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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensorkopf zur Erfassung
der Wasseraktivität eines Produktes, insbesondere beispielsweise
eines Nahrungsmittelproduktes, sowie auf ein Verfahren zur Messung
der Wasseraktivität, welches mit einem erfindungsgemäßen
Sensorkopf durchgeführt wird.
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Enzymatische
Reaktionen und somit alle Mikroorganismen benötigen für
Wachstum, Vermehrung und Stoffwechsel Wasser. Die Haltbarkeit von Lebensmitteln
bzw. Nahrungsmitteln wird deshalb wesentlich durch das verfügbare
Maß an freiem Wasser bestimmt. Zur Bestimmung des Anteils
an freiem Wasser wird üblicherweise der Messwert der Wasseraktivität
(aw-Wert) verwendet. Die Wasseraktivität (bzw. der aw-Wert)
beschreibt hierbei ein Maß für frei verfügbares
Wasser in einem Material und ist definiert als Quotient des Wasser dampfdrucks über
oder in einem Material zu dem Wasserdampfdruck über reinem
Wasser bei einer bestimmten Temperatur. Wegen des Einflusses auf
den biologischen Verderb und die Haltbarkeit von Lebensmitteln ist
die Wasseraktivität ein wichtiges Qualitätskriterium
in der Lebensmitteltechnik. Die Wasseraktivität ist hierbei nicht
mit dem Wassergehalt zu verwechseln, zwischen beiden Messgrößen
existiert jedoch ein temperatur- und produktabhängiger
Zusammenhang (die Beziehung zwischen dem Wassergehalt und der Wasseraktivität
zeigt die Adsorptionsisotherme eines Lebensmittels; für
die Lagerung feuchtigkeitsempfindlicher Lebensmittel ist dabei die
Adsorptionsisotherme maßgebend).
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Die
Wasseraktivität wird von 0 bis 1.0 angegeben und entspricht
der relativen Luftfeuchte, die sich im thermischen Gleichgewicht
im (unendlich kleinen) Gasraum des Produktes einstellt. Die Messung der
Wasseraktivität kann deshalb auf die Messung auf der relativen
Luftfeuchte abgebildet werden. Die Luftfeuchte hat unmittelbaren
Einfluss auf die Temperatur, bei der Wasserdampf aus der Luft kondensiert. Diesen
Effekt nutzen Taupunktsensoren aus, welche wie nachfolgend beschrieben
daher als Feuchtesensoren in der vorliegenden Erfindung eingesetzt
werden können. Die Messung der relativen Luftfeuchte mittels
Taupunktmessung (Taupunktsensor) ist hysteresefrei und kann damit
sehr genau durchgeführt werden. Alternativ dazu können
im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch auch resistive oder
kapazitive Feuchtsensoren eingesetzt werden: z. B. verändern
verschiedene Polymere ihre Leitfähigkeit und ihre Dielektrizität
bei Absorption von Gasen. Darauf basieren eine Reihe von Luftfeuchtesensoren.
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Im
Stand der Technik erfolgt die Bestimmung der Wasseraktivität
nach folgendem Muster:
- • Entnahme
einer Probe des Produktes aus dem Produktionsprozess,
- • Transport der entnommenen Probe zu einem Laborgerät,
- • Temperierung der Probe im Laborgerät auf
eine bestimmte standardisierte Temperatur (z. B. 23°C),
- • Bestimmung der Taupunkttemperatur bzw. Messen des
Taupunktes der Probe mit dem Laborgerät,
- • Umrechnung der bestimmten Taupunkttemperatur auf
die gesuchte physikalische Messgröße Wasseraktivität
und
- • Dokumentation und Entsorgung der entnommenen Probe.
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Entsprechende
Laborgeräte sind beispielsweise von der Firma IUL Instruments
GmbH erhältlich (http://www.iul-instruments.de).
Nachteilig ist hierbei insbesondere, dass die Wasseraktivität
nicht bei Prozesstemperatur gemessen wird. Da die Wasseraktivität
temperaturabhängig ist, resultiert hieraus ein entsprechender
Messfehler. Die Temperaturabhängigkeit ist darüber
hinaus produktabhängig.
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Aus
dem Stand der Technik sind weiterhin Luftfeuchtemessgeräte
bekannt, welche in Hinblick auf die Wasseraktivitätsmessung
jedoch nicht geeignet sind: Gründe hierfür sind
- • der eingegrenzte Messbereich (zudem
oft nicht kondenswassersicher),
- • ohne gleichzeitige Temperaturmessung ist der Messwert
nicht mit entsprechenden Laborwerten vergleichbar,
- • der Sensor ist nur ungenügend gegen Spritzer (z.
B. des Produktes) geschützt; ein Eintauchen in das Produkt
ist in der Regel nicht möglich und
- • die in der Regel verwendeten kapazitiven Polymersensoren
weisen eine erheblicher Hysterese und damit Messunsicherheit auf.
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Die
Nachteile des Standes der Technik lassen sich somit kurz wie folgt
zusammenfassen:
- • es ist eine Probennahme
notwendig.
- • ein Kontakt mit dem Medium bzw. dem Produkt führt
in der Regel zu einer Beeinträchtigung der Sensorfunktion.
- • bei der Taupunktmessung ergibt sich in der Regel
eine ungünstige Fehlerfortpflanzung.
- • es ist eine Temperaturkompensation notwendig, falls
die Messtemperatur von der Produkttemperatur abweicht.
- • oft sind die Sensoren nicht ausreichend geschützt
(Reinigung mit Heißwasser oder Natronlauge ist somit nicht
möglich und ein sicherer Schutz des Sensorelementes vor
dem Produkt auch bei Spritzern ist nicht gewährleistet).
- • im Allgemeinen erfolgt die Messung vergleichsweise
langsam, da sich erst ein Gleichgewicht zwischen dem Gasraum des
Sensors und dem zu vermessenden Produkt einstellen muss.
- • der zwischen dem Produkt und dem eigentlichen Sensorelement
auftretende Temperaturgradient führt zu Messunsicherheiten
und Messfehlern.
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Basierend
auf dem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Sensorkopf zur Erfassung bzw. Messung der Wasseraktivität
eines Produktes, insbesondere eines Nahrungsmittelproduktes, sowie
ein entsprechendes Messverfahren zur Verfügung zu stellen,
mit welchem auf einfache, schnelle und genaue Art und Weise ohne
Probennahme im Produkt bzw. direkt im Prozess „in-line” die
Wasseraktivität des Produktes bestimmt werden kann.
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Die
Grundidee der vorliegenden Erfindung ist es, die Wasseraktivität
mithilfe eines Temperatursensors und eines Feuchtesensors auf an
sich dem Fachmann bekannte Art und Weise zu bestimmen, wobei jedoch
im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren
eine thermische Kopplung des Temperatursensors an das hinsichtlich seiner
Wasseraktivität zu vermessende Produkt bei gleichzeitiger
Entkopplung des Temperatursensors vom „Außenraum” erfolgt.
Unter dem Außenraum wird hierbei der außerhalb
des Produktes liegende Gas- und/oder Flüssigkeitsraum verstanden,
welcher sich auf einem anderen Temperaturniveau als das zu vermessende
Produkt befindet. Der Temperatursensor des erfindungsgemäßen
Sensorkopfes wird somit thermisch eng an das zu vermessende Produkt gekoppelt.
Vorteilhafterweise wird darüber hinaus auch der Feuchtesensor
thermisch an das zu vermessende Produkt gekoppelt, beispielsweise
indem der Feuchtesensor auf dieselbe Art und Weise wie der Temperatursensor
und in ummittelbarer Nachbarschaft zu demselben angeordnet wird.
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Die
vorstehend genannte Lösung wird dadurch realisiert, dass
der erfindungsgemäße Sensorkopf einen inneren
Gasraum samt einer diesen Gasraum nach außen (zum Produkt
hin) flüssigkeitsdicht abschließenden, zum zumindest
abschnittsweisen Einbringen in das Produkt ausgebildeten Hülle
aufweist. Die Hülle weist hierbei einen ersten Hüllenabschnitt
(beispielsweise einen ersten Wandabschnitt) auf, welcher einen größeren
Wärmeleitwert aufweist, als ein zweiter, benachbart zum
ersten Hüllenabschnitt angeordneter und zumindest abschnittsweise vom äußeren
Produktraum zum Innenraum (innerer Gasraum) hin gasdurchlässig
ausgebildeter zweiter Hüllenabschnitt (beispielsweise zweiter Wandabschnitt
welcher sich unmittelbar angrenzend an den ersten Wandabschnitt
anschließt). Im inneren Gasraum ist dann sowohl der Temperatursensor,
als auch der Feuchtesensor angeordnet. Der Temperatursensor steht
hierbei in unmittelbarem thermischen Kontakt mit dem ersten Hüllenabschnitt,
bevorzugt gilt dies auch für den Feuchtesensor.
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Unter
dem Wärmeleitwert wird hierbei die absolute Wärmeleitfähigkeit
in Watt pro Kelvin eines Bauteils, also eine von den Abmessungen
und der geometrischen Ausbildung des Bauteils abhängige Kennzahl
verstanden. Der beim ersten Hüllenabschnitt im Vergleich
zum zweiten Hüllenabschnitt vergrößerte
Wärmeleitwert kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert
werden. So kann beispielsweise der zweite Hüllenabschnitt
durch eine geeignete geometrische Ausgestal tung (Einführung
von Verjüngungen bzw. verdünnten Abschnitten etc.)
so ausgestaltet sein, dass sich im Vergleich zum ersten Hüllenabschnitt
eine verringerte Wärmeleitfähigkeit des Bauteils
ergibt. Insbesondere wird jedoch vorteilhafterweise der erste Hüllenabschnitt
zumindest teilweise aus einem ersten Material ausgebildet, welches eine
größere spezifische Wärmeleitfähigkeit
(in W/Km) aufweist, als ein zweites Material, aus welchem der zweite
Hüllenabschnitt zumindest teilweise ausgebildet ist. Das
zweite Material stellt hierbei den Gaskontakt zur Umgebung bzw.
zum Produkt her (es ist somit gasdurchlässig, insbesondere
wasserdampfdurchlässig, jedoch nicht flüssigkeitsdurchlässig
ausgebildet).
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Vorteilhafterweise
handelt es sich bei dem ersten Material um rostfreien Stahl und
bei dem zweiten Material um ein poröses Sintermaterial,
wie beispielsweise poröses gesintertes PTFE (Polytetrafluorethylen).
Vorteilhafterweise sind der erste Hüllenabschnitt und der
zweite Hüllenabschnitt der Hülle als gasdurchlässige,
jedoch nicht flüssigkeitsdurchlässige Schutzkappe
ausgebildet, welche den inneren Gasraum samt den darin angeordneten
Sensoren (Feuchtesensor und Temperatursensor) schützt.
Aufgrund einer solchen Schutzkappenfunktion kann der Sensor dann
in-line verwendet werden, somit also direkt im Produktionsprozess
eingesetzt werden (Eintauchen des Sensors in das Produkt) ohne dass
eine Probennahme notwendig ist.
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Wie
bereits vorbeschrieben, handelt es sich bei dem zumindest einen
Teil des zweiten Hüllenabschnitts ausbildenden zweiten,
für Gase bzw. Wasserdampf durchlässigen Material,
welches nicht für Wasser in flüssiger Form durchlässig
ist, vorteilhafterweise um poröses PTFE, wobei der mittlere Durchmesser
der Poren vorzugsweise im Bereich kleiner gleich 50 μm
liegt.
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Alternativ
hierzu kann auch eine Silikonmembran oder ein sulfoniertes PTFE-Material,
wie z. B. NafionTM welche bzw. welches für
Gase durchlässig, jedoch flüssigkeitsdicht ist,
verwendet werden. Die notwendige Stabilität kann in beiden
Fällen aufgrund einer hinreichend dicken Wandstärke
(eigenstabil) erreicht werden. Es ist jedoch auch möglich, die
vorgenannten Materialien in einer Stützkonstruktion zu
verwenden, um die notwendige Sensorstabilität sicherzustellen.
Der innere Gasraum muss hierbei möglichst klein sein (bei
großer Außenoberfläche der Schutzkappe
bzw. des Sensorkopfes), um Messungenauigkeiten zu verhindern. Bevorzugt
sind somit innere Gasraumvolumina von 10 cm3 oder
kleiner. Entscheidend ist hierbei der „Luftleitwert” pro
Volumen, der maximiert werden soll.
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Als
(Luft-)Feuchtesensor und als Temperatursensor eignen sich prinzipiell
alle aus dem Stand der Technik bekannten entsprechenden Sensorarten. Für
die Praxis eignen sich als Feuchtesensoren besonders kapazitive
Sensor oder Taupunktsensoren. Wie nachfolgend noch näher
beschrieben, ist es besonders vorteilhaft, zumindest den Temperatursensor
(bevorzugt jedoch auch den Feuchtesensor) unmittelbar angeordnet
an der Innenseite des einen hohen Wärmeleitwert aufweisenden
ersten Hüllenabschnittes anzuordnen. Dieser erste Hüllenabschnitt kann
dann ein Bereich der Außenwand der eigentlichen Schutzkappe
sein, es ist jedoch auch möglich, dass es sich hierbei
um ein im Innenraum einer einstückig ausgebildeten Schutzkappe
angeordneten Sensorträger handelt, welcher beispiels weise
in die Schutzkappe eingeschraubt sein kann, sod dass der Sensorträger
zusammen mit einem Teil der Schutzkappe, mit welchem der Sensorträger
in unmittelbarem thermischen Kontakt steht, den ersten Hüllenabschnitt
ausbildet. Der Sensorträger kann hierbei z. B. aus Edelstahl
ausgebildet sein. Werden hierbei die beiden Sensoren auf den Edelstahl-Sensorträger montiert
und dieser unmittelbar in die einstückig ausgebildete Schutzkappe
hineingeschraubt, so ergibt sich auch eine enge thermische Kupplung
zum Produkt im Außenraum.
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Die
beiden Sensoren sind jeweils über elektrische Kontaktleitungen
(welche beispielsweise als Durchführungen in dem vorgeschriebenen
Sensorträger ausgebildet sein können) mit einer
Auswerteeinheit verbunden, welche beispielsweise mithilfe eines
Mikroprozessors so ausgestaltet ist, dass mit ihr aus den erfassten
Temperatur- und Feuchtemesswerten die gesuchte Messgröße
Wasseraktivität auf an sich bekannte Weise berechenbar
ist. Wie eine entsprechende Umrechnung der gemessenen Feuchte- und
Temperaturwerte in die Wasseraktivität erfolgen kann, ist
dem Fachmann bekannt (Magnus-Formeln beim Einsatz von Taupunktsensoren, siehe
z. B. www.meteorologyshop.eu/Ger_276_EUR_79_0_7_.html)
bekannt.
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Der
erfindungsgemäße Sensorkopf weist gegenüber
den aus dem Stand der Technik bekannten Sensorlösungen
eine Reihe von wesentlichen Vorteilen auf:
- • Mithilfe
des erfindungsgemäßen Sensorkopfes lässt
sich die Wasseraktivität ohne Probennahme direkt im Produktionsprozess
durch Eintauchen des Sensorkopfes messen. Insbesondere wird hier bei
bei der vorliegenden Produkttemperatur gemessen, so dass aus Temperaturgradienten
resultierende Messfehler vermieden werden. Die Wasseraktivität
wird somit bei Prozessbedingungen in-line gemessen.
- • Der erfindungsgemäße Sensorkopf
kann aufgrund seiner Ausgestaltung in ein Produkt eingetaucht werden
und ist dennoch wirkungsvoll geschützt.
- • Eine produktabhängige Temperaturkompensation
ist, sofern notwendig, ebenso möglich.
- • Aufgrund des möglichen Eintauchens in das
Produkt ergibt sich auch kein Problem mit nicht repräsentativen
Gasproben. Das thermische Gleichgewicht stellt sich auch ohne Hilfsmaßnahmen
(Ventilation oder dergleichen) rasch ein.
- • Der erfindungsgemäße Sensor lässt
sich vorteilhaft nicht nur in der Lebensmitteltechnologie einsetzen:
Während in der Lebensmitteltechnologie üblicherweise
die Beschränkung des Wachstums und des Stoffwechsels von
Mikroorganismen von Interesse ist (um den Verderb des Lebensmittelproduktes
zu vermeiden) wird in der Biotechnologie oft gezielt versucht, optimale
Umgebungsbedingungen zu schaffen. Hierzu gehört auch der aw-Wert.
Aus diesem Grund lässt sich der erfindungsgemäße
Sensorkopf auch ganz allgemein in Bereichen der Biotechnologie einsetzen
um gezielt Umgebungsbedingungen hinsichtlich des aw-Wertes zu optimieren.
Auch die Konsistenz und das mechanische Verhalten (wie z. B. die
Rieselfähigkeit) von Pulvern und von Schüttgütern werden
durch deren Wasseraktivität beeinflusst. Aus diesem Grund
lässt sich der erfindungsgemäße Sensorkopf
auch besonders vorteilhaft im Bereich der Arzneimitteltechnik, der
Kosmetik oder der Verfahrenstechnik einsetzen.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand dreier Ausführungsbeispiele
näher beschrieben. Die einzelnen Merkmale der vorliegenden
Erfindung müssen dabei nicht in den in diesen Ausführungsbeispielen
konkret beschriebenen Kombinationen auftreten, sondern können
im Rahmen der vorliegenden Erfindung und ihres durch die Patentansprüche
vorgegebenen Schutzumfangs aufgrund des allgemeinen Fachwissens
des Fachmannes auch in anderen Konstellationen bzw. Konfigurationen
miteinander verwendet werden.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Sensorkopfes,
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2 eine
zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Sensorkopfes,
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3a und 3b eine
dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Sensorkopfes.
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1 zeigt
einen Schnitt durch die Symmetrieachse bzw. Längsachse
eines ersten erfindungsgemäßen Sensorkopfes 1.
Der Sensorkopf 1 weist eine als Hohlzylinder ausgebildete
Hülle 3 in Form einer Schutzkappe auf. Die Seitenwände
des Hüllenzylinders sowie ein Teil der ersten stirnseitigen
Deckelfläche (links im Bild) sowie ein Teil der zweiten
stirnseitigen Zylinderdeckelfläche (rechts im Bild) sind hierbei
als der zweite Hüllenabschnitt 3-2, welcher aus
einem porö sen, gasdurchlässigen zweiten Material
M2 (hier: PTFE) besteht, ausgebildet. In der ersten Zylinderdeckelfläche
weist die Schutzhülle 3 eine Durchbrechung auf,
durch welche ein Sensorkopfträger 13 in Form eines
Edelmetallstabes ins Innere der zylinderförmigen Schutzhülle 3 eingeführt
ist. Die Schutzhülle 3 umschließt hierbei
den Sensorkopfträger 13 flüssigkeitsabdichtend,
wobei die vollständige Flüssigkeitsabdichtung
mit Hilfe von Dichtungen 12 sichergestellt wird, welche
zwischen den Wandabschnitten der ersten Deckelfläche der Schutzhülle 3 und
dem Sensorkopfträger 13 angeordnet sind. Der Sensorkopfträger 13 ist
hierbei entlang der Zylindersymmetrieachse soweit in die Schutzhülle 3 eingeschoben,
dass er entlang dieser Achse etwa zwei Drittel des Innenraums 2 (innerer Gasraum)
der Schutzhülle 3 einnimmt. Da senkrecht zur Zylinderachse
gesehen der Sensorkopfträger 13 einen geringeren
Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der
als Hohlzylinder ausgebildeten Schutzhülle 3 wird
zwischen dem Sensorkopfträger 13 und der Innenwandung
der Hülle 3 sowie (entlang der Symmetrieachse
gesehen) zwischen dem stirnseitigen Ende des eingeschobenen Sensorträgerkopfes 13 und
der zweiten Zylinderdeckelfläche der Schutzhülle 3 ein
Hohlraum 2 ausgebildet (innerer Gasraum). Aufgrund des
gasdurchlässigen Materials des Hüllenabschnittes 3-2 steht
dieser innere Gasraum 2 in Gasaustausch mit dem Außenraum
(Raum A außerhalb der Zylinderhülle 3).
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In
der zweiten Zylinderdeckelfläche (rechts im Bild bzw. die
dem eingeschobenen Ende des Sensorkopfträgers 13 gegenüberliegende
Zylinderdeckelfläche) ist zentriert um die Zylindersymmetrieachse
ein Teil des Deckels nicht aus dem zweiten Material M2 ausgebildet,
sondern aus einem anderen, ersten Material M1: Dieses erste Material
M1 ist ein Material hoher spe zifischer Wärmeleitfähigkeit, hier
rostfreier Stahl, welches am rechten stirnseitigen Ende des Sensorkopfes
einen ersten Hüllenabschnitt 3-1 in Form einer
kreisförmigen Scheibe ausbildet. Im vorliegenden Fall ist
somit die komplette Außenwand der Hülle 3 im
Bereich des zweiten Hüllenabschnittes 3-2 in Form
von porösem PTFE ausgebildet, wohingegen der am stirnseitigen
Ende unmittelbar an diesen zweiten Hüllenabschnitt angrenzende
erste Hüllenabschnitt 3-1 aus hoch wärmeleitfähigem
Kupfer ausgebildet ist.
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Angrenzend
an die dem inneren Gasraum 2 zugewandte Innenseite des
Hüllenabschnitts 3-1 sind ein Temperatursensor 4 sowie
beabstandet davon ein Feuchtesensor 5 angeordnet. Der Temperatursensor 4 und
der Feuchtesensor 5 stehen somit in Berührung
und in unmittelbarem thermischen Kontakt mit dem kupfernen ersten
Hüllenabschnitt 3-1 und somit aufgrund der hohen
spezifischen Wärmeleitfähigkeit dieses Hüllenabschnittes
auch in unmittelbarer thermischer Kopplung zum Außenraum
A: Aufgrund dieser vorbeschriebenen Kopplung kann, bei Eintauchen
des Sensorkopfes 1 in das zu vermessende Produkt, der Temperatursensor 4 die
Temperatur des Produktes unmittelbar und ohne verfälschenden
Temperaturgradienten erfassen. Aufgrund der Gasdurchlässigkeit
der Wandabschnitte 3-2 ist desweiteren eine unmittelbare
Erfassung der Luftfeuchtigkeit im Bereich des Produktes bzw. oberhalb desselben
mithilfe des Feuchtesensors 5 möglich.
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Parallel
zur Zylindersymmetrieachse und beabstandet davon sind in den Sensorkopfträger 13 Durchbrechungen
in Form von Bohrungen eingebracht (nicht gezeigt). In diesen Durchbrechungen bzw.
Bohrungen werden elektrische Energieversorgungs- und Steuerleitungen
(elektrische Kontaktleitungen) 10-1 und 10-2 geführt,
welche die beiden Sensoren 4, 5 kontaktieren,
und welche am sensorabgewandten Ende mit einer in den Sensorkopf 1 integrierten
Auswerteeinheit 11 verbunden sind. Die Auswerteeinheit 11 ist
auf dem Fachmann bekannte Art und Weise dafür ausgebildet,
mithilfe eines Mikroprozessors basierend auf den erfassten Temperaturmesswerten
des Temperatursensors 4 und Feuchtemesswerten des Feuchtesensors 5 die
gesuchte physikalische Größe, die Wasseraktivität
aw des Produktes (nicht gezeigt) zu berechnen. Im gezeigten Beispiel
ist somit aufgrund der beiden unterschiedlichen Hüllmaterialien
der Temperatursensor 4 aufgrund seiner Anordnung im Bereich 3-1 thermisch vom
Außenraum bzw. vom Sensorträger 13 entkoppelt.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sensorkopfes, wobei dieser Sensorkopf grundsätzlich wie
der in 1 gezeigte Sensorkopf aufgebaut ist, so dass nachfolgend
nur die Unterschiede beschrieben werden. Im vorliegenden Fall ist
die als erster Hüllenabschnitt 3-1 ausgebildete
Zylinderdeckelfläche nicht als Einsatz aus einem zweiten
Material ausgebildet, sondern wie folgt: Die Schutzhülle 3 ist
sowohl im Bereich des zweiten Hüllenabschnittes 3-2 als
auch im Bereich des ersten Hüllenabschnittes 3-1 in
den dem Außenraum zugewandten Oberflächenabschnitten
einstückig aus dem zweiten Material M2 (poröses
PTFE) ausgebildet. Während im zweiten Hüllenabschnitt 3-2 jedoch
die Wände der Schutzhülle 3 vollständig
bzw. über ihre gesamte Dicke aus dem zweiten Material M2
ausgebildet sind, weist im ersten Hüllenabschnitt 3-1 bzw.
in einem symmetrisch um die Zylindersymmetrieachse liegenden Abschnitt
der entsprechenden Zylinderdeckelfläche die Zylinderwandung
des Materials M2 innenseitig einen verjüngten bzw. verdünnten
Abschnitt 6 (Einlassung 6) auf, in welchem die
Wandstärke des Materials M2 im Vergleich zur Wandstärke
des Materials M2 im zweiten Hüllenabschnitt 3-2 auf
etwa ein Drittel verringert ist. Diese innenseitige (das heißt
zum inneren Gasraum 2 gewandte) Einkerbung ist mit einer
flachen Scheibe (Bereich 7) aus dem ersten Material M1
mit hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit (Stahl)
ausgefüllt. Auf der dem Gasraum 2 zugewandten
Seite trägt dieser scheibenförmige Bereich 7 aus
Kupfer nun den Temperatursensor 4, so dass letzterer über
den Materialbereich 7 hoher spezifischer Wärmeleitfähigkeit samt
dem dünnwandigen Abschnitt aus dem Material M2 ebenfalls
in sehr gutem thermischen Kontakt mit dem Außenbereich
A bzw. Produktbereich steht.
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Ein
weiterer Unterschied zum in 1 gezeigten
Fall ist, dass der Feuchtesensor 5 hier nicht an der Innenseite
des ersten Hüllenabschnittes 3-1 angrenzend angeordnet
ist, sondern an dem in den inneren Gasraum 2 ragenden stirnseitigen
Ende des Sensorkopfträgers 13.
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Gegenüber
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat das
in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel den Vorteil,
dass die Außenseite der Schutzhülle 3 dem
Produkt in Form eines einstückig ausgebildeten Körpers
aus dem Materials M2 entgegentritt. Dies hat insbesondere den Vorteil,
dass die äußere Oberfläche des Sensorkopfes
keine Spalte oder ähnliches in den Materialübergangsabschnitten zwischen
dem Material M1 und dem Material M2 aufweist, wodurch mögliche
Undichtigkeiten, Verschmutzungen etc. vermieden werden.
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3a und 3b zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Sensorkopf 1. Auch dieser Sensorkopf ist grundsätzlich wie
die in 1 und 2 abgebildeten Sensorköpfe
ausgebildet, so dass nachstehend nur die Unterschiede beschrieben
werden. Der vorbeschriebene Sensorkopfträger 13 ist
in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines ein Außengewinde
aufweisenden Sensorträgers 9 ausgebildet. Dieser
Sensorträger ist symmetrisch um die Zylindersymmetrieachse
des Sensorkopfes in einen im Wesentlichen zylinderförmigen,
ein entsprechendes Innengewinde 8 aufweisenden Schutzhüllenabschnitt
aus dem zweiten Material M2 (poröses PTFE) eingeschraubt.
Der aus Edelstahl gefertigte Sensorträger 9 ist
hierbei entlang der Zylindersymmetrieachse nur soweit in den Schutzhüllenabschnitt
aus dem zweiten Material M2 eingeschraubt, dass zwischen dem stirnseitigen Ende
des Sensorträgers 9 und dem gegenüberliegenden,
innenseitigen Ende der rechts gezeigten Stirnseite dieses Schutzhüllenabschnitts
ein Hohlraum 2 verbleibt, welcher als der innere Gasraum ausgebildet
ist. Die Schutzhülle 3 umfasst somit hier den
aus dem Material M2 gebildeten außenliegenden Aschnitt 3-2 und
den teilweise außenliegenden und teilweise innenliegenden
Abschnitt 3-1, welcher im außenliegenden Bereich
ebenfalls aus dem Material M2 ausgebildet ist und im innenliegenden
Bereich als Sensorträger 9 aus dem Material M1
ausgebildet ist. Da die Seitenwände und der rechts gezeigte
stirnseitige Deckelbereich der Schutzhülle 3 aus
dem gasdurchlässigen Material M2 ausgebildet sind, steht
der innere Gasraum 2 in Gaskontakt mit dem Außenraum bzw.
Produktraum. Aufgrund des Einschraubens des Sensorträgers 9 steht
letzterer in unmittelbarem thermischen Kontakt mit den an den zweiten
Hüllenabschnitt 3-2 im Bereich 3-1 angrenzenden Wandabschnitten
des Materials M2 der Schutzhülle 3: Diese letzteren
Wandabschnitte bilden somit zusammen mit dem Sensorträger 9 den
ersten Hüllenabschnitt 3-1. Am der Innenseite
des rechts gezeigten Zylinder deckels der Schutzhülle 3 gegenüberliegenden
stirnseitigen Ende des Sensorträgers 9 sind, unmittelbar
angrenzend an diese Stirnseite des Sensorträgers 9,
der Temperatursensor 4 und unmittelbar benachbart davon
der Feuchtesensor 5 angeordnet. Die beiden Sensorelemente 4, 5 stehen
somit über den körperlichen Kontakt zum Sensorträger 9 (aus
dem Material M1), über dessen unmittelbaren körperlichen
Kontakt (über das Außengewinde des Sensorträgers
und das Innengewinde 8 der zylinderförmigen Schutzkappe
aus dem Material M2) zur außen liegenden Wandung des ersten
Hüllenabschnittes 3-1 aus dem Material M2 und über
letzere in unmittelbarem thermischen Kontakt mit der Außenumgebung
bzw. Produktseite.
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Der
Sensorträger 9 weist im vorliegenden Fall auf
der der derjenigen Stirnseite, die die Sensoren 4, 5 trägt,
abgewandten Seite eine Aussparung (Schlitz A') auf, welche ein Eindrehen
des Sensorträgers 9 in den zylinderförmigen
Schutzkappenabschnitt aus dem Material M2 vereinfacht. Parallel
zur Zylindersymmetrieachse und beabstandet von dieser weist der
Sensorträger 9 Durchbrechungen/Durchführungen 10 auf,
mithilfe derer die Sensoren 4, 5 kontaktiert sind
(nicht gezeigt).
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Wie
beim in 2 gezeigten Fall ist hier die äußere
Oberfläche der Schutzhülle 3 als einstückiger Körper
des Materials M2 ohne Übergangsabschnitte zwischen dem
ersten Material und dem zweiten Material ausgebildet, so dass Spalte
oder ähnliches vermieden werden.
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3b zeigt
eine Übersicht über den in 3a ausschnittsweise
gezeigten Sensorkopf: Der Sensorkopf weist auf der den Sensorelementen 4, 5 abgewandten Seite
einen Stutzen S auf. Diesem schließt sich ein in 3a nicht
gezeigter Elektronikgehäuseabschnitt an, in welchem die
Auswerteeinheit 11 zum Berechnen der Wasseraktivität
des Produktes aus vom Temperatursensor 4 und vom Feuchtesensor 5 erfassten
Messwerten beherbergt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - http://www.iul-instruments.de [0005]
- - www.meteorologyshop.eu/Ger_276_EUR_79_0_7_.html [0016]