DE102015122608A1 - Sensor for detecting an analyte concentration of a medium and method for its production - Google Patents

Sensor for detecting an analyte concentration of a medium and method for its production Download PDF

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Tobias Mieth
Erik Hennings
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Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
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Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensor 1() zur Erfassung einer Analytkonzentration eines Mediums (100), umfassend: ein Gehäuse (3) mit einem Gehäuseinnenraum (11), wobei das Gehäuse (3) zumindest abschnittsweise vom Medium (100) umgeben ist, wobei der Gehäuseinnenraum (11) mit einem ersten Elektrolyten (31) gefüllt ist, wobei innerhalb einer den Gehäuseinnenraum (11) begrenzenden Gehäusewand (8) eine Überführung (20) zwischen dem Medium (100) und dem ersten Elektrolyten (31) angeordnet ist; ein mit dem Medium (100) in Kontakt stehendes Sensorelement (2) mit einer analytsensitiven Oberfläche; eine Schutzhülse (10) zur Aufnahme des Sensorelements (2) an einem ersten Endbereich, wobei die Schutzhülse (2) mit dem Gehäuse (3) lösbar verbunden ist, insbesondere sind Schutzhülse (2) und Gehäuse (3) ineinander eingerastet, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements (2) gegen die Gehäusewand (8) des Gehäuses (3) drückt, wobei die analytsensitive Oberfläche eine Öffnung (9) der Gehäusewand (8) verschließt, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements (2) mit dem Medium (100) in Kontakt steht, wobei der erste Endbereich der Schutzhülse (2) bis zu einem Vergussendbereich (29) verschlossen, insbesondere vergossen, ist, so dass erster Elektrolyt (31) nicht ins Innere der Schutzhülse (10) gelangen kann, wobei die Schutzhülse (10) mit einem zweiten Elektrolyten (32) gefüllt ist, die Schutzhülse (10) in seinem Innern eine Referenzelektrode (13) umfasst und diese zumindest abschnittsweise in den zweiten Elektrolyten (32) eintaucht. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors.The invention relates to a sensor 1 (10) for detecting an analyte concentration of a medium (100), comprising: a housing (3) with a housing interior (11), wherein the housing (3) is at least partially surrounded by the medium (100), wherein the Housing interior (11) with a first electrolyte (31) is filled, wherein within a the housing interior (11) limiting housing wall (8) has a transfer (20) between the medium (100) and the first electrolyte (31); a sensor element (2) in contact with the medium (100) having an analyte-sensitive surface; a protective sleeve (10) for receiving the sensor element (2) at a first end region, wherein the protective sleeve (2) with the housing (3) is detachably connected, in particular protective sleeve (2) and housing (3) are engaged with each other, so that the analytsensitive surface of the sensor element (2) presses against the housing wall (8) of the housing (3), wherein the analytsensitive surface an opening (9) of the housing wall (8) closes, so that the analytsensitive surface of the sensor element (2) with the medium ( 100) is in contact, wherein the first end portion of the protective sleeve (2) up to a Vergussendbereich (29) closed, in particular potted, so that first electrolyte (31) can not get inside the protective sleeve (10), wherein the protective sleeve (10) is filled with a second electrolyte (32), the protective sleeve (10) in its interior comprises a reference electrode (13) and these at least partially immersed in the second electrolyte (32). The invention further relates to a method for producing such a sensor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Erfassung einer Analytkonzentration eines Mediums. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a sensor for detecting an analyte concentration of a medium. The invention further relates to a process for its preparation.

Die Bestimmung der Konzentration eines Analyten in einem Medium spielt in vielen industriellen Anwendungen, beispielsweise in der Chemie- oder Pharmazietechnik, in der Lebensmitteltechnik, in der Biotechnologie, aber auch nicht-industriellen analytischen Anwendungen, beispielsweise in der Umwelt-Messtechnik, eine wichtige Rolle. Zur Bestimmung von Ionenkonzentrationen werden häufig im Labor wie auch in industriellen Prozessanlagen Sensoren eingesetzt, die ein Sensorelement mit einer analytsensitiven Komponente aufweisen. Als analytsensitive Komponente kommt beispielsweise eine analytsensitive Membran in Frage. So ist zum Beispiel die Glasmembran der bekannten pH-Glaselektrode sensitiv bezüglich der Konzentration von H+ bzw. H3O+-Ionen in einem Medium.The determination of the concentration of an analyte in a medium plays an important role in many industrial applications, for example in the chemical or pharmaceutical industry, in food technology, in biotechnology, but also in non-industrial analytical applications, for example in environmental measurement technology. For the determination of ion concentrations sensors are often used in the laboratory as well as in industrial process plants, which have a sensor element with an analyte-sensitive component. As an analyte-sensitive component, for example, an analyte-sensitive membrane comes into question. For example, the glass membrane of the known pH glass electrode is sensitive to the concentration of H + or H 3 O + ions in a medium.

Alternativ kann als analytsensitive Komponente auch ein Halbleiterelement dienen, etwa ein eine EIS-Struktur umfassendes Bauelement, wie zum Beispiel einen ionensensitiven Feldeffekttransistor (ISFET) oder einen Kondensator mit einer EIS-Struktur, dessen Kapazität von der Konzentration der zu bestimmenden Substanz abhängt. Das Akronym „EIS“ steht für den englischen Fachbegriff „electrolyte-insulator-semiconductor“, womit zum Ausdruck gebracht wird, dass der Sensor eine Schichtstruktur mit zumindest einer auf einer Halbleiter-Schicht oder einem Halbleiter-Substrat aufgebrachten Isolatorbeschichtung umfasst, die im Messbetrieb des Sensors mit einem Elektrolyten, nämlich dem Medium, in Kontakt steht. An der Grenzfläche zwischen der Isolatorschicht und dem Medium tritt ein Spannungsabfall auf. Durch geeignete Wahl der Isolatorbeschichtung, insbesondere durch Vorsehen einer analytsensitiven Beschichtung auf der oder als Bestandteil der Isolatorbeschichtung, kann die Sensitivität des Sensors derart eingestellt werden, dass der Spannungsabfall als Maß für die Analytkonzentration dienen kann. So hängt beispielsweise der Spannungsabfall an der Grenzfläche zwischen einer Tantal(V)-oxid (Ta2O5)-Schicht und einer wässrigen Messlösung im Wesentlichen vom pH-Wert der Messlösung ab. Durch Verwendung anderer Schichtstrukturen können EIS-Sensorelemente gebildet werden, die in entsprechender Weise für andere Ionen sensitiv sind. Durch das Immobilisieren von geeigneten Detektorstrukturen, welche z.B. Enzyme umfassen können, auf der EIS-Struktur ist es auch möglich, mittels eines derartigen Sensors Konzentrationen von nichtionischen Substanzen, z.B. Glukose oder Penicillin, zu messen.Alternatively, the analyte-sensitive component can also be a semiconductor element, such as a device comprising an EIS structure, such as an ion-sensitive field effect transistor (ISFET) or a capacitor with an EIS structure, the capacitance of which depends on the concentration of the substance to be determined. The acronym "EIS" stands for the English technical term "electrolyte-insulator-semiconductor", which expresses that the sensor comprises a layer structure with at least one applied to a semiconductor layer or a semiconductor substrate insulator coating, in the measuring operation of Sensor with an electrolyte, namely the medium in contact. At the interface between the insulator layer and the medium, a voltage drop occurs. By suitable choice of the insulator coating, in particular by providing an analyte-sensitive coating on or as part of the insulator coating, the sensitivity of the sensor can be set such that the voltage drop can serve as a measure of the analyte concentration. For example, the voltage drop at the interface between a tantalum (V) oxide (Ta 2 O 5 ) layer and an aqueous measurement solution essentially depends on the pH of the measurement solution. By using other layer structures, EIS sensor elements can be formed, which are correspondingly sensitive to other ions. By immobilizing suitable detector structures, which may comprise eg enzymes on the EIS structure, it is also possible to measure by means of such a sensor concentrations of nonionic substances, for example glucose or penicillin.

Der bereits erwähnte ionensensitive Feldeffekttransistor umfasst ebenfalls eine derartige EIS-Struktur. Das Transistor-Gate des ISFET wird bei einem pH-sensitiven ISFET beispielsweise durch eine pH-sensitive Isolatorbeschichtung, die Ta2O5 umfassen kann, gebildet. Die Ladungsträgerdichte im Halbleiterkanal zwischen Source und Drain des ISFET hängt dann entsprechend vom pH-Wert des mit dem Gate in Kontakt stehenden Mediums ab. In DE 198 57 953 A1 ist beispielsweise ein Sensor zur Messung von Ionenkonzentrationen bzw. des pH-Werts einer Flüssigkeit unter Verwendung eines ISFET beschrieben.The already mentioned ion-sensitive field effect transistor likewise comprises such an EIS structure. The transistor gate of the ISFET is formed in a pH-sensitive ISFET, for example, by a pH-sensitive insulator coating, which may comprise Ta 2 O 5 . The carrier density in the semiconductor channel between the source and the drain of the ISFET then depends on the pH of the medium in contact with the gate. In DE 198 57 953 A1 For example, a sensor for measuring ion concentrations or the pH of a liquid using an ISFET is described.

Derartige Sensoren mit analytsensitiver Komponente, insbesondere mit analytsensitiver Membran oder mit einer analytsensitiven Komponente auf Halbleiterbasis, sind häufig als stabförmige Messsonden ausgebildet, die ein in ein Medium eintauchbares Gehäuse umfassen, in dem das Sensorelement so angeordnet ist, dass seine analytsensitive Komponente mit dem Medium in Kontakt kommt. Dabei sind die Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung der analytsensitiven Komponente, über die das Sensorelement mit einer Sensorelektronik verbunden ist, und die Sensorelektronik selbst geschützt innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Messsonde kann über ein Kabel oder drahtlos mit einer übergeordneten Einheit, beispielsweise einem Messumformer oder über einen Buskoppler mit einem Feldbus verbindbar sein. Die übergeordnete Einheit kann die Messsonde mit Energie versorgen bzw. von der Sensorelektronik ausgegebene Messsignale empfangen und weiterverarbeiten oder Signale an die Sensorelektronik ausgeben.Such sensors with analyte-sensitive component, in particular with an analyte-sensitive membrane or with an analyte-sensitive component based on semiconductors, are often designed as rod-shaped measuring probes comprising a housing immersible in a medium, in which the sensor element is arranged so that its analytsensitive component with the medium in Contact is coming. In this case, the contact elements for electrical contacting of the analyte-sensitive component, via which the sensor element is connected to a sensor electronics, and the sensor electronics themselves are arranged inside the housing in a protected manner. The measuring probe can be connectable via a cable or wirelessly to a higher-level unit, for example a measuring transducer or via a bus coupler to a fieldbus. The higher-level unit can supply the measuring probe with energy or receive and process measuring signals output by the sensor electronics or output signals to the sensor electronics.

In der EP 1 396 718 A1 ist ein Sensor mit einem ISFET als Sensorelement beschrieben. Mittels eines Andruckteils ist der ISFET mit einer von seinem ionensensitiven Oberflächenbereich abgewandten Rückfläche gegen eine Stirnfläche eines Sensorgehäuses angedrückt. Das Andruckteil weist eine zentrale Öffnung auf, die den ionensensitiven Oberflächenbereich des ISFET freilässt, wogegen der Source-Anschluss und der Drain-Anschluss des ISFET in einem gegenüber Zutritt von Medium geschützten Innenbereich des Sensors angeordnet sind. Das Andruckteil ist mit dem Sensorgehäuse durch eine mediumsdichte umlaufende Ultraschallschweißverbindung verbunden. Das Gehäuseinnere des Sensorgehäuses ist durch ein innerhalb des Gehäuses verlaufendes Innenrohr in einen Sensorinnenraum und einen Sensorzwischenraum aufgeteilt. Durch den Sensorinnenraum sind mit Kontaktelementen des ISFETs verbundene Anschlussdrähte zur Kontaktierung von Source und Drain des ISFET geführt. Der Sensorzwischenraum dient als Referenzelektrodenraum, d.h. er enthält einen Referenzelektrolyten, in den eine Referenzelektrode eintaucht. In einer Durchgangsbohrung durch eine den Sensorzwischenraum umgebenden, den Sensorschaft bildenden, Gehäusewand ist ein Diaphragma angeordnet, das als elektrochemische Überführung einen elektrischen Kontakt zwischen dem Referenzelektrolyten und einem das Sensorgehäuse umgebenden Medium dient. Das Diaphragma ist hier im vorderseitigen, d.h. am sensorelementseitigen Endbereich des stabförmigen Gehäuses angeordnet.In the EP 1 396 718 A1 a sensor with an ISFET is described as a sensor element. By means of a pressure element, the ISFET is pressed against an end face of a sensor housing with a rear surface facing away from its ion-sensitive surface area. The pressure member has a central opening which exposes the ion-sensitive surface area of the ISFET, whereas the source terminal and the drain terminal of the ISFET are arranged in an area of the sensor which is protected against access of medium. The pressure part is connected to the sensor housing by a medium-tight circumferential ultrasonic welding connection. The housing interior of the sensor housing is divided by a running inside the housing inner tube into a sensor interior and a sensor gap. Through the sensor interior connecting wires connected to contact elements of the ISFETs are guided for contacting the source and drain of the ISFET. The sensor gap serves as a reference electrode space, ie it contains a reference electrolyte into which a reference electrode is immersed. In a through hole through a Surrounding the sensor gap, the sensor shaft forming, housing wall is arranged a diaphragm which serves as an electrochemical transfer, an electrical contact between the reference electrolyte and a surrounding the sensor housing medium. The diaphragm is here in the front, that is arranged on the sensor element end portion of the rod-shaped housing.

Wie erwähnt wird eine, etwa elastische Dichtung benötigt, die den Sensorinnenraum gegenüber dem Medium abdichtet. Für eine gute Dichtwirkung über den gesamten Anwendungsbereich ist es vorteilhaft, wenn die Chipdichtung mit einer definierten Andruckkraft dauerhaft verpresst ist.As mentioned, a, for example elastic seal is needed, which seals the sensor interior against the medium. For a good sealing effect over the entire field of application, it is advantageous if the chip seal is permanently compressed with a defined contact pressure.

Um einen möglichst langen Diffusionsweg zwischen dem oben erwähnten Diaphragma und der Referenzelektrode zu gewährleisten, wird für gewöhnlich eine Referenzpatrone (z.B. eine Glaskapillare mit Silber/Silberchlorid-Referenzdraht und immobilisierten Elektrolyten) in einem großen Abstand zum Diaphragma im Sensorinnenraum angeordnet. Dies ist nachteilig für eine genaue Temperaturkompensation, da Referenzelektrode, ISFET-Chip und Temperatursensor nicht in unmittelbarer Nähe angeordnet sind.In order to ensure the longest possible diffusion path between the above-mentioned diaphragm and the reference electrode, a reference cartridge (e.g., a glass capillary with silver / silver chloride reference wire and immobilized electrolyte) is usually placed a long distance from the diaphragm in the sensor interior. This is disadvantageous for accurate temperature compensation, since the reference electrode, ISFET chip and temperature sensor are not arranged in the immediate vicinity.

Ein sehr kurzer Diffusionsweg ist hingegen nachteilig, da dieser eine schnelle Verarmung an Silber bei der Referenzelektrode (Silber/Silberchlorid-Referenz) verursacht. Durch diese Anordnung der Referenzelektrode in unmittelbarer Nähe des Diaphragmas kann die Referenz durch Auflösen des Silbers abfallen. Dies wird etwa gelöst durch lange Abschnitte von Platindraht bzw. kunststoffummantelte Silberdrähte. Diese Lösung ist jedoch teuer und aufwändig. Weiterhin wird durch einen kurzen Diffusionsweg eine schnelle Vergiftung durch Medium an der der Referenzelektrode begünstigt.A very short diffusion path, however, is disadvantageous because it causes a rapid depletion of silver at the reference electrode (silver / silver chloride reference). By this arrangement of the reference electrode in the immediate vicinity of the diaphragm, the reference can fall by dissolving the silver. This is achieved, for example, by long sections of platinum wire or plastic-coated silver wires. However, this solution is expensive and expensive. Furthermore, rapid poisoning by medium at the reference electrode is favored by a short diffusion path.

Für eine lange Lebensdauer und Standzeit eines Sensors sollte eine Referenzelektrode mit großer Silberchloridmenge eingesetzt werden. Eine große Menge an Silberchlorid ist allerdings teuer. Zudem ist aufgrund beschränkter Platzverhältnisse wenig Platz für einen großen Vorrat an Silberchlorid.For a long life and durability of a sensor, a reference electrode with a large amount of silver chloride should be used. However, a large amount of silver chloride is expensive. In addition, due to limited space, little space for a large supply of silver chloride.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Sensor zur Erfassung einer Analytkonzentration bereit zu stellen, der einfach gefertigt werden kann und trotzdem gute Dichtwirkung von umgebendem Medium zu Sensorinnenraum bereitstellt sowie eine hohe Standzeit erlaubt.The invention is therefore based on the object to provide a sensor for detecting an analyte concentration, which can be manufactured easily and still provides good sealing effect of the surrounding medium to the sensor interior and allows a long service life.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Sensor, umfassend: ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnenraum, wobei das Gehäuse zumindest abschnittsweise vom Medium umgeben ist, wobei der Gehäuseinnenraum mit einem ersten Elektrolyten gefüllt ist, wobei innerhalb einer den Gehäuseinnenraum begrenzenden Gehäusewand eine Überführung zwischen dem Medium und dem ersten Elektrolyten angeordnet ist; ein mit dem Medium in Kontakt stehendes Sensorelement mit einer analytsensitiven Oberfläche; und eine Schutzhülse zur Aufnahme des Sensorelements an einem ersten Endbereich, wobei die Schutzhülse mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist, insbesondere sind Schutzhülse und Gehäuse ineinander eingerastet, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements gegen die Gehäusewand des Gehäuses drückt, wobei die analytsensitive Oberfläche eine Öffnung der Gehäusewand verschließt, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements mit dem Medium in Kontakt steht, wobei der erste Endbereich der Schutzhülse bis zu einem Vergussendbereich verschlossen, insbesondere vergossen, ist, so dass erster Elektrolyt nicht ins Innere der Schutzhülse gelangen kann, wobei die Schutzhülse mit einem zweiten Elektrolyten gefüllt ist, die Schutzhülse in seinem Innern eine Referenzelektrode umfasst und diese zumindest abschnittsweise in den zweiten Elektrolyten eintaucht.The object is achieved by a sensor, comprising: a housing having a housing interior, wherein the housing is at least partially surrounded by the medium, wherein the housing interior is filled with a first electrolyte, wherein within a housing wall housing wall delimiting a transfer between the medium and the first electrolyte is arranged; a sensor element in contact with the medium having an analyte-sensitive surface; and a protective sleeve for receiving the sensor element at a first end region, wherein the protective sleeve is releasably connected to the housing, in particular protective sleeve and housing are engaged with each other, so that the analytsensitive surface of the sensor element presses against the housing wall of the housing, wherein the analytsensitive surface an opening the housing wall closes, so that the analytsensitive surface of the sensor element is in contact with the medium, wherein the first end portion of the protective sleeve is sealed up to a Vergussendbereich, in particular potted, so that the first electrolyte can not get inside the protective sleeve, wherein the protective sleeve is filled with a second electrolyte, the protective sleeve comprises in its interior a reference electrode and these at least partially immersed in the second electrolyte.

Dadurch, dass sich die Referenzelektrode in der Schützhülse befindet, ist diese vom Medium geschützt. Die Referenzelektrode angreifende Substanzen, die gegebenenfalls über die Überführung in den ersten Elektrolyten eindringen können, sogenannte Elektrodengifte, müssen eine „Vergiftungsstrecke“ durchlaufen, die sich von der Überführung durch den ersten Elektrolyten, durch die Schutzhülse zur Referenzelektrode erstreckt. Auf diese Weise gelangen die Elektrodengifte erst nach einem längeren Zeitraum bis zur Referenzelektrode, was zur Verlängerung der Sensorlebensdauer beiträgt. Außerdem kommt es zur langsameren Verarmung der Bezugselektrode (siehe unten).The fact that the reference electrode is in the contact sleeve, this is protected by the medium. The reference electrode attacking substances that may possibly penetrate the transfer into the first electrolyte, so-called electrode poisons, must pass through a "poisoning path", which extends from the transfer of the first electrolyte, through the protective sleeve to the reference electrode. In this way, the electrode poisons reach the reference electrode only after a longer period, which contributes to the extension of the sensor life. In addition, there is a slower depletion of the reference electrode (see below).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Sensorelement auf einer Leiterplatte, insbesondere auf einer Starrflex-Leiterplatte, angeordnet, wobei die Leiterplatte ins Innere der Schutzhülse geführt ist und die Referenzelektrode umfasst, und wobei die Leiterplatte Leiterbahnen umfasst und das Sensorelement und die Referenzelektrode mit diesen Leiterbahnen elektrisch verbunden ist. Die Leiterplatte kann, insbesondere dann, wenn eine Starrflex-Leiterplatte verwendet wird, ideal um und in die Schutzhülse geführt werden, was eine einfache Fertigung ermöglicht. Zudem wird nur wenig Platz benötigt.In an advantageous embodiment, the sensor element is arranged on a printed circuit board, in particular on a rigid printed circuit board, wherein the printed circuit board is guided inside the protective sleeve and the reference electrode comprises, and wherein the circuit board comprises conductor tracks and the sensor element and the reference electrode with these conductor tracks electrically connected is. The printed circuit board can, especially when a rigid flex circuit board is used, be ideally guided around and in the protective sleeve, which allows for easy production. In addition, only little space is needed.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Leiterplatte länger als die Schutzhülse ausgestaltet, und mit einer dem Sensorelement gegenüberliegenden Endbereich des Sensors angeordneten Sensorschaltung verbunden. Dies ermöglicht eine einfache elektrische Kontaktierung der Referenzelektrode und des Sensorelements mit einer Sensorschaltung.In a preferred embodiment, the printed circuit board is designed to be longer than the protective sleeve, and connected to a sensor circuit arranged opposite the end region of the sensor. This allows a simple electrical contacting of the reference electrode and the sensor element with a sensor circuit.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das analytsensitive Sensorelement ein Halbleitersubstrat und eine auf dem Halbleitersubstrat aufgebrachte Beschichtung, deren mit dem Medium in Kontakt stehende Oberfläche den analytsensitiven Bereich des Sensorelements bildet. In an advantageous embodiment, the analyte-sensitive sensor element comprises a semiconductor substrate and a coating applied to the semiconductor substrate whose surface in contact with the medium forms the analyte-sensitive region of the sensor element.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Beschichtung Teil einer EIS-Struktur, insbesondere eines ionensensitiven Feldeffekttransistors (ISFET).In a preferred development, the coating is part of an EIS structure, in particular of an ion-sensitive field-effect transistor (ISFET).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste und zweite Elektrolyt chemisch gleich, was eine einfache Handhabung bei der Fertigung erlaubt.In an advantageous embodiment, the first and second electrolyte are chemically the same, which allows easy handling during production.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzhülse mehrteilig mit einem Chipträger und einem Referenzschutz ausgebildet, wobei der Chipträger das Sensorelement aufnimmt und den ersten Endbereich der Schutzhülse bildet, wobei der Referenzschutz mit dem zweitem Elektrolyt gefüllt ist und die Referenzelektrode umfasst. Dadurch ergeben sich ein modularer Aufbau und eine einfache Fertigung. Die Leiterplatte samt Referenzelektrode kann durch den Referenzschutz gefädelt und am Chipträger angebracht werden.In a preferred embodiment, the protective sleeve is formed in several parts with a chip carrier and a reference protection, wherein the chip carrier receives the sensor element and forms the first end portion of the protective sleeve, wherein the reference protection is filled with the second electrolyte and the reference electrode. This results in a modular design and a simple production. The printed circuit board together with the reference electrode can be threaded through the reference protection and attached to the chip carrier.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Chipträger eine erste Befestigungsvorrichtung und der Referenzschutz eine zweite Befestigungsvorrichtung, wobei der Chipträger mit dem Referenzschutz lösbar verbunden ist, insbesondere sind Chipträger und Referenzschutz ineinander eingerastet. Chipträger und Referenzschutz sind somit miteinander verbunden, wobei auch ein Lösen noch möglich ist.In an advantageous embodiment, the chip carrier comprises a first fastening device and the reference protection a second fastening device, wherein the chip carrier is detachably connected to the reference protection, in particular chip carrier and reference protection are interlocked. Chip carrier and reference protection are thus connected to each other, with a release is still possible.

Zum Schutz der sich darauf befindenden Komponente ist der Endbereich der Schutzhülse mittels eines Verguss vergossen.To protect the component located thereon, the end portion of the protective sleeve is encapsulated by means of a potting.

Damit alle Komponenten umflossen werden, umfasst die Schutzhülse am ersten Endbereich Öffnungen für den Verguss, insbesondere umfasst der Referenzschutz diese Löcher.So that all components are encircled, the protective sleeve comprises openings for the encapsulation at the first end region, in particular the reference protection comprises these holes.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Schutzhülse an einem zweiten Endbereich eine Kappe mit einer Öffnung. Durch die Kappe wird verhindert, dass Elektrodengifte einfach in den Referenzschutz eindringen können, d.h. die Standzeit wird erhöht. Durch die Öffnung wird der elektrolytische Kontakt sichergestellt. Der effektive Diffusionsquerschnitt wird somit verkleinert.In an advantageous embodiment, the protective sleeve comprises a cap with an opening at a second end region. The cap prevents electrode poisons from easily entering the reference guard, i. the service life is increased. Through the opening of the electrolytic contact is ensured. The effective diffusion cross section is thus reduced.

Bevorzugt umfasst die Leiterplatte einen Kontaktstreifen, der bei in die Schutzhülse eingelegter Leiterplatte die Schutzhülse überragt, und den elektrolytischen Kontakt zwischen dem ersten Elektrolyten im Gehäuseinnenraum und dem zweiten Elektrolyten in der Schutzhülse sicherstellt.Preferably, the printed circuit board comprises a contact strip which protrudes beyond the protective sleeve with the printed circuit board inserted into the protective sleeve, and ensures the electrolytic contact between the first electrolyte in the housing interior and the second electrolyte in the protective sleeve.

Somit wird das Risiko der Kontaktunterbrechung zwischen Referenzschutz und erstem Elektrolyt an der Überführung verringert. Dieser Streifen reicht vom Inneren des Referenzschutzes in den Sensorinnenraum. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Fixierung des Referenzdrahtes bei der Montage. Dieser wird durch den Kontaktstreifen auf der Leiterkarte fixiert und kann sich somit beim Durchfädeln der Leiterkarte nicht verhaken.Thus, the risk of contact interruption between the reference protection and the first electrolyte at the transfer is reduced. This strip extends from the interior of the reference protection into the sensor interior. Another advantage is the possibility of fixing the reference wire during assembly. This is fixed by the contact strip on the circuit board and thus can not get caught while threading through the circuit board.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kontaktreifen als faseriges hydrophiles temperaturstabiles Gewebe, insbesondere als Vlies, ausgestaltet. Das Vlies ist ein faseriges hydrophiles und temperaturstabiles Gewebe, das etwa dauerhaft mit Kaliumchlorid haltigen Medien benetzt wird und somit dauerhaft einen ionischen Kontakt gewährleistetIn an advantageous embodiment, the contact tire is configured as a fibrous, hydrophilic, temperature-stable fabric, in particular as a nonwoven. The fleece is a fibrous, hydrophilic and temperature-stable fabric, which is permanently wetted with potassium chloride-containing media, thus ensuring permanent ionic contact

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die Schutzhülse ein benetzbares Feststoffnetzwerk, insbesondere eine Glasfaser, organische Faser, insbesondere eine Baumwollfaser, oder eine Kunststofffaser, oder quellbare Kunststoffpartikel, insbesondere Superabsorberpartikel. Dies ermöglicht zum einem eine lange Lagerfähigkeit im trockenen Zustand (kein immobilisiertes Gel notwendig) und zum anderen die Befüllung mit nur einem flüssigen Elektrolyten, welcher wiederherum in einem Schritt eingefüllt werden kann, was zu einer einfachen Fertigung führt.In a further preferred embodiment, the protective sleeve comprises a wettable solid network, in particular a glass fiber, organic fiber, in particular a cotton fiber, or a plastic fiber, or swellable plastic particles, in particular superabsorbent particles. This allows for a long shelf life in the dry state (no immobilized gel necessary) and on the other hand, the filling with only a liquid electrolyte, which can be filled again in one step, resulting in a simple production.

In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Schutzhülse zumindest einen Nachfüllbehälter für die Referenzelektrode umfasst. Dadurch wird eine lange Lebensdauer/Standzeit eines Sensors erreicht. Damit eine genaue Dosierung möglich ist, haben die Nachfüllbehälter ein definiertes Gewicht. Die Form der Presslinge ist variabel. Eine erste Ausgestaltung ist dabei ein Silberchlorid-Pressling in Tablettenform im Referenzschutz oder in einer zweiten Ausgestaltung gibt es eine Verbindung des Sensors mit einem KCl Vorratsbehälter (flüssig befüllte Elektrode),In an advantageous embodiment, the protective sleeve comprises at least one refill container for the reference electrode. As a result, a long service life / service life of a sensor is achieved. To ensure accurate dosing, the refill containers have a defined weight. The shape of the pellets is variable. A first embodiment is a silver chloride pellet in tablet form in the reference protection or in a second embodiment, there is a connection of the sensor with a KCl reservoir (liquid-filled electrode),

In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Gehäuse mehrteilig mit einem Schaft und einem Chipgehäuse ausgestaltet, wobei das Chipgehäuse die Überführung umfasst, wobei das Chipgehäuse mit der Schutzhülse lösbar verbunden ist, insbesondere sind Schutzhülse und Chipgehäuse ineinander eingerastet. Dies führt zu einem modularen Aufbau mit einer einfachen Fertigung.In a preferred embodiment, the housing is designed in several parts with a shaft and a chip housing, wherein the chip housing includes the transfer, wherein the chip housing is detachably connected to the protective sleeve, in particular protective sleeve and chip housing are engaged. This leads to a modular construction with a simple production.

Die oben genannte Aufgabe kann somit mit dem erwähnten Referenzschutz gelöst werden. Der Referenzschutz realisiert gleichzeitig die Funktion eines federnden Andruckteils. Dieser Referenzschutz ist etwa als Kunststoffspritzteil realisiert. In Verbindung mit den Haltenasen am Chipgehäuse und dem Chipträger wird ein die Verpressung der Chipdichtung gewährleistet.The above object can thus be achieved with the mentioned reference protection. The reference protection simultaneously realizes the function of a resilient pressure part. This reference protection is realized as a plastic injection molded part. In conjunction with the retaining lugs on the chip housing and the chip carrier, a compression of the chip seal is ensured.

Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors wie oben stehend beschrieben, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer Leiterplatte, insbesondere einer Starrflex-Leiterplatte, umfassend ein Sensorelement mit einer analytsensitiven Oberfläche und eine Referenzelektrode; wobei die Leiterplatte Leiterbahnen umfasst und das Sensorelement und die Referenzelektrode mit diesen Leiterbahnen elektrisch verbunden ist; Einbringen der Leiterplatte in eine Schutzhülse; Bereitstellen eines Gehäuses mit einem Gehäuseinnenraum; wobei das Gehäuse zumindest abschnittsweise vom Medium umgeben ist; wobei der Gehäuseinnenraum mit einem ersten Elektrolyten gefüllt ist, wobei innerhalb einer den Gehäuseinnenraum begrenzenden Gehäusewand eine Überführung zwischen dem Medium und dem ersten Elektrolyten angeordnet ist; und Einbringen der Schutzhülse in das Gehäuse, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements gegen die Gehäusewand des Gehäuses drückt, wobei die analytsensitive Oberfläche eine Öffnung der Gehäusewand verschließt, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements mit dem Medium in Kontakt steht, wobei der erste Endbereich der Schutzhülse verschlossen ist, so dass erster Elektrolyt nicht ins Innere der Schutzhülse gelangen kann, wobei die Schutzhülse mit einem zweiten Elektrolyten gefüllt ist, die Schutzhülse in seinem Innern eine Referenzelektrode umfasst und diese in den zweiten Elektrolyten eintaucht.The object is further achieved by a method for producing a sensor as described above, comprising the steps of: providing a printed circuit board, in particular a rigid-flex circuit board, comprising a sensor element with an analyte-sensitive surface and a reference electrode; wherein the circuit board comprises conductor tracks and the sensor element and the reference electrode is electrically connected to these conductor tracks; Inserting the printed circuit board in a protective sleeve; Providing a housing having a housing interior; wherein the housing is at least partially surrounded by the medium; wherein the housing interior is filled with a first electrolyte, wherein a transfer between the medium and the first electrolyte is disposed within a housing wall bounding the housing interior; and introducing the protective sleeve into the housing, so that the analytsensitive surface of the sensor element presses against the housing wall of the housing, wherein the analytsensitive surface closes an opening of the housing wall, so that the analytsensitive surface of the sensor element is in contact with the medium, wherein the first end region the protective sleeve is closed, so that the first electrolyte can not get inside the protective sleeve, wherein the protective sleeve is filled with a second electrolyte, the protective sleeve comprises in its interior a reference electrode and immersed in the second electrolyte.

Bevorzugt umfasst das Einbringen der Leiterplatte in die Schutzhülse die Schritte: Bereitstellen einer mehrteiligen Schutzhülse mit einem Chipträger und einem Referenzschutz, wobei der Referenzschutz mit dem zweitem Elektrolyt gefüllt ist und die Referenzelektrode umfasst; Einführen der Leiterplatte in den Referenzschutz; Anbringen des Sensorelements in den Chipträger; und Verbinden, insbesondere ineinander einrasten, des Chipträgers mit dem Referenzschutz.The introduction of the printed circuit board into the protective sleeve preferably comprises the steps of: providing a multi-part protective sleeve with a chip carrier and a reference protection, wherein the reference protection is filled with the second electrolyte and comprises the reference electrode; Inserting the PCB into the reference protection; Attaching the sensor element in the chip carrier; and connecting, in particular snap into each other, the chip carrier with the reference protection.

Bevorzugt umfasst das Einbringen der Schutzhülse in das Gehäuse die Schritte: Bereitstellen eines mehrteiligen Gehäuses mit einem Schaft und einem Chipgehäuse, wobei das Chipgehäuse die Überführung umfasst; Verbinden, insbesondere ineinander einrasten, das Chipgehäuses mit dem Referenzschutz.Preferably, the introduction of the protective sleeve into the housing comprises the steps of: providing a multi-part housing with a shaft and a chip housing, wherein the chip housing comprises the transfer; Connect, in particular snap into each other, the chip housing with the reference protection.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Einbringen der Schutzhülse weiter den Schritt: Vergießen des Chipgehäuses bis zu einem Vergussendbereich, wobei die Referenzelektrode längs der Leiterplatte angeordnet ist und einem dem Sensorelement zugewandten Kontaktabschnitt und einem dem Sensorelement abgewandten freien Abschnitt umfasst, wobei die Referenzelektrode am Kontaktabschnitt mit der Leiterplatte verbunden ist und der Vergussendbereich den Übergang von Kontaktabschnitt und freiem Abschnitt darstellt.In an advantageous embodiment, the introduction of the protective sleeve further comprises the step: potting the chip housing to a Vergussendbereich, wherein the reference electrode is disposed along the circuit board and a sensor element facing the contact portion and a sensor element facing away from the free portion, wherein the reference electrode at the contact portion with the circuit board is connected and the Vergussendbereich represents the transition of the contact portion and free portion.

Bevorzugt wird der Referenzschutz mit einer Kappe verschlossen.Preferably, the reference protection is closed with a cap.

Weiter umfasst das Verfahren die Schritte: Anbringen des Schafts auf das Chipgehäuse; und Befüllen des Referenzschutzes und/oder des Gehäuseinnenraums des Gehäuses des Sensors mit einem ersten Elektrolyt oder mit einem ersten und zweiten Elektrolyt.The method further comprises the steps of: attaching the shaft to the chip housing; and filling the reference protection and / or the housing interior of the housing of the sensor with a first electrolyte or with a first and second electrolyte.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to the following figures. Show it

1 einen erfindungsgemäßen Sensor im Querschnitt in einer Übersichtsdarstellung, 1 a sensor according to the invention in cross section in an overview,

2 eine Leiterplatte umfassend das Sensorelement und die Referenzelektrode, 2 a printed circuit board comprising the sensor element and the reference electrode,

3a/b einen Chipträger mit und ohne Leiterplatte, 3a / b a chip carrier with and without circuit board,

4 ein Chipgehäuse, 4 a chip housing,

5 ein Endabschnitt des erfindungsgemäßen Sensors im Querschnitt, 5 an end portion of the sensor according to the invention in cross-section,

6 der erfindungsgemäße Sensor mit Referenzschutz und Kappe, 6 the sensor according to the invention with reference protection and cap,

7a/b ein Referenzschutz mit und ohne Leiterplatte samt Sensorelement, 7a / b a reference protection with and without circuit board including sensor element,

8 eine Leiterplatte mit Vlies, und 8th a circuit board with fleece, and

9 ein Referenzschutz mit Glasfaserschlauch. 9 a reference protection with fiberglass hose.

In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, the same features are identified by the same reference numerals.

1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines elektrochemischen Sensors 1 zur Messung eines pH-Werts eines Mediums 100. Als analytsensitives Sensorelement 2 umfasst der hier dargestellte Sensor 1 einen ionensensitiven Feldeffekttransistor (ISFET). Obwohl im Folgenden die Erfindung anhand eines pH-Sensors mit einem pH-sensitiven ISFET als Sensorelement beschrieben wird, ist die Erfindung selbstverständlich auf Sensoren mit anderen Sensorelementen, insbesondere auf ISFETs bzw. ChemFETs oder andere EIS-Strukturen umfassende Sensorelemente, sowie auf Sensoren mit einer analytsensitiven Membran, insbesondere mit einer pH-sensitiven Glasmembran, übertragbar. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of an electrochemical sensor 1 for measuring a pH of a medium 100 , As an analyte-sensitive sensor element 2 includes the sensor shown here 1 an ion-sensitive field effect transistor (ISFET). Although the invention will be described below with reference to a pH sensor with a pH-sensitive ISFET as a sensor element, the invention is of course based on sensors with other sensor elements, in particular sensor elements comprising ISFETs or ChemFETs or other EIS structures, as well as on sensors with an analyte-sensitive membrane, in particular with a pH-sensitive glass membrane, transferable.

Der Sensor 1 weist ein Gehäuse 3 auf, das einen zylindrischen Sensorkörper und ein diesen rückseitig verschließendes Elektronikgehäuseteil 5 umfasst. Im vorliegenden Beispiel ist der Sensorkörper aus zwei Gehäuseteilen, nämlich einem rohrförmigen Sensorschaft 4 und einer den Sensorschaft 4 an seinem vorderen Ende verschließenden Chipgehäuse 6 gebildet. Der Sensorschaft 4 ist fest mit dem Elektronikgehäuseteil 5 verbunden, welches rückseitig auf den Sensorschaft 4 aufgesetzt ist und diesen nach Art einer Kappe verschließt. Das Elektronikgehäuseteil 5 besteht beispielsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff. Auch der Sensorkörper kann aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Glas oder Kunststoff bestehen. Im vorliegenden Beispiel besteht der Sensorkörper aus Polyetheretherketon (PEEK).The sensor 1 has a housing 3 on, which has a cylindrical sensor body and a rear side closing this electronics housing part 5 includes. In the present example, the sensor body of two housing parts, namely a tubular sensor shaft 4 and one the sensor shaft 4 at its front end occlusive chip housing 6 educated. The sensor shaft 4 is fixed to the electronics housing part 5 connected, which on the back of the sensor shaft 4 is attached and closes it in the manner of a cap. The electronics housing part 5 consists for example of an electrically non-conductive plastic. Also, the sensor body may consist of a non-electrically conductive material, such as glass or plastic. In the present example, the sensor body is made of polyetheretherketone (PEEK).

Im vorderen Endabschnitt des Sensors 1 ist das Sensorelement 2 derart angeordnet, dass ein pH-sensitiver Oberflächenbereich des Sensorelements 2 durch Eintauchen des vorderen Endabschnitts des Sensorkörpers in eine Messflüssigkeit mit dieser zur Messung des pH-Werts in Kontakt gebracht werden kann. Das Sensorelement 2 hierzu mit seiner Vorderfläche über ein elastisches Dichtelement 7 gegen eine stirnseitige Gehäusewand 8 angedrückt, die eine den pH-sensitiven Oberflächenbereich des Sensorelements 2 freilassende Öffnung 9 aufweist.In the front end portion of the sensor 1 is the sensor element 2 arranged such that a pH-sensitive surface area of the sensor element 2 by immersing the front end portion of the sensor body in a measuring liquid with this for measuring the pH value can be brought into contact. The sensor element 2 this with its front surface via an elastic sealing element 7 against a frontal housing wall 8th pressed, the one the pH-sensitive surface area of the sensor element 2 free opening 9 having.

Das Sensorelement 2 wird mittels eines an seiner von dem pH-sensitiven Oberflächenbereich abgewandten Rückseite angreifenden, Schutzhülse 10 gegen das elastische Dichtelement 7 angedrückt. Darauf wird später noch detaillierter eingegangen.The sensor element 2 becomes by means of one on its side facing away from the pH-sensitive surface area back protective sleeve 10 against the elastic sealing element 7 pressed. This will be discussed in more detail later.

Im vorliegenden Beispiel ist das Sensorelement 2 mittels Leiterbahnen einer Leiterkarte 12, insbesondere einer Starrflex-Leiterkarte mit einem starren Teil 12a und einem flexiblen Teil 12b, mit einer innerhalb des Elektronikgehäuseteils 5 angeordneten Sensorschaltung 15 verbunden. In alternativen Ausgestaltungen kann das Sensorelement 2 aber auch mittels einer herkömmlichen Kabelverbindung, welche einen oder mehrere zumindest über einen Teil ihrer Längserstreckung mittels einer Ummantelung aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material isolierte Drähte umfasst, mit der Sensorschaltung verbunden sein. Beispielsweise kann das Sensorelement mittels eines Flachbandkabels mit der Sensorschaltung verbunden sein.In the present example, the sensor element 2 by means of tracks of a printed circuit board 12 , in particular a rigid flex printed circuit board with a rigid part 12a and a flexible part 12b , with one inside the electronics housing part 5 arranged sensor circuit 15 connected. In alternative embodiments, the sensor element 2 but also by means of a conventional cable connection, which comprises one or more at least over a part of its longitudinal extent by means of a sheath of a non-electrically conductive material insulated wires, be connected to the sensor circuit. For example, the sensor element can be connected to the sensor circuit by means of a ribbon cable.

Auf der flexiblen Leiterkarte 12 ist außerdem eine Referenzelektrode 13 angeordnet, die aus einem abschnittsweise mit einem elektrisch isolierenden Material, z.B. PEEK, ummantelten Silberdraht gebildet ist. An einem Ende weist der Silberdraht eine Silberchloridbeschichtung 14 auf. An seinem anderen Ende, vorteilhafterweise seinem sensorelementseitigen Ende, ist der Silberdraht, beispielsweise mittels einer Lötverbindung, leitfähig mit einer weiteren Leiterbahn der flexiblen Leiterkarte 12 verbunden, die den Silberdraht mit der Sensorschaltung 15 verbindet. Die Leiterkarte 12 dient zur Verbindung sowohl des Sensorelements 2 als auch der Referenzelektrode 14 mit der Sensorschaltung 15.On the flexible circuit board 12 is also a reference electrode 13 arranged, which is formed from a sectionally covered with an electrically insulating material, such as PEEK, silver wire. At one end, the silver wire has a silver chloride coating 14 on. At its other end, advantageously its sensor element end, the silver wire, for example by means of a solder joint, conductive with another trace of the flexible printed circuit board 12 connected to the silver wire with the sensor circuit 15 combines. The circuit board 12 serves to connect both the sensor element 2 as well as the reference electrode 14 with the sensor circuit 15 ,

In einem vorderseitigen Bereich, vorzugsweise möglichst nah an dem Sensorelement 2 und der Referenzelektrode 13, ist auf der flexiblen Leiterkarte 12 zusätzlich ein Temperatursensor 17 angeordnet, der mit einer weiteren Leiterbahn der flexiblen Leiterkarte 12 verbunden ist. Der Temperatursensor 17 kann beispielsweise einen temperaturabhängigen Widerstand umfassen. Die weitere Leiterbahn ist wie die potentialableitende Leiterbahn der Referenzelektrode 13 und die mit dem Sensorelement 2 verbundenen Leiterbahnen mit der Sensorschaltung 15 verbunden, die die von dem Temperatursensor 17 zur Verfügung gestellten Signale erfasst und verarbeitet.In a front area, preferably as close as possible to the sensor element 2 and the reference electrode 13 , is on the flexible circuit board 12 in addition a temperature sensor 17 arranged with another conductor of the flexible printed circuit board 12 connected is. The temperature sensor 17 may include, for example, a temperature-dependent resistor. The further trace is like the potential-diverting trace of the reference electrode 13 and those with the sensor element 2 connected interconnects with the sensor circuit 15 connected to that of the temperature sensor 17 detected signals are processed and processed.

Im hier gezeigten ersten Beispiel ist der Sensorkörper aus zwei Gehäuseteilen, nämlich dem rohrförmigen Sensorschaft 4 und dem Chipgehäuse 6, gebildet. Das Chipgehäuse 6 ist in 4 nochmals separat dargestellt. Es kann beispielsweise aus einem chemisch beständigen Kunststoff, insbesondere aus PEEK, gebildet sein und beispielsweise mittels eines Spritzgießverfahrens hergestellt werden. Ein Teilabschnitt der Gehäusewand 8 des Chipgehäuses 6 bildet die Außenwand des Sensorkörpers 3. Dieser Teilabschnitt ist in Form einer Kappe mit einer zylindrischen Seitenwand und einer schräg zur Zylinderachse der Seitenwand verlaufenden vorderseitigen Gehäusewand 8 ausgestaltet, die die Öffnung 9, über die das Sensorelement 2 mit der Messflüssigkeit beaufschlagbar ist, und eine Überführung 20 umfassende weitere Öffnung 21 aufweist. Die Überführung 20 ist im hier gezeigten Beispiel als poröses Diaphragma aus einem Keramikmaterial ausgestaltet. Alternativ kann die Überführung auch als Kunststoffdiaphragma, z.B. Teflon, oder als Durchgangsbohrung durch die Gehäusewand 8 ausgestaltet sein. Das Chipgehäuse 6 umfasst Rastnasen 24 zum Einrasten in die Schutzhülse 10, und insbesondere in den Referenzschutzes 19. Darauf wird weiter unten noch näher eingegangen.In the first example shown here, the sensor body is made of two housing parts, namely the tubular sensor shaft 4 and the chip housing 6 , educated. The chip housing 6 is in 4 shown separately again. It can for example be formed from a chemically resistant plastic, in particular PEEK, and be produced for example by means of an injection molding process. A section of the housing wall 8th of the chip housing 6 forms the outer wall of the sensor body 3 , This section is in the form of a cap with a cylindrical side wall and an obliquely to the cylinder axis of the side wall extending front housing wall 8th designed the opening 9 over which the sensor element 2 with the measuring liquid can be acted upon, and an overpass 20 comprehensive further opening 21 having. The overpass 20 is designed in the example shown here as a porous diaphragm made of a ceramic material. Alternatively, the transfer as a plastic diaphragm, eg Teflon, or as a through hole through the housing wall 8th be designed. The chip housing 6 includes locking lugs 24 for snapping into the protective sleeve 10 , and in particular in the reference protection 19 , This will be discussed in more detail below.

Die Überführung 20 stellt eine Verbindung zwischen dem Gehäuseinnenraum 11 und der Umgebung des Sensorgehäuses 3, d.h. mit dem Medium 100, her. Der Gehäuseinnenraum 11 ist mit einem ersten Elektrolyten 31 gefüllt. Der erste Elektrolyt 31 kann etwa immobilisiert sein und eine nicht-fließfähige Konsistenz aufweisen. Beispielsweise kann der erste Elektrolyt ein eine hoch konzentrierte Kaliumchloridlösung enthaltendes, nicht fließfähiges, beispielsweise schnittfestes, und dadurch immobilisiertes, Gel, z.B. vernetztes Polyacrylamid oder ein vernetztes Gel auf Basis von DADMAC, umfassen. Im Betrieb des Sensors 1 gewährleistet die Überführung 20 einen elektrochemischen Kontakt zwischen einer den Sensor 1 in seinem vorderen Abschnitt umgebenden Medium 100 und dem ersten Elektrolyten 31. Alternativ kann der erste Elektrolyt 31 auch fließfähig als Flüssigkeit ausgestaltet sein, etwa als wässrige hochkonzentrierte Halogenitsalzlösung z.B. Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder als Nichthalogenitsalzlösungen.The overpass 20 provides a connection between the housing interior 11 and the environment of the sensor housing 3 ie with the medium 100 , her. The housing interior 11 is with a first electrolyte 31 filled. The first electrolyte 31 may be immobilized and have a non-flowable consistency. For example, the first electrolyte may include a non-flowable, high-concentration potassium chloride solution, for example, cut-resistant, and thereby immobilized, gel, eg cross-linked polyacrylamide or a crosslinked gel based on DADMAC include. In operation of the sensor 1 ensures the transfer 20 an electrochemical contact between a sensor 1 in its front section surrounding medium 100 and the first electrolyte 31 , Alternatively, the first electrolyte 31 be designed as a liquid flowable, such as aqueous high-concentration halide salt solution such as sodium chloride, potassium chloride or nonhalogenite salt solutions.

Im rückseitigen Bereich des Sensorschafts 4 ist eine weitere Dichtung 22 angeordnet, die etwa durch zwei elastische, aneinander anliegende Dichtelemente gebildet ist. Die Dichtelemente füllen den Querschnitt des Sensorschafts 4 aus und stützten sich gegen dessen Wand ab, so dass die zwischen den Dichtelementen von dem Gehäuseinnenraum 11 in den Elektronikgehäuseteil 5 zwischen zwei aneinander liegenden Dichtflächen der Dichtelemente eingespannt ist. Der Elektronikgehäuseteil 5 umfasst die Sensorschaltung 15. Auf diese Weise ist die Sensorschaltung 15 gegenüber dem elektrolytgefüllten Gehäuseinnenraum 11 flüssigkeitsdicht abgeschlossen, so dass der erste und der zweite Elektrolyt 31, 32 (zweiter Elektrolyt 32 siehe unten) nicht in das Elektronikgehäuseteil 5 eindringen können. Der Elektronikgehäuseteil 5 kann mit einer Vergussmasse, z.B. einem Epoxidharz, gefüllt sein. Insbesondere kann die Sensorschaltung 15 vergossen sein.In the back area of the sensor shaft 4 is another seal 22 arranged, which is formed approximately by two elastic, abutting sealing elements. The sealing elements fill the cross section of the sensor shaft 4 from and supported against the wall, so that between the sealing elements of the housing interior 11 in the electronics housing part 5 is clamped between two adjacent sealing surfaces of the sealing elements. The electronics housing part 5 includes the sensor circuit 15 , This is the sensor circuit 15 opposite the electrolyte-filled housing interior 11 sealed liquid-tight, so that the first and the second electrolyte 31 . 32 (second electrolyte 32 see below) not in the electronics housing part 5 can penetrate. The electronics housing part 5 can be filled with a potting compound, such as an epoxy resin. In particular, the sensor circuit 15 to be shed.

Im hier gezeigten Beispiel ist die Sensorschaltung 15 auf einer starren Leiterkarte 39 angeordnet. Die mit den Kontaktelementen des Sensorelements 2 und der Referenzelektrode 13 verbundenen Leiterbahnen der flexiblen Leiterkarte 12 sind mit zugehörigen Anschlüssen der Sensorschaltung 15 verbunden. Zur weiteren Vereinfachung der Fertigung des Sensors 1 sind die Anschlussbilder der flexiblen Leiterkarte 12 und der starren Leiterkarte 39 aufeinander abgestimmt.In the example shown here is the sensor circuit 15 on a rigid circuit board 39 arranged. The with the contact elements of the sensor element 2 and the reference electrode 13 connected interconnects of the flexible printed circuit board 12 are with associated terminals of the sensor circuit 15 connected. To further simplify the manufacture of the sensor 1 are the connection diagrams of the flexible printed circuit board 12 and the rigid circuit board 39 coordinated.

Die Sensorschaltung 15 umfasst neben Mitteln zur weiteren Verarbeitung der Messsignale, insbesondere zu deren Verstärkung und Digitalisierung, einen Speicher zur Speicherung von Sensordaten und/oder von Messwerten. Daneben umfasst die Sensorschaltung 15 im hier gezeigten Beispiel eine in einen mechanischen Sensorsteckkopf integrierte Schnittstelle zum Empfangen und Senden von Daten an eine übergeordnete Einheit (nicht dargestellt). Der Sensor 1 kann außerdem über die Schnittstelle durch die übergeordnete Einheit mit Energie versorgt werden. Im hier gezeigten Beispiel ist die Schnittstelle als induktive Schnittstelle mit einer Spule 33 ausgestaltet. Diese Schnittstelle kann mit einer (nicht dargestellten) komplementären, eine zweite Spule umfassenden Buchse verbunden werden, um den Sensor 1 mit der übergeordneten Einheit zu verbinden. Selbstverständlich kann die Schnittstelle auch galvanische Kontakte zur elektrisch leitenden Kontaktierung eines komplementären Gegenstücks umfassen. Bei der übergeordneten Einheit kann es sich beispielsweise um einen Messumformer, einen herkömmlichen Computer oder einen Feldbus handeln.The sensor circuit 15 comprises, in addition to means for further processing of the measurement signals, in particular for their amplification and digitization, a memory for storing sensor data and / or measured values. In addition, the sensor circuit includes 15 in the example shown here, an interface integrated in a mechanical sensor plug-in head for receiving and transmitting data to a higher-level unit (not shown). The sensor 1 can also be powered via the interface through the parent unit with energy. In the example shown here, the interface is an inductive interface with a coil 33 designed. This interface may be connected to a complementary jack (not shown) comprising a second coil around the sensor 1 to connect with the parent unit. Of course, the interface may also include galvanic contacts for electrically conductive contacting a complementary complementary piece. The higher-level unit may be, for example, a transmitter, a conventional computer or a fieldbus.

2 zeigt eine Leiterplatte 12. Wie erwähnt umfasst die Leiterplatte 12 das Sensorelement 2 in einen ersten Endbereich 12a. Die Leiterplatte 12 umfasst weiter einen Temperatursensor 17 und die Bezugselektrode 13 mit einer Silberchloridbeschichtung 14. Sowohl Sensorelement 2, als auch der Temperatursensor 17 und die Bezugselektrode 13 sind mit der Leiterplatte 12 elektrisch verbunden. Leiterbahnen 16 führen die jeweiligen Signale zu der Sensorschaltung 15. 2 shows a circuit board 12 , As mentioned, the circuit board includes 12 the sensor element 2 in a first end area 12a , The circuit board 12 further includes a temperature sensor 17 and the reference electrode 13 with a silver chloride coating 14 , Both sensor element 2 , as well as the temperature sensor 17 and the reference electrode 13 are with the circuit board 12 electrically connected. conductor tracks 16 lead the respective signals to the sensor circuit 15 ,

Im Folgenden soll auf das Sensorelement 2 und insbesondere auf dessen Befestigung und Anordnung eingegangen werden.The following is intended to the sensor element 2 and in particular to its attachment and arrangement.

Das Sensorelement 2 ist auf der Leiterkarte 12 angeordnet, beispielsweise geklebt. Die Leiterkarte 12 ist als Starrflex-Leiterkarte ausgestaltet und das Sensorelement 2 ist auf dem starren Teil 12a der Leiterkarte 12 angeordnet. Die oben angesprochene Schutzhülse 10 ist zweiteilig ausgestaltet, umfassend einen Chipträger 18 und einen Referenzschutz 19. Der Chipträger 18 ohne angebrachte Leiterkarte 12 ist in 3a dargestellt. Der Chipträger 18 umfasst entsprechende überkragende Rastnasen 22 und einen Überhang 23, indem die Leiterkarte 12, bzw. dessen starrer Teil 12a umfassend das Sensorelement 2, eingerastet werden kann. Der flexible Teil 12a umfasst seinerseits dazu an seinem dem flexiblen Teil 12b abgewandten Endbereich den Rastnasen 22 komplementär ausgestaltete Rastnasen samt entsprechenden Stegen und einer entsprechenden Positionierfläche. Der flexible Teil 12b wird um den Chipträger 18 herum geführt. Der Chipträger 18 umfasst dazu eine entsprechende Führung 38. 3b zeigt wie die Leiterplatte 12 samt dem Sensorelement 2 in den Chipträger 18 eingelegt ist. Der Chipträger 18 umfasst auch eine Haltevorrichtung 25, in den der zweite Teil der Schutzhülse 10, nämlich der Referenzschutz 19 eingelegt, bzw. eingerastet wird. Der Referenzschutz 19 umfasst eine zur Haltevorrichtung 25 des Chipträgers 18 komplementär ausgestaltete Haltevorrichtung 26.The sensor element 2 is on the circuit board 12 arranged, for example, glued. The circuit board 12 is configured as a rigid flex printed circuit board and the sensor element 2 is on the rigid part 12a the circuit board 12 arranged. The above-mentioned protective sleeve 10 is designed in two parts, comprising a chip carrier 18 and a reference protection 19 , The chip carrier 18 without attached printed circuit board 12 is in 3a shown. The chip carrier 18 includes corresponding overhanging locking lugs 22 and an overhang 23 by the circuit board 12 , or its rigid part 12a comprising the sensor element 2 , can be engaged. The flexible part 12a in turn, it includes at its flexible part 12b remote end region of the locking lugs 22 complementary designed locking lugs, including corresponding webs and a corresponding positioning. The flexible part 12b gets to the chip carrier 18 guided around. The chip carrier 18 includes a corresponding leadership 38 , 3b shows like the circuit board 12 including the sensor element 2 in the chip carrier 18 is inserted. The chip carrier 18 also includes a holding device 25 , in the second part of the protective sleeve 10 namely, the reference protection 19 inserted or engaged. The reference protection 19 includes one to the holding device 25 of the chip carrier 18 complementary configured holding device 26 ,

5 zeigt das Chipgehäuse 6 im Querschnitt. Man erkennt dabei, dass das Sensorelement 2 an einer Öffnung 9 der Gehäusewand 8 Zugang zum Medium 100 hat. Der Chipträger 18 umfasst das Sensorelement 2 samt Leiterkarte 12. Der Chipträger 18 ist dabei mit seiner Haltevorrichtung 25 in die entsprechende Haltevorrichtung 26 des Referenzschutzes 19 eingerastet. 5 shows the chip housing 6 in cross section. It can be seen that the sensor element 2 at an opening 9 the housing wall 8th Access to the medium 100 Has. The chip carrier 18 includes the sensor element 2 complete with printed circuit board 12 , The chip carrier 18 is doing with his holding device 25 in the appropriate holding device 26 of the reference protection 19 engaged.

7a zeigt den Referenzschutz 19 im Detail. Im frontseitigen ein Bereich des Referenzschutzes 19 befindet sich die Haltevorrichtung 26 zum Einrasten in die Haltevorrichtung 25 des Chipträgers 18. Der Referenzschutz 19 und der Chipträger 18 sind beispielsweise aus dem gleichen Material gefertigt wie das Chipgehäuse 6. Nach dem Bereitstellen der Leiterplatte 12 wird in einem weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung des Sensors 1 die Leiterplatte 12 durch den Referenzschutz 19 gefädelt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiter unten näher erläutert. Rastnasen 24 des Chipgehäuses 6 rasten in Rastöffnungen 28 der Referenzschutzes 19. 7a shows the reference protection 19 in detail. In front one area of reference protection 19 is the holding device 26 for locking in the holding device 25 of the chip carrier 18 , The reference protection 19 and the chip carrier 18 For example, they are made of the same material as the chip package 6 , After providing the circuit board 12 is in a further process step for the production of the sensor 1 the circuit board 12 through the reference protection 19 threaded. The method according to the invention will be explained in more detail below. locking lugs 24 of the chip housing 6 snap into detent openings 28 the reference protection 19 ,

7b zeigt den Referenzschutz 19 mit eingerastetem Chipträger 18. Man erkennt im frontseitigen Endbereich das Sensorelement 2. Referenzschutz 19 und Chipträger 18 bilden somit die Einheit Schutzhülse 10. 7b shows the reference protection 19 with latched chip carrier 18 , It can be seen in the front end of the sensor element 2 , reference protection 19 and chip carrier 18 thus form the unit protective sleeve 10 ,

Die Schutzhülse 10 bzw. der Referenzschutz 19 umfassen wie erwähnt die Leiterplatte 12, und insbesondere die Referenzelektrode 13.The protective sleeve 10 or the reference protection 19 include as mentioned the circuit board 12 , and in particular the reference electrode 13 ,

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Sensors 1 wird nach dem einfädeln der Leiterplatte 12 umfassend dem Sensorelement 2, das Sensorelement 2 auf dem Chipträger 18 angebracht, der wiederum in den Referenzschutz 19 eingerastet wird. Diese Einheit, also die Schutzhülse 10, wird dann in das Gehäuse 3, insbesondere in das Chipgehäuse 6, eingebracht. Wie erwähnt umfasst das Chipgehäuse 6 entsprechende Rastnasen 24. Diese Rastnasen 24 rasten in entsprechende komplementär ausgestaltete Rastöffnungen 28 am Referenzschutz 19. Grundsätzlich sind Chipgehäuse 6 und Referenzschutz 19 wieder voneinander lösbar. Das gleiche gilt auch für das einrasten des Chipträgers 18 und des Referenzschutzes 19. In einem nächsten Schritt zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors 1 wird das Chipgehäuse 6 bis zu einem für Vergussendbereich 29 vergossen. Somit ist das Sensorelement 2 rückseitig, sowie der Temperatursensor 17 und ein Teil der Referenzelektrode 13 (bis zum Vergussendbereich 29) vergossen, und damit mechanisch geschützt. Damit der Verguss auch diese Bauteile umfließen kann, umfasst der Referenzschutz entsprechende Öffnungen 27. Der Verguss wird zumindest soweit eingefüllt, bis alle Öffnungen 27 geschlossen sind. Der Verguss ist etwa ein Epoxidharz. Der sensorelementseitige Endbereich ist somit vom ersten Elektrolyten 31 flüssigkeitsdicht abgedichtet. Dadurch ist auch insbesondere das mit der flexiblen Leiterkarte 12 verbundene sensorelementseitige Ende der Referenzelektrode 13, sowie dessen Verbindungsstelle mit der als Potentialableitung dienenden Leiterbahn gegenüber einem sich im Referenzschutz 19 befindenden zweiten Elektrolyten 32 (siehe unten) isoliert. Der mit Silberchlorid beschichtete Abschnitt 14 der Referenzelektrode 13 taucht dagegen in den zweiten Elektrolyten 32 ein, so dass sich an der Referenzelektrode 13 ein stabiles Bezugspotential bildet.In the inventive method for producing the sensor 1 will after threading the circuit board 12 comprising the sensor element 2 , the sensor element 2 on the chip carrier 18 attached, in turn, in the reference protection 19 is engaged. This unit, so the protective sleeve 10 , then gets into the case 3 , in particular in the chip housing 6 , brought in. As mentioned, the chip package includes 6 corresponding locking lugs 24 , These latches 24 snap into corresponding complementarily designed detent openings 28 at the reference protection 19 , Basically, chip housings 6 and reference protection 19 again detachable from each other. The same applies to the latching of the chip carrier 18 and the reference protection 19 , In a next step for the production of the sensor according to the invention 1 becomes the chip housing 6 up to a casting potting area 29 shed. Thus, the sensor element 2 on the back, as well as the temperature sensor 17 and a part of the reference electrode 13 (up to the casting end area 29 ), and thus mechanically protected. So that the encapsulation can also flow around these components, the reference protection comprises corresponding openings 27 , The potting is filled at least until all openings 27 are closed. The potting is about an epoxy resin. The sensor element-side end region is thus of the first electrolyte 31 sealed watertight. This is especially the case with the flexible printed circuit board 12 connected sensor element-side end of the reference electrode 13 , as well as its connection point with the potential lead serving as a conductor in relation to a reference protection 19 located second electrolyte 32 isolated (see below). The section coated with silver chloride 14 the reference electrode 13 on the other hand dips into the second electrolyte 32 one, so that attaches to the reference electrode 13 forms a stable reference potential.

Im Referenzschutz 19 befindet sich der bereits angesprochene zweite Elektrolyt 32, der im vorliegenden Beispiel ein fließfähiges, durch ein Polymer eingedicktes Gemisch ist. Beispielsweise kann der zweite Elektrolyt 32 eine hoch konzentrierte, insbesondere 3-molare Kaliumchlorid-Lösung umfassen. Zum Beispiel kann der zweite Elektrolyt 32 eine wässrige, 3-molare Kaliumchlorid-Lösung oder ein fließfähiges, aus einer hoch konzentrierten Kaliumchloridlösung durch Zusatz von linearem Polyacrylamid oder einem schwach vernetzten auf DADMAC basierenden Gel gebildetes eingedicktes Gemisch umfassen. Erster Elektrolyt 31 und zweiter Elektrolyt 32 können in einer Ausgestaltung auch gleich sein. Über eine rückseitige Öffnung des Referenzschutzes 19 steht der zweite Elektrolyt 32 mit dem ersten Elektrolyt 31 in Kontakt. Die Referenzschutz 19 kann rückseitig durch eine Kappe 34 verschlossen sein. Die Kappe 34 umfasst etwa ein Diaphragma oder eine Durchgangsbohrung. Dadurch ist der Kontakt, zwischen dem ersten und dem zweiten Elektrolyten 31, 32 gewährleistet.In the reference protection 19 is the already mentioned second electrolyte 32 which in the present example is a flowable mixture thickened by a polymer. For example, the second electrolyte 32 a high concentration, in particular 3 molar potassium chloride solution include. For example, the second electrolyte 32 an aqueous, 3-molar potassium chloride solution or a flowable, formed from a highly concentrated potassium chloride solution by the addition of linear polyacrylamide or a weakly crosslinked DADMAC-based gel formed thickened mixture. First electrolyte 31 and second electrolyte 32 may also be the same in one embodiment. Via a rear opening of the reference protection 19 is the second electrolyte 32 with the first electrolyte 31 in contact. The reference protection 19 Can be back through a cap 34 to be introverted. The cap 34 includes about a diaphragm or a through hole. This is the contact between the first and second electrolytes 31 . 32 guaranteed.

Dadurch, dass sich die Referenzelektrode 13 im Referenzschutz 19 befindet, ist diese vom Medium 100 weitestgehend geschützt. Die Referenzelektrode 13 angreifende Substanzen, die gegebenenfalls über das Diaphragma der Überführung 20 in den ersten Elektrolyten 31 eindringen können, sogenannte Elektrodengifte, müssen eine „Vergiftungsstrecke“ durchlaufen, die sich von der Überführung 20 durch den ersten Elektrolyten 31, durch die Öffnung 35 in der Kappe 34 und dem zweiten Elektrolyten 32 zur Referenzelektrode 13 erstreckt. Auf diese Weise gelangen die Elektrodengifte erst nach einem längeren Zeitraum bis zur Referenzelektrode 13, was zur Verlängerung der Sensorlebensdauer beiträgt. Außerdem kommt es zur langsameren Verarmung der Silberchloridschicht 14 der Bezugselektrode 13.This causes the reference electrode 13 in the reference protection 19 is, this is from the medium 100 largely protected. The reference electrode 13 attacking substances, if necessary via the diaphragm of the transfer 20 in the first electrolyte 31 can penetrate, so-called electrode poisons, must go through a "poisoning route", extending from the transfer 20 through the first electrolyte 31 through the opening 35 in the cap 34 and the second electrolyte 32 to the reference electrode 13 extends. In this way, the electrode poisons reach the reference electrode only after a longer period of time 13 , which contributes to the extension of sensor life. In addition, there is a slower depletion of the silver chloride layer 14 the reference electrode 13 ,

6 zeigt den Referenzschutz 19 samt aufgesteckter Kappe 34 und dessen Öffnung 35. Man erkennt auch, dass die Leiterplatte 12 aus dem Referenzschutz 19 geführt ist. 6 shows the reference protection 19 complete with attached cap 34 and its opening 35 , It also recognizes that the circuit board 12 from the reference protection 19 is guided.

Auf der Leiterkarte 12 befindet sich außerdem ein Vlies-Streifen 36, siehe 8, zur Sicherstellung des elektrischen Kontakts in den Referenzschutz 19. Dadurch verringert sich das Risiko der Kontaktunterbrechung zwischen dem Inneren des Referenzschutzes 19 und dem ersten Elektrolyten 31, der als Referenzelektrolyt ausgestaltet ist. Dieser Streifen 36 reicht vom Inneren des Referenzschutzes 19 in den Gehäuseinnenraum 11. Ausgestaltungen umfassen ein faseriges hydrophiles und temperaturstabiles Gewebe (z.B. ein Vlies), das dauerhaft mit KCl-haltigen Medien benetzt wird und somit dauerhaft einen ionischen Kontakt gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Referenzelektrode 13 bei der Montage durch den Streifen 36 fixiert ist und sich die Leiterkarte 12 beim Einfädeln in den Referenzschutz 19 nicht verhakt.On the circuit board 12 There is also a fleece strip 36 , please refer 8th , to ensure the electrical contact in the reference protection 19 , This reduces the risk of contact interruption between the interior of the reference protection 19 and the first electrolyte 31 which is designed as a reference electrolyte. This strip 36 ranges from the inside of the reference protection 19 in the housing interior 11 , Embodiments include a fibrous hydrophilic and temperature stable fabric (eg, a nonwoven) that is permanently filled with KCl Media is wetted and thus ensures permanent ionic contact. Another advantage is that the reference electrode 13 when mounting through the strip 36 is fixed and the circuit board 12 when threading into the reference protection 19 not hooked.

Alternativ oder zusätzlich und um zu verhindern, dass Luftblasen im Referenzschutz 19 den Kontakt an der Öffnung 35 unterbrechen, erfolgt die Füllung des Referenzschutzes 19 mit einem benetzbaren Feststoffnetzwerk 37 wie einer Glasfaser, organischer Faser (Baumwollfaser]oder Kunststofffaser), siehe dazu 9. Dies ermöglicht zum einem eine lange Lagerfähigkeit im trockenen Zustand (kein immobilisiertes Gel notwendig) und zum anderen die Befüllung mit nur einem flüssigen Elektrolyten, welcher wiederherum in einem Schritt eingefüllt werden kann (einfache Fertigung). Anstatt des Feststoffnetzwerks können auch quellbare Kunstoffpartikel (z.B. Superabsorberpartikel) eingesetzt werden.Alternatively or additionally and to prevent air bubbles in the reference protection 19 the contact at the opening 35 interrupt, the filling of the reference protection takes place 19 with a wettable solid network 37 such as fiberglass, organic fiber (cotton fiber) or plastic fiber), see 9 , This allows for a long shelf life in the dry state (no immobilized gel necessary) and on the other hand, the filling with only a liquid electrolyte, which can be filled in one step again (simple production). Instead of the solid network also swellable plastic particles (eg Superabsorberpartikel) can be used.

Um eine lange Lebensdauer und Standzeit eines Sensors mit dem Referenzschutz 19 zu erreichen, kann zumindest ein zusätzlicher Vorrat an Silberchlorid in Form eines kompakten Silberchloridpresslings 40 in den Referenzschutz 19 eingefüllt werden. Damit eine genaue Dosierung möglich ist, haben die Presslinge ein definiertes Gewicht. Die Form der Presslinge ist dabei variabel. Der oder die Presslinge 40 befinden sich im Inneren des Referenzschutzes 19 in Tablettenform. Diese sind dann größer als das Loch für den Diffusionsquerschnitt.For a long life and durability of a sensor with the reference protection 19 At least one additional supply of silver chloride in the form of a compact silver chloride compact can be achieved 40 in the reference protection 19 be filled. In order for accurate dosing is possible, the compacts have a defined weight. The shape of the compacts is variable. The compact (s) 40 are inside the reference protection 19 in tablet form. These are then larger than the hole for the diffusion cross section.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Sensor sensor
22
Sensorelement sensor element
33
Gehäuse casing
44
Schaft shaft
55
Elektronikgehäuseteil Electronics housing part
66
Chipgehäuse chip package
77
Dichtung für 2 Seal for 2
88th
Gehäusewand housing wall
99
Öffnung opening
1010
Schutzhülse protective sleeve
1111
Gehäuseinnenraum Housing interior
1212
Leiterkarte PCB
12a12a
starrer Teil von 12 rigid part of 12
12b12b
flexibler Teil von 12 flexible part of 12
1313
Referenzelektrode reference electrode
1414
Silberchloridbeschichtung Silver chloride coating
1515
Sensorschaltung sensor circuit
1616
Leiterbahnen conductor tracks
1717
Temperatursensor temperature sensor
1818
Chipträger chip carrier
1919
Referenzschutz reference protection
2020
Überführung overpass
2121
Öffnung für 20 Opening for 20
2222
Rastnase von 18 Latch of 18
2323
Überhang von 18 Overhang of 18
2424
Rastnase von 6 Latch of 6
2525
Haltevorrichtung von 18 Holding device of 18
2626
Haltevorrichtung von 19 Holding device of 19
2727
Öffnung in 19 Opening in 19
2828
Rastöffnung von 19 Latching opening of 19
2929
Vergussendbereich Vergussendbereich
3131
Erster Elektrolyt First electrolyte
3232
Zweiter Elektrolyt Second electrolyte
3333
Spule Kitchen sink
3434
Kappe von 19 Cap of 19
3535
Öffnung in 34 Opening in 34
3636
Vlies fleece
3737
benetzbares Feststoffnetzwerk wettable solid network
3838
Führung in 18 für 12, insbesondere 12b Leadership in 18 For 12 , especially 12b
3939
Leiterkarte PCB
4040
Nachfüllbehälter refill
100100
Medium medium

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19857953 A1 [0004] DE 19857953 A1 [0004]
  • EP 1396718 A1 [0006] EP 1396718 A1 [0006]

Claims (22)

Sensor 1() zur Erfassung einer Analytkonzentration eines Mediums (100), umfassend – ein Gehäuse (3) mit einem Gehäuseinnenraum (11), wobei das Gehäuse (3) zumindest abschnittsweise vom Medium (100) umgeben ist, wobei der Gehäuseinnenraum (11) mit einem ersten Elektrolyten (31) gefüllt ist, wobei innerhalb einer den Gehäuseinnenraum (11) begrenzenden Gehäusewand (8) eine Überführung (20) zwischen dem Medium (100) und dem ersten Elektrolyten (31) angeordnet ist, – ein mit dem Medium (100) in Kontakt stehendes Sensorelement (2) mit einer analytsensitiven Oberfläche, – eine Schutzhülse (10) zur Aufnahme des Sensorelements (2) an einem ersten Endbereich, wobei die Schutzhülse (2) mit dem Gehäuse (3) lösbar verbunden ist, insbesondere sind Schutzhülse (2) und Gehäuse (3) ineinander eingerastet, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements (2) gegen die Gehäusewand (8) des Gehäuses (3) drückt, wobei die analytsensitive Oberfläche eine Öffnung (9) der Gehäusewand (8) verschließt, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements (2) mit dem Medium (100) in Kontakt steht, wobei der erste Endbereich der Schutzhülse (2) bis zu einem Vergussendbereich (29) verschlossen, insbesondere vergossen, ist, so dass erster Elektrolyt (31) nicht ins Innere der Schutzhülse (10) gelangen kann, wobei die Schutzhülse (10) mit einem zweiten Elektrolyten (32) gefüllt ist, die Schutzhülse (10) in seinem Innern eine Referenzelektrode (13) umfasst und diese zumindest abschnittsweise in den zweiten Elektrolyten (32) eintaucht. Sensor 1 () for detecting an analyte concentration of a medium ( 100 ), comprising - a housing ( 3 ) with a housing interior ( 11 ), the housing ( 3 ) at least in sections from the medium ( 100 ), wherein the housing interior ( 11 ) with a first electrolyte ( 31 ) is filled, wherein within a housing interior ( 11 ) limiting housing wall ( 8th ) an overpass ( 20 ) between the medium ( 100 ) and the first electrolyte ( 31 ), - one with the medium ( 100 ) in contact sensor element ( 2 ) with an analyte-sensitive surface, - a protective sleeve ( 10 ) for receiving the sensor element ( 2 ) at a first end region, wherein the protective sleeve ( 2 ) with the housing ( 3 ) is releasably connected, in particular protective sleeve ( 2 ) and housing ( 3 ) so that the analyte-sensitive surface of the sensor element ( 2 ) against the housing wall ( 8th ) of the housing ( 3 ), the analyte-sensitive surface having an opening ( 9 ) the housing wall ( 8th ), so that the analyte-sensitive surface of the sensor element ( 2 ) with the medium ( 100 ), wherein the first end portion of the protective sleeve ( 2 ) up to a potting end area ( 29 ), in particular potted, is, so that the first electrolyte ( 31 ) not inside the protective sleeve ( 10 ), wherein the protective sleeve ( 10 ) with a second electrolyte ( 32 ), the protective sleeve ( 10 ) in its interior a reference electrode ( 13 ) and these at least in sections in the second electrolyte ( 32 immersed). Sensor (1) nach Anspruch 1, wobei das Sensorelement (2) auf einer Leiterplatte (12), insbesondere auf einer Starrflex-Leiterplatte, angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (12) ins Innere der Schutzhülse (10) geführt ist und die Referenzelektrode (13) umfasst, und wobei die Leiterplatte (12) Leiterbahnen umfasst und das Sensorelement (2) und die Referenzelektrode (13) mit diesen Leiterbahnen elektrisch verbunden ist.Sensor ( 1 ) according to claim 1, wherein the sensor element ( 2 ) on a printed circuit board ( 12 ), in particular on a rigid-flex circuit board, wherein the circuit board ( 12 ) inside the protective sleeve ( 10 ) and the reference electrode ( 13 ), and wherein the printed circuit board ( 12 ) Conductor tracks and the sensor element ( 2 ) and the reference electrode ( 13 ) is electrically connected to these tracks. Sensor (1) nach Anspruch 2, wobei die Leiterplatte (12) länger als die Schutzhülse (10) ausgestaltet ist, und mit einer dem Sensorelement (2) gegenüberliegenden Endbereich des Sensors (1) angeordneten Sensorschaltung (15) verbunden ist.Sensor ( 1 ) according to claim 2, wherein the printed circuit board ( 12 ) longer than the protective sleeve ( 10 ) and with a sensor element ( 2 ) opposite end portion of the sensor ( 1 ) arranged sensor circuit ( 15 ) connected is. Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das analytsensitive Sensorelement (2) ein Halbleitersubstrat und eine auf dem Halbleitersubstrat aufgebrachte Beschichtung umfasst, deren mit dem Medium (100) in Kontakt stehende Oberfläche den analytsensitiven Bereich des Sensorelements (2) bildet.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 3, wherein the analyte-sensitive sensor element ( 2 ) comprises a semiconductor substrate and a coating applied to the semiconductor substrate, the coating of which with the medium ( 100 ) in contact with the analyte-sensitive region of the sensor element ( 2 ). Sensor (1) nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung Teil einer EIS-Struktur, insbesondere eines ionensensitiven Feldeffekttransistors (ISFET), ist.Sensor ( 1 ) according to claim 4, wherein the coating is part of an EIS structure, in particular an ion-sensitive field effect transistor (ISFET). Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und zweite Elektrolyt (31, 32) chemisch gleich sind.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 5, wherein the first and second electrolytes ( 31 . 32 ) are chemically the same. Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schutzhülse (10) mehrteilig mit einem Chipträger (18) und einem Referenzschutz (19) ausgebildet ist, wobei der Chipträger (18) das Sensorelement (2) aufnimmt und den ersten Endbereich der Schutzhülse (10) bildet, wobei der Referenzschutz (19) mit dem zweitem Elektrolyt (32) gefüllt ist und die Referenzelektrode (13) umfasst.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 6, wherein the protective sleeve ( 10 ) in several parts with a chip carrier ( 18 ) and a reference protection ( 19 ), wherein the chip carrier ( 18 ) the sensor element ( 2 ) and the first end portion of the protective sleeve ( 10 ), the reference protection ( 19 ) with the second electrolyte ( 32 ) and the reference electrode ( 13 ). Sensor (1) nach Anspruch 7, wobei der Chipträger (18) eine erste Befestigungsvorrichtung (25) und der Referenzschutz (19) eine zweite Befestigungsvorrichtung (26) umfasst, wobei der Chipträger (18) mit dem Referenzschutz (19) lösbar verbunden ist, insbesondere sind Chipträger (18) und Referenzschutz (19) ineinander eingerastet.Sensor ( 1 ) according to claim 7, wherein the chip carrier ( 18 ) a first fastening device ( 25 ) and the reference protection ( 19 ) a second fastening device ( 26 ), wherein the chip carrier ( 18 ) with the reference protection ( 19 ) is detachably connected, in particular chip carriers ( 18 ) and reference protection ( 19 ) interlocked. Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Endbereich der Schutzhülse (10) mittels eines Verguss vergossen ist.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 8, wherein the end region of the protective sleeve ( 10 ) is poured by means of a potting. Sensor (1) nach Anspruch 9, insbesondere nach Anspruch 7 und 9, wobei die Schutzhülse am ersten Endbereich Öffnungen für den Verguss umfasst, insbesondere umfasst der Referenzschutz diese Löcher.Sensor ( 1 ) according to claim 9, in particular according to claim 7 and 9, wherein the protective sleeve at the first end region comprises openings for the potting, in particular the reference protection comprises these holes. Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schutzhülse (10) an einem zweiten Endbereich eine Kappe (34) mit einer Öffnung (35) umfasst.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 10, wherein the protective sleeve ( 10 ) at a second end portion a cap ( 34 ) with an opening ( 35 ). Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Leiterplatte (12) einen Kontaktstreifen (36) umfasst, der bei in die Schutzhülse (10) eingelegter Leiterplatte (12) die Schutzhülse (10) überragt, und den elektrolytischen Kontakt zwischen dem ersten Elektrolyten (31) im Gehäuseinnenraum (11) und dem zweiten Elektrolyten (43) in der Schutzhülse (10) sicherstellt.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 2 to 11, wherein the printed circuit board ( 12 ) a contact strip ( 36 ), which is in the protective sleeve ( 10 ) inserted PCB ( 12 ) the protective sleeve ( 10 ) and the electrolytic contact between the first electrolyte ( 31 ) in the housing interior ( 11 ) and the second electrolyte ( 43 ) in the protective sleeve ( 10 ). Sensor (1) nach Anspruch 12, wobei der Kontaktreifen (36) als faseriges hydrophiles temperaturstabiles Gewebe, insbesondere als Flies, ausgestaltet ist. Sensor ( 1 ) according to claim 12, wherein the contact tire ( 36 ) is configured as a fibrous hydrophilic temperature-stable tissue, in particular as a fleece. Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Schutzhülse (10) ein benetzbares Feststoffnetzwerk (37), insbesondere eine Glasfaser, organische Faser, insbesondere eine Baumwollfaser, oder eine Kunststofffaser, oder quellbare Kunststoffpartikel, insbesondere Superabsorberpartikel, umfasst.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 13, wherein the protective sleeve ( 10 ) a wettable solid network ( 37 ), in particular a glass fiber, organic fiber, in particular a cotton fiber, or a plastic fiber, or swellable plastic particles, in particular superabsorbent particles. Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Schutzhülse (10) zumindest einen Nachfüllbehälter (40) für die Referenzelektrode (13) umfasst.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 14, wherein the protective sleeve ( 10 ) at least one refill container ( 40 ) for the reference electrode ( 13 ). Sensor (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Gehäuse (3) mehrteilig mit einem Schaft (4) und einem Chipgehäuse (6) ausgestaltet ist, wobei das Chipgehäuse (6) die Überführung (20) umfasst, wobei das Chipgehäuse (6) mit der Schutzhülse (10) lösbar verbunden ist, insbesondere sind Schutzhülse (10) und Chipgehäuse (6) ineinander eingerastet.Sensor ( 1 ) according to at least one of claims 1 to 15, wherein the housing ( 3 ) in several parts with a shank ( 4 ) and a chip housing ( 6 ) is configured, wherein the chip housing ( 6 ) the transfer ( 20 ), wherein the chip housing ( 6 ) with the protective sleeve ( 10 ) is releasably connected, in particular protective sleeve ( 10 ) and chip housing ( 6 ) interlocked. Verfahren zur Herstellung eines Sensors (1), insbesondere nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, zur Erfassung einer Analytkonzentration eines Mediums (100), umfassend die Schritte – Bereitstellen einer Leiterplatte (12), insbesondere einer Starrflex-Leiterplatte, umfassend ein Sensorelement mit einer analytsensitiven Oberfläche und eine Referenzelektrode (13), wobei die Leiterplatte (12) Leiterbahnen umfasst und das Sensorelement (2) und die Referenzelektrode (13) mit diesen Leiterbahnen elektrisch verbunden ist, – Einbringen der Leiterplatte (12) in eine Schutzhülse (10), – Bereitstellen eines Gehäuses (2) mit einem Gehäuseinnenraum (11), wobei das Gehäuse (2) zumindest abschnittsweise vom Medium (100) umgeben ist, wobei der Gehäuseinnenraum (11) mit einem ersten Elektrolyten (31) gefüllt ist, wobei innerhalb einer den Gehäuseinnenraum (11) begrenzenden Gehäusewand (8) eine Überführung (20) zwischen dem Medium (100) und dem ersten Elektrolyten (31) angeordnet ist, und – Einbringen der Schutzhülse (10) in das Gehäuse (3), so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements (2) gegen die Gehäusewand (8) des Gehäuses (3) drückt, wobei die analytsensitive Oberfläche eine Öffnung (9) der Gehäusewand (8) verschließt, so dass die analytsensitive Oberfläche des Sensorelements (2) mit dem Medium (100) in Kontakt steht, wobei der erste Endbereich der Schutzhülse (20) verschlossen ist, so dass erster Elektrolyt (31) nicht ins Innere der Schutzhülse (10) gelangen kann, wobei die Schutzhülse (10) mit einem zweiten Elektrolyten (32) gefüllt ist, die Schutzhülse (10) in seinem Innern eine Referenzelektrode (13) umfasst und diese in den zweiten Elektrolyten (32) eintaucht.Method for producing a sensor ( 1 ), in particular according to at least one of claims 1 to 16, for detecting an analyte concentration of a medium ( 100 ), comprising the steps - providing a printed circuit board ( 12 ), in particular a rigid-flex circuit board, comprising a sensor element with an analyte-sensitive surface and a reference electrode ( 13 ), the printed circuit board ( 12 ) Conductor tracks and the sensor element ( 2 ) and the reference electrode ( 13 ) is electrically connected to these tracks, - introducing the circuit board ( 12 ) in a protective sleeve ( 10 ), - providing a housing ( 2 ) with a housing interior ( 11 ), the housing ( 2 ) at least in sections from the medium ( 100 ), wherein the housing interior ( 11 ) with a first electrolyte ( 31 ) is filled, wherein within a housing interior ( 11 ) limiting housing wall ( 8th ) an overpass ( 20 ) between the medium ( 100 ) and the first electrolyte ( 31 ), and - inserting the protective sleeve ( 10 ) in the housing ( 3 ), so that the analytsensitive surface of the sensor element ( 2 ) against the housing wall ( 8th ) of the housing ( 3 ), the analyte-sensitive surface having an opening ( 9 ) the housing wall ( 8th ), so that the analyte-sensitive surface of the sensor element ( 2 ) with the medium ( 100 ), wherein the first end portion of the protective sleeve ( 20 ), so that the first electrolyte ( 31 ) not inside the protective sleeve ( 10 ), wherein the protective sleeve ( 10 ) with a second electrolyte ( 32 ), the protective sleeve ( 10 ) in its interior a reference electrode ( 13 ) and these into the second electrolyte ( 32 immersed). Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Einbringen der Leiterplatte (12) in die Schutzhülse (10) umfasst – Bereitstellen einer mehrteiligen Schutzhülse mit einem Chipträger (18) und einem Referenzschutz (19), wobei der Referenzschutz (19) mit dem zweitem Elektrolyt (32) gefüllt ist und die Referenzelektrode (13) umfasst, – Einführen der Leiterplatte (12) in den Referenzschutz (19), – Anbringen des Sensorelements (2) in den Chipträger (18), und – Verbinden, insbesondere ineinander einrasten, des Chipträgers (18) mit dem Referenzschutz (19).The method of claim 17, wherein the introduction of the printed circuit board ( 12 ) in the protective sleeve ( 10 ) - providing a multi-part protective sleeve with a chip carrier ( 18 ) and a reference protection ( 19 ), whereby the reference protection ( 19 ) with the second electrolyte ( 32 ) and the reference electrode ( 13 ), - inserting the printed circuit board ( 12 ) in the reference protection ( 19 ), - mounting the sensor element ( 2 ) in the chip carrier ( 18 ), and - connect, in particular snap into each other, the chip carrier ( 18 ) with the reference protection ( 19 ). Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Einbringen der Schutzhülse (10) in das Gehäuse (3) umfasst – Bereitstellen eines mehrteiligen Gehäuses (3) mit einem Schaft (4) und einem Chipgehäuse (6), wobei das Chipgehäuse (6) die Überführung (20) umfasst, – Verbinden, insbesondere ineinander einrasten, das Chipgehäuses (6) mit dem Referenzschutz (19). The method of claim 18, wherein the introduction of the protective sleeve ( 10 ) in the housing ( 3 ) - providing a multi-part housing ( 3 ) with a shaft ( 4 ) and a chip housing ( 6 ), wherein the chip housing ( 6 ) the transfer ( 20 ), in particular engage one another, the chip housing ( 6 ) with the reference protection ( 19 ). Verfahren nach Anspruch 19, weiter umfassend den Schritt – Vergießen des Chipgehäuses (6) bis zu einem Vergussendbereich (29), wobei die Referenzelektrode (13) längs der Leiterplatte (12) angeordnet ist und einem dem Sensorelement (2) zugewandten Kontaktabschnitt und einem dem Sensorelement abgewandten freien Abschnitt umfasst, wobei die Referenzelektrode (13) am Kontaktabschnitt mit der Leiterplatte (12) verbunden ist und der Vergussendbereich (29) den Übergang von Kontaktabschnitt und freiem Abschnitt darstellt.The method of claim 19, further comprising the step of potting the chip package ( 6 ) up to a potting end area ( 29 ), wherein the reference electrode ( 13 ) along the printed circuit board ( 12 ) and a sensor element ( 2 ) facing the contact portion and a sensor element facing away from the free portion, wherein the reference electrode ( 13 ) at the contact portion with the circuit board ( 12 ) and the potting end area ( 29 ) represents the transition from contact section and free section. Verfahren nach Anspruch 20, weiter umfassend den Schritt – Verschließen des Referenzschutzes (19) mit einer Kappe (34).The method of claim 20, further comprising the step of closing the reference protection ( 19 ) with a cap ( 34 ). Verfahren nach Anspruch 21, weiter umfassend den Schritt – Anbringen des Schafts (4) auf das Chipgehäuse (6), – Befüllen des Referenzschutzes (19) und/oder des Gehäuseinnenraums (11) des Gehäuses (3) des Sensors (1) mit einem ersten Elektrolyt (31) oder mit einem ersten und zweiten Elektrolyt (31, 32).The method of claim 21, further comprising the step of attaching the stem ( 4 ) on the chip housing ( 6 ), - filling the reference protection ( 19 ) and / or the housing interior ( 11 ) of the housing ( 3 ) of the sensor ( 1 ) with a first electrolyte ( 31 ) or with a first and second electrolyte ( 31 . 32 ).
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