DE102016101715A1

DE102016101715A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102016101715A1
Application number: DE102016101715.9A
Authority: DE
Inventors: Ingrid Wunderlich; Michael Hanko; Christian Fanselow
Original assignee: Endress & Hauser Conducta & Co Kg GmbH; Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress & Hauser Conducta & Co Kg GmbH; Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-08-03
Also published as: US10598626B2; US20170219512A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung umfassend: ein mit einem Prozessbehälter verbindbares Gehäuse, in dem ein Führungskanal gebildet ist, und einen in dem Führungskanal in axialer Richtung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verfahrbaren Sensorkörper, wobei der Sensorkörper mindestens einen aus dem Gehäuse ausfahrbaren Endabschnitt aufweist, der mindestens ein der Erfassung einer Messgröße eines Messmediums dienendes Sensorelement umfasst, wobei das mindestens eine Sensorelement in der ersten Position des Sensorkörpers innerhalb einer in dem Gehäuse gebildeten Kammer angeordnet ist und in der zweiten Position des Sensorkörpers außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und wobei der mindestens eine Endabschnitt des Sensorkörpers eine stirnseitige Grundfläche und eine Umfangsfläche aufweist, wobei das mindestens eine Sensorelement einen Teil der Umfangsfläche bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung umfassend ein mit einem Prozessbehälter verbindbares Gehäuse, in dem ein Führungskanal gebildet ist, und einen in dem Führungskanal in axialer Richtung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verfahrbaren Sensorkörper mit einem aus dem Gehäuse ausfahrbaren, der Erfassung einer Messgröße eines Messmediums dienenden Sensorelement.
Pharmazeutische, biologische, biochemische oder biotechnologische Prozesse werden in zunehmendem Maße mittels sogenannter Einwegprozesslösungen, z.B. in Prozessanlagen in Single-Use-Technologie durchgeführt. Solche Prozessanlagen umfassen Rohrleitungen oder Reaktoren, die als Einwegbehälter (englischer Fachbegriff auch: disposables bzw. disposable bioreactors oder single-use bioreactor bzw. single-use component) ausgestaltet sind. Diese Einwegbehälter können beispielsweise flexible Behälter, z.B. Beutel, Schläuche oder Fermenter sein. Bioreaktoren oder Fermenter besitzen häufig Zu- und Ableitungen, die beispielsweise als Schläuche ausgestaltet sein können. In die Zu- und Ableitungen können auch feste Rohrstücke eingesetzt sein. Nach Beendigung eines Prozesses können die Einwegbehälter entsorgt werden. Auf diese Weise werden aufwändige Reinigungs- und Sterilisationsverfahren vermieden. Insbesondere wird durch den Einsatz von Einwegbehältern das Risiko von Kreuzkontaminationen verhindert und damit die Prozesssicherheit erhöht.
Um die Prozesse zu überwachen oder zu kontrollieren, kann es notwendig sein, physikalische oder chemische Messgrößen der in den Einweg-Prozessbehältern enthaltenen Medien zu messen. Hierbei kommen optische, aber auch elektrochemische, insbesondere potentiometrische oder amperometrische Sensoren oder Leitfähigkeitssensoren, zum Einsatz. Als vorteilhaft haben sich außerdem sogenannte Multisensoren erwiesen, die dazu ausgestaltet sind, mehrere voneinander verschiedene Messgrößen zu messen. Solche Multisensoren weisen häufig mehrere Messaufnehmer auf, wobei jeder Messaufnehmer zur Erfassung von Messwerten einer der zu überwachenden Messgrößen ausgestaltet ist.
Die in den Einwegbehältern durchgeführten Prozesse laufen in einem geschlossenen System, d.h. ohne Verbindung zur Umgebung außerhalb der Einwegbehälter, ab. Da häufig sterile Bedingungen erforderlich sind, müssen die Einwegbehälter vor dem Einbringen der Prozessmedien sterilisiert werden. Zu diesem Zweck kommt in biochemischen, biologischen, biotechnologischen und pharmazeutischen Anwendungen häufig Gammastrahlung zum Einsatz. Auch während die Prozesse in einem Einwegfermenter oder Einwegreaktor ablaufen, muss das Eindringen von Fremdsubstanzen, insbesondere von Keimen, aus der Umgebung in das Innere des Einwegbehälters vermieden werden, um den Prozessablauf nicht zu beeinträchtigen oder zu verfälschen. Dasselbe gilt auch für Zu- und Ableitungen, die in den Einwegfermenter oder Einwegreaktor münden oder aus dem Einwegfermenter oder Einwegreaktor bzw. aus dem Einwegfermenter oder Einwegreaktor herausgeführt sind.
Ein oder mehrere in den Einwegbehälter integrierte Sensoren können zusammen mit diesem sterilisiert werden. Durch das Sterilisieren und/oder für den Fall, dass zwischen der Sterilisierung und der Inbetriebnahme der Einwegbehälter und der integrierten Sensoren eine längere Zeitspanne liegt, können sich Eigenschaften der integrierten Sensoren verändern, was zu einer Veränderung der jeweiligen Sensorkennlinien, z.B. zu einer Nullpunkts-Drift, führen kann. Potentiometrische und amperometrische Sensoren umfassen häufig Membranen, die idealerweise feucht gelagert werden sollten. Die Feuchtlagerung gewährleistet, dass der Sensor sofort ab Inbetriebnahme verlässliche Messwerte ausgibt.
Hinzu kommt, dass die für viele biochemische und biotechnologische Prozesse erforderliche Sterilisierung mittels Gammastrahlung zur Zerstörung elektronischer Komponenten der Sensoren führen kann. Es ist deshalb beispielsweise in DE 10 2011 080 956 A1 vorgeschlagen worden, in die Wandung zu sterilisierender Einwegbehälter integrierte Sensoren als analoge Einweg-Sensoren auszugestalten und erst nach der Sterilisierung lösbar mit einer, außerhalb des Einwegbehälters angeordneten, nicht sterilisierbare Komponenten umfassenden Elektronikeinheit zu verbinden, die dazu ausgestaltet ist, die von dem Sensor zur Verfügung gestellten analogen Messwerte weiter zu verarbeiten. Die Elektronikeinheit kann nach Beendigung des Prozesses weiter verwendet und mit einem neuen sterilisierten Einweg-Sensor in einer anderen Prozessanlage verbunden werden. Da die vollständige Messstrecke, welche den analogen Sensor und die Elektronikeinheit umfasst, erst bei Inbetriebnahme vorliegt, wäre in solchen Fällen eine effiziente Kalibrierung, Verifizierung oder gar eine Justierung der die in den Einwegbehälter integrierten Sensoren unmittelbar vor Inbetriebnahme ebenfalls wünschenswert.
Aus EP 2734611 B1 ist eine Sensoranordnung bekannt, die an einem Prozessbehälter festlegbar ist, und die ein Gehäuse umfasst, in dem ein Sondenrohr axial geführt in den Prozessbehälter ein- und wieder ausfahrbar ist. In dem Sondenrohr ist ein Sensor, z.B. ein pH-Sensor aufgenommen, dessen vorderseitiger Endabschnitt, der zur Erfassung von Messwerten einer Messgröße mit einem Messmedium in Kontakt gebracht werden muss, aus dem Sondenrohr herausragt. Über einen axial verlaufenden Steg ist ein scheibenförmiges Verschlusselement mit dem Sondenrohr verbunden. In einer ersten, in das Gehäuse eingefahrenen Position des Sondenrohrs verschließt das Verschlusselement das Gehäuse prozessbehälterseitig und das Sensorelement des Sensors ist in einer innerhalb des Gehäuses gebildeten Kammer angeordnet. In dieser Kammer kann eine Flüssigkeit, beispielsweise eine Kalibrierflüssigkeit enthalten sein. In einer zweiten, aus dem Gehäuse ausgefahrenen Position des Sondenrohrs ist das Verschlusselement vom Gehäuse beabstandet angeordnet, so dass die innerhalb des Gehäuses gebildete Kammer gegenüber dem Prozessbehälter offen ist, und der Sensor ein in dem Prozessbehälter enthaltenes Medium zur Durchführung von Messungen kontaktieren kann. Da das Verschlusselement vom Sensorelement in axialer Richtung zum Prozessbehälter hin beabstandet angeordnet ist, muss das Sondenrohr über eine relativ weite Strecke in den Prozessbehälter hineingefahren werden, damit der Sensor in Kontakt mit einem in dem Prozessbehälter enthaltenen Messmedium gebracht werden kann. Zudem kann bei der bekannten Sensoranordnung eine Verschleppung von Flüssigkeit aus der innerhalb des Gehäuses gebildeten Kammer in den Prozessbehälter bzw. von einem Medium aus dem Prozessbehälter in die Kammer nicht ausgeschlossen werden.
In EP 2363704 B1 ist eine Sensoranordnung mit einer zu kalibrierenden Sensoreinrichtung und einem ein Kalibriermittel enthaltenden Kompartiment beschrieben, wobei die Sensoreinrichtung und das Kompartiment relativ zueinander beweglich in einem Gehäuse aufgenommen sind, das mit einem Prozessbehälter verbindbar ist. In dem Kompartiment kann die Sensoreinrichtung kalibriert werden und dann durch eine irreversibel ausführbare Relativbewegung zwischen der Sensoreinrichtung und dem Kompartiment in eine Messbereitschaftsposition gebracht werden. Die Vorrichtung ist verhältnismäßig kompliziert aufgebaut. Zur Vermeidung von Verschleppung von Flüssigkeit aus der innerhalb des Gehäuses gebildeten Kammer in den Prozessbehälter weist sie ein Septum auf, durch das ein sensitives Element des Sensors bewegt werden kann. Da die Bewegung des Sensors irreversibel ist, kann der Sensor nicht mehr zurückbewegt werden. Damit ist zwar eine Verschleppung von Prozessmedien aus dem Prozessbehälter in das Kompartiment unterbunden. Andererseits ist damit eine erneute Kalibrierung oder eine Regenerierung der Sensoreinrichtung im Kompartiment nach einer gewissen Einsatzdauer ausgeschlossen.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Sensoranordnung mit mindestens einem Sensorelement zur Erfassung einer Messgröße eines Messmediums in einem Prozessbehälter, insbesondere einem Einweg-Prozessbehälter, anzugeben, die eine schnelle Inbetriebnahme und eine ausreichende Messgenauigkeit und -güte der erfassten Messwerte ermöglicht. Vorteilhaft soll die Sensoranordnung einfacher aufgebaut sein als die aus dem Stand der Technik bekannten Sensoranordnungen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Sensoranordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst:
ein mit einem Prozessbehälter verbindbares Gehäuse, in dem ein Führungskanal gebildet ist, und einen in dem Führungskanal in axialer Richtung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verfahrbaren Sensorkörper,
wobei der Sensorkörper mindestens einen aus dem Gehäuse ausfahrbaren Endabschnitt aufweist, der mindestens ein der Erfassung einer Messgröße eines Messmediums dienendes Sensorelement umfasst,
wobei das mindestens eine Sensorelement in der ersten Position des Sensorkörpers innerhalb einer in dem Gehäuse gebildeten Kammer angeordnet ist und in der zweiten Position des Sensorkörpers außerhalb des Gehäuses angeordnet ist,
wobei der mindestens eine Endabschnitt des Sensorkörpers eine stirnseitige Grundfläche und eine Umfangsfläche aufweist, und
wobei das mindestens eine Sensorelement einen Teil der Umfangsfläche bildet.
Indem das mindestens eine Sensorelement einen Teil der Umfangsfläche bildet, kann auf weitere Bauteile zur Aufnahme des Sensors, z.B. ein Sondenrohr, verzichtet werden. Während die aus EP 2734611 B1 bekannte Sensoranordnung ein axial in Richtung des Prozessbehälters vom Sensorelement beabstandetes Verschlusselement benötigt, um das Gehäuseinnere gegenüber dem Prozessbehälter abzuschließen, wenn das Sondenrohr in das Gehäuse der Sensoranordnung zurückgezogen ist, kann bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung das Gehäuse in der ersten Position des Sensorkörpers, in der das Sensorelement innerhalb der in dem Gehäuse gebildeten Kammer angeordnet ist, durch das prozessseitige Ende des Sensorkörpers flüssigkeitsdicht abgeschlossen werden. Ein Septum zum Trennen des Gehäuses der Sensoranordnung vom Prozessbehälter ist ebenfalls nicht erforderlich. Somit kann die erfindungsgemäße Sensoranordnung sehr einfache aus wenigen Bauteilen ausgestaltet werden. Die Positionierung des Sensorelements an der Umfangsfläche erlaubt es außerdem, an der Umfangsfläche einschließlich des Sensorelements anhaftende Substanzen beim Einfahren in den Prozessbehälter bzw. beim Herausfahren aus dem Prozessbehälter abzustreifen, so dass Verschleppungen von Substanzen zwischen der Kammer und dem Prozessbehälter vermieden werden können, auch wenn das Sensorelement mehrfach aus dem Gehäuse ausgefahren und wieder zurück in das Gehäuse eingefahren wird.
Der Prozessbehälter kann beispielsweise ein Prozessbehälter in Single-Use bzw. Disposable Technologie sein, wie eingangs schon beschrieben. Er kann insbesondere aus einem Kunststoff mit Hygiene-Zulassung gebildet sein und eine flexible oder feste Wandung aufweisen. Der Behälter mit der integrierten Sensoranordnung kann mittels Gammastrahlung bis zu 50 kGy sterilisiert werden und anschließend gleich in Betrieb genommen oder vor Inbetriebnahme über einen längeren Zeitraum gelagert werden. Die Sensoranordnung kann in diesem Fall ebenfalls mindestens zum Teil aus einem Kunststoff, insbesondere aus einem Kunststoff mit Hygiene-Zulassung, gebildet sein.
In einer Ausgestaltung ist mindestens ein Teil der Umfangsfläche durch eine Gehäusewandung eines Gehäuseteils des Sensorkörpers gebildet, wobei das mindestens eine Sensorelement in die Gehäusewandung integriert ist, insbesondere in der Weise, dass das Sensorelement einstückig mit der Gehäusewandung gebildet ist oder dass das mindestens eine Sensorelement stoffschlüssig mit einer Öffnung der Gehäusewandung derart verbunden ist, dass das mindestens eine Sensorelement die Öffnung der Gehäusewandung verschließt. Der Sensorkörper kann aus einem einzigen Gehäuseteil oder aus mehreren miteinander verbundenen Gehäuseteilen gebildet sein. Die Umfangsfläche kann eine außenliegende Oberfläche oder ein Oberflächenbereich der die Umfangsfläche bildenden Wandung sein.
Das mindestens eine Sensorelement kann beispielsweise eine Membran umfassen, welche eine von der Gehäusewandung umgebene Kammer verschließt.
In einer Ausgestaltung kann das mindestens eine Sensorelement als ein um eine Rotationssymmetrieachse, insbesondere eine Zylinderachse, der Gehäusewandung umlaufender, insbesondere ringförmiger, Einsatz in der Gehäusewandung ausgebildet sein. Umfasst das Sensorelement eine Membran oder ist es als Membran ausgestaltet, kann diese als ein um eine Rotationssymmetrieachse, insbesondere die Zylinderachse, der Gehäusewandung umlaufender, insbesondere ringförmiger, Einsatz in der Gehäusewandung ausgebildet sein.
Das Gehäuseteil, dessen Gehäusewandung mindestens einen Teil der Umfangsfläche bildet, kann beispielsweise zylindrisch oder ringförmig ausgestaltet sein und das mindestens eine Sensorelement, insbesondere – für den Fall, dass das Sensorelement eine Membran umfasst – die Membran, kann das Gehäuseteil an einem Ende als, insbesondere kapselförmiger oder als ringförmige Wanne ausgestalteter, Ansatz das Gehäuse verschließen. Der Ansatz in Kapsel- oder ringförmiger Wannenform kann beispielsweise einstückig mit dem Gehäuseteil ausgestaltet sein oder mit einem Ende des Gehäuseteils stoffschlüssig verbunden sein. Zur Verbindung des Gehäuseteils mit dem Ansatz kommt insbesondere eine Verschmelzung oder Verklebung in Frage.
Die Sensoranordnung kann als potentiometrische Sensoranordnung mit einer Messhalbzelle und einer Bezugshalbzelle ausgestaltet sein. Die potentiometrische Sensoranordnung kann beispielsweise als potentiometrischer pH-Sensor oder als ionenselektive Elektrode zur Bestimmung der Konzentration bzw. Aktivität einer bestimmten Ionenart ausgestaltet sein.
In dieser Ausgestaltung können in dem Sensorkörper eine Messhalbzellenkammer und eine Bezugshalbzellenkammer gebildet sein. In der Messhalbzellenkammer kann ein Innenelektrolyt aufgenommen sein. Falls die potentiometrische Sensoranordnung zur Bestimmung des pH-Werts dient, kann es sich bei dem Innenelektrolyten um eine Pufferlösung mit einer vorgegebenen Konzentration an Chloridionen handeln. In der Bezugshalbzellenkammer kann entsprechend ein Bezugselektrolyt enthalten sein, z.B. eine KCl-Lösung vorgegebener Konzentration. In der Messhalbzellenkammer kann ein Ableitelement angeordnet sein, das den Innenelektrolyten kontaktiert und das elektrisch leitend mit einer Kontaktstelle außerhalb der Messhalbzellenkammer verbunden ist. Das Ableitelement kann ein Metalldraht, z.B. ein chloridierter Silberdraht, sein. In der Bezugshalbzellenkammer kann ein Bezugselement, beispielsweise ein den Bezugselektrolyt kontaktierender, chloridierter Silberdraht angeordnet sein, das elektrisch leitend mit einer weiteren Kontaktstelle außerhalb der Bezugshalbzellenkammer verbunden ist. In dem Sensorkörper, außerhalb der Bezugshalbzellenkammer und der Messhalbzellenkammer, kann eine Messschaltung angeordnet sein, welche mit den beiden Kontaktstellen verbunden ist und dazu ausgestaltet ist, eine Potentialdifferenz zwischen dem Ableitelement und dem Bezugselement zu erfassen. Die Messschaltung kann mittels einer Steckverbindung mit einer übergeordneten elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung verbindbar ausgestaltet sein.
Mindestens ein Teil einer der Wandung der Messhalbzellenkammer kann mindestens einen Teil der Umfangsfläche des Endabschnitts des Sensorkörpers bilden, wobei das mindestens eine Sensorelement eine ionenselektive Membran, insbesondere eine pH-Glasmembran, umfasst, welche in dem den Teil der Umfangsfläche des Endabschnitts bildenden Teil der Wandung der Messhalbzellenkammer integriert ist. Für den Fall, dass es sich bei dem Sensorelement um eine pH-Glasmembran handelt, kann die Wandung der Messhalbzellenkammer aus Glas gebildet sein, wobei die Glasmembran in die äußere Wandung der Messhalbzellenkammer eingeschmolzen oder eingeklebt sein kann.
Die Messhalbzellenkammer kann in einem Gehäuseteil des Sensorkörpers gebildet sein. Die ionenselektive Membran und das Gehäuseteil können so ausgebildet sein wie weiter oben beschrieben.
Mindestens ein Teil einer Wandung der Bezugshalbzellenkammer kann mindestens einen Teil der Umfangsfläche des Endabschnitts des Sensorkörpers bilden, wobei in dem den Teil der Umfangsfläche des Endabschnitts bildenden Teil der Wandung der Bezugshalbzelle eine elektrochemische Überführung, insbesondere ein Diaphragma, angeordnet ist. In der ersten Position des Sensorkörpers ist die Überführung innerhalb der in dem Gehäuse gebildeten Kammer angeordnet und in der zweiten Position des Sensorkörpers ist die Überführung außerhalb des Sensorgehäuses angeordnet. Das Diaphragma kann beispielsweise aus einer porösen Keramik gebildet sein. Die Wandung der Bezugshalbzellenkammer kann aus einem Kunststoff, vorzugsweise mit Hygienezulassung, gebildet sein. Die Überführung stellt einen elektrolytischen Kontakt zwischen dem in dem Bezugshalbzellenraum enthaltenen Bezugselektrolyten und einem die Umfangsfläche berührenden Medium her.
In einer Ausgestaltung kann der mindestens eine Endabschnitt des Sensorkörpers zylindrisch ausgestaltet ist, wobei die Messhalbzellenkammer oder die Bezugshalbzellenkammer in einem ersten, ringförmigen Gehäuseteil des Sensorkörpers gebildet ist, welches mindestens einen Abschnitt eines zweiten Gehäuseteils des Sensorkörpers umgibt. Die jeweils nicht in dem ringförmigen Gehäuseteil gebildete Halbzellenkammer kann in dem zweiten Gehäuseteil gebildet sein.
In allen hier beschriebenen Ausgestaltungen kann der mindestens eine Endabschnitt des Sensorkörpers ein zusätzliches Sensorelement, insbesondere einen Temperaturfühler, umfassen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Sensorkörper mehrere aus dem Gehäuse ausfahrbare, insbesondere zylindrisch ausgestaltete, Endabschnitte aufweisen, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei jeder der Endabschnitte jeweils durch mindestens einen Abschnitt eines, insbesondere zylindrischen, Gehäuseteils des Sensorkörpers gebildet wird, und wobei in einem einen ersten Endabschnitt bildenden Gehäuseteil die Messhalbzellenkammer gebildet ist, und in einem einen zweiten Endabschnitt bildenden Gehäuseteil die Bezugshalbzellenkammer gebildet ist. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen sind in der ersten Position des Sensorkörpers das Sensorelement der Messhalbzelle und die elektrochemische Überführung der Bezugshalbzelle in der innerhalb des Gehäuses gebildeten Kammer angeordnet und in der zweiten Position des Sensorkörpers außerhalb des Gehäuses angeordnet.
In dieser Ausgestaltung kann ein einen dritten Endabschnitt bildendes Gehäuseteil des Sensorkörpers ein zusätzliches Sensorelement, insbesondere einen Temperaturfühler, umfassen.
Die in dem Gehäuse gebildete Kammer kann zwischen dem Führungskanal und der Umfangsfläche des mindestens einen Endabschnitts des Sensorkörpers gebildet sein, wobei die Kammer von mindestens einem um den Endabschnitt des Sensorkörpers umlaufenden Dichtungselement begrenzt ist. Die Kammer kann beispielsweise von mindestens zwei axial voneinander beabstandet angeordneten, um den Endabschnitt des Sensorkörpers umlaufenden Ringdichtungen begrenzt sein. Alternativ kann die Kammer vollständig von einem einzigen Dichtkörper umschlossen sein.
Das mindestens eine Dichtungselement kann in dem Gehäuse angeordnet sein und gegen die Umfangsfläche des Endabschnitts des Sensorkörpers anliegen, wobei das mindestens eine Sensorelement beim Verfahren des Sensorkörpers von der ersten Position in die zweite Position das Dichtungselement überfährt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Dichtungselement ein, insbesondere als umlaufenden Vorsprung ausgestaltetes, Abstreifelement aufweisen, das zum Abstreifen von an der Umfangsfläche, insbesondere dem Sensorelement, anhaftenden Substanzen dient.
In die Kammer kann mindestens ein, insbesondere verschließbarer, Flüssigkeitseinlass und mindestens ein, insbesondere verschließbarer, Flüssigkeitsauslass münden.
Der Sensorkörper kann sich in einer für die Lagerung der Sensoranordnung über einen längeren Zeitraum vorteilhaften Ausgestaltung in der ersten Position befinden, wobei in der Kammer eine Flüssigkeit, insbesondere eine Kalibrierflüssigkeit und/oder eine Elektrolytlösung, enthalten ist, die das Sensorelement berührt. Das auf diese Weise feucht gelagerte Sensorelement ist bei Inbetriebnahme der Sensoranordnung sofort einsatzbereit.
Das Gehäuse der Sensoranordnung kann mit einem Prozessbehälter durch eine übliche Verbindungstechnik verbunden werden, beispielsweise durch eine mechanische, wieder lösbare Verbindung, durch Kleben, durch Verschmelzen oder durch Schweißen. Im mit dem Prozessbehälter verbundenen Zustand weist die Stirnfläche des mindestens einen Endabschnittes des Sensorkörpers bzw. die Stirnflächen der mehreren Endabschnitte des Sensorkörpers zum Inneren des Prozessbehälters hin.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Längsschnitt-Darstellung einer Sensoranordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Sensorkörper in einer ersten Position;
2 eine schematische Längsschnitt-Darstellung der Sensoranordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem Sensorkörper in einer zweiten Position;
3 eine schematische Längsschnitt-Darstellung einer Sensoranordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem Sensorkörper in einer ersten Position;
4 eine schematische Darstellung einer Ansicht der Sensoranordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel mi dem Sensorkörper in einer zweiten Position;
5 eine schematische Längsschnitt-Darstellung einer Sensoranordnung nach einem dritten Ausführungsbeispiel;
6 eine schematische Längsschnitt-Darstellung einer Sensoranordnung nach einem vierten Ausführungsbeispiel.
In 1 und 2 ist schematisch ein erstes Beispiel einer Sensoranordnung 1 mit einem aus einem Kunststoff mit Hygienezulassung gebildeten Gehäuse 2 dargestellt, das mit einem Prozessbehälter, insbesondere einem Prozessbehälter in Einweg-Technologie, z.B. einem Fermenter oder einer Schlauch- oder Rohrleitung mit einer starren oder flexiblen Wandung aus einem Kunststoff mit Hygienezulassung, verbindbar ist. Hierzu weist das Gehäuse 2 an einem Ende eine Verbindungsleiste 3 auf, die mit der Wandung des Prozessbehälters verklebt oder verschweißt werden kann.
In dem Gehäuse 2 ist ein Führungskanal 4 gebildet, in dem ein Sensorkörper 5 axial verfahrbar angeordnet ist. Zum Verfahren des Sensorkörpers 5 dient eine Verschiebemimik 6, die mit der von der Verbindungsleiste 3 abgewandten Rückseite des Sensorkörpers 5 verbunden ist. Die Verschiebemimik 6 umfasst eine einen rückseitigen Abschnitt des Gehäuses 2 übergreifende Überwurf-Hülse, die starr mit dem Sensorkörper 5 verbunden ist, so dass eine axiale Bewegung der Überwurf-Hülse zu der Verbindungsleiste 3 bzw. zum Prozessbehälter hin den Sensorkörper 5 in axialer Richtung auf den Prozessbehälter hin bewirkt. Entsprechend bewirkt eine axiale Bewegung der Überwurf-Hülse von der Verbindungsleiste 3 bzw. dem Prozessbehälter weg ein Zurückziehen des Sensorkörpers 5 in das Gehäuse 2. Die beiden durch Verfahren des Sensorkörpers 5 erreichbaren Endpositionen sind in 1 und 2 dargestellt. In 1 ist der Sensorkörper 5 in einer ersten Position vollständig in das Gehäuse 2 eingefahren, so dass lediglich seine stirnseitige Grundfläche 7 noch Kontakt zur Umgebung, d.h. für den Fall, dass das Gehäuse mit einer Wandung eines Prozessbehälters verbunden ist, Kontakt zum Inneren des Prozessbehälters hat. In 2 ist in einer zweiten Position ein Endabschnitt 8 des Sensorkörpers 5 aus dem Gehäuse 2 ausgefahren. Für den Fall, dass das Gehäuse 2 mit einer Wandung eines Prozessbehälters verbunden ist, ragt der Endabschnitt 8 in dieser Position des Sensorkörpers 5 in den Prozessbehälter hinein. Beide Endpositionen können durch in der Verschiebemimik 6, dem Gehäuse 2 und/oder dem Sensorkörper 5 gebildete Anschläge in an sich bekannter Weise vorgegeben sein. Es kann auch eine Endlagenrastung in dem Fachmann geläufiger Weise vorgesehen sein.
Der Sensorkörper 5 ist aus mehreren Gehäuseteilen gebildet, nämlich aus einem ringförmigen ersten Gehäuseteil 9, einem zweiten Gehäuseteil 10, das einen ersten, von dem ersten Gehäuseteil 9 umschlossenen axialen Abschnitt 12 aufweist, und einem dritten Gehäuseteil 11, in dem das erste und zweite Gehäuseteil 9, 10 gehalten sind und das mit der Verschiebemimik 6 verbunden ist.
Der Außendurchmesser des ersten axialen Abschnitts 12 stimmt mit dem inneren Ringdurchmesser des ersten Gehäuseteils 9 überein, so dass die innere Mantelfläche des ersten Gehäuseteils 9 an der äußeren Mantelfläche des zweiten Gehäuseteils 10 in dessen erstem axialen Abschnitt 12 anliegt. Das zweite Gehäuseteil weist einen zweiten, an den ersten Abschnitt 12 anschließenden axialen Abschnitt 13 auf, dessen Außendurchmesser mit dem äußeren Ringdurchmesser des ersten Gehäuseteils 9 übereinstimmt. Der Übergang zwischen dem zweiten und dem ersten axialen Abschnitt wird durch eine stufenförmige Aufweitung des äußeren Durchmessers des zweiten Gehäuseteils 10 gebildet, so dass das erste Gehäuseteil 9 auf der stufenförmigen Aufweitung aufsitzt. Da der Außendurchmesser des zweiten Gehäuseteils 10 mit dem äußeren Ringdurchmesser des ersten Gehäuseteils 9 übereinstimmt, weist der Endabschnitt 8 des Sensorkörpers 5 eine zylindrische Form mit einer Umfangsfläche 14 auf, die der Zylinder-Mantelfläche des Endabschnitts 8 entspricht.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoranordnung 1 einen potentiometrischen Sensor mit einer pH-Messhalbzelle und einer Bezugshalbzelle. Das erste Gehäuseteil 9 ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus Glas gebildet und dient als pH-Messhalbzelle. In dem Gehäuseteil 9 ist eine Messhalbzellenkammer 15 gebildet, in deren außenseitiger Wandung eine durch eine pH-Glasmembran 16 verschlossene Öffnung angeordnet ist. Die pH-Glasmembran 16 ist in dem die Umfangsfläche 14 bildenden Teil der Wandung des Gehäuseteils 9 angeordnet, so dass sie in der in 1 dargestellten ersten Position des Sensorkörpers 5 innerhalb des Gehäuses 2 und in der in 2 dargestellten zweiten Position des Sensorkörpers 5 außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist.
Das zweite Gehäuseteil 10 dient im hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Bezugshalbzelle und ist aus einem Kunststoff mit Hygienezulassung gebildet. In dem zweiten Gehäuseteil 10 ist eine Bezugshalbzellenkammer 17 gebildet. Im zweiten axialen Abschnitt 14 des Gehäuseteils 10 ist eine die Bezugshalbzellenkammer 17 mit der Umgebung des Gehäuseteils verbindende elektrochemische Überführung 18 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel durch ein in einer Durchgangsöffnung der Wandung angeordnete poröses Keramikdiaphragma gebildet ist. Die Überführung 18 ist in einem Teil der Wandung des Gehäuseteils 10 angeordnet, der einen Teil der Umfangsfläche 14 bildet, so dass die Überführung 18 in der in 1 dargestellten ersten Position des Sensorkörpers 5 innerhalb des Gehäuses 2 und in der in 2 dargestellten zweiten Position des Sensorkörpers 5 außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist. Im vorliegenden Beispiel ist in dem zweiten Gehäuseteil 10 außerdem eine weitere Kammer 19 gebildet, in der ein Temperaturfühler (nicht in 1, 2 dargestellt) aufgenommen ist.
In der Messhalbzellenkammer 15 ist ein Innenelektrolyt aufgenommen. Der Innenelektrolyt ist im vorliegenden Beispiel eine Pufferlösung mit einer vorgegebenen Chloridkonzentration. In der Bezugshalbzellenkammer 17 ist ein Bezugselektrolyt eine KCl-Lösung vorgegebener Konzentration enthalten. In der Messhalbzellenkammer 15 ist ein Ableitelement angeordnet, das den Innenelektrolyten kontaktiert und das elektrisch leitend mit einer Kontaktstelle außerhalb der Messhalbzellenkammer verbunden ist (nicht in den Figuren dargestellt). Das Ableitelement kann ein Metalldraht, z.B. ein chloridierter Silberdraht, sein. In der Bezugshalbzellenkammer 17 ist ein Bezugselement, beispielsweise ein chloridierter Silberdraht angeordnet, das den Bezugselektrolyten kontaktiert und elektrisch leitend mit einer weiteren Kontaktstelle außerhalb der Bezugshalbzellenkammer verbunden ist (nicht in den Figuren dargestellt). Beide Halbzellenkammern 15, 17 sind rückseitig auf herkömmliche Weise verschlossen, beispielsweise mittels eines Kunststoff-Vergusses oder durch Verschmelzung oder Verklebung. Außerhalb der Bezugshalbzellenkammer 17 und der Messhalbzellenkammer 15 kann eine Messschaltung in dem Sensorkörper 5 oder in dem Gehäuse 2 angeordnet sein, welche mit den beiden Kontaktstellen elektrisch leitend verbunden ist und die dazu ausgestaltet ist, eine Potentialdifferenz zwischen dem Ableitelement und dem Bezugselement zu erfassen (nicht in den Figuren dargestellt). Die Messschaltung kann mittels einer Steckverbindung zwischen einem mit dem Gehäuse 2 verbundenen Steckkopf 20 und einem komplementären Gegenstück (nicht in den Fig. dargestellt) mit einer übergeordneten elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung zur Übertragung von Messsignalen und/oder Daten verbindbar ausgestaltet sein.
Zwischen der Umfangsfläche 14 des Sensorkörpers 5 und der Innenwand des Gehäuses 2 ist eine Kammer 21 gebildet, die von zwei axial voneinander beabstandeten Dichtelementen 22, 23 begrenzt und gegenüber dem Prozessbehälter bzw. der Umgebung abgedichtet wird. In die Kammer 21 münden eine Zuleitung 24 und eine Ableitung 25, über die der Kammer 21 eine Flüssigkeit, beispielsweise eine Reinigungsflüssigkeit, eine Spülflüssigkeit oder eine Kalibrierflüssigkeit, zugeführt und wieder aus dieser abgeführt werden kann. Die Zuleitung 24 und die Ableitung 25 sind vorzugsweise mittels eines Ventils oder eines Sterilkonnektors verschließbar (nicht in den 1, 2 dargestellt). In der ersten Position des Sensorkörpers 5 (1) sind sowohl die Überführung 18 als auch die pH-Glasmembran 15 innerhalb der Kammer 21 angeordnet.
Eine Feuchtlagerung der Glasmembran 15 und der Überführung 18 ist möglich, indem während der Lagerung der Sensoranordnung 1 die Kammer 21 mit Flüssigkeit gefüllt ist. Unmittelbar vor Inbetriebnahme kann in derselben Flüssigkeit eine Kalibrierung durchgeführt werden. Alternativ kann die Flüssigkeit über die Ableitung 15 zunächst aus der Kammer 21 entfernt werden und anschließend eine Kalibrierflüssigkeit über die Zuleitung 24 in die Kammer 21 eingeleitet werden, um in dieser eine Kalibrierung der potentiometrischen Sensoranordnung vorzunehmen. Anschließend kann die Kammer 21 über die Ableitung 25 entleert werden bevor der Sensorkörper 5 zur Durchführung von Messungen in die zweite Position 2 (2) verfahren wird. Auf diese Weise kann eine Verschleppung von Kalibrierflüssigkeit aus der Kammer 21 in den Prozessbehälter vermieden werden.
Die potentiometrische Sensoranordnung kann im Betrieb kalibriert werden, indem der Sensorkörper 5 zurück in die erste Position verfahren wird und erneut Kalibrierflüssigkeit in die Kammer 20 eingeleitet wird. Während des Einfahrens des Sensorkörpers 5 gleitet die Umfangsfläche 14 des Sensorkörpers 5 an dem Dichtelement 22 entlang, so dass an der Umfangsfläche 14 anhaftende Substanzen abgestreift werden und nicht in die Kammer 20 gelangen. Vorteilhaft kann das Dichtelement 22 einen oder mehrere Abstreifelemente, z.B. in Form von ringförmigen Vorsprüngen aufweisen, um diesen Effekt noch zu verstärken.
In den 3 und 4 ist schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer potentiometrischen Sensoranordnung 100 dargestellt. Die Sensoranordnung 100 umfasst ein in einer Wandung eines Prozessbehälters fixierbares Gehäuse 102. Das Gehäuse 102 weist eine Verbindungsleiste 103 auf, die in einer dafür vorgesehenen Öffnung in der Wandung des Prozessbehälters wieder lösbar oder dauerhaft, z.B. durch Einkleben oder Einschweißen, fixiert werden kann.
In dem Gehäuse 102 ist ein Sensorkörper 105 angeordnet, der in axialer Richtung in einem Führungskanal 104 verfahrbar ist. Der Sensorkörper 105 umfasst mehrere Gehäuseteile, nämlich ein erstes Gehäuseteil 111, das in dem Führungskanal 104 geführt ist, sowie drei zylindrische Gehäuseteile 109, 130 und 131, die in dem ersten Gehäuseteil 111 befestigt sind.
Zum Verfahren des Sensorkörpers dient eine mit dem ersten Gehäuseteil 111 verbundene Verschiebemimik 106, die in gleicher Weise ausgestaltet sein kann, wie anhand des ersten in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. 3 zeigt den Sensorkörper 105 in einer ersten Position, in der sich der Sensorkörper 105 vollständig innerhalb des Gehäuses 102 befindet, so dass lediglich die Stirnflächen 107, 132 und 133 seiner Endabschnitte 108, 134, 135 mit der Gehäuseumgebung bzw., für den Fall, dass die Sensoranordnung 100 mit einem Prozessbehälter verbunden ist, mit dem Inneren des Prozessbehälters in Kontakt stehen. 4 zeigt den Sensorkörper 105 in einer zweiten Position, in der seine Endabschnitte 108, 134, 135 aus dem Gehäuse 102 ausgefahren sind, so dass sie mit einem Messmedium in Kontakt gebracht werden können. Der Sensorkörper 105 kann zwischen diesen beiden in 3 und 4 dargestellten Endpositionen verfahren werden, wobei die Endpositionen durch Anschläge oder Rastungen vorgegeben sein können.
Ein erstes Gehäuseteil 109 der drei zylindrischen Gehäuseteile 109, 130, 131 dient als Messhalbzelle der potentiometrischen Sensoranordnung 100 und ist im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus Glas gebildet. In die die Umfangsfläche 114 des Endabschnitts 108 bildende Gehäusewandung ist eine pH-Glasmembran 116 eingeschmolzen. In der ersten Position des Sensorkörpers 105 (3) befindet sich die pH-Glasmembran 116 innerhalb des Gehäuses 102, in der zweiten Position des Sensorkörpers 105 (4) befindet sich die pH-Glasmembran 116 außerhalb des Gehäuses 102.
Ein zweites zylindrisches Gehäuseteil 131 dient als Referenzhalbzelle der potentiometrischen Sensoranordnung und ist im hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Kunststoff mit Hygienezulassung gebildet. In der die Umfangsfläche 136 des Endabschnitts 135 bildende Wandung ist eine elektrochemische Überführung angeordnet (in den Figuren nicht dargestellt), die ganz analog ausgestaltet sein kann wie die elektrochemische Überführung des ersten Ausführungsbeispiels.
Ein drittes zylindrisches Gehäuseteil 130 enthält einen Temperaturfühler. Die Halbzellen können im einzelnen ausgestaltet sein wie anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Sensoranordnung kann weiter über eine Messschaltung verfügen, die über den Steckkopf 120 mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist, analog wie anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Zwischen den Umfangsflächen 114, 136 der zylindrischen Endabschnitte 108, 134, 135 des Sensorkörpers 105 und der Innenwand des Gehäuses 102 ist eine Kammer 121 gebildet, die mittels eines die Kammer 121 umgebenden Dichtkörpers 138 gegenüber der Umgebung des Gehäuses 102 und insbesondere dem Prozessbehälter abgedichtet ist. Der Dichtkörper 138 weist Öffnungen auf, in denen die Endabschnitte 108, 134 und 135 des Sensorkörpers 105 dicht geführt sind.
Analog wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, können die Glasmembran 116 und die elektrochemische Überführung in der ersten Position des Sensorkörpers 105 (3) feucht innerhalb einer in der Kammer 121 enthaltenen Flüssigkeit gelagert werden. In entsprechender Weise kann eine Kalibrierung der Sensoranordnung 100 mit der in der Kammer enthaltenen Flüssigkeit durchgeführt werden. Eine Verschleppung von Flüssigkeit aus der Kammer 121 in den Prozessbehälter ist dadurch vermieden, dass an den Umfangsflächen 114, 136 der Endabschnitte 108, 134, 135 des Sensorkörpers 105 und den Sensorelementen, d.h. insbesondere der Glasmembran 116 und der elektrochemischen Überführung, anhaftende Substanzen an dem Dichtkörper 138 abgestreift werden. Gleichermaßen ist dadurch eine Verschleppung von Substanzen aus dem Prozessbehälter in die Kammer 121 ausgeschlossen.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer potentiometrischen Sensoranordnung 200. Die Sensoranordnung 200 ist im Wesentlichen identisch ausgestaltet wie die in 1 und 2 dargestellte Sensoranordnung 1 und kann mittels einer Verbindungsleiste 203 in einer Wandung eines Prozessbehälters fixiert werden. Wie die in 1 und 2 dargestellte Sensoranordnung 1 weist die Sensoranordnung 200 ein Gehäuse 202 und einen Sensorkörper 205, der in dem Gehäuses 202 axial geführt zwischen einer ersten Position (5) und einer der in 2 dargestellten Position des Sensorkörpers 105 entsprechenden zweiten Position verfahrbar ist. Hierzu dient eine mit dem Sensorkörper verbundene Verschiebemimik 206, die analog ausgestaltet ist wie die Verschiebemimik der Sensoranordnung 1 des ersten Ausführungsbeispiels. In dem Gehäuse 202 ist eine Kammer 221 gebildet, die durch zwei in der Gehäusewandung angeordnete, gegen den Sensorkörper 205 anliegende Dichtelemente 222 und 223 flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung begrenzt ist. In die Kammer 221 münden eine Flüssigkeitszuleitung 224 und eine Flüssigkeitsableitung 225. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist in der ersten Position die Umfangsfläche 214 des prozessseitigen Endabschnitts 208 des Sensorkörpers 205 vollständig innerhalb des Gehäuses 202 und in der Kammer 221 angeordnet, während in der zweiten Position der prozessseitige Endabschnitt 208 aus dem Gehäuse 202 herausgefahren ist, so dass die Umfangsfläche 214 mit einem Messmedium in Berührung gebracht werden kann.
Im hier dargestellten dritten Ausführungsbeispiel umfasst die Sensoranordnung 200 wie die Sensoranordnung 1 des ersten Ausführungsbeispiels einen potentiometrischen Sensor mit einer pH-Messhalbzelle und einer Bezugshalbzelle. Die Messhalbzelle ist in einem ersten Gehäuseteil 209 aus Glas und die Bezugshalbzelle ist in einem zweiten Gehäuseteil 210 aus einem Kunststoff, vorzugsweise mit Hygienezulassung, gebildet.
Die pH-Glasmembran 216 der Messhalbzelle weist im dritten Ausführungsbeispiel die Form einer ringförmigen Wanne auf, die das Gehäuseteil 209 an seinem prozessseitigen Ende verschließt. Die wannenförmige Glasmembran 216 kann als Ansatz an dem Gehäuseteil 209 angeschmolzen sein. Die von dem Gehäuseteil 209 und der Glasmembran 216 umschlossene Messhalbzellenkammer 215 kann, wie anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben einen Innenelektrolyten und ein Ableitelement enthalten, das von einer Messschaltung kontaktiert wird.
Das zweite Gehäuseteil 210 dient im hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Bezugshalbzelle und ist in gleicher Weise ausgestaltet wie das Gehäuseteil 10 der in 1 und 2 dargestellten Sensoranordnung. Insbesondere weist es eine in seiner Umfangswandung angeordnete, als Diaphragma ausgestaltete elektrochemische Überführung 218 auf. Das ringförmige Gehäuseteil 209 umgibt einen axialen Abschnitt des zweiten Gehäuseteils 210. Dabei sind die Außendurchmesser des ersten Gehäuseteils und eines prozessseitig über das erste Gehäuseteil 209 hinausragenden Abschnitts des zweiten Gehäuseteils 210 so aufeinander abgestimmt, dass der aus dem Gehäuse 202 herausfahrbare Endabschnitt 208 des Sensorkörpers 205 eine einheitliche zylindrische Form mit einer Umfangsfläche 214 aufweist.
Wie bei der Sensoranordnung 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist in dem zweiten Gehäuseteil 210 eine Bezugshalbzellenkammer gebildet, in der ein Bezugselektrolyt und ein Bezugselement angeordnet sind, das mit der Messschaltung verbunden ist, so dass die Messschaltung eine Potentialdifferenz zwischen der Messhalbzelle und der Bezugshalbzelle erfassen kann.
Im der aus dem Gehäuse 202 ausgefahrenen Position des Sensorkörpers 205 kommen sowohl die Überführung 218 als auch die äußere, in der Umfangsfläche 214 angeordnete, umlaufende Fläche der Membran 216 mit einem Messmedium in Kontakt. In der in 5 dargestellten ersten Position des Sensorkörpers 205 sind beide in der Kammer 221 angeordnet und können dort kalibriert oder gereinigt werden.
Auch im Übrigen ist die Sensoranordnung 200 gleich ausgestaltet wie die in 1 und 2 dargestellte Sensoranordnung 1 des ersten Ausführungsbeispiels.
In 6 ist eine potentiometrische Sensoranordnung 300 zur Messung des pH-Werts eines Messmediums nach einem vierten Ausführungsbeispiel dargestellt. Diese ist im Wesentlichen identisch ausgestaltet wie die in 3 und 4 dargestellte Sensoranordnung 100 und kann wie diese mittels einer Verbindungsleiste 303 in einer Wandung eines Prozessbehälters fixiert werden.
Wie die in 3 und 4 dargestellte Sensoranordnung 100 umfasst die Sensoranordnung 300 nach dem vierten Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 302 und einen darin beweglich gelagerten Sensorkörper 305, der drei aus dem Gehäuse 302 ausfahrbare Endabschnitte 308, 334 aufweist (der dritte Endabschnitt ist in 6 nicht sichtbar). In einer ersten Position (6) des Sensorkörpers 305 befinden sich die Endabschnitte 308, 334 des Sensorkörpers 305 innerhalb des Gehäuses 302 und in einer zweiten Position (analog zu 4) sind sie aus dem Gehäuse 302 herausgefahren.
Der einzige Unterschied der Sensoranordnung 300 nach dem vierten Ausführungsbeispiel zur Sensoranordnung 100 nach dem zweiten, in 3 und 4 dargestellten, Ausführungsbeispiel besteht in der Ausgestaltung der pH-sensitiven Membran 316 der Messhalbzelle. Die pH-sensitive Membran 316 ist in dem Endabschnitt 308 als umlaufender Ring aus pH-Membranglas in das die Messhalbzelle bildende Gehäuseteil 309 eingebettet. Das Gehäuseteil 309 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Glas. Die Membran 316 ist in das Gehäuseteil 309 eingeschmolzen oder eingeklebt.
Im Übrigen ist die Sensoranordnung 300 identisch ausgestaltet und kann in gleicher Weise betrieben werden wie die in 3 und 4 dargestellte Sensoranordnung 100.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011080956 A1 [0006]
EP 2734611 B1 [0007, 0012]
EP 2363704 B1 [0008]

Claims

Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) umfassend: ein mit einem Prozessbehälter verbindbares Gehäuse (2, 102, 202, 302), in dem ein Führungskanal (4, 104) gebildet ist, und einen in dem Führungskanal (4, 104) in axialer Richtung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verfahrbaren Sensorkörper (5, 105, 205, 305), wobei der Sensorkörper (5, 105, 205, 305) mindestens einen aus dem Gehäuse ausfahrbaren Endabschnitt (8, 108, 134, 135, 208, 308) aufweist, der mindestens ein der Erfassung einer Messgröße eines Messmediums dienendes Sensorelement (16, 116, 216, 316) umfasst, wobei das mindestens eine Sensorelement (16, 116, 216, 316) in der ersten Position des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) innerhalb einer in dem Gehäuse (2, 102, 202, 302) gebildeten Kammer (21, 121) angeordnet ist und in der zweiten Position des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) außerhalb des Gehäuses (2, 102, 202, 302) angeordnet ist, und wobei der mindestens eine Endabschnitt des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) eine stirnseitige Grundfläche (7, 107, 132, 133) und eine Umfangsfläche (14, 114, 131, 214) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensorelement einen Teil der Umfangsfläche (14, 114, 131, 214) bildet.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Umfangsfläche (14, 114, 131, 214) durch eine Gehäusewandung eines Gehäuseteils (9, 10, 109, 130, 131, 209, 309) des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) gebildet ist, und wobei das mindestens eine Sensorelement in die Gehäusewandung integriert ist, insbesondere in der Weise, dass das mindestens eine Sensorelement einstückig mit der Gehäusewandung gebildet ist oder dass das mindestens eine Sensorelement stoffschlüssig mit einer Öffnung der Gehäusewandung derart verbunden ist, dass das mindestens eine Sensorelement die Öffnung der Gehäusewandung verschließt.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach Anspruch 2, wobei das mindestens eine Sensorelement eine Membran (16, 116, 216, 316) umfasst, welche eine von der Gehäusewandung umgebene Kammer verschließt.
Sensoranordnung (200, 300) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das mindestens eine Sensorelement, insbesondere die Membran (216, 316), als ein um eine Rotationssymmetrieachse, insbesondere eine Zylinderachse, der Gehäusewandung umlaufender, insbesondere ringförmiger, Einsatz in der Gehäusewandung ausgebildet ist.
Sensoranordnung (200, 300) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Gehäuseteil (209, 309) zylindrisch oder ringförmig ausgestaltet ist und das mindestens eine Sensorelement, insbesondere die Membran (216, 316), das Gehäuseteil an einem Ende als, insbesondere kapselförmiger oder als ringförmige Wanne ausgestalteter, Ansatz das Gehäuseteil (209, 309) verschließt.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) als potentiometrische Sensoranordnung mit einer Messhalbzelle und einer Bezugshalbzelle ausgestaltet ist.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach Anspruch 6, wobei in dem Sensorkörper (5, 105, 205, 305) eine Messhalbzellenkammer und eine Bezugshalbzellenkammer gebildet sind.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach Anspruch 7, wobei mindestens ein Teil einer Wandung der Messhalbzellenkammer mindestens einen Teil der Umfangsfläche (14, 114, 214) des Endabschnitts (8, 108, 208, 308) des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) bildet, und wobei das mindestens eine Sensorelement eine ionenselektive Membran, insbesondere eine pH-Glasmembran (16, 116, 216, 316), umfasst, welche in dem den Teil der Umfangsfläche (14, 114, 214) des Endabschnitts (8, 108, 208, 308) bildenden Teil der Wandung der Messhalbzellenkammer integriert ist.
Sensoranordnung (1, 200) nach Anspruch 7 oder 8, wobei mindestens ein Teil einer Wandung der Bezugshalbzellenkammer mindestens einen Teil der Umfangsfläche (14, 214) des Endabschnitts (8, 218) des Sensorkörpers (5, 205) bildet, und wobei in dem den Teil der Umfangsfläche (14, 214) des Endabschnitts (8, 208) bildenden Teil der Wandung der Bezugshalbzellenkammer eine elektrochemische Überführung (18, 218), insbesondere ein Diaphragma, angeordnet ist.
Sensoranordnung (1, 200) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der mindestens eine Endabschnitt (8, 208) des Sensorkörpers (5, 205) zylindrisch ausgestaltet ist, und wobei die Messhalbzellenkammer oder die Bezugshalbzellenkammer in einem ersten, ringförmigen Gehäuseteil (9, 209) des Sensorkörpers (5, 205) gebildet ist, welches mindestens einen Abschnitt (12, 212) eines zweiten Gehäuseteils (10, 210) des Sensorkörpers (5, 205) umgibt.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der mindestens eine Endabschnitt (8, 108, 131, 208, 308) des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) ein zusätzliches Sensorelement, insbesondere einen Temperaturfühler, umfasst.
Sensoranordnung (100, 300) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Sensorkörper (105, 305) mehrere aus dem Gehäuse (102, 302) ausfahrbare, insbesondere zylindrisch ausgestaltete, Endabschnitte (108, 134, 135, 308, 334) aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, wobei jeder der Endabschnitte (108, 134, 135, 308, 334) jeweils durch mindestens einen Abschnitt (108, 134, 135, 308, 334) eines, insbesondere zylindrischen, Gehäuseteils (109, 130, 131, 309) des Sensorkörpers (105, 305) gebildet wird, und wobei in einem einen ersten Endabschnitt (108, 308) bildenden Gehäuseteil (109, 309) die Messhalbzellenkammer gebildet ist, und in einem einen zweiten Endabschnitt (135) bildenden Gehäuseteil (131) die Bezugshalbzellenkammer gebildet ist.
Sensoranordnung (100, 300) nach Anspruch 12, wobei ein einen dritten Endabschnitt (134) bildendes Gehäuseteil (130) des Sensorkörpers (105, 305) ein zusätzliches Sensorelement, insbesondere einen Temperaturfühler, umfasst.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die in dem Gehäuse (2, 102, 202, 302) gebildete Kammer (21, 121) zwischen dem Führungskanal (4, 104) und der Umfangsfläche (14, 114, 136, 214) des mindestens einen Endabschnitts (8, 108, 134, 135) des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) gebildet ist, und wobei die Kammer (21, 121) von mindestens einem um den Endabschnitt des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) umlaufenden Dichtungselement (22, 138, 222) begrenzt ist.
Sensoranordnung (1,100, 200, 300) nach Anspruch 14, wobei das mindestens eine Dichtungselement (22, 138, 222) in dem Gehäuse (2, 102, 202, 302) angeordnet ist und gegen die Umfangsfläche (14, 114, 136, 214) des mindestens einen Endabschnitts (8, 108, 134, 135, 208, 308, 334) des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) anliegt, wobei das mindestens eine Sensorelement beim Verfahren des Sensorkörpers (5, 105, 205, 305) von der ersten Position in die zweite Position das Dichtungselement (22, 138, 222) überfährt.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach Anspruch 15, wobei das mindestens eine Dichtungselement (22, 138, 222) ein, insbesondere als umlaufenden Vorsprung ausgestaltetes, Abstreifelement aufweist, das zum Abstreifen von an der Umfangsfläche (14, 114, 136, 214), insbesondere dem mindestens einen Sensorelement, anhaftenden Substanzen dient.
Sensoranordnung (1, 200) nach einem Ansprüche 1 bis 16, wobei in die Kammer (21) mindestens ein, insbesondere verschließbarer, Flüssigkeitseinlass (24, 224) und mindestens ein, insbesondere verschließbarer, Flüssigkeitsauslass (25, 225) münden.
Sensoranordnung (1, 100, 200, 300) nach Anspruch 17, wobei sich der Sensorkörper (5, 105, 205, 305) in der ersten Position befindet und in der Kammer (21, 121, 221) eine Flüssigkeit, insbesondere eine Kalibrierflüssigkeit und/oder eine Elektrolytlösung, enthalten ist, die das mindestens eine Sensorelement berührt.