DE102015116357A1 - Sensoranordnung - Google Patents

Sensoranordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102015116357A1
DE102015116357A1 DE102015116357.8A DE102015116357A DE102015116357A1 DE 102015116357 A1 DE102015116357 A1 DE 102015116357A1 DE 102015116357 A DE102015116357 A DE 102015116357A DE 102015116357 A1 DE102015116357 A1 DE 102015116357A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
measuring
cuvette
medium
measured variable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015116357.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Weiss
Angela Eubisch
Michael Hanko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress & Hauser Conducta & Co Kg GmbH
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress & Hauser Conducta & Co Kg GmbH
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress & Hauser Conducta & Co Kg GmbH, Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG filed Critical Endress & Hauser Conducta & Co Kg GmbH
Priority to DE102015116357.8A priority Critical patent/DE102015116357A1/de
Priority to CN201610855237.7A priority patent/CN106959328B/zh
Priority to US15/279,101 priority patent/US10444183B2/en
Publication of DE102015116357A1 publication Critical patent/DE102015116357A1/de
Priority to US16/563,144 priority patent/US11112380B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/4163—Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • G01N27/07—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/27—Association of two or more measuring systems or cells, each measuring a different parameter, where the measurement results may be either used independently, the systems or cells being physically associated, or combined to produce a value for a further parameter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/302—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells pH sensitive, e.g. quinhydron, antimony or hydrogen electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/31—Half-cells with permeable membranes, e.g. semi-porous or perm-selective membranes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • G01N27/3272—Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
    • G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
    • G01N27/3274—Corrective measures, e.g. error detection, compensation for temperature or hematocrit, calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • G01N21/534—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke by measuring transmission alone, i.e. determining opacity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28—Electrolytic cell components
    • G01N27/283—Means for supporting or introducing electrochemical probes

Abstract

Eine Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Messgröße eines Messmediums, umfasst: – mindestens einen ersten Sensor mit einem der Erfassung von Messwerten einer ersten Messgröße des Messmediums dienenden ersten Messaufnehmer, – ein Gehäuse, welches eine Gehäusewandung aufweist, die einen den ersten Messaufnehmer enthaltenden Gehäuseinnenraum umgibt, wobei der Gehäuseinnenraum ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, enthält, das einen vorgegebenen Wert der ersten Messgröße aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Messgröße eines Messmediums.
  • Zur Überwachung von biologischen, biochemischen, biotechnologischen oder Pharma-Prozessen werden Sensoren eingesetzt. Diese dienen zur Überwachung verschiedenster Messgrößen, wie z.B. Durchfluss, Temperatur, Druck oder Analysemessgrößen. Analysemessgrößen sind beispielsweise Konzentrationen oder Aktivitäten von in dem zu überwachenden Messmedium enthaltenen Substanzen oder damit korrelierende Größen. Sensoren werden vor ihrer Inbetriebnahme in einer Prozessanlage häufig über längere Zeiträume gelagert. In pharamazeutischen, biologischen, biochemischen oder biotechnologischen Prozessen werden Sensoren häufig vor ihrem Einsatz in einem Prozess auch einer Sterilisation unterzogen.
  • Pharmazeutische, biologische, biochemische oder biotechnologische Prozesse werden in zunehmendem Maße mittels sogenannter Einwegprozesslösungen, z.B. in Prozessanlagen in Single-Use-Technologie durchgeführt. Solche Prozessanlagen umfassen Rohrleitungen oder Reaktoren, die als Einwegbehälter (englische Fachbegriffe: disposables bzw. disposable bioreactors oder single use bioreactor bzw. single-use component) ausgestaltet sind. Solche Einwegbehälter können beispielsweise flexible Behälter, z.B. Beutel, Schläuche oder Fermenter sein. Bioreaktoren oder Fermenter besitzen häufig Zu- und Ableitungen, die beispielsweise als Schläuche ausgestaltet sein können. In die Zu- und Ableitungen können auch feste Rohrstücke eingesetzt sein. Nach Beendigung eines Prozesses können all diese Einwegbehälter entsorgt werden. Auf diese Weise werden aufwändige Reinigungs- und Sterilisationsverfahren vermieden. Insbesondere wird durch den Einsatz von Einwegbehältern das Risiko von Kreuzkontaminationen verhindert und damit die Prozesssicherheit erhöht.
  • Die in den Einwegbehältern durchgeführten Prozesse laufen in einem geschlossenen System, d.h. ohne Verbindung zur Umgebung außerhalb der Einwegbehälter, ab. Da häufig sterile Bedingungen erforderlich sind, müssen die Einwegbehälter vor dem Einbringen der Prozessmedien sterilisiert werden. Zu diesem Zweck kommt in biochemischen, biologischen, biotechnologischen und pharmazeutischen Anwendungen häufig Gammastrahlung zum Einsatz. Auch während die Prozesse in einem Einwegfermenter oder Einwegreaktor ablaufen muss das Eindringen von Fremdsubstanzen, insbesondere von Keimen, aus der Umgebung in das Innere des Prozessbehälters vermieden werden, um den Prozessablauf nicht zu beeinträchtigen oder zu verfälschen. Dasselbe gilt auch für Zu- und Ableitungen, die in den Einwegfermenter oder Einwegreaktor münden oder aus dem Einwegfermenter oder Einwegreaktor herausgeführt sind.
  • Um Prozesse in solchen Einwegprozessanlagen zu überwachen oder zu kontrollieren, kann es wie in herkömmlichen Prozessanlagen notwendig sein, physikalische oder chemische Messgrößen der in den Prozessbehältern enthaltenen Medien zu messen. Zu überwachende Messgrößen können beispielsweise Temperatur oder Analysemessgrößen wie pH-Wert, Zelldichte, Leitfähigkeit, optische Transmission bzw. Absorption oder eine Konzentration bzw. Aktivität einer chemischen Substanz, beispielsweise einer bestimmten Ionenart eines bestimmten Elements oder einer bestimmten Verbindung, z.B. der Gehalt an Gelöstsauerstoff oder CO2, sein. In biotechnologischen Verfahren können wichtige Messgrößen außerdem sogenannte Nährstoffparameter, z.B. der Glukose-, Glutamat- oder Laktosegehalt des Prozessmediums, oder Stoffwechselparameter der in den Verfahren angewendeten Mikroorganismen sein.
  • Zumindest einige der oben genannten Messgrößen können mittels optischer Sensoren gemessen werden, beispielsweise kann durch Einstrahlen von Messstrahlung in das Messmedium und durch Erfassen der Messstrahlungsintensität nach Wechselwirkung mit dem Medium eine Absorption, Transmission oder Streulichtintensität und daraus eine Zelldichte, eine Trübung, eine Konzentration bestimmter in dem Prozessmedium vorhandener chemischer Verbindungen oder ein spektrometrischer bzw. fotometrischer Summenparameter, ermittelt werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zu optischen Sensoren können auch elektrochemische, insbesondere potentiometrische, Sensoren beispielsweise zur Bestimmung des pH-Werts oder einer Ionenkonzentration in dem Prozessmedium verwendet werden. Auch amperometrische Sensoren zur Bestimmung des Gelöstsauerstoffgehalts oder des CO2-Gehalts sowie Leitfähigkeitssensoren, die nach einem konduktiven oder induktiven Prinzip arbeiten, können zur Anwendung kommen.
  • Diese Sensoren können in die Wandung eines Prozessbehälters, in dem das zu überwachende Prozessmedium enthalten ist, integriert sein und/oder einen in die Wandung eines solchen Prozessbehälters integrierten Messaufnehmer aufweisen. Häufig werden zur Überwachung von durch Rohrleitungen strömenden Messmedien sogenannte Inline-Messsysteme eingesetzt. Inline-Messsysteme weisen in der Regel zwei Anschlüsse auf, die beispielsweise einander gegenüberliegend angeordnet sein können, so dass das Inline-Messsystem in eine Leitung einer Prozessanlage eingesetzt werden kann, indem die beiden Anschlüsse mit komplementären Anschlüssen der Leitung verbunden werden.
  • Ein Inline-Messsystem zur Messung und Überwachung mehrerer Messgrößen, das beispielsweise zur Überwachung von Messparametern eines in einer sterilen Flüssigkeitsleitung eines biochemischen, biotechnologischen oder pharmazeutischen Prozesses vorliegenden, ggfs. strömenden, Mediums verwendet werden kann, ist beispielsweise aus US 7,973,923 bekannt. Die sterile Flüssigkeitsleitung kann eine Prozessleitung einer herkömmlichen Prozessanlage oder eine Prozessanlage in Single-Use Technologie sein.
  • Das aus US 7,973,923 bekannte Inline-Messsystem umfasst eine Durchflusszelle mit einer Zuleitung und einer Ableitung, welche jeweils einen Anschluss zur Verbindung mit einer von Prozessmedium durchströmten Leitung, beispielsweise einer Prozessanlage, aufweisen. Weiter sind über Anschlüsse in der Wandung der Durchflusszelle zwei Messaufnehmer zur Erfassung von Werten zweier voneinander verschiedener Messgrößen, wie z.B. pH-Wert, Gelöstsauerstoffgehalt, CO2-Gehalt, Konzentrationen bestimmter Ionen, Leitfähigkeit oder Temperatur in die Durchflusszelle integriert. Die in die Durchflusszelle integrierten Messaufnehmer stehen mit dem durch die Durchflusszelle strömenden Prozessmedium direkt zur Erfassung von Messwerten in Kontakt. Weiter weist die Durchflusszelle zwei Aufnahmen für ein Strahlungsquellen-Modul und ein Strahlungsempfänger-Modul auf. Durch Fixierung in den Aufnahmen können das Strahlungsquellen-Modul und das Strahlungsempfänger-Modul einander gegenüberliegend in die Wandung der Durchflusszelle eingesetzt werden. Beide Module weisen jeweils ein für von der Strahlungsquelle emittierte Messstrahlung transparentes Fenster auf, so dass von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung nach Durchlaufen der Durchflusszelle und Wechselwirkung mit dem die Durchflusszelle durchströmenden Prozessmedium auf den Strahlungsempfänger trifft. Der Strahlungsempfänger ist dazu ausgestaltet, ein von der empfangenen Strahlungsintensität abhängiges elektrisches Signal zu erzeugen und auszugeben, das ein Maß für eine dritte Messgröße ist, die sich von den Messgrößen die mittels der beiden in die Durchflusszelle integrierten Messaufnehmer erfasst werden, unterscheiden kann. Mittels der in der Wandung der Durchflusszelle integrierten Messaufnehmer sowie des optischen Sensors können also Messwerte dreier verschiedener Messgrößen des durch die Durchflusszelle strömenden Prozessmediums erfasst werden.
  • Vor Inbetriebnahme von Sensoren in einer biotechnologischen, biochemischen oder biologischen Prozessanlage, insbesondere der weiter vorn beschriebenen Art, müssen häufig zunächst der Sensor sowie wie alle übrigen Teile der Prozessanlage sterilisiert werden. Hierzu können Sensoren bzw. Inline-Messsysteme in einen Prozessbehälter der Anlage integriert werden und zusammen mit dieser sterilisiert werden.
  • Während einer Lagerzeit der Sensoren, durch das Sterilisieren und/oder für den Fall, dass zwischen der Sterilisierung und der Inbetriebnahme eine längere Zeitspanne liegt, können sich Eigenschaften der Messaufnehmer verändern, was zu einer Veränderung der jeweiligen Sensorkennlinie, z.B. zu einer Drift des Nullpunkts, führen kann. Die Messaufnehmer potentiometrischer und amperometrischer Sensoren umfassen häufig Membranen, die idealerweise feucht gelagert werden sollten, um zu gewährleisten, dass der Sensor sofort ab Inbetriebnahme verlässliche Messwerte zur Verfügung stellt.
  • Hinzu kommt, dass die für viele biochemische und biotechnologische Prozesse erforderliche Sterilisierung mittels Gammastrahlung zur Zerstörung elektronischer Komponenten der Sensoren führen würde. Es ist deshalb beispielsweise in DE 10 2011 080 956 A1 vorgeschlagen worden, in die Wandung zu sterilisierender Einwegbehältnisse Sensoren oder in Durchflusszellen integrierte Messaufnehmer als analoge Messaufnehmer auszugestalten und erst nach der Sterilisierung lösbar mit einer nicht sterilisierbare Komponenten umfassenden Elektronikeinheit zu verbinden, die dazu ausgestaltet ist, die von dem Messaufnehmer zur Verfügung gestellten analoge Messwerte weiter zu verarbeiten. Die Elektronikeinheit kann nach Beendigung des Prozesses weiter verwendet und mit einem neuen sterilisierten Einweg-Messaufnehmer in einer anderen Prozessanordnung verbunden werden. Da die vollständige Messkette des Sensors, welche den Messaufnehmer und die Elektronikeinheit umfasst, erst bei Inbetriebnahme vorliegt, wäre in solchen Fällen eine Kalibrierung oder Justierung unmittelbar vor Inbetriebnahme ebenfalls wünschenswert.
  • Es besteht mithin in vielen Anwendungen Bedarf nach einer Möglichkeit zur Feuchtlagerung von Sensoren bzw. Messaufnehmern und einer effizienten Kalibrierung und/oder Verifizierung von Sensoren kurz vor oder bei Inbetriebnahme.
  • Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Sensoranordnung und ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, ein oder mehrere Sensoren, insbesondere in einer der voranstehend beschriebenen Anwendungen, mit ausreichender Messgenauigkeit und Messgüte zu betreiben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung gemäß Anspruch 1. Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer Sensoranordnung gemäß Anspruch 20. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Messgröße eines Messmediums umfasst:
    • – mindestens einen ersten Sensor mit einem der Erfassung von Messwerten einer ersten Messgröße des Messmediums dienenden ersten Messaufnehmer; und
    • – ein Gehäuse, welches eine Gehäusewandung aufweist, die einen den ersten Messaufnehmer enthaltenden Gehäuseinnenraum umgibt, wobei der Gehäuseinnenraum ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, enthält, das einen vorgegebenen Wert der ersten Messgröße aufweist.
  • Indem der Messaufnehmer in einem abgeschlossenen Gehäuseinnenraum angeordnet ist, ist eine Lagerung über einen längeren Zeitraum in dem Medium, beispielsweise soweit es sich beim dem Medium um eine Flüssigkeit handelt eine Feuchtlagerung, möglich. Da das Medium einen definierten Wert der Messgröße aufweist, kann es neben seiner Funktion als Lagermedium auch als Kalibriermedium dienen. Auf dieses Weise wird es möglich, durch Erfassen eines Messwerts der ersten Messgröße in dem in dem Gehäuseinnenraum enthaltenen Medium mittels des ersten Messaufnehmers eine Kalibrierung oder Justierung des ersten Sensors bei Inbetriebnahme oder kurz vor Inbetriebnahme durchzuführen. Es ist insbesondere möglich, mithilfe des durch den ersten Sensor erfassten Werts der ersten Messgröße eine Ein-Punkt-Kalibrierung durchzuführen. Bei wenig chemisch, mechanisch oder thermisch belasteten Sensoren reicht eine derartige Kalibrierung und/oder Justierung basierend auf einem einzigen Messpunkt häufig aus, um eine durch die Lagerung und/oder Sterilisierung des Sensors verursachte Veränderung des Sensors, insbesondere eine Veränderung der Sensorkennlinie, vor Inbetriebnahme zu ermitteln und gegebenenfalls durch Justierung zu kompensieren.
  • Das Gehäuse und der integrierte erste Messaufnehmer können mit dem darin enthaltenen Medium beispielsweise mittels Bestrahlung mit Gammastrahlung und/oder Betastrahlung sterilisiert werden. Die dabei verwendete Strahlungsdosis beträgt mindestens 25 kGy, vorzugsweise mindestens 40 kGy oder sogar über 50 kGy. Das Medium ist vorzugsweise so ausgewählt, dass sich der vorgegebene Wert der ersten Messgröße bei dieser Bestrahlung nicht verändert.
  • Allgemein versteht man unter der Kalibrierung die Überprüfung der Anzeige eines Messgerätes mit einem Standard. Die Abweichung zwischen wahrem Wert und Anzeigewert wird festgestellt. Dieser Schritt wird als Verifizierung bezeichnet. Das Angleichen des Anzeigewertes an den wahren Wert wird als Justierung bezeichnet. Hier und im Folgenden werden die Begriffe „Justierung“, „Verifizierung“ und „Kalibrierung“ im Sinne dieser Definitionen gebraucht.
  • Der Sensor umfasst eine Datenverarbeitungseinheit, in deren Speicher eine Kennlinie hinterlegt ist, und die anhand der Kennlinie aus den Messsignalen des ersten Messaufnehmers Messwerte der ersten Messgröße ermittelt. Beispielsweise kann der Messaufnehmer von der Datenverarbeitungseinheit abgesetzt und/oder lösbar mit der Datenverarbeitungseinheit verbunden ausgestaltet sein. In diesem Fall weist der Messaufnehmer elektrische Anschlüsse auf, die mit der Datenverarbeitungseinheit über eine Kabelverbindung zur Übertragung von Messwerten verbunden ist, wobei der Messaufnehmer und die Datenverarbeitungseinheit gemeinsam den Sensor bilden. Der Messaufnehmer erfasst die physikalische Messgröße und gibt ein von der Messgröße abhängiges elektrisches Analog- oder Digitalsignal als Rohmesswert aus. Die Datenverarbeitungseinheit ist in diesem Fall dazu ausgestaltet, über die Kabelverbindung erhaltene Rohmesswerte mittels der Kennlinie in einen Messwert der ersten Messgröße in der physikalischen Einheit der Messgröße umzurechnen und auszugeben.
  • In einer Ausgestaltung weist der erste Messaufnehmer eine Membran auf, welche in Kontakt mit dem Medium steht. Für viele Messaufnehmer mit Membranen, z.B. potentiometrische oder amperometrische Messaufnehmer, ist eine Feuchtlagerung vorteilhaft, so dass das Medium in dieser Ausgestaltung vorzugweise eine Flüssigkeit ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann der ersten Messaufnehmer ein potentiometrischer Messaufnehmer sein, der eine Bezugshalbzelle umfasst, wobei die Bezugshalbzelle einen Bezugselektrolyten umfasst, der über eine Überführung, z.B. ein Diaphragma, in Kontakt mit dem Medium steht, und wobei das Medium eine Flüssigkeit ist, die dieselbe Zusammensetzung aufweist wie der Bezugselektrolyt. Indem auf diese Weise Konzentrationsgradienten über die Überführung vermieden werden, kann gewährleistet werden, dass die Zusammensetzungen des Bezugselektrolyten und der als Lager- und/oder Kalibriermedium für den ersten Sensor dienenden Flüssigkeit sich auch während einer längeren Lagerzeit nicht verändern.
  • Der erste Messaufnehmer kann beispielsweise ein potentiometrischer pH-Messaufnehmer mit einer eine pH-Glasmembran umfassenden Messhalbzelle und der bereits erwähnten Bezugshalbzelle sein. Das in dem Gehäuseinnenraum enthaltene Medium ist in dieser Ausgestaltung vorteilhaft eine pH-Pufferlösung, insbesondere eine Phosphat-Pufferlösung mit einer Halogenid-Konzentration, insbesondere Chlorid-Konzentration, die mit der des Bezugselektrolyten der Bezugshalbzelle übereinstimmt.
  • Die Sensoranordnung kann in einer Ausgestaltung mindestens eine Anschlussvorrichtung aufweisen, mittels derer die Sensoranordnung in ein Prozessbehältnis integrierbar, insbesondere mit einem oder mehreren zu der Anschlussvorrichtung komplementären Anschlüssen des Prozessbehältnis verbindbar ist. Die Sensoranordnung kann somit einschließlich ihres Gehäuses mit dem Prozessbehältnis verbunden werden. Dies erlaubt eine gleichzeitige Sterilisierung, z.B. mittels der oben erwähnten Strahlungsdosen, der Sensoranordnung mit dem Prozessbehältnis. Bei Inbetriebnahme der Sensoranordnung kann das Gehäuse, das den den ersten Messaufnehmer enthaltenden Gehäuseinnenraum umgibt und gegenüber dem Prozessbehältnis abschließt, entfernt werden oder in einer Weise zum Prozessbehältnis hin geöffnet werden, dass im Prozessbehältnis enthaltenes Prozessmedium mit dem ersten Messaufnehmer zur Erfassung von Messwerten in Kontakt gebracht werden kann.
  • Die Sensoranordnung kann weiter mindestens einen zweiten Sensor mit einem zweiten innerhalb des Gehäuseinnenraums angeordneten Messaufnehmer umfassen, welcher zur Erfassung von Werten einer, insbesondere von der ersten Messgröße verschiedenen, zweiten Messgröße des Messmediums ausgestaltet ist,
    und wobei das in dem Gehäuseinnenraum enthaltene Medium einen vorgegebenen Wert der zweiten Messgröße aufweist.
  • Der zweite Sensor kann analog wie der erste Sensor neben dem zweiten Messaufnehmer eine Datenverarbeitungseinheit aufweisen, in deren Speicher eine Kennlinie hinterlegt ist, und die anhand der Kennlinie aus den Messsignalen des zweiten Messaufnehmers Messwerte der zweiten Messgröße ermittelt. Der Messaufnehmer des zweiten Sensors kann von der Datenverarbeitungseinheit abgesetzt und/oder lösbar mit der Datenverarbeitungseinheit verbunden ausgestaltet sein. In diesem Fall weist der zweite Messaufnehmer elektrische Anschlüsse auf, die mit der Datenverarbeitungseinheit über eine Kabelverbindung zur Übertragung von Messwerten verbunden ist, wobei der zweite Messaufnehmer und die Datenverarbeitungseinheit gemeinsam den zweiten Sensor bilden. Der zweite Messaufnehmer erfasst die zweite Messgröße und gibt ein von der zweiten Messgröße abhängiges elektrisches Signal als Rohmesswert aus. Die Datenverarbeitungseinheit ist in diesem Fall dazu ausgestaltet, über die Kabelverbindung erhaltene Rohmesswerte mittels der Kennlinie in einen Messwert der zweiten Messgröße in der physikalischen Einheit der Messgröße umzurechnen. Die Datenverarbeitungseinheiten des ersten und des zweiten Sensors können in einem einzigen Gerät, beispielsweise einem Mehrkanal-Messumformer, realisiert sein.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoranordnung als vorgefertigtes Inline-Messsystem ausgestaltet, wobei das Gehäuse als Durchflusszelle ausgestaltet ist, welche eine Küvette, eine in die Küvette mündende Zuleitung und eine in die Küvette mündende Ableitung aufweist, wobei die Zuleitung und die Ableitung jeweils an ihrem von der Küvette abgewandten Ende einen mit einem Prozessbehältnis, insbesondere einer Mediumsleitung, verbindbaren, die Durchflusszelle des vorgefertigten Inline-Messsystems flüssigkeitsdicht verschließenden Anschluss aufweisen; und wobei der erste Messaufnehmer in die Durchflusszelle, insbesondere in die Küvette, integriert ist.
  • Das vorgefertigte Inline-Messsystem zur Bestimmung mindestens einer Messgröße eines Messmediums, umfasst also:
    • – eine Durchflusszelle, welche eine Küvette, eine in die Küvette mündende Zuleitung und eine in die Küvette mündende Ableitung aufweist, wobei die Zuleitung und die Ableitung jeweils an ihrem von der Küvette abgewandten Ende einen mit einem Prozessbehältnis, insbesondere einer Mediumsleitung, verbindbaren, die Durchflusszelle des vorgefertigten Inline-Messsystems flüssigkeitsdicht verschließenden Anschluss aufweisen;
    • – einen ersten Sensor mit einem der Erfassung von Werten einer ersten Messgröße des Messmediums dienenden ersten Messaufnehmer, wobei der erste Messaufnehmer in die Durchflusszelle, insbesondere in die Küvette, integriert ist; und
    ein in der Durchflusszelle enthaltenes, insbesondere die Küvette, die Zuleitung und die Ableitung ausfüllendes, Medium, welches einen vorgegebenen Wert der ersten Messgröße aufweist.
  • Die in die Küvette mündende Zuleitung und die in die Küvette mündende Ableitung können als Schläuche ausgestaltet sein. An ihren von der Küvette abgewandten Enden können sie als Anschlüsse dienende Sterilkonnektoren aufweisen. Solche Sterilkonnektoren sind dazu ausgestaltet, mit komplementären Sterilkonnektoren der Prozessleitung, in die das inline-Messsystem eingesetzt werden soll, z.B. Schlauchleitungen in biologischen oder biotechnologischen Prozessanlagen, verbunden zu werden, um so eine mechanische Verbindung zwischen der Schlauchleitung und der Zu- bzw. Ableitung der Durchflusszelle zu erzeugen. Die Sterilkonnektoren sowie ihre komplementären, an den Leitungen der Prozessanlage angeordneten Gegenstücke weisen außerdem Verschlussmittel auf, die die Zu- und Ableitung bzw. die Prozessleitung steril verschließen. Durch Betätigen der Verschlussmittel kann nach der mechanischen Verbindung der Konnektoren mit ihren entsprechenden komplementären Gegenstücken der Prozessleitung eine Fluidkommunikation zwischen der Prozessleitung und der Ableitung bzw. der Prozessleitung und der Zuleitung hergestellt werden. Solche Sterilkonnektoren sind käuflich zu erwerben.
  • Das Inline-Messsystem kann weiter mindestens einen zweiten Sensor mit einem zweiten Messaufnehmer umfassen, welcher zur Erfassung von Werten einer zweiten Messgröße des Messmediums ausgestaltet ist, wobei das in der Durchflusszelle enthaltene Medium auch einen vorgegebenen Wert der zweiten Messgröße aufweist.
  • Der zweite Sensor kann auch in dieser Ausgestaltung analog wie der erste Sensor neben dem zweiten Messaufnehmer eine Datenverarbeitungseinheit aufweisen, in deren Speicher eine Kennlinie hinterlegt ist, und die anhand der Kennlinie aus den Messsignalen des zweiten Messaufnehmers Messwerte der zweiten Messgröße ermittelt. Der Messaufnehmer des zweiten Sensors kann von der Datenverarbeitungseinheit abgesetzt und/oder lösbar mit der Datenverarbeitungseinheit verbunden ausgestaltet sein. In diesem Fall weist der zweite Messaufnehmer elektrische Anschlüsse auf, die mit der Datenverarbeitungseinheit über eine Kabelverbindung zur Übertragung von Messwerten verbunden ist, wobei der zweite Messaufnehmer und die Datenverarbeitungseinheit gemeinsam den zweiten Sensor bilden. Der zweite Messaufnehmer erfasst die zweite Messgröße und gibt ein von der zweiten Messgröße abhängiges elektrisches Signal als Rohmesswert aus. Die Datenverarbeitungseinheit ist in diesem Fall dazu ausgestaltet, über die Kabelverbindung erhaltene Rohmesswerte mittels der Kennlinie in einen Messwert der zweiten Messgröße in der physikalischen Einheit der Messgröße umzurechnen. Die Datenverarbeitungseinheiten des ersten und des zweiten Sensors können in einem einzigen Gerät, beispielsweise einem Mehrkanal-Messumformer, realisiert sein.
  • Der erste und der zweite Messaufnehmer können derart in der Wandung der Durchflusszelle, insbesondere der Küvette, angeordnet sein, z.B. mittels eines Adapters, dass mindestens ein zum Kontakt mit dem Messmedium bestimmter Eintauchbereich des ersten Messaufnehmers und ein zum Kontakt mit dem Messmedium bestimmter Eintauchbereich des zweiten Messaufnehmers sich innerhalb der Durchflusszelle, insbesondere der Küvette, befinden.
  • Das in der Durchflusszelle enthaltene Medium kann eine Flüssigkeit sein, die die Zuleitung, Ableitung und die Küvette im Wesentlichen ausfüllt, so dass der erste und der zweite Messaufnehmer mit der Flüssigkeit zur Erfassung eines Werts der ersten und der zweiten Messgröße in Kontakt stehen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Inline-Messsystems ist der erste Sensor ein pH-Sensor und der zweite Sensor ein Leitfähigkeitssensor. Der pH-Sensor kann beispielsweise ein potentiometrischer Sensor sein, der zweite Sensor ein induktiver oder konduktiver Leitfähigkeitssensor. Weitere Größen die als erste oder zweite Messgröße in Frage kommen, sind beispielsweise CO2-Gehalt, Ionenkonzentrationen, Gelöstsauerstoffgehalt, Glukosegehalt.
  • In dieser Ausgestaltung kann das Medium eine wässrige Lösung sein, welche eine durch ihre Zusammensetzung vorgegebene Leitfähigkeit zwischen 10 µS/cm und 300 mS/cm, vorzugsweise zwischen 10 µS/cm und 50 mS/cm aufweist, und welche einen ebenfalls durch die Zusammensetzung der Flüssigkeit vorgegebenen pH-Wert zwischen 3 und 9, bevorzugt zwischen 6 und 8, aufweist.
  • Die wässrige Lösung kann beispielsweise ein Puffersystem, insbesondere einen Phosphat-Puffer, mit einer Konzentration von 0,01 mol/l bis 0,5 mol/l, z.B. zwischen 0,01 mol/l und 0,05 mol/l, Phosphat umfassen. Zusätzlich kann die Lösung Natriumchlorid und/oder Kaliumchlorid enthalten. Ist nur Natriumchlorid enthalten, kann dessen Konzentration zwischen 0,01 und 3,5 mol/l, z.B. zwischen 0,1 und 0,2 mol/l, betragen. Ist nur Kaliumchlorid enthalten, kann dessen Konzentration gleichermaßen zwischen 0,01 bis 3,5 mol/l, z.B. zwischen 0,1 und 0,2 mol/l betragen. Ist in der Lösung sowohl Natriumchlorid als auch Kaliumchlorid enthalten, kann deren Gesamtkonzentration zwischen 0,01 bis 3,5 mol/l, z.B. zwischen 0,1 und 0,2 mol/l, umfassen. Beispielsweise kann die Lösung eine phosphat-gepufferte Kochsalzlösung mit 0,01 mol/l Phosphat im Puffersystem H2PO4 –/HPO4 2– und einer NaCl-Konzentration von 0,01 mol/l bis 3,5 mol/l oder zwischen 0,01 mol/l und 0,05 mol/l sein.
  • Die Küvette kann eine Wandung aufweisen, welche einen ersten Wandungsbereich umfasst, der für Messstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge oder eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, insbesondere für Messstrahlung des UV-Spektralbereichs, des sichtbaren Spektralbereichs oder des IR-Spektralbereichs, transparent ist, und welche einen, insbesondere dem ersten Wandungsbereich gegenüberliegenden und zu diesem im Wesentlichen parallel verlaufenden, zweiten Wandungsbereich umfasst, welcher für die Messstrahlung transparent ist. Z.B. kann die Küvette Fenster aufweisen oder die Küvette kann als Ganzes aus einem für die Messstrahlung transparenten Material bestehen. Diese Ausgestaltung der Küvette ermöglicht es, Messstrahlung durch die transparenten Wandungsbereiche und durch das in der Küvette enthaltene Medium zu strahlen. Anhand der Intensität der Messstrahlung nach Durchlaufen der Küvette oder nach Streuung in der Küvette lassen sich spektrometrisch oder fotometrisch erfassbare Messgrößen, z.B. Konzentrationen bestimmter Substanzen, Zelldichten oder Trübung ermitteln. Eine Strahlungsquelle und ein Strahlungsempfänger können von außen mechanisch an die Wandung der Durchflusszelle angekoppelt werden.
  • Das vorgefertigte Inline-Messsystem kann zum Beispiel in einer vorteilhaften Ausgestaltung weiter einen optischen Sensor zur Erfassung einer dritten, insbesondere von der ersten oder zweiten Messgröße verschiedenen, Messgröße aufweisen, welcher eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger umfasst,
    wobei die Strahlungsquelle derart bezüglich der Küvette angeordnet ist, dass von der Strahlungsquelle emittierte Messstrahlung durch einen ersten für die Messstrahlung transparenten Bereich einer Wandung der Küvette in die Küvette gelangt, und
    wobei der Strahlungsempfänger derart bezüglich der Strahlungsquelle und bezüglich der Küvette angeordnet ist, dass die Messstrahlung durch den ersten oder einen zweiten für die Messstrahlung transparenten Bereich der Wandung der Küvette auf den Strahlungsempfänger trifft. Die dritte Messgröße kann alternativ auch dieselbe Messgröße wie die erste oder die zweite Messgröße sein.
  • Als Strahlungsquelle kommen beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden oder eine oder mehrere Laserdioden in Frage. Als Strahlungsempfänger können eine oder mehrere Fotodioden, ein Fotodiodenarray, oder ein CCD-Array bzw. eine CCD-Zeile dienen.
  • Die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger können beispielsweise wie in US 7,973,923 beschrieben jeweils in einem Strahlungsquellen-Modul und einem Strahlungsempfänger-Modul angeordnet sein. Diese Module können jeweils ein an der Durchflusszelle befestigbares Gehäuse umfassen, innerhalb dessen die Strahlungsquelle bzw. der Strahlungsempfänger, und elektrische bzw. elektronische Schaltungen zum Betreiben der Strahlungsquelle bzw. zum Erzeugen und Ausgeben eines als Rohmesswert dienenden, von der Intensität der auf den Empfänger treffenden Strahlung abhängigen elektrischen elektrischen Signals angeordnet sind. Weiter kann der optische Sensor eine Datenverarbeitungseinheit umfassen, welche anhand des von dem Empfänger erhaltenen Rohmesswerts einen Wert der dritten Messgröße ermittelt und ausgibt.
  • Die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger können in einer alternativen Ausgestaltung auch in einem einzigen Gehäuse aufgenommen sein, das eine Ausnehmung umfasst, in der die Durchflusszelle, insbesondere die Küvette der Durchflusszelle, angeordnet werden kann. Das Gehäuse weist in dieser Ausgestaltung ein erstes Fenster auf, durch das Messstrahlung der Strahlungsquelle aus dem Gehäuse austreten kann, und ein zweites, insbesondere dem ersten Fenster gegenüberliegendes, Fenster, durch das Messstrahlung nach Durchlaufen eines durch die Ausnehmung führenden optischen Pfades wieder in das Gehäuse eintreten kann. Die für die Messstrahlung transparenten Bereiche der Wandung der Küvette können fluchtend mit den Fenstern angeordnet sein, so dass die Messstrahlung entlang des zwischen den Fenstern verlaufenden optischen Pfades auch die Küvette durchläuft.
  • Das in der Durchflusszelle enthaltene Medium kann in dieser Ausgestaltung auch einen durch ihre Zusammensetzung vorgegebenen Wert der dritten Messgröße aufweisen. Die dritte Messgröße kann eine Absorption bzw. Transmission oder eine Trübung oder eine Zelldichte sein.
  • Vorteilhaft weist das Medium im Wellenlängenbereich der Messstrahlung eine Absorption zwischen 0 /cm und 0,1/cm, vorzugsweise von weniger als 0,02/cm, auf. Dies ist beispielsweise bei der oben erwähnten wässrigen phosphatgepufferten NaCl und/oder KCl-Lösung der Fall.
  • Das Medium kann eine Flüssigkeit sein, die die Zuleitung, Ableitung und die Küvette im Wesentlichen ausfüllt, so dass ein zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger verlaufender optischer Messpfad durch die Flüssigkeit verläuft.
  • Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer Sensoranordnung, insbesondere einer Sensoranordnung nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen, welche ein Gehäuse umfasst, das eine einen Gehäuseinnenraum umgebende Gehäusewandung aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
    • – Erfassen eines Werts einer ersten Messgröße eines in dem abgeschlossenen Gehäuseinnenraum enthaltenen Mediums, welches einen vorgegebenen Wert der ersten Messgröße aufweist, mittels eines ersten Messaufnehmers eines ersten Sensors, wobei der erste Messaufnehmer in dem Gehäuseinnenraum angeordnet ist; und
    • – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder Justierung des ersten Sensors anhand des erfassten Werts der ersten Messgröße.
  • Das Verfahren kann weiter das Verbinden der Sensoranordnung mit einem Prozessbehältnis umfassen. Dieser Verfahrensschritt kann nach dem Erfassen eines Werts der ersten Messgröße mittels des ersten Messaufnehmers des ersten Sensors und der Durchführung der Kalibrierung erfolgen. Dies ist zum Beispiel denkbar, wenn der Messaufnehmer über längere Zeit in dem Medium gelagert wurde und kurz vor Inbetriebnahme in demselben Medium kalibriert und/oder verifiziert und/oder justiert und dann in eine Prozessanlage zur Durchführung einer Prozessüberwachung integriert und in Betrieb genommen wird.
  • Alternativ und vorteilhaft erfolgt das mechanische Verbinden der Sensoranordnung einschließlich des Gehäuses mit dem Prozessbehältnis vor dem Erfassen eines Werts der ersten Messgröße des in dem abgeschlossenen Gehäuseinnenraum enthaltenen Meduims und dem Durchführen der Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung des ersten Sensors. Dies ist beispielsweise vorteilhaft bei Anwendungen in Einwegprozesslösungen, bei denen die Sensoranordnung mit dem Gehäuse und dem darin befindlichen sowohl als Lager- als auch als Kalibriermedium dienenden Medium in ein Einweg-Prozessbehältnis integriert und mit diesem zusammen sterilisiert wird und dann nach einer längeren Lagerzeit in Betrieb genommen wird. Auf diese Weise kann nach der Lagerzeit kurz vor oder bei Inbetriebnahme des Einweg-Prozessbehältnis und der darin integrierten Sensoranordnung die Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder Justierung erfolgen.
  • Das Verfahren kann weiter umfassen:
    • – Erfassen eines Werts einer zweiten Messgröße des in dem noch gegenüber dem Prozessbehältnis abgeschlossenen Gehäuse enthaltenen Mediums, welches einen vorgegebenen Wert der zweiten Messgröße aufweist, mittels eines zweiten Messaufnehmers eines zweiten Sensors, wobei der zweite Messaufnehmer in dem Gehäuseinnenraum angeordnet ist;
    • – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder Verifizierung und/oder Justierung des zweiten Sensors anhand des erfassten Werts der zweiten Messgröße.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt, der je nach Anwendung vor dem Verbinden der Sensoranordnung mit dem Prozessbehältnis oder auch erst nach erfolgter Kalibrierung und/oder Justierung des ersten Sensors und gegebenenfalls eines zweiten und/oder weiterer Sensoren der Sensoranordnung erfolgen kann, wird eine Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuseinnenraum und dem Prozessbehälter hergestellt.
  • Vorteilhaft ist die Sensoranordnung als vorgefertigtes Inline-Messsystem nach einer der weiter oben beschriebenen Ausgestaltungen ausgestaltet.
  • Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines solchen Inline-Messsystems, welches eine Durchflusszelle, eine Küvette, eine in die Küvette mündende Zuleitung und eine in die Küvette mündende Ableitung aufweist, wobei die Zuleitung und die Ableitung jeweils an ihrem von der Küvette abgewandten Ende einen mit einem Prozessbehältnis, insbesondere einer Mediumsleitung, verbindbaren, die Durchflusszelle des vorgefertigten Inline-Messsystems flüssigkeitsdicht verschließenden Anschluss, z.B. einen Sterilkonnektor aufweisen,
    wobei das Verfahren umfasst:
    • – Mechanisches Verbinden des die Zuleitung verschließenden Anschlusses mit einem ersten zu diesem Anschluss komplementären Anschluss des Prozessbehältnis des die Ableitung verschließenden Anschlusses mit einem zweiten zu diesem Anschluss komplementären Anschluss des Prozessbehältnis;
    • – Erfassen eines Werts einer ersten Messgröße eines in der noch gegenüber dem Prozessbehältnis verschlossenen Durchflusszelle enthaltenen Mediums, welches einen vorgegebenen Wert der ersten Messgröße aufweist, mittels eines ersten Messaufnehmers eines ersten Sensors, welcher in die Durchflusszelle, insbesondere in die Küvette, integriert ist;
    • – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder einer Justierung des ersten Sensors anhand des erfassten Werts der ersten Messgröße.
  • Das Durchführen der Kalibrierung kann die Schritte umfassen:
    • – Erfassen eines Messwerts der ersten Messgröße des Mediums als aktueller Kalibriermesswert mittels des ersten Messaufnehmers;
    • – Vergleichen des Kalibriermesswerts mit dem vorbekannten Wert der ersten Messgröße des Mediums.
  • Das Durchführen der Justierung kann die Schritte umfassen:
    • – Erfassen eines Messwerts der ersten Messgröße des Mediums als aktueller Kalibriermesswert mittels des ersten Messaufnehmers;
    • – Vergleichen des Kalibriermesswerts mit dem vorbekannten Wert der ersten Messgröße des Mediums; und
    • – Aktualisieren einer in einem dem ersten Messaufnehmer zugeordneten Speicher hinterlegten Berechnungsvorschrift oder Kennlinie, welche der Ermittlung eines Messwerts aus einem Messsignal des ersten Messaufnehmers dient, anhand des Vergleichs.
  • Das Verfahren kann weiter umfassen:
    • – Erfassen eines Werts einer zweiten Messgröße des in der noch gegenüber dem Prozessbehältnis verschlossenen Durchflusszelle enthaltenen Mediums, welches einen vorgegebenen Wert der zweiten Messgröße aufweist, mittels eines zweiten Messaufnehmers eines zweiten Sensors, welcher in die Durchflusszelle, insbesondere in die Küvette, integriert ist;
    • – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder Justierung des zweiten Sensors anhand des erfassten Werts der zweiten Messgröße.
  • Das Durchführen einer Kalibrierung oder einer Justierung des zweiten Sensors kann in gleicher Weise erfolgen wie zuvor für den ersten Sensor beschrieben
  • Das Verfahren kann weiter umfassen:
    • – Erfassen eines Werts einer dritten Messgrößen mittels eines optischen Sensors, welcher eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger umfasst, wobei die Strahlungsquelle Messstrahlung emittiert, welche durch einen ersten für die Messstrahlung transparenten Bereich einer Wandung der Küvette in die Küvette gelangt und das Medium durchläuft und durch einen zweiten für die Messstrahlung transparenten Bereich der Wandung der Küvette diese wieder verlässt und auf den Strahlungsempfänger trifft, welcher ein von der Intensität der auf den Strahlungsempfänger treffenden Messstrahlung abhängiges elektrisches Signal erzeugt;
    • – Durchführen einer Kalibrierung und/oder einer Verifizierung und/oder einer Justierung des optischen Sensors anhand des erfassten Werts der dritten Messgröße.
  • Das Durchführen einer Kalibrierung oder einer Justierung des optischen Sensors kann in ganz analoger Weise erfolgen wie zuvor für den ersten Sensor beschrieben.
  • Das Verfahren kann weiter umfassen:
    • – Herstellen einer Fluidkommunikation zwischen der Zuleitung, der Ableitung und dem Prozessbehälter.
  • Das in dem Gehäuse bzw., soweit das Gehäuse als Durchflusszelle ausgestaltet ist, das in der Durchflusszelle enthaltene Medium kann nach Herstellen der Fluidkommunikation, z.B. über die Ableitung der Durchflusszelle, in den Prozessbehälter abfließen. Für die Überwachung eines durch den Prozessbehälter strömenden Mediums kann dieses durch die Durchflusszelle geleitet werden. Falls die Sensoranordnung bzw. das Inline-Messsystem in einem steril zu haltenden biotechnologischen oder biochemischen Prozess eingesetzt wird, ist es daher vorteilhaft, wenn die mit dem Prozessbehältnis durch Verbindung mittels der Sterilkonnektoren kommunizierenden Bereiche der Durchflusszelle und das in der Durchflusszelle enthaltene Medium steril bzw. vorab, beispielsweise mittels Bestrahlung mit Gammastrahlung, sterilisiert worden sind.
  • Im Folgenden wird die Erfindung näher anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Längsschnitt-Darstellung einer Durchflusszelle mit zwei integrierten elektrochemischen Sensoren;
  • 2a, b, c eine schematische Darstellung der Durchflusszelle gemäß 1 mit einem zusätzlichen optischen Sensor.
  • In 1 ist schematisch ein Inline-Messsystem 1 mit einer Durchflusszelle 10 dargestellt, die eine Küvette 1, eine in die Küvette 2 mündende Zuleitung 3 und eine in die Küvette 2 mündende Ableitung 4 aufweist. Die Küvette 2 kann beispielsweise aus einem Kunststoff bestehen, ebenso können die Zuleitung 3 und die Ableitung 4 aus einem Kunststoff bestehen. Die Zuleitung 3 und die Ableitung 4 können, wie im hier gezeigten Beispiel, flexible Schlauchleitungen sein. Die Zuleitung 3 und die Ableitung 4 sind jeweils an ihrem von der Küvette 2 abweisenden Ende mittels eines Sterilkonnektors 5, 6 steril verschlossen. Die Sterilkonnektoren 5, 6 weisen Rastmittel auf, mittels derer sie mit komplementären Sterilkonnektoren 7, 8 einer Flüssigkeitsleitung einer Prozessanlage, beispielsweise einer Peripherieleitung eines Fermenters oder Reaktors, mechanisch verbindbar sind. Die Inline-Messeinrichtung 1 kann auf diese Weise beispielsweise mit ihrer Zuleitung 3 mit einem ersten Abschnitt 9 einer Prozessleitung und mit ihrer Ableitung 4 mit einem zweiten Abschnitt 11 einer Prozessleitung verbunden und so in die Prozessleitung eingesetzt werden. Auch nach dem mechanischen Verbinden der Sterilkonnektoren 5, 7, 6 und 8 ist die Durchflusszelle noch mittels der Membranen 12, 13, 14 und 15 gegenüber der Prozessleitung fluiddicht und steril abgeschlossen. Zur Herstellung einer Fluidkommunikation zwischen der Durchflusszelle 2 und der Prozessleitung werden die Membranen 12, 13, 14 15 aus den verbundenen Konnektoren herausgezogen.
  • In die Wandung der Küvette 2 sind zwei Messaufnehmer 16, 17 integriert. Der erste Messaufnehmer 16 ist im vorliegenden Beispiel ein pH-Messaufnehmer, der zweite Messaufnehmer 17 ein Leitfähigkeitsmessaufnehmer. Beide Sensoren weisen Anschlüsse 18, 19 auf, über die sie lösbar mit einer abgesetzten Elektronikeinheit 20, die beispielsweise ein Mehrkanal-Messumformer sein kann, verbunden sind. Die Elektronikeinheit 20 kann Mittel zum Digitalisieren eines von den Sensoren 16, 17 zur Verfügung gestellten elektrischen Messsignals sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung, die dazu ausgestaltet ist, die digitalen Signale weiter zu verarbeiten, aufweisen. Die Weiterverarbeitung umfasst insbesondere die Ermittlung von Messwerten der Messgrößen pH-Wert und Leitfähigkeit aus den von den Messaufnehmern zur Verfügung gestellten Rohmesswerten. Im vorliegenden Beispiel sind beide Messaufnehmer 16, 17 mit einer einzigen Elektronikeinheit 20 verbunden. Es ist in einer alternativen Ausgestaltung selbstverständlich möglich, dass jedem Messaufnehmer eine eigene Elektronikeinheit zugeordnet ist. Gleichermaßen ist es möglich, dass die Messaufnehmer dazu ausgestaltet sind, bereits digitale Messsignale an die Elektronikeinheit auszugeben.
  • In der Durchflusszelle 10 ist ein die Küvette 2, die Zuleitung 3 und die Ableitung 4 ausfüllendes Medium 21 enthalten, das einen durch seine Zusammensetzung vorgegebenen und bekannten pH-Wert und eine entsprechend bekannte Leitfähigkeit aufweist. Der erste Messaufnehmer 16 weist ein Sensorelement, z.B. eine pH-sensitive Membran, auf, das zur Erfassung von pH-Meswerten in Kontakt mit einem Messmedium gebracht werden muss. Der Messaufnehmer 16 ist dazu ausgestaltet, ein von dem pH-Wert des mit dem Sensorelement in Kontakt stehenden Messmediums abhängiges elektrisches Signal zu erzeugen und auszugeben. Beispielsweise kann der Messaufnehmer 16 ein potentiometrischer Messaufnehmer sein, der eine vom pH-Wert abhängige Spannung ausgibt. Das vorliegend in der Küvette 2 enthaltene Medium 21 füllt die Küvette 2 so weit aus, dass das Sensorelement des Messaufnehmers 16 mit dem Medium 21 in Kontakt steht, und so einen pH-Messwert des Mediums 21 erfassen kann.
  • Der zweite Messaufnehmer 17 weist ebenfalls einen für die Erfassung von Leitfähigkeitsmesswerten zum Kontakt mit einem Messmedium bestimmten Bereich auf. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Eintauchbereich des Messaufnehmers 17 Elektroden für eine konduktive Leitfähigkeitsmessung.
  • Vorliegend ist die Küvette 2 von dem Medium 21 so weit ausgefüllt, dass der Eintauchbereich des zweiten Messaufnehmers zur Erfassung eines Leitfähigkeitsmesswerts mit dem Medium 21 in Kontakt steht.
  • Im vorliegenden Beispiel ist es möglich, die Durchflusszelle 10 mit dem darin enthaltenen Medium 21 und den Messaufnehmer 16, 17 vor dem Einsetzen in die Prozessleitung zu sterilisieren, beispielsweise mittels Bestrahlung mit Gammastrahlung. Auf diese Weise können alle Bereiche der Durchflusszelle 10 und der Messaufnehmer 16, 17, die später mit einem durch die Prozessleitung, in die die Inline-Messeinrichtung eingesetzt wird, fließenden Prozessmedium in Berührung kommen können, sterilisiert werden.
  • In 2a–c ist schematisch das anhand von 1 beschriebene Inline-Messsystem 1 mit einem zusätzlichen optischen Sensor 22 dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber sind der erste und der zweite Messaufnehmer 16, 17 in 2a–c nicht gezeigt.
  • Der optische Sensor 22 ist dazu ausgestaltet, Absorptions- oder Transmissions-Messwerte von durch die Küvette 2 gestrahlter Messstrahlung zu erfassen. Der Sensor 22 weist ein Gehäuse auf, das an einer Stirnseite eine Ausnehmung 24 aufweist, in die die Küvette 2 eingesetzt werden kann. 2a zeigt den optischen Sensor 22 in von der Durchflusszelle 10 abgetrenntem Zustand, während in 2b der Sensor 22 mit in die Ausnehmung 24 eingesetzter Küvette 2 dargestellt ist. An zwei einander gegenüberliegenden Wänden der Ausnehmung weist das Gehäuse des optischen Sensors 22 Fenster 25 auf, die bei eingesetzter Küvette 2 mit transparenten Wandbereichen der Küvette 2 fluchten.
  • Innerhalb des Gehäuses des Sensors 22 ist eine Strahlungsquelle 26, im vorliegenden Beispiel eine UV-Leuchtdiode, angeordnet (2c). Innerhalb des Gehäuses des Sensors 22 befindet sich außerdem ein, im vorliegenden Beispiel als Fotodiode ausgestalteter, Strahlungsempfänger (in 2c nicht sichtbar). Die Strahlungsquelle 26 und der Strahlungsempfänger sind so innerhalb des Gehäuses angeordnet, dass von der Strahlungsquelle 26 emittierte Strahlung als Messstrahlung aus einem der in der Gehäusewand angeordneten Fenster 24 austritt, die Küvette 2 durchläuft und nach Durchtritt durch das gegenüberliegende Fenster auf den Strahlungsempfänger trifft. Hierzu können zur Strahlformung und -lenkung optische Elemente und/oder Lichtleiter innerhalb des Gehäuses vorgesehen sein. Die mit den Fenstern fluchtenden Wandbereiche der Küvette 2 sind für die Messstrahlung, im vorliegenden Beispiel UV-Strahlung, transparent, so dass die Strahlungsintensität der auf den Strahlungsempfänger treffenden Messstrahlung im Wesentlichen durch die Absorption eines in der Küvette 2 enthaltenen Messmediums bestimmt wird. Der als Fotodiode ausgestaltete Strahlungsempfänger erzeugt eine von der auftreffenden Strahlungsintensität abhängiges elektrisches digitales oder analoges Signal, welches über die Leitung 23 an eine Elektronikeinheit ausgegeben werden kann. Im vorliegenden Beispiel ist der Sensor 22 über die Leitung 23 mit der Elektronikeinheit 20 (1) verbunden, die somit die Messsignale sowohl der in die Durchflusszelle 10 integrierten Messaufnehmer 15 und 16 sowie des optischen Sensors 22 erfasst und weiterverarbeitet. Im vorliegenden Fall ist die Elektronikeinheit 20 dazu ausgestaltet, anhand einer auf dem Lambert-Beerschen Gesetz beruhenden Berechnungsvorschrift aus dem von dem Strahlungsempfänger erzeugten elektrischen Rohsignal einen Absorptions-Messwert zu ermitteln.
  • Das die Durchflusszelle 10 ausfüllende Medium 21 weist im vorliegenden Beispiel eine Absorption von unter 0,02 für die Messstrahlung des optischen Sensors 22 auf. Es kann daher für eine Kalibrierung bzw. für eine Justierung bzw. einen Nullabgleich des optischen Sensors 22 dienen.
  • Die Elektronikeinheit 20 ist dazu ausgestaltet, in dem Medium 21 eine Kalibrierung und/oder Justierung und/oder Verifizierung der Messaufnehmer 16, 17 und des optischen Sensors 22 vor Herstellung einer Fluidkommunikation zwischen der Durchflusszelle 10 und der Prozessleitung mittels des Abziehens der Membranen 12, 13, 14 und 15 durchzuführen.
  • Zur Kalibrierung erfasst die Elektronikeinheit 20, beispielsweise ausgelöst durch eine Eingabe einer Bedienperson bei Inbetriebnahme der Vorrichtung, mittels des ersten Messaufnehmers 16 einen pH-Messwert, mittels des zweiten Messaufnehmers 17 einen Leitfähigkeits-Messwert und mittels des optischen Sensors 22 einen Absorptionsmesswert des Mediums 21. Zur Ermittlung von Messwerten aus den von den Messaufnehmern 16, 17 und dem Sensor 22 gelieferten Messsignalen sind in der Elektronikeinheit Kalibrierfunktionen bzw. Kennlinien, beispielsweise in Form einer Rechenvorschrift oder einer Tabelle, hinterlegt, anhand derer die Elektronikeinheit 20 aus einem Messsignal, z.B. einem Spannungswert, einen entsprechenden Wert der Messgröße mit den korrekten physikalischen Einheiten, beispielsweise einen pH-Messwert, ermittelt.
  • In einem Speicher der Elektronikeinheit 20 sind die tatsächlichen Werte dieser Messgrößen im Medium 21, die durch seine Zusammensetzung vorgegeben sind, hinterlegt. Zur Verifizierung vergleicht die Elektronikeinheit 20 die aus den erfassten Messsignalen ermittelten Messwerte mit den hinterlegten Werten.
  • Die Elektronikeinheit 20 kann außerdem eine Justierung vornehmen. Hierzu ermittelt die Elektronikeinheit 20 anhand des Vergleichs der mittels der Messaufnehmer 16, 17 und des optischen Sensors 22 ermittelten Messwerte mit den hinterlegten Werten der entsprechenden Messgrößen jeweils einen Justierwert, mit dem die zukünftig anhand der hinterlegten Berchnungsvorschriften ermittelten Messwerte, beispielsweise durch Multiplikation oder Division, angepasst werden. Alternativ kann die Elektronikeinheit entsprechend die hinterlegten Berechnungsvorschriften, z.B. die Kalibrierfunktionen, anpassen.
  • Die Zusammensetzung des Mediums 21 ist entsprechend der von den Messaufnehmern bzw. des optischen Sensors zu erfassenden Messgrößen so zu wählen, dass es – auch nach Sterilisierung – stabile, vorgegebene Werte der zu erfassenden Messgrößen aufweist. Im vorliegenden Beispiel, bei dem die Messgrößen pH-Wert, Leitfähigkeit und Absorption sind, ist ein derartiges geeignetes „Multi-Standard-Medium“ eine wässrige Pufferlösung mit definierter Leitfähigkeit und einer Absorption nahe Null, insbesondere kleiner als 0,02 für UV-Strahlung, insbesondere in einem UV-Bereich, der typischerweise für die fotometrische Bestimmung von biologischen Molekülen verwendet wird, also zwischen 230 und 280 nm.
  • Als geeignet hat sich für eine Kombination der Messgrößen pH-Wert, Leitfähigkeit und Absorption im genannten UV-Bereich eine Phosphat-Pufferlösung erwiesen, die gegebenenfalls noch zusätzlich Natriumchlorid oder Kaliumchlorid enthalten kann. Phosphatpuffersysteme werden häufig in biologischen Anwendungen eingesetzt und können mit rein anorganischen Komponenten hergestellt werden, die keine Absorption im Wellenlängenbereich der Messstrahlung, d.h. zwischen 230 und 280 nm, aufweisen. Auch NaCl- und KCl-Lösungen weisen im UV-Bereich zwischen 230 und 280 nm eine ausreichend geringe Absorption, d.h. eine Absorption unter 0,02 auf. Für das hier beschriebene Beispiel ist daher eine phosphatgepufferte Kochsalzlösung mit einer Phosphat-Konzentration im Puffersystem H2PO4 –/HPO4 2– von 0,01 mol/l gut geeignet. Um sicher zu gewährleisten, dass die Pufferkapazität ausreicht, selbst wenn geringe Wechselwirkungen der Lösung mit den Materialien der Durchflusszelle auftreten, kann auch eine höhere Phosphatkonzentrationen von 0,025 mol/l bis 0,05 mol/l gewählt werden. Diese Phosphat-Pufferlösung kann zusätzlich physiologische Konzentrationen von NaCl und/oder KCl enthalten, wobei die Gesamtkonzentration an KCl und NaCl zwischen 0,1 bis 0,2 mol/l betragen kann. Eine solche Lösung weist einen pH-Wert von 7,4 und eine Leitfähigkeit von 10 bis 30 mS/cm auf.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7973923 [0009, 0010, 0041]
    • DE 102011080956 A1 [0013]

Claims (26)

  1. Sensoranordnung zur Bestimmung mindestens einer Messgröße eines Messmediums, umfassend: – mindestens einen ersten Sensor mit einem der Erfassung von Messwerten einer ersten Messgröße des Messmediums dienenden ersten Messaufnehmer; und – ein Gehäuse, welches eine Gehäusewandung aufweist, die einen den ersten Messaufnehmer enthaltenden Gehäuseinnenraum umgibt, wobei der Gehäuseinnenraum ein Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, enthält, das einen vorgegebenen Wert der ersten Messgröße aufweist.
  2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Messaufnehmer eine Membran aufweist, welche in Kontakt mit dem Medium steht.
  3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Messaufnehmer ein potentiometrischer Messaufnehmer, der eine Bezugshalbzelle umfasst, wobei die Bezugshalbzelle einen Bezugselektrolyten umfasst, der über eine Überführung in Kontakt mit dem Medium steht, und wobei das Medium eine Flüssigkeit ist, die dieselbe Zusammensetzung aufweist wie der Bezugselektrolyt.
  4. Sensoranordnung nach Anspruch 3, wobei der erste Messaufnehmer ein potentiometrischer pH-Messaufnehmer mit einer eine pH-Glasmembran umfassenden Messhalbzelle ist.
  5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend mindestens eine Anschlussvorrichtung, mittels derer die Sensoranordnung in ein Prozessbehältnis integrierbar, insbesondere mit einem oder mehreren Anschlüssen des Prozessbehältnis verbindbar, ist.
  6. Sensoranordnung nach Anspruch 5, wobei das Gehäuse oder die Anschlussvorrichtung derart ausgestaltet sind, dass das Gehäuse von der Sensoranordnung entfernt oder eine Verbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum und dem Prozessbehältnis erzeugbar ist, so dass mindestens der erste Messaufnehmer mit einem in dem Prozessbehältnis enthaltenen Medium in Kontakt gebracht werden kann.
  7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend mindestens einen zweiten Sensor mit einem zweiten innerhalb des Gehäuseinnenraums angeordneten Messaufnehmer, welcher zur Erfassung von Werten einer, insbesondere von der ersten Messgröße verschiedenen, zweiten Messgröße des Messmediums ausgestaltet ist, und wobei das in dem Gehäuseinnenraum enthaltene Medium einen vorgegebenen Wert der zweiten Messgröße aufweist.
  8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sensoranordnung als vorgefertigtes Inline-Messsystem ausgestaltet ist, wobei das Gehäuse als Durchflusszelle ausgestaltet ist, welche eine Küvette, eine in die Küvette mündende Zuleitung und eine in die Küvette mündende Ableitung aufweist, wobei die Zuleitung und die Ableitung jeweils an ihrem von der Küvette abgewandten Ende einen mit einem Prozessbehältnis, insbesondere einer Mediumsleitung, verbindbaren, die Durchflusszelle des vorgefertigten Inline-Messsystems flüssigkeitsdicht verschließenden Anschluss aufweisen; und wobei der erste Messaufnehmer in die Durchflusszelle, insbesondere in die Küvette, integriert ist.
  9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, weiter umfassend mindestens einen zweiten Sensor mit einem zweiten Messaufnehmer, welcher zur Erfassung von Werten einer, insbesondere von der ersten Messgröße verschiedenen, zweiten Messgröße des Messmediums ausgestaltet ist, und wobei das in der Durchflusszelle enthaltene Medium einen vorgegebenen Wert der zweiten Messgröße aufweist. Sensoranordnung nach Anspruch 9 wobei der erste und der zweite Messaufnehmer derart in der Wandung der Durchflusszelle, insbesondere der Küvette, angeordnet sind, dass mindestens ein zum Kontakt mit dem Messmedium bestimmter Eintauchbereich des ersten Messaufnehmers und ein zum Kontakt mit dem Messmedium bestimmter Eintauchbereich des zweiten Messaufnehmers sich innerhalb der Durchflusszelle, insbesondere der Küvette, befinden.
  10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Medium eine Flüssigkeit ist, die die Zuleitung, Ableitung und die Küvette im Wesentlichen ausfüllt, so dass der erste und der zweite Messaufnehmer mit der Flüssigkeit zur Erfassung eines Werts der ersten und der zweiten Messgröße in Kontakt stehen.
  11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der erste Sensor ein, insbesondere potentiometrischer, pH-Sensor und der zweite Sensor ein Leitfähigkeitssensor ist.
  12. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Medium eine wässrige Lösung ist, welche eine durch ihre Zusammensetzung vorgegebene Leitfähigkeit zwischen 10 µS/cm und 300 mS/cm aufweist, und welche einen vorgegebenen pH-Wert zwischen 3 und 9 aufweist.
  13. Sensoranordnung nach Anspruch 13, wobei die wässrige Lösung ein pH-Puffersystem, insbesondere einen Phosphat-Puffer, mit einer Konzentration von 0,01 mol/l bis 0,5 mol/l Phosphat und insgesamt 0,01 bis 3,5 mol/l Natrium- und/oder Kaliumchlorid umfasst.
  14. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Küvette eine Wandung aufweist, welche einen ersten Wandungsbereich umfasst, der für Messstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge oder eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, insbesondere für Messstrahlung des UV-Spektralbereichs, des sichtbaren Spektralbereichs oder des IR-Spektralbereichs, transparent ist, und welche einen, insbesondere dem ersten Wandungsbereich gegenüberliegenden und zu diesem im Wesentlichen parallel verlaufenden, zweiten Wandungsbereich umfasst, welcher für die Messstrahlung transparent ist.
  15. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, weiter umfassend einen optischen Sensor zur Erfassung einer dritten, insbesondere von der ersten oder zweiten Messgröße verschiedenen, Messgröße, welcher eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger umfasst, wobei die Strahlungsquelle derart bezüglich der Küvette angeordnet ist, dass von der Strahlungsquelle emittierte Messstrahlung durch einen ersten für die Messstrahlung transparenten Bereich einer Wandung der Küvette in die Küvette gelangt, und wobei der Strahlungsempfänger derart bezüglich der Strahlungsquelle und bezüglich der Küvette angeordnet ist, dass die Messstrahlung durch den ersten oder einen zweiten für die Messstrahlung transparenten Bereich der Wandung der Küvette auf den Strahlungsempfänger trifft.
  16. Sensoranordnung nach Anspruch 16, wobei das in der Durchflusszelle enthaltene Medium einen vorgegebenen Wert der dritten Messgröße aufweist.
  17. Sensoranordnung nach Anspruch 17, wobei das Medium im Wellenlängenbereich der Messstrahlung eine Absorption von weniger als 0,1 /cm aufweist.
  18. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei das Medium eine Flüssigkeit ist, die die Zuleitung, Ableitung und die Küvette im Wesentlichen ausfüllt, so dass ein zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger verlaufender optischer Messpfad durch die Flüssigkeit verläuft.
  19. Verfahren zur Inbetriebnahme einer Sensoranordnung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19, welche ein Gehäuse umfasst, das eine einen Gehäuseinnenraum umgebende Gehäusewandung aufweist, wobei das Verfahren umfasst: – Erfassen eines Werts einer ersten Messgröße eines in dem abgeschlossenen Gehäuseinnenraum enthaltenen Mediums, welches einen vorgegebenen Wert der ersten Messgröße aufweist, mittels eines ersten Messaufnehmers eines ersten Sensors, wobei der erste Messaufnehmer in dem Gehäuseinnenraum angeordnet ist; und – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder Justierung des ersten Sensors anhand des erfassten Werts der ersten Messgröße.
  20. Verfahren nach Anspruch 20, weiter umfassend: – Verbinden der Sensoranordnung mit einem Prozessbehältnis, wobei das Verbinden der Sensoranordnung mit dem Prozessbehältnis vor dem Erfassen eines Werts der ersten Messgröße des in dem abgeschlossenen Gehäuseinnenraum enthaltenen Mediums und dem Durchführen der Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder Justierung des ersten Sensors erfolgen kann.
  21. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, weiter umfassend: – Erfassen eines Werts einer zweiten Messgröße des in dem noch gegenüber dem Prozessbehältnis abgeschlossenen Gehäuse enthaltenen Mediums, welches einen vorgegebenen Wert der zweiten Messgröße aufweist, mittels eines zweiten Messaufnehmers eines zweiten Sensors, wobei der zweite Messaufnehmer in dem Gehäuseinnenraum angeordnet ist; – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder Justierung des zweiten Sensors anhand des erfassten Werts der zweiten Messgröße.
  22. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, weiter umfassend: Herstellen einer Fluidkommunikation zwischen dem Gehäuseinnenraum und dem Prozessbehälter nach dem Kalibrieren und/oder Verifizieren und/oder Justieren des ersten Sensors und gegebenenfalls eines zweiten und/oder weiterer Sensoren.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die Sensoranordnung als vorgefertigtes Inline-Messsystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 19, ausgestaltet ist, welches eine Durchflusszelle, eine Küvette, eine in die Küvette mündende Zuleitung und eine in die Küvette mündende Ableitung aufweist, wobei die Zuleitung und die Ableitung jeweils an ihrem von der Küvette abgewandten Ende einen mit einem Prozessbehältnis, insbesondere einer Mediumsleitung, verbindbaren, die Durchflusszelle des vorgefertigten Inline-Messsystems flüssigkeitsdicht verschließenden Anschluss aufweisen, wobei das Verfahren umfasst: – Mechanisches Verbinden des die Zuleitung verschließenden Anschlusses mit einem ersten zu diesem Anschluss komplementären Anschluss des Prozessbehältnis des die Ableitung verschließenden Anschlusses mit einem zweiten zu diesem Anschluss komplementären Anschluss des Prozessbehältnis; – Erfassen eines Werts einer ersten Messgröße eines in der noch gegenüber dem Prozessbehältnis verschlossenen Durchflusszelle enthaltenen Mediums, welches einen vorgegebenen Wert der ersten Messgröße aufweist, mittels eines ersten Messaufnehmers eines ersten Sensors, welcher in die Durchflusszelle, insbesondere in die Küvette, integriert ist; – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder einer Justierung des ersten Sensors anhand des erfassten Werts der ersten Messgröße.
  24. Verfahren nach Anspruch 24, weiter umfassend: – Erfassen eines Werts einer zweiten Messgröße des in der noch gegenüber dem Prozessbehältnis verschlossenen Durchflusszelle enthaltenen Mediums, welches einen vorgegebenen Wert der zweiten Messgröße aufweist, mittels eines zweiten Messaufnehmers eines zweiten Sensors, welcher in die Durchflusszelle, insbesondere in die Küvette, integriert ist; – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder Justierung des zweiten Sensors anhand des erfassten Werts der zweiten Messgröße.
  25. Verfahren nach Anspruch 25 oder 24, weiter umfassend: – Erfassen eines Werts einer dritten Messgrößen mittels eines optischen Sensors, welcher eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsempfänger umfasst, wobei die Strahlungsquelle Messstrahlung emittiert, welche durch einen ersten für die Messstrahlung transparenten Bereich einer Wandung der Küvette in die Küvette gelangt und das Medium durchläuft und durch einen zweiten für die Messstrahlung transparenten Bereich der Wandung der Küvette diese wieder verlässt und auf den Strahlungsempfänger trifft, welcher ein von der Intensität der auf den Strahlungsempfänger treffenden Messstrahlung abhängiges elektrisches Signal erzeugt; – Durchführen einer Kalibrierung und/oder Verifizierung und/oder einer Justierung des optischen Sensors anhand des erfassten Werts der dritten Messgröße.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, weiter umfassend: – Herstellen einer Fluidkommunikation zwischen der Zuleitung, der Ableitung und dem Prozessbehälter.
DE102015116357.8A 2015-09-28 2015-09-28 Sensoranordnung Pending DE102015116357A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015116357.8A DE102015116357A1 (de) 2015-09-28 2015-09-28 Sensoranordnung
CN201610855237.7A CN106959328B (zh) 2015-09-28 2016-09-27 传感器装置
US15/279,101 US10444183B2 (en) 2015-09-28 2016-09-28 Sensor arrangement
US16/563,144 US11112380B2 (en) 2015-09-28 2019-09-06 Sensor arrangement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015116357.8A DE102015116357A1 (de) 2015-09-28 2015-09-28 Sensoranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015116357A1 true DE102015116357A1 (de) 2017-03-30

Family

ID=58281473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015116357.8A Pending DE102015116357A1 (de) 2015-09-28 2015-09-28 Sensoranordnung

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10444183B2 (de)
CN (1) CN106959328B (de)
DE (1) DE102015116357A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017118499A1 (de) * 2017-08-14 2019-02-14 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Kalibriereinsatz und Halterung desselben
DE102017126128A1 (de) * 2017-11-08 2019-05-09 Endress+Hauser SE+Co. KG System und Verfahren zur ortsaufgelösten Bestimmung von zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße
DE102017129979A1 (de) * 2017-12-14 2019-06-19 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensors, amperometrischer Sensor und Verfahren zur Überwachung eines Messfluids in einem Fluidleitungsnetz
EP4058781A1 (de) * 2019-11-14 2022-09-21 World Precision Instruments Germany GmbH Durchflusszellensystem für die optische flüssigkeitsanalyse und bioreaktorsystem

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH469261A (de) 1962-10-13 1969-02-28 Eschweiler & Co Gerät für die elektrische Gasanalyse
DE3242457A1 (de) 1982-11-12 1984-05-17 Dr. Bruno Lange Gmbh, 1000 Berlin Messsystem mit mindestens einer ionensensitiven elektrode
US7973923B2 (en) 2009-04-27 2011-07-05 Endress+Hauser Conducta Inc. Multi-port inline flow cell for use in monitoring multiple parameters in a sanitary process line
DE102010030874A1 (de) 2010-07-02 2012-01-05 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Potentiometrische Sonde zur Messung einer Messgröße eines in einem Behälter enthaltenen Messmediums
DE102011080956A1 (de) 2011-07-25 2013-01-31 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Verfahren und Messstelle zur Messung zumindest einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgrößen eines in einem Einwegbehältnis enthaltenen Messmediums
DE102013109105A1 (de) 2013-08-22 2015-02-26 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Messanordnung
DE102014103328A1 (de) 2014-03-12 2015-09-17 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Glaselektrode

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3219556A (en) * 1961-12-26 1965-11-23 Beckman Instruments Inc Ion measurement apparatus and method
US3997420A (en) * 1971-03-18 1976-12-14 Beckman Instruments, Inc. Automatic analyzer
US3909910A (en) * 1973-03-29 1975-10-07 Union Carbide Corp Method of joining the ends of two conduits together in a sterile manner
US4342964A (en) * 1978-12-04 1982-08-03 Transidyne General Corp. Apparatus for electrochemical measurements
AU533983B2 (en) * 1982-04-30 1983-12-22 Petty, J.D. Electrode calibration
CH670158A5 (de) * 1985-05-30 1989-05-12 Proton Ag
US4887453A (en) * 1988-06-02 1989-12-19 The Babcock & Wilcox Company Method and system for on-line calibration and validation of process instrumentation
JP2599994Y2 (ja) * 1992-07-30 1999-09-27 株式会社堀場製作所 実験室用イオン濃度計の自動校正装置
US7276142B2 (en) * 2002-02-12 2007-10-02 Thermo Orion Inc. Combination pH electrode with stable standard potential
US7100427B2 (en) * 2004-05-07 2006-09-05 Sensicore, Inc. Multi-sensor system for fluid monitoring with selective exposure of sensors
EP1790981A1 (de) * 2005-11-28 2007-05-30 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zum Warten einer Einrichtung in einem Strömungskanal
US9575087B2 (en) * 2012-09-06 2017-02-21 Parker-Hannifin Corporation Risk-managed, single-use, pre-calibrated, pre-sterilized sensors for use in bio-processing applications
DE102009055092A1 (de) * 2009-12-21 2011-06-22 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG, 70839 Elektrochemische Messsonde, Befülleinrichtung und Wartungssystem
JP5007964B2 (ja) * 2010-05-13 2012-08-22 横河電機株式会社 化学センサの校正装置
US8887556B2 (en) * 2011-02-15 2014-11-18 Michael A. Silveri Amperometric sensor system
CN202812302U (zh) * 2012-09-27 2013-03-20 吴小学 液动隔膜二位三通阀
DE102013111416A1 (de) * 2013-10-16 2015-04-30 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Verfahren zum Bestimmen zumindest einer physikalischen, chemischen und/oder biologischen Messgröße mittels optischer Sensoren und Trübungssensoren

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH469261A (de) 1962-10-13 1969-02-28 Eschweiler & Co Gerät für die elektrische Gasanalyse
DE3242457A1 (de) 1982-11-12 1984-05-17 Dr. Bruno Lange Gmbh, 1000 Berlin Messsystem mit mindestens einer ionensensitiven elektrode
US7973923B2 (en) 2009-04-27 2011-07-05 Endress+Hauser Conducta Inc. Multi-port inline flow cell for use in monitoring multiple parameters in a sanitary process line
DE102010030874A1 (de) 2010-07-02 2012-01-05 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Potentiometrische Sonde zur Messung einer Messgröße eines in einem Behälter enthaltenen Messmediums
DE102011080956A1 (de) 2011-07-25 2013-01-31 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Verfahren und Messstelle zur Messung zumindest einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgrößen eines in einem Einwegbehältnis enthaltenen Messmediums
DE102013109105A1 (de) 2013-08-22 2015-02-26 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Messanordnung
DE102014103328A1 (de) 2014-03-12 2015-09-17 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Glaselektrode

Also Published As

Publication number Publication date
US20190391111A1 (en) 2019-12-26
US20170089859A1 (en) 2017-03-30
US10444183B2 (en) 2019-10-15
CN106959328B (zh) 2020-04-07
US11112380B2 (en) 2021-09-07
CN106959328A (zh) 2017-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010063033B4 (de) Verfahren zur Inbetriebnahme eines Messgeräts
US11112380B2 (en) Sensor arrangement
EP1144586B1 (de) Verfahren, gefäss und vorrichtung zur überwachung der stoffwechselaktivität von zellkulturen in flüssigen medien
DE69833241T2 (de) Überwachung eines Reinigungsprozesses
DE102016117733A1 (de) Messeinrichtung
DE3416956A1 (de) Messvorrichtung zur bestimmung der aktivitaet oder der konzentration von ionen in loesungen
CH711982A2 (de) Verfahren zur Inbetriebnahme einer Inline-Sensoranordnung, Inline-Sensoranordnung und Verfahren zu deren Herstellung.
DE2347173B2 (de) Verfahren zur untersuchung eines biologischen fluids und in sich geschlossene kassette von einheitsbauart mit einer mehrzahl von kuevetten
DE102015103484A1 (de) In-Line-Messeinrichtung
DE102011101193A1 (de) Verfahren und Nachweisvorrichtung zur Bestimmung des Harnsäure- und Kreatinin-Gehalts
WO2011154513A1 (de) Nachweisvorrichtung und -verfahren
DE102017126612A1 (de) Messeinrichtung zur Analyse eines Messmediums
DE102011087679B3 (de) Meßkammer für einen optisch arbeitenden Sensor zum Bestimmen einer Konzentration eines Stoffes
EP3017292B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur ermittlung der konzentration eines stoffes in einem flexiblen behälter
DE19611931A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Messung von Partikeln und Stoffen in Fluiden
EP0724152A2 (de) Vorrichtung, Verfahren und Messelektrode zum Bestimmen von Flüssigkeitsparametern
DE102006016326B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Schnellmessung eines mikrobiologischen Zustands einer Probe
DE202018104472U1 (de) Vorrichtungsanordnung zur Bereitstellung eines im Rahmen einer Produktion eines biopharmazeutischen Produkts eingesetzten Mediums
DE102014113260A1 (de) Bezugselektrode
DE102018008622B4 (de) Bioprozessbehälter mit optischer Messvorrichtung
DE102008027085B4 (de) Vorrichtung zur Analyse einer flüssigen Probe sowie Verfahren zur Analytbestimmung in einem Dialysat mit einer solchen Vorrichtung
DE102017130392B4 (de) Verfahren zur Bestimmung der Gesamthärte einer Wasserprobe und Analysegerät
AT381393B (de) Messeinrichtung zur bestimmung des partialdruckes von sauerstoff in einem medium
WO1997049985A1 (de) Vorrichtung zur messung des partialdruckes von in flüssigkeiten gelösten gasen
DE102011007769B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Untersuchung von Tabakrauch

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed