DE102020131071A1

DE102020131071A1 - Electrode and sensor housing and electrochemical sensor

Info

Publication number: DE102020131071A1
Application number: DE102020131071.4A
Authority: DE
Inventors: Axel Hänel; André Pfeifer; Christian Fanselow
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2020-11-24
Filing date: 2020-11-24
Publication date: 2022-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode (10) für ein Sensorgehäuse (30), mit einem Sensorelement (11), einem ersten elektrischen Anschluss (12) und einer ersten Haltevorrichtung (13), wobei das Sensorelement (11) mit dem ersten elektrischen Anschluss (12) verbunden ist und dazu geeignet ist, ein Messsignal zu erzeugen, wobei der erste elektrische Anschluss (12) dazu geeignet ist, lösbar mit dem Sensorgehäuse (30) verbunden zu werden, wobei die erste Haltevorrichtung (13) dazu geeignet ist, lösbar mit dem Sensorgehäuse (30) verbunden zu werden und eine erste Halteeinheit (14) umfasst, welche magnetisch oder magnetisierbar ist.The invention relates to an electrode (10) for a sensor housing (30), having a sensor element (11), a first electrical connection (12) and a first holding device (13), the sensor element (11) being connected to the first electrical connection (12 ) is connected and is suitable for generating a measurement signal, the first electrical connection (12) being suitable for being detachably connected to the sensor housing (30), the first holding device (13) being suitable for being detachably connected to the Sensor housing (30) to be connected and a first holding unit (14) which is magnetic or magnetizable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode und ein Sensorgehäuse für einen elektrochemischen Sensor sowie einen elektrochemischen Sensor.The invention relates to an electrode and a sensor housing for an electrochemical sensor and an electrochemical sensor.

In der Analysemesstechnik, insbesondere im Bereich der Wasserwirtschaft, der Umweltanalytik, im industriellen Bereich, z.B. in der Lebensmitteltechnik, der Biotechnologie und der Pharmazie, sowie für verschiedenste Laboranwendungen sind Messgrößen wie der pH-Wert, die Leitfähigkeit, oder auch die Konzentration von Analyten, wie beispielsweise Ionen oder gelösten Gasen in einem gasförmigen oder flüssigen Messmedium von großer Bedeutung. Diese Messgrößen können beispielsweise mittels elektrochemischer Sensoren erfasst und/oder überwacht werden, wie zum Beispiel optische, potentiometrische, amperometrische, voltammetrische oder coulometrische Sensoren, oder auch Leitfähigkeitssensoren.In analytical measurement technology, especially in the field of water management, environmental analysis, in the industrial sector, e.g. in food technology, biotechnology and pharmacy, as well as for a wide variety of laboratory applications, measured variables such as the pH value, conductivity or the concentration of analytes are such as ions or dissolved gases in a gaseous or liquid measurement medium is of great importance. These measured variables can be recorded and/or monitored, for example, using electrochemical sensors, such as optical, potentiometric, amperometric, voltammetric or coulometric sensors, or also conductivity sensors.

Elektrochemische Sensoren beinhalten in der Regel einen Elektrolyten, um einen Ionentransport des zu untersuchenden Analyten im Sensor zu ermöglichen. Durch den Ionentransport ist der Elektrolyt jedoch einem „Verschleiß“ ausgesetzt und muss von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden, um bestmögliche Messergebnisse zu ermöglichen. Auch andere Bauteile des elektrochemischen Sensors, wie zum Beispiel ein mit dem Messmedium in Kontakt stehendes Sensorelement kann mit der Zeit Verschleißerscheinungen aufweisen. Andere Bauteile des elektrochemischen Sensors hingegen weisen eine quasi unbegrenzte Einsatzzeit auf.Electrochemical sensors usually contain an electrolyte in order to enable ion transport of the analyte to be examined in the sensor. Due to the ion transport, however, the electrolyte is subject to "wear" and must be replaced from time to time in order to enable the best possible measurement results. Other components of the electrochemical sensor, such as a sensor element that is in contact with the measurement medium, can also show signs of wear over time. Other components of the electrochemical sensor, on the other hand, have a virtually unlimited service life.

Regelmäßige Sensorwechsel sind jedoch für den Anwender mit hohem Arbeitsaufwand und zusätzlichen Kosten verbunden, was die Betriebskosten steigert.However, regular sensor changes are associated with a great deal of work and additional costs for the user, which increases the operating costs.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche Betriebskosten bei bestmöglichen Messergebnissen minimal hält.It is therefore an object of the invention to propose a device which keeps operating costs to a minimum with the best possible measurement results.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektrode gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Sensorgehäuse gemäß Anspruch 5 und durch einen elektrochemischen Sensor gemäß Anspruch 10.This object is achieved according to the invention by an electrode according to claim 1 and by a sensor housing according to claim 5 and by an electrochemical sensor according to claim 10.

Die erfindungsgemäße Elektrode umfasst ein Sensorelement, einen ersten elektrischen Anschluss und eine erste Haltevorrichtung. Das Sensorelement ist mit dem ersten elektrischen Anschluss verbunden und ist dazu geeignet, ein Messsignal zu erzeugen. Der erste elektrische Anschluss ist dazu geeignet, lösbar mit dem Sensorgehäuse verbunden zu werden. Die erste Haltevorrichtung ist dazu geeignet, lösbar mit dem Sensorgehäuse verbunden zu werden und umfasst eine erste Halteeinheit, welche magnetisch oder magnetisierbar ist.The electrode according to the invention comprises a sensor element, a first electrical connection and a first holding device. The sensor element is connected to the first electrical connection and is suitable for generating a measurement signal. The first electrical connection is suitable for being detachably connected to the sensor housing. The first holding device is suitable for being detachably connected to the sensor housing and includes a first holding unit which is magnetic or magnetizable.

Anhand der erfindungsgemäßen Elektrode wird ermöglicht, die Komponenten eines elektrochemischen Sensors, welche einem besonders hohen Verschleiß ausgesetzt sind, auf einfache und komfortable Art und Weise auszuwechseln. Somit wird der Arbeitsaufwand, welcher mit einem kompletten Sensortausch verbunden wäre, vermieden und gleichzeitig die Kosten für die Sensorwartung gesenkt. Durch die erfindungsgemäße Haltevorrichtung wird insbesondere der Zeitaufwand des Verschleißteilwechsels minimiert, sowie durch werkzeuglose Wechselschritte der Komfort für den Benutzer erhöht.The electrode according to the invention makes it possible to replace the components of an electrochemical sensor, which are subject to particularly high wear, in a simple and convenient manner. This avoids the amount of work that would be associated with a complete sensor replacement and at the same time reduces the costs for sensor maintenance. In particular, the holding device according to the invention minimizes the time required to change wearing parts, and the convenience for the user is increased due to tool-free changing steps.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste Halteeinheit ringförmig ausgestaltet.According to one embodiment of the invention, the first holding unit is designed in the shape of a ring.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Elektrode entlang einer ersten Achse und weist ein erstes Ende und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes zweites Ende auf. Die erste Halteeinheit ist an dem ersten Ende angeordnet oder ist zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet.According to one embodiment of the invention, the electrode extends along a first axis and has a first end and a second end opposite the first end. The first holding unit is arranged at the first end or is arranged between the first end and the second end.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste Haltevorrichtung des Weiteren eine erste elektrische Spule.According to an embodiment of the invention, the first holding device further comprises a first electric coil.

Das erfindungsgemäße Sensorgehäuse für einen elektrochemischen Sensor umfasst mindestens eine Elektrodenkammer, einen zweiten elektrischen Anschluss und eine zweite Haltevorrichtung mit einer zweiten Halteeinheit. Die Elektrodenkammer ist dazu geeignet, eine erfindungsgemäße Elektrode zu empfangen. Der zweite elektrische Anschluss ist dazu geeignet, mit dem ersten elektrischen Anschluss der Elektrode verbunden zu werden. Die zweite Halteeinheit ist magnetisch oder magnetisierbar, so dass zwischen der ersten Halteeinheit und der zweiten Halteeinheit eine erste magnetische Kraft erzeugbar ist.The sensor housing according to the invention for an electrochemical sensor comprises at least one electrode chamber, a second electrical connection and a second holding device with a second holding unit. The electrode chamber is suitable for receiving an electrode according to the invention. The second electrical connection is suitable for being connected to the first electrical connection of the electrode. The second holding unit is magnetic or magnetizable, so that a first magnetic force can be generated between the first holding unit and the second holding unit.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Halteeinheit ringförmig.According to an embodiment of the invention, the second holding unit is ring-shaped.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Elektrodenkammer entlang der ersten Achse und weist eine Kammeröffnung sowie einen der Kammeröffnung gegenüberliegenden Kammerboden auf. Die Kammeröffnung ist dazu geeignet, die Elektrode in die Elektrodenkammer einzulassen. Die zweite Halteeinheit ist am Kammerboden oder zwischen Kammerboden und Kammeröffnung der Elektrodenkammer angeordnet.According to one embodiment of the invention, the electrode chamber extends along the first axis and has a chamber opening and a chamber floor opposite the chamber opening. The chamber opening is suitable for admitting the electrode into the electrode chamber. The second holding unit is arranged on the chamber floor or between the chamber floor and the chamber opening of the electrode chamber.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die zweite Halteeinheit eine zweite elektrische Spule. Die zweite elektrische Spule ist dazu geeignet, die erste magnetische Kraft zu erzeugen, so dass die erste Halteeinheit und die zweite Halteeinheit zueinander angezogen werden.According to one embodiment of the invention, the second holding unit comprises a second electrical coil. The second electric coil is adapted to generate the first magnetic force so that the first holding unit and the second holding unit are attracted to each other.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die zweite Halteeinheit einen Permanentmagneten.According to one embodiment of the invention, the second holding unit comprises a permanent magnet.

Der erfindungsgemäße elektrochemische Sensor umfasst eine erfindungsgemäße Elektrode, ein erfindungsgemäßes Sensorgehäuse und eine Steuereinheit.The electrochemical sensor according to the invention comprises an electrode according to the invention, a sensor housing according to the invention and a control unit.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste Halteeinheit 14 einen Permanentmagneten. Die zweite elektrische Spule ist dazu geeignet, eine zweite magnetische Kraft zu erzeugen, so dass die erste Halteeinheit und die zweite Halteeinheit voneinander abgestoßen werden.According to an embodiment of the invention, the first holding unit 14 comprises a permanent magnet. The second electric coil is capable of generating a second magnetic force so that the first holding unit and the second holding unit are repelled from each other.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:

- 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Sensors mit einer erfindungsgemäßen Elektrode und einem erfindungsgemäßen Sensorgehäuse,
- 2: eine Detailansicht der Elektrode aus 1.

The invention is explained in more detail with reference to the following description of the figures. Show it:

- 1 : a schematic representation of an electrochemical sensor according to the invention with an electrode according to the invention and a sensor housing according to the invention,
- 2 : a detailed view of the electrode 1 .

1 zeigt einen erfindungsgemäßen elektrochemischen Sensor 1 mit einer Elektrode 10 und einem Sensorgehäuse 30. 1 shows an electrochemical sensor 1 according to the invention with an electrode 10 and a sensor housing 30.

Die Elektrode 10 umfasst ein Sensorelement 11, einen ersten elektrischen Anschluss 12 und eine erste Haltevorrichtung 13 (siehe 2). Die Elektrode 10 erstreckt sich entlang einer ersten Achse X und weist ein erstes Ende 15 sowie ein dem ersten Ende 15 gegenüberliegendes zweites Ende 16 auf.The electrode 10 comprises a sensor element 11, a first electrical connection 12 and a first holding device 13 (see FIG 2 ). The electrode 10 extends along a first axis X and has a first end 15 and a second end 16 opposite the first end 15 .

Das Sensorelement 11 ist mit dem ersten elektrischen Anschluss 12, beispielsweise durch einen Metall-Draht, eine sogenannte Ableitung, elektrisch verbunden. Das Sensorelement 11 ist dazu geeignet, mit einem Messmedium in Kontakt zu sein, um ein Messsignal zu erzeugen. Das Sensorelement 11 umfasst beispielsweise ein Edelmetall oder ein Halbedelmetall. Das Sensorelement 11 ist vorzugsweise über eine Membran mit dem Messmedium in Kontakt.The sensor element 11 is electrically connected to the first electrical connection 12, for example by a metal wire, a so-called lead. The sensor element 11 is suitable for being in contact with a measurement medium in order to generate a measurement signal. The sensor element 11 comprises a precious metal or a semi-precious metal, for example. The sensor element 11 is preferably in contact with the measurement medium via a membrane.

In der Elektrode 10 ist ein Elektrolyt um die Ableitung herum angeordnet. Der Elektrolyt ist ebenso mit dem Sensorelement 11 in Kontakt. Vorzugsweise ist der Elektrolyt in einer Kammer 21 im Sensorgehäuse 30 eingeschlossen. Die Kammer 21 ist beispielsweise mit einer Innendichtung 22 verschlossen. Die Innendichtung 21 ist beispielsweise ein Dichtstopfen.In the electrode 10, an electrolyte is arranged around the lead. The electrolyte is also in contact with the sensor element 11 . The electrolyte is preferably enclosed in a chamber 21 in the sensor housing 30 . The chamber 21 is closed with an inner seal 22, for example. The inner seal 21 is a sealing plug, for example.

Der erste elektrische Anschluss 12 weist vorzugsweise eine Elektronikeinheit 19 auf. Die Elektronikeinheit 19 umfasst beispielsweise einen Mikrocontroller, eine erste elektrische Spule 20, eine Energiequelle - wie einen Kondensator, eine Batterie oder einen Akku. Die erste elektrische Spule 20 ist dazu geeignet ein erstes Magnetfeld zu erzeugen, so dass eine erste magnetische Kraft F1 erzeugbar ist. Die erste elektrische Spule 20 ist ebenso dazu geeignet, ein dem ersten Magnetfeld entgegengesetztes zweites Magnetfeld zu erzeugen, so dass eine der ersten magnetischen Kraft F1 entgegengesetzte zweite magnetische Kraft F2 erzeugbar ist. Der Mikrocontroller umfasst beispielsweise eine Funkeinheit, um Steuersignale oder andere Daten zu empfangen oder zu senden. Der Mikrocontroller ist dazu geeignet, das durch die erste elektrische Spule 20 erzeugte Magnetfeld zu steuern.The first electrical connection 12 preferably has an electronics unit 19 . The electronics unit 19 includes, for example, a microcontroller, a first electrical coil 20, an energy source - such as a capacitor, a battery or an accumulator. The first electrical coil 20 is suitable for generating a first magnetic field, so that a first magnetic force F1 can be generated. The first electrical coil 20 is also suitable for generating a second magnetic field that is opposite to the first magnetic field, so that a second magnetic force F2 that is opposite to the first magnetic force F1 can be generated. The microcontroller includes, for example, a radio unit to receive or send control signals or other data. The microcontroller is suitable for controlling the magnetic field generated by the first electrical coil 20 .

Die erste elektrische Spule 20 ist ebenso dazu geeignet, Informationen und Energie an eine zweite elektrische Spule 37 einer Steuereinheit 2 zu übertragen bzw. von der zweiten elektrischen Spule 37 zu empfangen (siehe 1). Somit können beispielsweise Daten zwischen der Steuereinheit 2 und dem Mikrocontroller der Elektronikeinheit 19 übertragen werden oder die Elektronikeinheit 19 mit Energie versorgt werden. Hierzu steuert die Steuereinheit 2 die zweite elektrische Spule 37 derart an, dass eine zum Beispiel konstante Sinuswechselspannung zur Erzeugung der ersten magnetischen Kraft F1 bzw. zweiten magnetischen Kraft F2 generiert wird. Zusätzlich wird durch die Steuereinheit 2 gleichzeitig eine Datensignalspannung auf die Sinuswechselspannung, welche als Trägerspannung fungiert, moduliert, so dass gleichzeitig zur Energieübertragung auch Informationen übertragen werden. Sollen Daten oder Energie von der Elektrode 10 zur Steuereinheit 2 übertragen werden, steuert der Mikrocontroller der Elektronikeinheit 19 die erste elektrische Spule 20 entsprechend an.The first electrical coil 20 is also suitable for transmitting information and energy to a second electrical coil 37 of a control unit 2 or receiving it from the second electrical coil 37 (see FIG 1 ). Thus, for example, data can be transmitted between the control unit 2 and the microcontroller of the electronics unit 19 or the electronics unit 19 can be supplied with energy. For this purpose, the control unit 2 controls the second electrical coil 37 in such a way that, for example, a constant sinusoidal alternating voltage is generated for generating the first magnetic force F1 or second magnetic force F2. In addition, a data signal voltage is simultaneously modulated by the control unit 2 onto the sinusoidal AC voltage, which acts as a carrier voltage, so that information is also transmitted at the same time as the energy is transmitted. If data or energy is to be transmitted from the electrode 10 to the control unit 2, the microcontroller of the electronics unit 19 controls the first electrical coil 20 accordingly.

Es versteht sich von selbst, dass die magnetischen Kräfte erzeugt werden, wenn ein magnetisches Material oder ein Magnetfeld in der Nähe des ersten bzw. zweiten Magnetfeldes sind.It goes without saying that the magnetic forces are generated when a magnetic material or a magnetic field is in the vicinity of the first and second magnetic fields, respectively.

Im Folgenden wird unter der ersten magnetischen Kraft F1 eine Kraft verstanden, welche eine Anziehung zwischen der Elektrode 10 und dem Sensorgehäuse 30 bewirkt. In anderen Worten ist die erste magnetische Kraft F1 dazu geeignet, die Elektrode 10 relativ zum Sensorgehäuse 30 anzunähern, was in 1 durch den Pfeil in Richtung der Steuereinheit 2 dargestellt ist. Im Folgenden wird unter der zweiten magnetischen Kraft F2 eine Kraft verstanden, welche ein Abstoßen zwischen der Elektrode 10 und dem Sensorgehäuse 30 bewirkt. In anderen Worten ist die zweite magnetische Kraft F2 dazu geeignet, die Elektrode 10 relativ zum Sensorgehäuse 30 zu entfernen, was in 1 durch den Pfeil in Richtung der Elektrode 10 dargestellt ist.In the following, the first magnetic force F1 is understood to mean a force which causes an attraction between the electrode 10 and the sensor housing 30 . In other words, the first magnetic force F1 is adapted to approach the electrode 10 relative to the sensor housing 30, which is shown in 1 is represented by the arrow in the direction of the control unit 2. Below is under the second magnetic force F2 understood a force which causes a repulsion between the electrode 10 and the sensor housing 30. In other words, the second magnetic force F2 is suitable for removing the electrode 10 relative to the sensor housing 30, which is shown in 1 shown by the arrow pointing towards the electrode 10.

Der erste elektrische Anschluss 12 ist lösbar mit dem Sensorgehäuse 30, zum Beispiel durch Steckkontakte elektrisch verbindbar (siehe 2). Der erste elektrische Anschluss 12 ist also steckbar. Der erste elektrische Anschluss 12 kann aber auch andere Bauformen aufweisen. Beispielsweise kann der erste elektrische Anschluss 12 Klemmkontakte aufweisen. Der erste elektrische Anschluss 12 kann auch als Federkontaktstift ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform ist der erste elektrische Anschluss 12 als galvanisch getrennte, insbesondere induktive Schnittstelle ausgestaltet.The first electrical connection 12 can be detachably electrically connected to the sensor housing 30, for example by means of plug-in contacts (see FIG 2 ). The first electrical connection 12 can therefore be plugged in. However, the first electrical connection 12 can also have other designs. For example, the first electrical connection 12 can have clamping contacts. The first electrical connection 12 can also be designed as a spring contact pin. In an alternative embodiment, the first electrical connection 12 is designed as a galvanically isolated, in particular inductive, interface.

Die erste Haltevorrichtung 13 der Elektrode 10 ist lösbar mit dem Sensorgehäuse 30 mechanisch verbindbar, wodurch ein einfaches Auswechseln der Elektrode 10 ermöglicht wird. Die Elektrode 10 umfasst ein Gehäuse 18, in welchem das Sensorelement 11 sowie Elektrolyt eingeschlossen sind. Die Elektrode 10 ist also durch das Gehäuse 18 als abgeschlossene eigenständige und somit wechselbare Einheit identifizierbar.The first holding device 13 of the electrode 10 can be detachably mechanically connected to the sensor housing 30, as a result of which the electrode 10 can be easily replaced. The electrode 10 comprises a housing 18 in which the sensor element 11 and the electrolyte are enclosed. The electrode 10 can therefore be identified by the housing 18 as a closed, independent and therefore exchangeable unit.

Die erste Haltevorrichtung 13 umfasst eine erste Halteeinheit 14, welche an dem ersten Ende 15 angeordnet ist oder zwischen dem ersten Ende 15 und dem zweiten Ende 16 angeordnet ist.The first holding device 13 comprises a first holding unit 14 which is arranged at the first end 15 or between the first end 15 and the second end 16 .

Die erste Halteeinheit 14 ist magnetisch, weist also zum Beispiel einen Permanentmagneten auf. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Halteeinheit 14 magnetisierbar, weist also ein ferromagnetisches Metall wie Eisen, Kobalt oder Nickel auf. Falls die erste Halteeinheit 14 einen Permanentmagneten aufweist, umfasst dieser vorzugsweise Neodym.The first holding unit 14 is magnetic, ie it has a permanent magnet, for example. In an alternative embodiment, the first holding unit 14 can be magnetized, ie it has a ferromagnetic metal such as iron, cobalt or nickel. If the first holding unit 14 has a permanent magnet, this preferably includes neodymium.

Die in 1 und 2 dargestellte erste Halteeinheit 14 ist ringförmig. Die Ringform ist besonders deswegen vorteilhaft, da somit der erste elektrische Anschluss 12 an dem ersten Ende 15 der Elektrode 10 platzsparend vom Ring der ersten Halteeinheit 14 umgeben angeordnet sein kann.In the 1 and 2 shown first holding unit 14 is ring-shaped. The ring shape is particularly advantageous because the first electrical connection 12 can be arranged at the first end 15 of the electrode 10 surrounded by the ring of the first holding unit 14 in a space-saving manner.

Die kreisförmige Außenkontur der ersten Halteeinheit 14 ist der Querschnittsform der Elektrode 10 zu Schulden (siehe 2). Selbstverständlich kann die Elektrode 10 auch andere Querschnittsformen aufweisen. In diesem Fall könnte die erste Halteeinheit 14 eine der Querschnittsform entsprechende Außenkontur aufweisen.The circular outer contour of the first holding unit 14 is due to the cross-sectional shape of the electrode 10 (see FIG 2 ). Of course, the electrode 10 can also have other cross-sectional shapes. In this case, the first holding unit 14 could have an outer contour corresponding to the cross-sectional shape.

Selbstverständlich kann die erste Halteeinheit 14 aber auch andere Bauformen besitzen, zum Beispiel kubisch, quaderförmig oder hülsenförmig.Of course, the first holding unit 14 can also have other designs, for example cubic, cuboid or sleeve-shaped.

Selbstredend kann die erste Halteeinheit 14 auch zwischen dem ersten Ende 15 und dem zweiten Ende 16, oder am zweiten Ende 16, oder in der Elektrode 10 angeordnet sein. In jedem Fall ist eine zur ersten Halteeinheit 14 komplementäre zweite Halteeinheit 34 derart am oder im Sensorgehäuse 30 angeordnet, dass eine magnetische Wechselwirkung zwischen der ersten Halteeinheit 14 und der zweiten Halteeinheit 34 möglich ist. Unter magnetischer Wechselwirkung wird verstanden, dass die erste Halteeinheit 14 die erste magnetische Kraft F1 auf die zweite Halteeinheit 34 ausübt, oder die zweite Halteeinheit 34 die erste magnetische Kraft F1 ausübt, oder beide Halteeinheiten 14, 34 aufeinander jeweils eine erste magnetische Kraft F1 ausüben. Wobei die erste magnetische Kraft F1 eine anziehende Kraft, welche eine Annäherung der Halteeinheiten 14, 34 bewirkt, ist. Die erste magnetische Kraft F1 liegt vorzugsweise zwischen 10 Newton und 30 Newton. Auf die zweite Halteeinheit 34 des Sensorgehäuses 30 wird später im Detail eingegangen.Of course, the first holding unit 14 can also be arranged between the first end 15 and the second end 16, or at the second end 16, or in the electrode 10. In any case, a second holding unit 34 complementary to the first holding unit 14 is arranged on or in the sensor housing 30 in such a way that a magnetic interaction between the first holding unit 14 and the second holding unit 34 is possible. Magnetic interaction means that the first holding unit 14 exerts the first magnetic force F1 on the second holding unit 34, or the second holding unit 34 exerts the first magnetic force F1, or both holding units 14, 34 each exert a first magnetic force F1 on one another. The first magnetic force F1 is an attractive force which causes the holding units 14, 34 to approach each other. The first magnetic force F1 is preferably between 10 Newton and 30 Newton. The second holding unit 34 of the sensor housing 30 will be discussed in detail later.

Die erste Haltevorrichtung 13 umfasst vorzugsweise eine Dichteinheit 17. Die Dichteinheit 17 weist zum Beispiel einen oder mehrere O-Ringe auf. Die Dichteinheit 17 ist aus einem elastischen Material. Die Dichteinheit 17 ist dazu geeignet, wenn die Elektrode 10, im Sensorgehäuse 30 angeordnet ist, eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen der Elektrode 10 und dem Sensorgehäuse 30 herzustellen. Somit wird verhindert, dass Flüssigkeiten mit dem ersten elektrischen Anschluss 12 in Kontakt kommen. Bei zwei axial hintereinander angeordneten O-Ringen wird ein besonders hoher Dichteffekt erreicht. Es wird somit zum Beispiel eines der zwei Dichtelemente 17 als Schmutzabstreifer benutzt, um beim Herausziehen der Elektrode 10 mögliche Schmutzablagerungen aus der Elektrodenkammer 31 zu entfernen.The first holding device 13 preferably includes a sealing unit 17. The sealing unit 17 has, for example, one or more O-rings. The sealing unit 17 is made of an elastic material. The sealing unit 17 is suitable for producing a liquid-tight connection between the electrode 10 and the sensor housing 30 when the electrode 10 is arranged in the sensor housing 30 . This prevents liquids from coming into contact with the first electrical connection 12 . A particularly high sealing effect is achieved with two O-rings arranged axially one behind the other. Thus, for example, one of the two sealing elements 17 is used as a dirt wiper in order to remove possible dirt deposits from the electrode chamber 31 when the electrode 10 is pulled out.

Die erste Haltevorrichtung 13 kann zusätzlich ein erstes mechanisches Halteelement (nicht dargestellt) aufweisen, um mit einem zweiten mechanischen Halteelement (nicht dargestellt) des Sensorgehäuses 30 mechanisch in Eingriff zu kommen. Derartige mechanische Halteelemente bilden zusammen beispielsweise einen Bajonettverschluss.The first holding device 13 can additionally have a first mechanical holding element (not shown) in order to mechanically engage with a second mechanical holding element (not shown) of the sensor housing 30 . Such mechanical holding elements together form a bayonet lock, for example.

Das Sensorgehäuse 30 umfasst mindestens eine Elektrodenkammer 31, zum Empfangen einer Elektrode 10, einen zweiten elektrischen Anschluss 32, welcher zum ersten elektrischen Anschluss 12 der Elektrode 10 komplementär ist, und eine zweite Haltevorrichtung 33 mit der zweiten Halteeinheit 34.The sensor housing 30 comprises at least one electrode chamber 31 for receiving an electrode 10, a second electrical connection 32, which is complementary to the first electrical connection 12 of the electrode 10, and a second holding device 33 with the second holding unit 34.

Die Elektrodenkammer 31 erstreckt sich entlang der ersten Achse X und weist eine Kammeröffnung 35 sowie einen der Kammeröffnung 35 gegenüberliegenden Kammerboden 36 auf. Die Kammeröffnung 35 ist dazu geeignet, die Elektrode 10 in die Elektrodenkammer 31 einzuführen.The electrode chamber 31 extends along the first axis X and has a chamber opening 35 and a chamber floor 36 opposite the chamber opening 35 . The chamber opening 35 is suitable for introducing the electrode 10 into the electrode chamber 31 .

Wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zu sehen ist, kann das Sensorgehäuse 30 auch mehrere Elektrodenkammern 31, zum Empfangen von jeweils einer Elektrode 10, aufweisen. In diesem Fall ist beispielsweise jede Kammer mit der Elektrodenkammer 31 identisch. Somit können beispielsweise vier verschiedene Analyten mittels vier verschiedener Elektroden 10 durch den elektrochemischen Sensor 1 gemessen werden. Somit können zum Beispiel Kalium-, Ammonium-, und Nitrat-Ionen gemessen werden. Vorzugsweise umfasst das Sensorgehäuse 30 mindestens zwei Elektrodenkammern 31, so dass eine Elektrode 10 als Referenzelektrode und eine weitere Elektrode 10 als Messelektrode verwendbar ist. Es versteht sich von selbst, dass anstatt mehrerer separater Elektrodenkammern 31 auch eine große Multi-Elektrodenkammer vorgesehen werden kann, in welcher mehrere Elektroden 10 angeordnet werden können. In diesem Fall ist diese Multi-Elektrodenkammer mit jeweils für jede Elektrode 10 ausgestalteten elektrischen Anschlüssen und Haltevorrichtungen ausgestattet, so wie dies in der oben beschriebenen Elektrodenkammer 31 der Fall ist.As with the in 1 illustrated embodiment can be seen, the sensor housing 30 can also have a plurality of electrode chambers 31 for receiving one electrode 10 each. In this case, each chamber is identical to the electrode chamber 31, for example. Thus, for example, four different analytes can be measured by the electrochemical sensor 1 using four different electrodes 10 . Thus, for example, potassium, ammonium and nitrate ions can be measured. The sensor housing 30 preferably comprises at least two electrode chambers 31, so that one electrode 10 can be used as a reference electrode and another electrode 10 can be used as a measuring electrode. It goes without saying that instead of several separate electrode chambers 31, a large multi-electrode chamber can also be provided, in which several electrodes 10 can be arranged. In this case, this multi-electrode chamber is equipped with electrical connections and holding devices designed for each electrode 10, as is the case in the electrode chamber 31 described above.

Die zweite Halteeinheit 34 ist magnetisch oder magnetisierbar, so dass zwischen der ersten Halteeinheit 14 der Elektrode 10 und der zweiten Halteeinheit 34 des Sensorgehäuses 30 eine erste magnetische Kraft F1 erzeugbar ist. Die zweite Halteeinheit 34 ist am Kammerboden 36 oder zwischen dem Kammerboden 36 und Kammeröffnung 35 oder an der Kammeröffnung 35 der Elektrodenkammer 31 angeordnet. Die zweite Halteeinheit 34 kann auch in dem Sensorgehäuse 30 angeordnet sein. In jedem Fall ist die zweite Halteeinheit 34 jedoch derart angeordnet, dass eine magnetische Wechselwirkung zwischen der ersten Halteeinheit 14 und der zweiten Halteeinheit 34 möglich ist.The second holding unit 34 is magnetic or magnetizable, so that a first magnetic force F1 can be generated between the first holding unit 14 of the electrode 10 and the second holding unit 34 of the sensor housing 30 . The second holding unit 34 is arranged on the chamber floor 36 or between the chamber floor 36 and the chamber opening 35 or at the chamber opening 35 of the electrode chamber 31 . The second holding unit 34 can also be arranged in the sensor housing 30 . In any case, however, the second holding unit 34 is arranged in such a way that magnetic interaction between the first holding unit 14 and the second holding unit 34 is possible.

Die zweite Halteeinheit 34 ist vorzugsweise ringförmig. Dies hat den Vorteil, dass der zweite elektrischer Anschluss 32 platzsparend in der ringförmigen zweiten Halteeinheit 34 angeordnet werden kann (siehe 1). Ein weiterer Vorteil einer ringförmigen zweiten Halteeinheit 34 ist, dass diese in derselben Ebene, wie die erste Halteeinheit 14 angeordnet werden kann, zum Beispiel in einer Ebene, welche orthogonal zur ersten Achse X ausgerichtet ist. In anderen Worten umschließt die zweite Halteeinheit 34 die erste Halteeinheit 14. Die zweite Halteeinheit 34 weist hier also einen Innendurchmesser auf, welcher größer dem Außendurchmesser der ersten Halteeinheit 14 ist. Die Ringe der ersten Halteeinheit 14 und der zweiten Halteeinheit 34 können hier also konzentrisch zueinander angeordnet werden.The second holding unit 34 is preferably ring-shaped. This has the advantage that the second electrical connection 32 can be arranged in the annular second holding unit 34 in a space-saving manner (see FIG 1 ). A further advantage of an annular second holding unit 34 is that it can be arranged in the same plane as the first holding unit 14, for example in a plane which is orthogonal to the first axis X. In other words, the second holding unit 34 encloses the first holding unit 14 . The second holding unit 34 therefore has an inside diameter here which is larger than the outside diameter of the first holding unit 14 . The rings of the first holding unit 14 and the second holding unit 34 can therefore be arranged concentrically to one another here.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist die zweite Halteeinheit 34 mittig, also ungefähr auf halber Strecke zwischen der Kammeröffnung 35 und dem Kammerboden 36, in der Elektrodenkammer 31 angeordnet. In dieser Ausführungsform ist auch die erste Halteeinheit 14 auf halber Strecke zwischen dem ersten Ende 15 und dem zweiten Ende 16 angeordnet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass magnetisierbare Fremdkörper, wie zum Beispiel Eisenspäne, leicht von der Elektrode 10 oder dem Sensorgehäuse 30 entfernbar sind, besonders wenn die erste Halteeinheit 14 und/oder die zweite Halteeinheit 34 einen Permanentmagneten aufweisen.In an embodiment that is not shown, the second holding unit 34 is arranged in the center of the electrode chamber 31 , ie approximately halfway between the chamber opening 35 and the chamber floor 36 . In this embodiment, the first holding unit 14 is also arranged halfway between the first end 15 and the second end 16 . This embodiment has the advantage that foreign objects that can be magnetized, such as iron filings, can be easily removed from the electrode 10 or the sensor housing 30, especially if the first holding unit 14 and/or the second holding unit 34 have a permanent magnet.

Selbstverständlich könnte die erste Haltevorrichtung 13 und/oder die zweite Halteeinheit 34 einen Flachmagneten umfassen. Dieser könnte an einer geeigneten Position, vorzugsweise nahe einer Gehäuseoberfläche der Elektrode 10 bzw. des Sensorgehäuses 30 angeordnet sein.Of course, the first holding device 13 and/or the second holding unit 34 could comprise a flat magnet. This could be arranged at a suitable position, preferably near a housing surface of the electrode 10 or of the sensor housing 30 .

In der in 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform weist die zweite Halteeinheit 34 die zweite elektrische Spule 37 auf. Die zweite elektrische Spule 37 ist dazu geeignet, die erste magnetische Kraft F1 zu erzeugen, so dass die erste Halteeinheit 14 und die zweite Halteeinheit 34 relativ zueinander angezogen werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass auf Permanentmagneten in der Elektrode 10 und dem Sensorgehäuse 30 verzichtet werden kann, wodurch keine magnetisierbaren Fremdkörper an der Elektrode 10 oder dem Sensorgehäuse 30 „haften“ können, z.B. wenn die Elektrode 10 noch nicht in den elektrochemischen Sensor 1 eingesetzt ist. Im Fall eines Permanentmagneten, wird die erste magnetische Kraft F1 erzeugt, wenn sich die erste Halteeinheit 14 und die zweite Halteeinheit 34 derart in der Nähe zueinander befinden, dass zumindest eines der Halteelemente vom Magnetfeld des anderen Halteelements erfasst wird.in the in 1 In the embodiment illustrated by way of example, the second holding unit 34 has the second electrical coil 37 . The second electric coil 37 is adapted to generate the first magnetic force F1 so that the first holding unit 14 and the second holding unit 34 are attracted relative to each other. This embodiment has the advantage that there is no need for permanent magnets in the electrode 10 and the sensor housing 30, which means that no magnetizable foreign bodies can "adhere" to the electrode 10 or the sensor housing 30, e.g. if the electrode 10 has not yet been inserted into the electrochemical sensor 1 is used. In the case of a permanent magnet, the first magnetic force F1 is generated when the first holding unit 14 and the second holding unit 34 are in close proximity to each other such that at least one of the holding members is caught by the magnetic field of the other holding member.

Ebenso ist die zweite elektrische Spule 37 dazu geeignet, eine zweite magnetische Kraft F2 zu erzeugen, so dass die erste Halteeinheit 14 und die zweite Halteeinheit 34 voneinander abstoßbar sind. Somit wird ein Auswerfen der Elektrode 10 aus dem Sensorgehäuse 30 ermöglicht. Hierzu kann die erste Halteeinheit 14 der Elektrode 10 einen Permanentmagneten mit einem ersten Magnetfeld, welches axiale Magnetfeldlinien mit einer ersten axialen Richtung aufweist, umfassen, und die zweite elektrische Spule 37 muss ein zweites Magnetfeld, welches axiale Magnetfeldlinien mit einer zweiten axialen Richtung erzeugen, umfassen, wobei die erste axiale Richtung der zweiten axialen Richtung entgegengesetzt ist. In anderen Worten müssen in diesem Fall die Magnetfeldlinien der beiden Magnetfelder aufeinander zulaufen oder voneinander weglaufen, damit sich die Halteinheiten 14, 34 voneinander abstoßen.Likewise, the second electrical coil 37 is suitable for generating a second magnetic force F2, so that the first holding unit 14 and the second holding unit 34 can be repelled from one another. This enables the electrode 10 to be ejected from the sensor housing 30 . For this purpose, the first holding unit 14 of the electrode 10 can comprise a permanent magnet with a first magnetic field, which has axial magnetic field lines with a first axial direction, and the second electrical coil 37 must have a second magnetic field, which generate axial magnetic field lines with a second axial direction , wherein the first axial direction is opposite to the second axial direction sets is. In other words, in this case the magnetic field lines of the two magnetic fields must converge or diverge from one another so that the holding units 14, 34 repel one another.

Um die Elektrode 10 aus dem Sensorgehäuse 30 auszustoßen, kann die erste Halteeinheit 14 anstelle des Permanentmagneten auch die erste elektrische Spule 20 aufweisen, welche ein erstes Magnetfeld erzeugt, wobei das erste Magnetfeld dem von der zweiten elektrischen Spule 37 erzeugten zweiten Magnetfeld entgegengesetzt ist. In diesem Fall wird die erste Spule 20 von der Elektronikeinheit 19 angesteuert, sowie die zweite elektrische Spule 37 von der Steuereinheit 2 angesteuert.In order to eject the electrode 10 from the sensor housing 30, the first holding unit 14 can also have the first electric coil 20 instead of the permanent magnet, which generates a first magnetic field, the first magnetic field being opposite to the second magnetic field generated by the second electric coil 37. In this case, the first coil 20 is controlled by the electronics unit 19 and the second electrical coil 37 is controlled by the control unit 2 .

Wie oben im Bezug zur ersten elektrischen Spule 20 beschrieben, können mittels der ersten elektrischen Spule 20 und der zweiten elektrischen Spule 37 Informationen und/oder Energie zwischen den elektrischen Spulen 20, 37 übertragen werden. Soll die Elektrode 10 aus dem Sensorgehäuse 30 ausgestoßen werden, kann beispielsweise von der Steuereinheit 2 ein entsprechendes Signal über die Spulen 20, 37 an die Elektronikeinheit 19 gesendet werden, welche wiederum die erste elektrische Spule 20 derart ansteuert, dass die Elektronikeinheit 19 ausgeworfen wird. Alternativ hierzu kann die Steuereinheit 2 auch eine Funkeinheit aufweisen und das Steuersignal an die Funkeinheit der Elektronikeinheit 19 senden, so dass die Elektrode 10 ausgeworfen wird.As described above in relation to the first electrical coil 20, information and/or energy can be transmitted between the electrical coils 20, 37 by means of the first electrical coil 20 and the second electrical coil 37. If electrode 10 is to be ejected from sensor housing 30, control unit 2 can, for example, send a corresponding signal via coils 20, 37 to electronics unit 19, which in turn controls first electrical coil 20 in such a way that electronics unit 19 is ejected. As an alternative to this, the control unit 2 can also have a radio unit and send the control signal to the radio unit of the electronic unit 19 so that the electrode 10 is ejected.

In einer Ausführungsform ist die zweite Halteeinheit 34 derart im Sensorgehäuse 30 angeordnet, beispielsweise am Rand des Sensorgehäuses 30, dass das Sensorgehäuse 30 durch die zweite Halteeinheit 34 an einem zum Sensorgehäuse 30 externen magnetisierbarem Objekt, beispielsweise einer Armatur, befestigt werden kann.In one specific embodiment, second holding unit 34 is arranged in sensor housing 30, for example on the edge of sensor housing 30, such that sensor housing 30 can be attached by second holding unit 34 to a magnetizable object external to sensor housing 30, for example a fitting.

Der zweite elektrische Anschluss 32 des Sensorgehäuses 30 ist dazu geeignet, mit dem ersten elektrischen Anschluss 12 der Elektrode 10 elektrisch verbunden zu werden.The second electrical connection 32 of the sensor housing 30 is suitable for being electrically connected to the first electrical connection 12 of the electrode 10 .

Der elektrochemische Sensor 1 umfasst des Weiteren eine Steuereinheit 2. Die Steuereinheit 2 ist mit dem zweiten elektrischen Anschluss 32 verbunden. Falls das Sensorgehäuse 30 eine zweite elektrische Spule 37 umfasst, ist die Steuereinheit 2 auch mit der zweiten elektrischen Spule 37 verbunden, um diese zu steuern. Vorzugsweise kann durch die Steuereinheit 2 das von der zweiten elektrischen Spule 37 erzeugte Magnetfeld gesteuert werden. Somit kann die Richtung der Magnetfeldlinien des durch die zweite elektrische Spule 37 erzeugten Magnetfeld verändert werden.The electrochemical sensor 1 also includes a control unit 2. The control unit 2 is connected to the second electrical connection 32. If the sensor housing 30 comprises a second electrical coil 37, the control unit 2 is also connected to the second electrical coil 37 in order to control it. The magnetic field generated by the second electrical coil 37 can preferably be controlled by the control unit 2 . Thus, the direction of the magnetic field lines of the magnetic field generated by the second electric coil 37 can be changed.

BezugszeichenlisteReference List

11: elektrochemischer Sensorelectrochemical sensor
22: Steuereinheit control unit
1010: Elektrodeelectrode
1111: Sensorelementsensor element
1212: erster elektrischer Anschlussfirst electrical connection
1313: erste Haltevorrichtungfirst holding device
1414: erste Halteeinheitfirst holding unit
1515: erstes Endefirst end
1616: zweites Endesecond end
1717: Dichteinheitsealing unit
1818: GehäuseHousing
1919: Elektronikeinheitelectronics unit
2020: erste elektrische Spulefirst electric coil
2121: Innendichtung inner seal
3030: Sensorgehäusesensor housing
3131: Elektrodenkammerelectrode chamber
3232: zweiter elektrischer Anschlusssecond electrical connection
3333: zweite Haltevorrichtungsecond holding device
3434: zweite Halteeinheitsecond holding unit
3535: Kammeröffnungchamber opening
3636: Kammerbodenchamber floor
3737: zweite elektrische Spule second electrical coil
F1F1: erste magnetische Kraftfirst magnetic force
F2F2: zweite magnetische Kraft second magnetic force
XX: erste Achsefirst axis

Claims

Electrode (10) for a sensor housing (30), with a sensor element (11), a first electrical connection (12) and a first holding device (13), wherein the sensor element (11) is connected to the first electrical connection (12) and is suitable for generating a measurement signal, wherein the first electrical connection (12) is suitable for being detachably connected to the sensor housing (30), wherein the first holding device (13) is suitable for being detachably connected to the sensor housing (30) and comprises a first holding unit (14) which is magnetic or can be magnetized.

Electrode (10) according to claim 1 , wherein the first holding unit (14) is designed ring-shaped.

Electrode (10) according to claim 1 or 2 , wherein the electrode (10) extends along a first axis (X) and has a first end (15) and a second end (16) opposite the first end (15), the first holding unit (14) at the first end (15) is arranged or is arranged between the first end (15) and the second end (16).

An electrode (10) according to any one of the preceding claims, wherein the first holding device (13) further comprises a first electrical coil (20).

Sensor housing (30) for an electrochemical sensor (1), comprising at least one electrode chamber (31), a second electrical connection (32) and a second holding device (33) with a second holding unit (34), the electrode chamber (31) being suitable for this is to receive an electrode (10) according to any one of the preceding claims, wherein the second electrical connection (32) is suitable for being connected to the first electrical connection (12) of the electrode (10), wherein the second holding unit (34) is magnetic or magnetizable, so that a first magnetic force (F1) can be generated between the first holding unit (14) and the second holding unit (34).

Sensor housing (30) according to claim 5 , wherein the second holding unit (34) is ring-shaped.

Sensor housing (30) according to claim 5 or 6 , wherein the electrode chamber (31) extends along the first axis (X) and has a chamber opening (35) and a chamber bottom (36) opposite the chamber opening (35), the chamber opening (35) being suitable for the electrode (10 ) into the electrode chamber (31), the second holding unit (34) being arranged on the chamber floor (36) or between the chamber floor (36) and the chamber opening (35) of the electrode chamber (31).

Sensor housing (30) according to one of Claims 5 until 7 , wherein the second holding unit (34) comprises a second electric coil (37), wherein the second electric coil (37) is adapted to generate the first magnetic force (F1), so that the first holding unit (14) and the second Holding unit (34) are attracted to each other.

Sensor housing (30) according to one of Claims 5 until 8th , wherein the second holding unit (34) comprises a permanent magnet.

Electrochemical sensor (1) comprising an electrode (10) according to any one of Claims 1 until 4 , A sensor housing (30) according to one of Claims 5 until 9 and a control unit (2).

Electrochemical sensor (1) according to claim 10 , wherein the first holding unit 14 comprises a permanent magnet and wherein the second electric coil (37) is suitable for generating a second magnetic force (F2) so that the first holding unit (14) and the second holding unit (34) are repelled from each other .