DE102017119363A1

DE102017119363A1 - Elektrochemischer Sensor zum Messen einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgröße eines Messmediums

Info

Publication number: DE102017119363A1
Application number: DE102017119363.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Uhle; Stefan Paul
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Sensor (1) zum Messen einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgröße eines Messmediums, umfassend:zumindest ein Sensorelement (2), zum Erzeugen eines der Prozessgröße entsprechenden elektrischen Signals,zumindest einer Sensorelektronikeinheit (3), zum Umwandeln des Signals in eine der Prozessgröße entsprechenden Werts, wobei die zumindest eine Sensorelektronikeinheit (3) von dem Sensorelement (2) abgesetzt ist, wobei die Sensorelektronikeinheit (3) über zumindest eine Anschlussleitung (4) mit dem zumindest einen Sensorelement (2) elektrisch leitend verbunden ist,dadurch gekennzeichnet,dass sowohl die Sensorelektronikeinheit (3) als auch das Sensorelement (2) innerhalb eines Gehäuses (5) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Sensor zum Messen einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgröße eines Messmediums.
Die Bestimmung der Leitfähigkeit eines Messmediums spielt in vielen industriellen Anwendungen, beispielsweise in der Chemie- oder Pharmazietechnik, in der Lebensmitteltechnik, in der Biotechnologie, aber auch in nicht-industriellen analytischen Anwendungen, beispielsweise in der Umwelt-Messtechnik, eine wichtige Rolle. Zur Bestimmung der Leitfähigkeit werden häufig im Labor wie auch in industriellen Prozessanlagen Leifähigkeitssensoren eingesetzt, die ein Sensorelement aufweisen. Als Sensorelement kommt beispielsweise eine Sende- und eine Empfangsspule in Frage.
Derartige Sensorelemente mit Sende- und Empfangsspulen sind häufig als stabförmige Messsonden ausgebildet, die ein in ein Medium eintauchbares Gehäuse umfassen, in dem das Sensorelement so angeordnet ist, dass seine Sende- und Empfangsspule in das Messmedium eingetaucht sind. Dabei sind die Sende- und Empfangsspule über mit einer Sensorelektronik verbunden, 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 einem Buskoppler 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.
Die meisten Sensoren beinhalten in ihrer Gesamtheit verschiedene Materialien. So besteht beispielsweise ein Leitfähigkeitssensor aus einem Kunststoff-Schaft, welcher die Sende- und Empfangsspule enthält, und einem Sensorkopf aus Kunststoff, welcher die vergossene Elektronik beinhaltet. Der Schaft wird in geeigneter Art und Weise mit dem Sensorkopf verklebt und die Elektronik mit dem Sensorelement, z.B. durch eine Lötverbindung verbunden. Ggf. kann der Sensor eine induktive Schnittstelle zur Daten- und Energieübertragung besitzen. Gemeinhin wird ein solcher Sensor aber über Kontakte galvanisch mit einem Kabel verbunden.
Durch die Klebeverbindung der verschiedenen Materialien kann es zu Undichtigkeiten kommen, welche sich negativ auf die Lebensdauer des Sensors auswirken.
Weiterhin ist der Produktionsaufwand relativ hoch, weil verschiedene Teile und Materialien miteinander verbunden werden müssen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrochemischen Sensor der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, der die genannten Nachteile überwindet und kostengünstig herzustellen ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ein elektrochemischer Sensor zum Messen einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgröße eines Messmediums, umfassend:

zumindest ein Sensorelement, zum Erzeugen eines der Prozessgröße entsprechenden elektrischen Signals,
zumindest einer Sensorelektronikeinheit, zum Umwandeln des Signals in eine der Prozessgröße entsprechenden Wert, wobei die zumindest eine Sensorelektronikeinheit von dem Sensorelement abgesetzt ist, wobei die Sensorelektronikeinheit über zumindest eine Anschlussleitung mit dem zumindest einen Sensorelement elektrisch leitend verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass sowohl die Sensorelektronikeinheit als auch das Sensorelement innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gehäuse einstückig ausgestaltet.
Gemäß einer vorteilhaften Variante umfasst das Gehäuse Glas oder Kunststoff.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Gehäuse hermetisch abgeschlossen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse hohlzylinderförmig ausgestaltet.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung sind ein erstes Sensorelement an einem ersten Ende des Gehäuses und ein zweites Sensorelement an einem zweiten Ende des Gehäuses angeordnet, wobei die Sensorelektronikeinheit zwischen dem ersten und zweiten Sensorelement angeordnet ist. Das erste und zweite Sensorelement können gleichartige oder verschiedenartige Sensorelemente sein. Im Falle von gleichartigen Sensorelementen kann bei Verschleiß des ersten Sensorelements aufgrund von Alterungserscheinungen der Sensor um eine senkrecht zu einer Längsachse verlaufende Achse gedreht und das zweite, unverbrauchte Sensorelement genutzt werden. Dadurch lässt sich die Lebensdauer des Sensors erhöhen.
Gemäß einer günstigen Ausführungsform weist das Gehäuse ein kapazitives Eingabefeld zur berührungsempfindlichen Bedienung des Sensors auf. Zur Bedienung des Sensors ist an der Außenwand des Schaftes ein kapazitives Eingabefeld vorgesehen. Das Eingabefeld kann z.B. durch Aufdampfen einer leitfähigen Schicht auf die Innenseite des Glasschaftes und anschließender Kontaktierung zur Sensorelektronikeinheit erzeugt werden. Somit ist eine berührungsempfindliche Steuerung des Sensors möglich.

1: eine Gesamtansicht eines Leitfähigkeitssensors, teilweise in Längsschnitt Darstellung,
2: eine Gesamtansicht eines optischen Sensors, teilweise in Längsschnitt Darstellung, und
3: eine Gesamtansicht eines elektrochemischen Sensors mit zwei Sensorelementen.

1 zeigt eine Gesamtansicht eines Leitfähigkeitssensors 1 zur Messung der Leitfähigkeit eines Messmediums. Der Leitfähigkeitssensor 1 umfasst ein Sensor, der als Sende- und Empfangsspule 2.1 ausgestaltet ist. Des Weiteren umfasst der Leitfähigkeitssensor 1 eine Sensorelektronikeinheit 3, die von Sende- und Empfangsspule 2.1 abgesetzt ist. Die Sensorelektronikeinheit 3 ist über eine Anschlussleitung 4 mit der Sende- und Empfangsspule 2.1 elektrisch leitend verbunden. Sowohl die Sensorelektronikeinheit 3 als auch das die Sende- und Empfangsspule 2 sind innerhalb eines hohlzylinderförmigen und hermetisch abgeschlossenen Gehäuses 5 aus Kunststoff angeordnet. Das Gehäuse 5 weist einen Durchgang auf, der durch die Sende- und Empfangsspule 2.1 durchgeht, so dass das Messmedium durch die Sende- und Empfangsspule 2.1 durchfließen kann.
Die Kontaktierung der Sensorelektronikeinheit 3 zu einer übergeordneten Einheit erfolgt ohne galvanischen Kontakt. D.h. die Kommunikation erfolgt in einer drahtlosen Form, z.B. durch eine induktive Kopplung. Eine Kommunikation über NFC, Bluetooth o.ä. Funkstandards wäre ebenso denkbar. Die Versorgung eines solchen Sensors kann über eine induktive Schnittstelle erfolgen oder durch einen im Sensor angeordneten Akkumulator. Hierzu weist die Sensorelektronikeinheit 3 einen Energiespeicher auf. Über eine geeignete Spulenanordnung wäre auch ein induktives Laden möglich.
2 zeigt einen optischen Sensor 21. Der optische Sensor 21 umfasst eine optische Einheit 2.2, die eine Sendediode und eine Empfangsdiode umfasst. Des Weiteren umfasst der optische Sensor 21 eine Sensorelektronikeinheit 3, die von der optischen Einheit 2.2 abgesetzt ist. Die Sensorelektronikeinheit 3 ist über eine Anschlussleitung 4 mit der optischen Einheit 2.2 elektrisch leitend verbunden. Sowohl die Sensorelektronikeinheit 3 als auch die optische Einheit 2.2 sind innerhalb eines Gehäuses 5 angeordnet. Ferner weist das Gehäuse 5 ein kapazitives Eingabefeld 6 zur berührungsempfindlichen Bedienung des Sensors 1 auf. Das Eingabefeld 6 ist an der Außenwand des Schaftes des Gehäuses 5 angebracht.
3 zeigt einen Sensor 31 mit einer Sende- und Empfangsspule 2.1 an einem ersten Ende des Gehäuses 5 und einer optischen Einheit 2.2 an einem zweiten Ende des Gehäuses 5. Die Sensorelektronikeinheit 3 ist zwischen der Sende- und Empfangsspule 2.1 und der optische Einheit 2.2 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Sensorelement
2.1: Sende- und Empfangsspule
2.2: optische Einheit
3: Sensorelektronikeinheit
4: Anschlussleitung
5: Gehäuse
6: Eingabenfeld
21: optischer Sensor
31: Sensor mit zwei Sensorelementen

Claims

Elektrochemischer Sensor (1) zum Messen einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgröße eines Messmediums, umfassend: zumindest ein Sensorelement (2), zum Erzeugen eines der Prozessgröße entsprechenden elektrischen Signals, zumindest einer Sensorelektronikeinheit (3), zum Umwandeln des Signals in eine der Prozessgröße entsprechenden Werts, wobei die zumindest eine Sensorelektronikeinheit (3) von dem Sensorelement (2) abgesetzt ist, wobei die Sensorelektronikeinheit (3) über zumindest eine Anschlussleitung (4) mit dem zumindest einen Sensorelement (2) elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Sensorelektronikeinheit (3) als auch das Sensorelement (2) innerhalb eines Gehäuses (5) angeordnet sind.
Elektrochemischer Sensor nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (5) einstückig ausgestaltet ist.
Elektrochemischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (5) Glas oder Kunststoff umfasst.
Elektrochemischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (5) hermetisch abgeschlossen ist.
Elektrochemischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (5) hohlzylinderförmig ausgestaltet ist.
Elektrochemischer Sensor nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein erstes Sensorelement (2.1) an einem ersten Ende des Gehäuses (5) und ein zweites Sensorelement (2.2) an einem zweiten Ende des Gehäuses (5) angeordnet ist, und wobei die Sensorelektronikeinheit (3) zwischen dem ersten und zweiten Sensorelement (2.1, 2.2) angeordnet ist.
Elektrochemischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (5) ein kapazitives Eingabefeld zur berührungsempfindlichen Bedienung des Sensors aufweist.