁中的板作为充当所谓的多端口的机械接口，对于特别的反应过程所需的传感器插入到单个缺口中。然而，将传感器插入到其中一个端口中的步骤在卫生方面、也就是说在袋内部的无菌性的维护方面是重要的。这里可能存在如下危险：在不合适的行为方式的情况下，污垢可能渗入袋内部中并且污染流体。

利用开发成本有利的并且因而适合于一次性使用的传感器可能的是，已经在制造商侧给有问题的一次性容器配备一次性传感器，有问题的一次性容器能作为具有柔软的壁的袋或者作为由塑料构成的具有坚硬的壁的所谓的“卡尔布瓦(Carboy)”容器得到，一次性传感器不可拆卸地布置在流体密封地、例如通过材料锁合的连接(例如粘贴或焊接)，或也通过适当的力锁合(kraftschlüssig)或形状锁合(formschlüssig)的连接来与壁连接的传感器承载板上。组装、也就是给单独的一次性容器配备不同的传感器的单独的组合可以在卫生方面经优化的条件下并且在容器内部的无菌性维护的情况下在袋制造商的一侧根据标准规定或者特别地根据顾客希望来实现。相应的一次性生物反应器袋从开头提到的、形成类属的EP 2 503 320B1公知。然而有问题的是传感器的缺乏的可更换性，缺乏的可更换性在传感器损坏的情况下可能导致整个袋连同其昂贵的内含物的丢弃。如果事后应该被证明完全没有传感器损坏，而是只在反应过程中存在能修正的偏差，偏差导致表明传感器损坏的测量值，那么这是更加令人生气的。

发明内容

本发明的任务是提供一种方法，该方法降低了由实际或者虚假的传感器损坏造成的损失。

该任务与权利要求1的前序部分的特征相关联地通过如下方式来解决：其中至少一个传感器的传感器板承载暂时未激活的复制件，当传感器的测量数据在由外部控制单元执行的完整性或可信度测试的范围内被归为异常时，该复制件被激活。

优选的实施方式是从属权利要求的主题。

现代一次性传感器的成本有利的生产方式允许多次实施更大的传感区域的各个传感器，而相应的一次性容器、例如形式为袋或坚硬的“卡尔布瓦”容器的一次性生物反应器或一次性混合容器的总价由此不会明显提高。因而根据本发明，给传感区域的至少其中一个传感器，优选地传感区域的多个传感器、特别优选地传感区域的所有传感器分别设置有复制件，复制件对于常规地测量在容器(例如一次性生物反应器袋或一次性混合容器)中的流体的状态参数来说不是强制地必需的。更确切地说，复制件仅用作储备传感器，储备传感器在各自的主传感器有损坏的情况下可以投入使用，而在此生产过程不必中断或由于花费高的传感器更换而发生危险。就传感器的过剩而言同样有针对性地提供机械和电子“超建”，然而，超建的额外成本通过获得生产安全性而明显地得到过度补偿。

如上面已经阐述的那样，将实际的传感器损坏与生产过程的暂时并可修正的故障区分开不总是简单的。因而，随后提供了如何可以有意义地使用所提供的储备传感器的不同的策略。然而，对于其每种有意义的使用的前提是：完全探测到可能由于传感器损坏或由于过程故障造成的特殊情况。因而，根据本发明附加地设置的是：外部控制单元使借助于主传感器检测的测量数据持续地、周期性地或偶尔地经受完整性测试或可信度测试。这样的完整性或可信度测试例如可以是当前的测量数据与所存储的或者由其他测量数据计算出的参考数据的比较。在最简单的情况下存储有要在给定的时间点实现的参考值的列表，参考值在相应的时间点与当前的测量数据比较。然而在更复杂的情况下也可能的是：根据一个或多个第一传感器的测量数据推断出在一次性容器中的流体的特定的附加参数，这些附加参数本身只能困难地或者完全不能测量到，而且将相应的第二传感器的实际测量值与预测的参数值进行比较。此外也可能的是，将来自并行地进行的参考过程的当前的测量数据考虑作为参考值或者用于计算参考值的基础。完整性或可信度测试的具体的设计方案必须分别依赖于反应过程的具体的设计。无论如何，这种完整性测试的结果都是对是否存在特殊情况的判断，其中，特殊情况的存在可以触发其中一个随后阐述的修正策略。

因此，在本发明的第一实施方式中设置的是：控制单元暂时不仅处理由传感器接收的测量数据而且处理由复制件接收的测量数据。换句话说，主传感器及其复制件在一定时间内并行地运行。在对一方面由传感器接收的测量数据以及另一方面由复制件接收的测量数据的处理导致在预先给定的容差之内相同的结果的情况下，可以设置重新将复制件解除激活。即如果传感器和复制件基本上提供相同的测量数据，那么出发点可以是：由完整性测试识别出的特殊情况不是传感器损坏的结果。不仅传感器而且复制件都损坏并且附加地以同一方式损坏，从而提供两个相同的、错误的测量数据的概率可以被归为极低的。优选的是，在由于过程故障造成的特殊情况的这种情况下重新将复制件而不是主传感器解除激活。这尤其是在最大的数据相容性的背景下被视为是有利的。本领域技术人员可以理解的是：在这种情况下为了消除特殊情况而需要如下过程技术措施，其修正已经导致被识别的特殊情况的过程故障。

在第一实施方式的一个改进方案中设置的是：在对一方面由传感器接收的测量数据以及另一方面由复制件接收的测量数据的处理导致在考虑到预先给定的容差的情况下不同的结果的情况下，将传感器解除激活。因此换句话说，如果传感器比较导致通过可信度测试识别出的特殊情况可归因于主传感器损坏的结果，那么切断损坏的传感器并且在使用复制件的情况下继续该过程。在这种情况下不存在针对过程技术措施的必要性。

替选于该方法的第一实施方式，可以按照第二实施方式设置的是：控制单元取代处理由传感器接收的测量数据而处理由复制件接收的测量数据。该变型方案遵循如下方案：在每个被识别的特殊情况下预先从主传感器切换到储备传感器。由此，避免了对测量数据的双重接收和双重处理。不过在该变型方案中必须引入特别的措施用来区分传感器损坏与过程故障。因而，在该实施方式的改进方案中设置的是：在对一方面由复制件接收的测量数据以及另一方面在激活复制件之前由传感器接收的测量数据的处理导致在预先给定的容差之内相同的结果的情况下，将传感器重新激活并且将复制件解除激活。因此换句话说，将当前的由复制件提供的测量数据与紧接在切换之前由主传感器提供的测量数据进行比较。如果测量数据一致、即复制件也表示特殊情况存在，那么出发点可以是：由完整性测试识别出的特殊情况不基于传感器损坏，而是基于过程故障。在这种情况下被视为有利的是：出于数据相容性的原因切换至主传感器并且引入适当的过程技术措施来修正过程故障。

在根据本发明的方法的一个替选的实施方式中设置的是：在对一方面由复制件接收的测量数据以及另一方面在激活复制件之前由传感器接收的测量数据的处理导致在预先给定的容差之内相同的结果的情况下，将传感器解除激活并且将复制件激活。换句话说，在该实施方式中，从主传感器切换到储备传感器。

在本发明的一个有利的改进方案(其与上面阐述的用于冗余使用的方法变型方案的特别的实施方式无关)中设置的是：将传感区域的多个传感器共同用于实现所谓的“软传感器(Soft-Sensor)”。在这种情况下设置的是：对于不能由传感器直接测量的状态参数来说，参数值由外部控制单元根据多个不同的传感器的测量数据计算出。因此可想到的是如下重要的状态参数，诸如在流体中的生物质部分，对于重要的状态参数来说不存在直接的传感技术。然而，在了解多个传感器(例如O₂传感器、CO₂传感器、用于流体的光密度的传感器等等)的不同的过程参数和测量数据的情况下，所寻找的参数可以以计算方式确定。因而，多个单个传感器作为用于复杂的状态参数的复杂的“软传感器”共同作用。

优选地，用于根据本发明的方法的容器可以是一次性生物反应器或者可以是一次性混合容器，一次性生物反应器或一次性混合容器可以分别设计为具有至少局部柔软的壁的袋或者设计为具有至少局部坚硬的壁的塑料容器(“卡尔布瓦(Carboy)”)。

附图说明

本发明的其他特征和优点从随后的特别的描述以及附图中得到。

在附图中：

图1示出了联接到外部控制单元上的容器的示意图；

图2示出了用于阐明根据本发明的方法的一个实施方式的流程图。

具体实施方式

图1以强烈示意性的示图示出了容器，例如一次性生物反应器袋或一次性混合容器10，容器具有传感区域。传感区域12包括在细节上未进一步示出的、与容器10的壁流体密封地连接的承载板，承载板优选地与袋壁焊接。在本发明的其他实施方式中，连接也可以力锁合或形状锁合地来构造；重要的仅是该连接的流体密封的特性。在承载板上布置有多个传感器S1-S5，传感器利用未进一步示出的传感器头与袋内部、尤其是与处在袋内部中的流体处于作用接触中。此外，每个传感器S1-S5都通过一般用通信箭头14来表示的通信路径与外部控制单元16连接。通过通信路径14，可以在外部控制单元16与传感器S1-S5之间交换数据和控制指令。通信路径14可以是有线的。例如可以实施为电缆和/或光纤线缆。替选地或附加地，传感器S1-S5中的至少一个传感器可以无线地、尤其是通过无线电路径或IR路径与外部控制单元16连接。传感器S1-S5用于不同的测量任务，测量任务的特别的类型对于本发明来说是不重要的。然而，传感器的不同之处在图1中通过传感器S1-S5的不同的造型来表示。

此外，传感区域12还包括与传感器S1-S5结构相同的复制件D1-D5，复制件分别配属于传感器S1-S5之一(通过图1中的相同的造型来表示)。复制件D1-D5也通过通信路径14与外部控制单元16处于连接中。

图2强烈简化地示出了根据本发明的方法的一个优选的实施方式的流程图。为了简便起见，在图2中仅示出了涉及其中一个传感器S1-S5的方法。然而对于本领域技术人员来说显而易见的是：相同或类似的方法能应用于传感器S1-S5中的每个单个传感器。

在执行常见的并且必要的初始化程序并且在容器10(例如一次性生物反应器袋或一次性混合容器)中发生的过程已经稳定之后，在方法步骤102中借助于配属的传感器来测量处在容器10中的流体的特定的状态参数。相应的测量值在方法步骤104中受到完整性测试，其中，为此存储的来自并行地进行的参考过程的参考值20和/或测量数据22考虑作为比较值。如果当前的测量值在方法步骤104中通过完整性测试，也就是说当前的测量值在所要达到的规定值的预先给定的容差之内，那么方法100在判断步骤106中分岔回到测量步骤102。

然而，如果当前的测量数据在方法步骤104中没有通过完整性测试，那么在方法步骤108中，提供异常的测量值的传感器被切断并且该传感器的复制件被激活。换句话说，在方法步骤108中，从传感器切换到其复制件。因此在方法步骤110中，借助于复制件重复测量。替选地，不仅传感器而且其复制件都可以并行地提供测量结果，也就是说该传感器没有被切断，但是由该传感器提供的测量结果没有被进一步处理，而是只进一步处理复制件提供的测量结果。

在方法步骤110中由复制件产生的测量结果在方法步骤112中与由传感器在方法步骤102中产生的测量结果进行比较。如果两个测量结果在预先给定的容差的范围内是相同的，那么方法100在判断步骤114中分岔到方法步骤116，在那里，从复制件切换回初始的传感器。也就是说，在方法步骤112的比较的情况下测量结果的相同意味着的是：异常的测量值不是传感器损坏的结果，而是非常可能是过程故障的结果。因而，没有理由不用初始的传感器来进行未来的测量。当然，也可以停止切换回初始的传感器并且使复制件保持激活，这是因为方法步骤112的比较确实也表明复制件的正确的工作原理。然而，出于数据相容性的原因更有利的是，在整个过程期间主要使用同一传感器。

不过在这种情况下，异常的测量值意味着非常可能存在的过程故障，从而同时在方法步骤118中要进行过程报警，过程报警推动开始维修程序或者操作人员的干预。在方法步骤118的过程报警之后是哪些准确的措施取决于过程的设计、状态参量的值偏差的类型和大小以及取决于特别的设备的与仪器有关的前提条件。这在图2中通过在方法步骤118下面的连续点来表示。

然而，如果方法步骤112的比较得出：传感器及其复制件的测量值偏差得比允许的预先给定的容差的更剧烈，那么方法100在判断步骤114中分岔到方法步骤120，在该方法步骤中，由复制件产生的测量数据受到可信度测试。即可想到的是双重的传感器损坏、也就是说原来的传感器及其复制件的损坏，其中，在考虑概率的情况下可以在一定程度上排除两个损坏的传感器提供相同的值。因而，在方法步骤120中执行可信度测试就足够。当然，自然也可能的是，在判断步骤114与切换回步骤116之间加入类似的可信度测试。方法步骤120的可信度测试，例如还有方法步骤104的完整性测试可以使用参考值20、22和/或其他的取决于过程的测量和调节数据。

如果由复制件产生的测量数据按照方法步骤120中的可信度测试是正常的、也就是说测量数据尤其是在期望的值的范围内，那么方法100在判断步骤122中分岔到方法步骤124，在那里，生产过程在没有其他干预的情况下继续，其中，随后替代被识别为损坏的传感器而仅使用其复制件。然而，同时按照方法步骤118也触发过程报警，过程报警仅用于使替代传感器而使用复制件被注意到。通常，这种过程异常性会在过程协议中指示出。

然而，如果方法步骤120的可信度测试得出：由复制件获知的测量值同样要么是不正确的，要么作为正确的值判定过程故障，那么方法100在判断步骤122中立即分岔到按照方法步骤118的过程报警，其中，在这种情况下需要显著的措施。接着，尤其是要检查复制件的异常的测量值是复制件故障的结果还是实际的过程故障的结果。在过程故障的情况下，必要时可以引入修正措施。在复制件损坏的情况下，通常必须停止整个过程，这是因为在传感器及其复制件停止运转之后，相应的状态参数不再能被测量。在该上下文中，本领域技术人员将理解的是：原则上也可能的是，给每个传感器设置超过一个复制件，从而在过程中断之前可以以与上面所阐述的类似的方式切换至另一复制件。

在特别的描述中讨论的并且在附图中示出的实施方式当然只呈现了本发明的解释性的实施例。根据本公开内容，为本领域技术人员提供了许多各种不同的变型可能性。

附图标记列表

10 容器

12 传感区域

S1-S5 在12上的传感器

D1-D5 S1-S5的复制件

14 通信路径

16 外部控制单元

20 参考数据

22 参考测量值

100 方法

102 方法步骤

104 方法步骤

106 判断步骤

108 方法步骤

110 方法步骤

112 方法步骤

114 判断步骤

116 方法步骤

118 方法步骤

120 方法步骤

122 判断步骤

124 方法步骤

Claims (10)

1.用于测量包含在容器(10)中的流体的多个状态参数的方法，

其中，被配置成用于一次性使用的容器(10)具有壁，在所述壁上流体密封地固定有传感器承载板，所述传感器承载板具有多个传感器(S1-S5)，所述传感器一方面与所述容器(10)的内部空间处于作用接触中，而另一方面与外部控制单元(16)处于数据交换的连接(14)中，所述外部控制单元(16)接收并且处理来自所述传感器(S1-S5)的测量数据，

其特征在于，

所述传感器(S1-S5)中的至少一个传感器的传感器板承载暂时未激活的复制件(D1-D5)，当所述传感器(S1-S5)的测量数据在由所述外部控制单元(16)执行的完整性或可信度测试的范围内被归为异常时，激活所述复制件。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述控制单元(16)暂时不仅处理由所述传感器(S1-S5)接收的测量数据，而且还处理由所述复制件(D1-D5)接收的测量数据。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

在对一方面由所述传感器(S1-S5)接收的测量数据以及另一方面由所述复制件(D1-D5)接收的测量数据的处理导致在预先给定的容差之内相同的结果的情况下，重新将所述复制件(D1-D5)解除激活。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，

在对一方面由所述传感器(S1-S5)接收的测量数据以及另一方面由所述复制件(D1-D5)接收的测量数据的处理导致在考虑到所述预先给定的容差的情况下不同的结果的情况下，将所述传感器(S1-S5)解除激活。

5.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

所述控制单元(16)代替处理由所述传感器(S1-S5)接收的测量数据而处理由所述复制件(D1-D5)接收的测量数据。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

在对一方面由所述复制件(D1-D5)接收的测量数据以及另一方面在激活所述复制件(D1-D5)之前由所述传感器(S1-S5)接收的测量数据的处理导致在预先给定的容差之内相同的结果的情况下，将所述传感器(S2-S5)重新激活并且将所述复制件(D1-D5)解除激活。

7.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，

在对一方面由所述复制件(D1-D5)接收的测量数据以及另一方面在激活所述复制件(D1-D5)之前由所述传感器(S1-S5)接收的测量数据的处理导致在预先给定的容差之内相同的结果的情况下，将所述传感器(S2-S5)解除激活并且将所述复制件(D1-D5)激活。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

对于不能由所述传感器直接测量的状态参数来说，参数值通过所述外部控制单元从多个不同的传感器的测量数据计算出。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述容器是一次性生物反应器或一次性混合容器。

10.根据权利要求9所述的方法，

其特征在于，

所述一次性生物反应器或所述一次性混合容器设计为具有局部柔软的壁的袋或者设计为具有局部坚硬的壁的“卡尔布瓦”塑料容器。