DE102009026991A1 - Potentiometric sensor for measuring potentiometric value of measuring medium, has ion-sensitive field effect transistor which consists of gate region, where the gate region is admittable with measuring medium - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen potentiometrischen Sensor zum Messen einer potentiometrischen Größe eines Messmediums, mit einem ionen-sensitiven Feldeffekttransistor, welcher eine Gate-Region aufweist, welche Gate-Region mit dem Messmedium beaufschlagbar ist.The present invention relates to a potentiometric sensor for measuring a potentiometric size of a measuring medium, having an ion-sensitive field-effect transistor which has a gate region, which gate region can be acted upon by the measuring medium.
Potentiometrische Sensoren mit einem ionen-sensitiven Feldeffekttransistoren, so genannten ISFETs, werden zur Bestimmung elektrochemischer Potentiale, insbesondere als pH-Sensoren eingesetzt. Derartige Sensoren sind u. a. in dem Übersichtsartikel
Die
Wie in der oben genannten
Werden die Dichtungen hingegen nicht entgratet, besteht die Gefahr der Beeinflussung der Messung durch Gratrest und Ausfaserungen, bis hin zur Zerstörung der ionen-sensitiven Oberfläche des ISFET-Chips. Einher geht eine verminderte Dichtwirkung durch die Grate an den Dichtkanten. Gasblasen sammeln sich an den Graten oder in den Spalten, verursacht durch die Grate, und verfälschen die Messung. Neben der beschriebenen Blasenbildung besteht weiterhin die Gefahr von Ablagerungen an oder zwischen den Gratfasern und somit einer ebenfalls nicht gegebenen Einsatzmöglichkeit solcher Dichtungen bzw. mit solchen Dichtungen ausgestatteten Sensoren in Hygieneanwendungen.On the other hand, if the gaskets are not deburred, there is a risk of influencing the measurement due to burr residue and fouling up to the destruction of the ion-sensitive surface of the ISFET chip. A diminished sealing effect passes through the burrs at the sealing edges. Gas bubbles collect on the ridges or in the gaps caused by the burrs, distorting the measurement. In addition to the described blistering there is still the risk of deposits on or between the burr fibers and thus also a non-given use of such seals or sensors equipped with such seals in hygiene applications.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen hygienetauglichen potentiometrischen Sensor bereit zu stellen, welcher kostengünstig herzustellen ist.The object of the invention is to provide a hygienic potentiometric sensor which is inexpensive to manufacture.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen potentiometrischen Sensor zum Messen einer potentiometrischen Größe eines Messmediums, mit einem ionen-sensitiven Feldeffekttransistor, welcher eine Gate-Region aufweist, welche Gate-Region mit dem Messmedium beaufschlagbar ist, mit einem Gehäuse um den ionen-sensitiven Feldeffekttransistor mit zumindest einer Gehäuseöffnung, durch welche Gehäuseöffnung die Gate-Region mit dem Messmedium beaufschlagbar ist, und mit einer statischen Dichtung zwischen Gehäuse und ionen-sensitivem Feldeffekttransistor, welche Dichtung zusammen mit dem ionen-sensitiven Feldeffekttransistor das Gehäuse um die Gate-Region abdichtet, wobei die Dichtung mittels eines Laserschneidverfahrens aus einem Plattenmaterial ausschneidbar ist. Laserschneiden ist ein thermisches Trennverfahren, insbesondere für plattenförmiges Material. Allerdings kann das Plattenmaterial selbst mittels des gleichen Laserschneidverfahrens in einem vorausgehenden Verfahrensschritt aus einem stangenförmigen Material ausgeschnitten worden sein.The object is achieved by a potentiometric sensor for measuring a potentiometric size of a measuring medium, with an ion-sensitive field effect transistor, which has a gate region, which gate region can be acted upon by the measuring medium, with a housing around the ion-sensitive field effect transistor at least one housing opening, through which housing opening the gate region can be acted upon by the measuring medium, and with a static seal between the housing and the ion-sensitive field-effect transistor, which seal together with the ion-sensitive field effect transistor seals the housing around the gate region, wherein the Seal is cut out of a plate material by means of a laser cutting process. Laser cutting is a thermal separation process, especially for plate-shaped material. However, the plate material itself may have been cut out of a bar-shaped material by the same laser cutting method in a previous process step.
Eine Dichtung verhindert ungewollte Stoffübergänge von einem Raum, hier die Gate-Region, in einen anderen Raum, hier das innere des Gehäuses. Die erfindungsgemäße Dichtung führt keine Relativbewegung aus und ist somit statisch.A seal prevents unwanted material transfers from one room, here the gate region, into another room, here the interior of the housing. The seal of the invention performs no relative movement and is therefore static.
Herstellbar ist sie erfindungsgemäß, indem sie mittels eines Lasers aus einer Platte, einem relativ dünnen, flachen und ebenen Gegenstand, ausschneidbar ist. Insbesondere ist der Dichtungswerkstoff bzw. das Material der Platte, aus welchem die Dichtung ausschneidbar ist, ein organischer Werkstoff, beispielsweise ein Polymer. Einige Elastomere besitzen unter den Polymeren sehr gute Dichtungseigenschaften, so lassen sich beispielsweise aus Flourelastomeren und aus statistischen Copolymeren mit gesättigtem Polymergerüst, wie z. B. EPDM erfindungsgemäße Dichtungen herstellen.It is producible according to the invention in that it can be cut out by means of a laser from a plate, a relatively thin, flat and flat object. In particular, the sealing material or the material of the plate, from which the seal is ausschneidbar, an organic material, such as a polymer. Some elastomers have very good sealing properties among the polymers, as can be, for example, from fluoroelastomers and random copolymers with a saturated polymer backbone, such as. B. produce EPDM seals according to the invention.
Die Werkstoffe der die Dichtung berührenden Dichtflächen der umgebenden Bauteile spielt natürlich bei der Dichtheit und daher auch bei der Materialauswahl für die Dichtung eine entscheidende Rolle. Entsprechend besteht gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sensors mindestens eine erste Dichtfläche des ionen-sensitiven Feldeffekttransistors, welcher die Dichtung in zumindest einem Punkt berührt, insbesondere auf zumindest einer umlaufenden Linie, aus Tantal(V)-oxid. Auch das Gehäuse bildet eine Dichtfläche aus, hier die zweite Dichtfläche, welche mit der Dichtung in zumindest einem Punkt in direktem Kontakt steht. Um ringförmig abdichten zu können, wird die Dichtung auf zumindest einer umlaufenden Linie berührt. Der Werkstoff dieser zweiten Dichtfläche des Gehäuses ist insbesondere PEEK.Of course, the materials of the sealing surfaces of the surrounding components which contact the seal play a decisive role in the tightness and therefore also in the choice of material for the seal. Accordingly, according to a further development of the sensor according to the invention at least one first sealing surface of the ion-sensitive field effect transistor, which contacts the seal in at least one point, in particular on at least one circumferential line, of tantalum (V) oxide. The housing also forms a sealing surface, here the second sealing surface, which is in direct contact with the seal in at least one point. In order to seal annular, the seal is touched on at least one circumferential line. The material of this second sealing surface of the housing is in particular PEEK.
Sowohl das Gehäuse als auch der des ionen-sensitive Feldeffekttransistor kann eine Oberflächenbeschichtung im Bereich seiner Dichtfläche aufweisen, d. h. der Werkstoff der ersten bzw. zweiten Dichtfläche kann unterschiedlich zum Werkstoff des ionen-sensitive Feldeffekttransistors bzw. des Gehäuses sein. Dabei bildet die jeweilige Oberfläche des Gehäuses und/oder des ionen-sensitive Feldeffekttransistors, welche mit der Dichtung in Berührung steht, die jeweilige Dichtfläche. Die erste Dichtfläche bildet somit mit der zweiten Dichtungsfläche ein Dichtflächenpaar und/oder die zweite Dichtfläche bildet mit der dritten Dichtungsfläche ein Dichtflächenpaar.Both the housing and the ion-sensitive field effect transistor may have a surface coating in the region of its sealing surface, d. H. the material of the first or second sealing surface may be different from the material of the ion-sensitive field effect transistor or of the housing. In this case, the respective surface of the housing and / or of the ion-sensitive field-effect transistor, which is in contact with the seal, forms the respective sealing surface. The first sealing surface thus forms a sealing surface pair with the second sealing surface and / or the second sealing surface forms a sealing surface pair with the third sealing surface.
Die jeweiligen Dichtflächenpaare schließen das innere des Gehäuses dicht zum Messmedium hin ab. Dichtungen werden im Allgemeinen in Berührungsdichtungen und berührungslose Dichtungen unterteilt. Berührungsdichtungen verfügen über mindestens eine Dichtungsfläche, welche Dichtungsfläche mit einer Dichtfläche in Berührung steht. Besitzen die gegeneinander abzudichtenden Flächen räumliche Ausdehnungen, berühren sich Dichtung und die die Dichtung berührenden Dichtflächen der umgebenden Bauteile über viele Punkte ihrer jeweiligen Dicht- bzw. Dichtungsflächen, beispielsweise auch über ihre gesamte jeweilige Dicht- bzw. Dichtungsfläche, und nicht nur in einem Punkt.The respective pairs of sealing surfaces close off the interior of the housing closely to the measuring medium. Gaskets are generally divided into touch seals and non-contact seals. Contact seals have at least one sealing surface, which sealing surface is in contact with a sealing surface. If the surfaces to be sealed against one another have spatial expanses, the seal and the sealing surfaces of the surrounding components touching the seal contact one another over many points of their respective sealing or sealing surfaces, for example over their entire respective sealing or sealing surface, and not only at one point.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sensors weist die Dichtung zumindest eine dem Messmedium aussetzbare erste Dichtungsfläche auf, welche erste Dichtungsfläche über ihre gesamte geometrische Oberfläche einen arithmetischen Mittenrauhwert von höchstens 1 μm aufweist. Insbesondere ist dieser Wert kleiner 0,8 μm, oder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gar kleiner 0,4 μm.According to a development of the sensor according to the invention, the seal has at least one first sealing surface which can be exposed to the measuring medium, which first sealing surface has an arithmetic average roughness value of at most 1 μm over its entire geometric surface. In particular, this value is less than 0.8 microns, or even less than 0.4 microns according to an embodiment of the invention.
Gemäß einer Variante weist die Dichtung mehrere Dichtungsflächen auf, welche zur Abdichtung des Sensors wesentlich beitragen. Diese Dichtungsflächen weisen dann entsprechende arithmetische Mittenrauhwerte auf. In einem Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist jede Oberfläche der Dichtung über ihre gesamte geometrische Oberfläche einen arithmetischen Mittenrauhwert von höchstens 1 μm auf.According to a variant, the seal has a plurality of sealing surfaces, which contribute significantly to the sealing of the sensor. These sealing surfaces then have corresponding arithmetic mean roughness values. In an embodiment of the invention, each surface of the gasket has an arithmetic mean roughness value of at most 1 μm over its entire geometric surface.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der arithmetische Mittenrauhwert der genannten Dichtungsflächen kleiner 0,8 μm oder gar kleiner 0,4 μm. Die Definition des arithmetischen Mittenrauhwerts, oder gelegentlich auch mittlere Rauheit genannt, findet sich in
Als geometrische Oberfläche wird die ideale Oberfläche eines Bauteils, die durch die geometrische Beschreibung definiert ist, bezeichnet. Die Anzahl der geometrischen Oberflächen wird durch die Form des geometrischen Körpers bestimmt. So besitzt beispielsweise ein Würfel sechs geometrische Oberflächen. Ein Schnitt durch einen Körper zeigt seinen geometrischen Querschnitt; somit sind vier geometrische Oberflächen bei einem Würfel zu sehen, um bei dem Beispiel zu bleiben. Der Mittenrauhwert wird über eine Bezugslänge gemessen. Als Bezugslänge wird hier jede Strecke innerhalb jeweiligen der geometrischen Oberfläche angesehen.The geometric surface is the ideal surface of a component, which is defined by the geometric description. The number of geometric surfaces is determined by the shape of the geometric body. For example, a cube has six geometric surfaces. A section through a body shows its geometric cross section; thus four geometric surfaces can be seen on a cube to stick to the example. The average roughness value is measured over a reference length. As a reference length here every distance within each of the geometric surface is considered.
Weitergebildet weist die Dichtung zumindest eine dem Messmedium aussetzbare erste Dichtungsfläche auf, welche erste Dichtungsfläche über ihre gesamte geometrische Oberfläche eine maximale Profilhöhe von höchstens 2 μm aufweist. Der arithmetische Mittenrauhwert sagt nichts über die Abstand der maximalen Profilkuppenhöhe zur maximalen Profiltiefe, also über den möglichen Radius oder über den Materialüberstand an der Schnittfläche zweier Oberflächen aus. Hierzu ist die maximale Profilhöhe heranzuziehen. Gleichermaßen verfügen die erste und zweite Dichtfläche erfindungsgemäß über eine maximale Profilhöhe von höchstens 2 μm.Further developed, the seal has at least one first sealing surface which can be exposed to the measuring medium, which first sealing surface has a maximum profile height of at most 2 μm over its entire geometric surface. The arithmetic mean roughness value does not say anything about the distance of the maximum profile dome height to the maximum profile depth, ie about the possible radius or over the material protrusion at the interface of two surfaces. For this the maximum profile height is to be used. Likewise, according to the invention, the first and second sealing surfaces have a maximum profile height of at most 2 μm.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die maximalen Profilhöhen der genannten Dichtungsflächen und Dichtflächen kleiner 1 μm, kleiner 0,8 μm oder gar kleiner 0,4 μm. Die Begriffsdefinitionen finden sich wiederum in
In weiteren Ausgestaltungen weisen die genannten Dichtungsflächen und Dichtflächen eine maximale Profilkuppenhöhe und/oder eine maximale Profiltiefe von höchstens 1,5 μm auf, insbesondere von höchstens 1 μm oder sie sind kleiner 0,5 μm.In further embodiments, the said sealing surfaces and sealing surfaces have a maximum profile dome height and / or a maximum profile depth of at most 1.5 .mu.m, in particular of at most 1 .mu.m or they are less than 0.5 .mu.m.
Sowohl die arithmetische Mittenrauhwerte, als auch die maximalen Profilhöhen, die maximalen Profiltiefen und die maximalen Profilkuppenhöhen werden in μm angegeben. Sie werden im nicht montierten Zustand der Dichtung gemessen. Durch den Einbau der Dichtung wirkt eine Kraft auf die Dichtung, damit diese bestimmte Flächen zueinander abdichtet. Dadurch wird die Dichtung zumindest teilweise zusammengedrückt. Die Dichtung ist jedoch so ausgestaltet, dass ihre Kanten im Bereich der Gate-Region, also z. B. die Kanten, welche von erster und zweiter Dichtungsfläche und von erster und dritter Dichtungsfläche gebildet werden, keine zu große Verrundung erfahren, d. h. insbesondere, dass die erste Dichtfläche im montierten Zustand der Dichtung im Wesentlichen eben ist.Both the arithmetic mean roughness values, the maximum profile heights, the maximum tread depths and the maximum tread heights are given in μm. They are measured in the unassembled state of the seal. By installing the seal, a force acts on the seal, so that it seals certain surfaces to each other. As a result, the seal is at least partially compressed. However, the seal is designed so that its edges in the region of the gate Region, ie z. B. the edges, which are formed by the first and second sealing surface and the first and third sealing surface, do not undergo too large rounding, ie in particular that the first sealing surface in the mounted state of the seal is substantially flat.
Neben den Materialen bzw. Materialpaarungen der Dichtungs- und Dichtflächen haben natürlich auch die Oberflächengüten der Dichtflächen des Gehäuses und/oder des ionen-sensitiven Feldeffekttransistors einen Einfluss auf die Dichtungsqualität. Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Weiterbildung ist daher der arithmetische Mittenrauhwert der ersten Dichtfläche des ionen-sensitiven Feldeffekttransistors über ihre gesamte geometrische Oberfläche kleiner 1 μm. Gleichermaßen gilt für die zweite Dichtfläche des Gehäuses ein maximaler arithmetische Mittenrauhwert von 1 μm.In addition to the materials or material pairings of the sealing and sealing surfaces of course, the surface qualities of the sealing surfaces of the housing and / or the ion-sensitive field effect transistor have an influence on the seal quality. According to a further development of the invention, therefore, the arithmetic mean roughness of the first sealing surface of the ion-sensitive field effect transistor over its entire geometric surface is less than 1 micron. Likewise, for the second sealing surface of the housing, a maximum arithmetic average roughness value of 1 μm applies.
Entsprechend weiteren Ausgestaltungsbeispielen der Erfindung ist der arithmetische Mittenrauhwert der genannten Dichtflächen kleiner 0,8 μm oder gar kleiner 0,4 μm.According to further exemplary embodiments of the invention, the arithmetic mean roughness value of said sealing surfaces is less than 0.8 μm or even less than 0.4 μm.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Dichtung eine Flachdichtung ist, insbesondere dass die Dichtung eine ringförmige Flachdichtung ist, welche einen rechteckigen idealen Schnurquerschnitt aufweist. Die Abmessungen einer ringförmigen Flachdichtung werden über den Innendurchmesser und die Schnurdicke und die Schnurbreite definiert. Verfügt die Schnur über einen quadratischen Querschnitt, sind Schnurhöhe und Schnurbreite gleich. Als idealer Querschnitt wird dabei, analog zur idealen Oberfläche, der Querschnitt eines Körpers bezeichnet, welcher durch die geometrische Beschreibung festgelegt ist. Der ideale Querschnitt findet sich somit z. B. in Zeichnungen wider. Die Gestaltabweichungen des realen Körpers, wie z. B. Rauheiten, können dann ausgehend vom idealen Körper beschreiben werden. Ideale Körper sind praktisch nicht herzustellen. Das gleiche gilt für ideale Oberflächen.A further development of the invention provides that the seal is a flat gasket, in particular that the seal is an annular flat gasket, which has a rectangular ideal cord cross-section. The dimensions of an annular flat gasket are defined by the inner diameter and the cord thickness and the cord width. If the line has a square cross section, the line height and line width are the same. As an ideal cross section, analogous to the ideal surface, the cross section of a body is designated, which is defined by the geometric description. The ideal cross section is thus z. B. reflected in drawings. The shape deviations of the real body, such. As roughness, can then be described starting from the ideal body. Ideal bodies are virtually impossible to produce. The same applies to ideal surfaces.
So legen die Querschnitte der Schnur, wie z. B. ein rechteckiger Querschnitt, die geometrischen Oberflächen und damit die Dichtungsflächen der Dichtung fest.So lay the cross sections of the string, such. B. a rectangular cross section, the geometric surfaces and thus the sealing surfaces of the seal firmly.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die ringförmige Flachdichtung einen rechteckigen idealen Schnurquerschnitt auf. Eine andere Ausgestaltung hingegen zeigt einen dreieckigen idealen Schnurquerschnitt. Aber auch linsenförmige oder runde Querschnitt sind denkbar. Ein kreisrunder idealer Schnurquerschnitt macht aus der ringförmigen Flachdichtung einen so genannten O-Ring, wobei dann Schnurbreite bzw. Schnurhöhe in den Schnurdurchmesser übergehen. Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel entspricht Form und Maß der Gehäuseöffnung im Wesentlichen Form und Maß der Dichtung, d. h. dass insbesondere der ideale Durchmesser der Gehäuseöffnung gleich dem idealen Innendurchmesser der ringförmigen Dichtung ist.According to one embodiment of the invention, the annular flat gasket has a rectangular ideal cord cross-section. Another embodiment, however, shows a triangular ideal cord cross-section. But also lenticular or round cross-section are conceivable. A circular ideal cord cross-section makes the so-called O-ring from the annular flat gasket, in which case string width or cord height pass into the cord diameter. According to a further embodiment example, the shape and dimension of the housing opening substantially corresponds to the shape and dimension of the seal, d. H. that in particular the ideal diameter of the housing opening is equal to the ideal inner diameter of the annular seal.
Weiterbildungsgemäß beträgt der Innendurchmesser der ringförmigen Dichtung höchstens 3 mm. Insbesondere ist der Innendurchmesser der ringförmigen Dichtung kleiner 2 mm, oder gar kleiner 1,5 mm. Dabei beträgt dann die Schnurhöhe, teilweise auch als Schnurdicke bezeichnet, und/oder die Schnurbreite maximal 1 mm, insbesondere ist sie kleiner 0,5 mm, oder kleiner 0,35 mm. In einer erfindungsgemäßen Variante beträgt der Innendurchmesser der ringförmigen Dichtung 1,5 mm und die Schnur ist mindestens 0,35 mm hoch bzw. breit.According to training, the inner diameter of the annular seal is at most 3 mm. In particular, the inner diameter of the annular seal is less than 2 mm, or even less than 1.5 mm. In this case, the cord height, sometimes also referred to as cord thickness, and / or the cord width is a maximum of 1 mm, in particular, it is less than 0.5 mm, or less than 0.35 mm. In a variant according to the invention, the inner diameter of the annular seal is 1.5 mm and the cord is at least 0.35 mm high or wide.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Sensors ist darin zu sehen, dass die Dichtung zumindest eine dem Messmedium aussetzbare erste Dichtungsfläche und eine zweite Dichtungsfläche und eine dritte Dichtungsfläche aufweist, welche erste Dichtungsfläche im montierten Zustand des potentiometrischen Sensors dem Messmedium aussetzbar ist, welche zweite Dichtungsfläche mit einer ersten Dichtfläche des ionen-sensitiven Feldeffekttransistors dicht abschließt, und welche dritte Dichtungsfläche mit einer zweiten Dichtfläche des Gehäuses dicht abschließt, wobei die dem Messmedium aussetzbare erste Dichtungsfläche und die zweite Dichtungsfläche eine erste Kante bilden und wobei die dem Messmedium aussetzbare erste Dichtungsfläche und die dritte Dichtungsfläche eine zweite Kante bilden, wobei keine Gratereste über die Kanten überstehen und wobei die Kanten Radien aufweisen, welche kleiner 2,7 μm sind oder gar nur 2 μm betragen. Die Dichtung ist somit eine ringförmige Flachdichtung und weist einen rechteckigen geometrischen Querschnitt der Schnur auf. Sie begrenzt seitlich einen Bereich um die Gate-Region des ionen-sensitiven Feldeffekttransistors, der dem Messmedium aussetzbar ist. Sie liegt zwischen ionen-sensitiven Feldeffekttransistor und Gehäuse und wird zwischen diesen beiden Bauteilen eingepresst. Das Gehäuse weist eine Gehäuseöffnung über der Gate-Region des ionen-sensitiven Feldeffekttransistors auf, durch welche das Messmedium in dem Bereich um die Gate-Region eindringen kann. Weiterhin weist das Gehäuse Verformungen auf, welche zumindest teilweise in Form und Größe des Schnurquerschnitts der Dichtung entsprechen, durch welche Verformungen die Dichtung im Gehäuse aufgenommen und gestützt wird. Schneiden sich z. B. zwei Oberflächen mit jeweils einem arithmetischen Mittenrauhwert von 0,8 μm und einer maximalen Profilhöhe von 0,8 μm, so entsteht an der Schnittlinie der beiden Oberflächen, also an der Kante, ein maximaler Radius von 2,7 μm bzw. eine Fase mit einem Abstand von der Kante von 0,8 μm mal die Wurzel aus 2, was ungefähr 1,1 μm ergibt. Entsprechendes gilt für die weiteren erfindungsgemäßen Profilhöhen. In dieser Variante der Erfindung weisen zumindest die erste, zweite und dritte Dichtungsfläche einen arithmetischen Mittenrauhwert von höchstens 0,8 μm auf und eine maximalen Profilhöhe von 0,8 μm.A variant of the sensor according to the invention can be seen in that the seal has at least one exposing the measuring medium first sealing surface and a second sealing surface and a third sealing surface, which first sealing surface in the mounted state of the potentiometric sensor the measuring medium can be exposed, which second sealing surface with a first Sealing surface of the ion-sensitive field effect transistor tightly seals, and which third sealing surface with a second sealing surface of the housing seals, wherein the measuring medium exposable first sealing surface and the second sealing surface form a first edge and wherein the measuring medium exposable first sealing surface and the third sealing surface a form second edge, with no crater rests over the edges and wherein the edges have radii which are smaller than 2.7 microns or even only 2 microns. The seal is thus an annular flat gasket and has a rectangular geometric cross-section of the cord. It laterally delimits an area around the gate region of the ion-sensitive field-effect transistor, which can be exposed to the measuring medium. It lies between the ion-sensitive field effect transistor and the housing and is pressed in between these two components. The housing has a housing opening over the gate region of the ion-sensitive field effect transistor, through which the measurement medium can penetrate in the area around the gate region. Furthermore, the housing has deformations which correspond at least partially in the shape and size of the cord cross-section of the seal, by means of which deformations the seal is received and supported in the housing. Intersect z. B. two surfaces, each with an arithmetic average roughness of 0.8 microns and a maximum profile height of 0.8 microns, so created at the intersection of the two surfaces, ie at the edge, a maximum radius of 2.7 microns or a chamfer with a distance from the edge of 0.8 μm times the root of 2, which is about 1.1 μm results. The same applies to the other profile heights according to the invention. In this variant of the invention, at least the first, second and third sealing surfaces have an arithmetic average roughness value of at most 0.8 μm and a maximum profile height of 0.8 μm.
In einem anderen Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist jede Oberfläche der Dichtung über ihre gesamte geometrische Oberfläche einen arithmetischen Mittenrauhwert von höchstens 1 μm, insbesondere höchstens 0,8 μm auf. Kurzum, die Dichtung ist dann im Wesentlichen gratfrei und scharfkantig.In another embodiment of the invention, each surface of the seal over its entire geometric surface an arithmetic mean roughness of at most 1 .mu.m, in particular at most 0.8 .mu.m. In short, the seal is then essentially burr-free and sharp-edged.
Hier, wie in einer weiteren Weiterbildung der Erfindung, ist die Dichtung elastisch zwischen Gehäuse und ionen-sensitivem Feldeffekttransistor eingespannt. Die Dichtung erfährt eine Kraft auf zumindest eine Dichtungsfläche. Weist die Dichtung einen rechteckigen Schnurquerschnitt auf, erfahren die zweite und die Dritte Dichtungsfläche eine Flächenpressung in der Größe, dass die Dichtung dicht abdichtet. Durch chemische Prozesse, z. B. hervorgerufen von aggressiven Messmedien, hohen Temperaturen oder Sterilisationsbedingungen, verändern sich viele Dichtungswerkstoffe mit der Zeit, eine Relaxation setzt beispielsweise ein. Durch die elastische Einspannung der Dichtung mit der vorgegebenen Flächenpressung ist der Sensor für einen längeren Zeitraum abgedichtet.Here, as in a further embodiment of the invention, the seal is elastically clamped between the housing and ion-sensitive field effect transistor. The seal experiences a force on at least one sealing surface. If the gasket has a rectangular string cross-section, the second and third sealing surfaces experience a surface pressure in the size that seals the gasket tightly. By chemical processes, eg. As evoked by aggressive measuring media, high temperatures or sterilization conditions, many seal materials change over time, a relaxation begins, for example. Due to the elastic clamping of the seal with the specified surface pressure, the sensor is sealed for a longer period of time.
Des Weiteren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Laserschneidverfahren zum Ausschneiden einer Dichtung eines erfindungsgemäßen potentiometrischen Sensors gelöst, wobei das Laserschneidverfahren so ausgestaltet ist, dass die Dichtung im Wesentlichen gratfrei und scharfkantig herstellbar ist.Furthermore, the object underlying the invention is achieved by a laser cutting method for cutting a seal of a potentiometric sensor according to the invention, wherein the laser cutting method is designed so that the seal is essentially burr-free and sharp edged.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
In
Die Dichtung
Die Dichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Potentiometrischer SensorPotentiometric sensor
- 22
- Ionen-sensitiver FeldeffekttransistorIon-sensitive field effect transistor
- 33
- Gate-RegionGate region
- 44
- Gehäusecasing
- 55
- Gehäuseöffnunghousing opening
- 66
- Dichtungpoetry
- 77
- Erste DichtungsflächeFirst sealing surface
- 88th
- Zweite DichtungsflächeSecond sealing surface
- 99
- Dritte DichtungsflächeThird sealing surface
- 1010
- Erste Dichtfläche des ionen-sensitiven FeldeffekttransistorsFirst sealing surface of the ion-sensitive field effect transistor
- 1111
- Zweite Dichtfläche des GehäusesSecond sealing surface of the housing
- 1212
- Gratridge
- 1313
- Spaltgap
- 1414
- Gehäuseschulterhousing shoulder
- 1515
- Federfeather
- 1616
- Ausfaserungenfraying
- 1717
- Ringinneresring Affairs
- 1818
- Schnurbreitestring width
- 1919
- Schnurhöhestring height
- 2020
- Innendurchmesser der ringförmigen DichtungInner diameter of the annular seal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 5833824 [0003, 0004] US 5833824 [0003, 0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Thirty years of ISFETOLOGY [...]” von P. Bergveld in „Sensors and Actuators” B88 (2003) 1–20 [0002] "Thirty years of ISFETOLOGY [...]" by P. Bergveld in "Sensors and Actuators" B88 (2003) 1-20 [0002]
- „Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau” 19. Auflage F28 6.2.1 [0015] "Dubbel - Paperback for Mechanical Engineering" 19th Edition F28 6.2.1 [0015]
- „Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau” 19. Auflage F28 6.2.1 [0018] "Dubbel - Paperback for Mechanical Engineering" 19th Edition F28 6.2.1 [0018]
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DE102009026991A Withdrawn DE102009026991A1 (en) | 2009-06-17 | 2009-06-17 | Potentiometric sensor for measuring potentiometric value of measuring medium, has ion-sensitive field effect transistor which consists of gate region, where the gate region is admittable with measuring medium |
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