DE10220668A1

DE10220668A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE10220668A1
Application number: DE10220668A
Authority: DE
Inventors: Peter Kienke
Original assignee: TECHNOLOGIE NORD GmbH
Current assignee: TECHNOLOGIE NORD GmbH
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-20

Abstract

Der Gassensor weist mindestens eine Strahlungsquelle, mindestens einen Strahlungsempfänger, der ein auswertbares Signal zur Verfügung stellt, und einen Messbereich auf, der mit einem Gas aus einem Arbeitsbereich, z. B. eines Inkubators, beaufschlagt wird. Dieser Messbereich ist aus einem gesonderten Messkammergehäuse gebildet, das Öffnungen zum Einströmen und Ausströmen aus dem Inkubator aufweist und gegenüber der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger gasdicht abgeschlossen ist. Auf der der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger zugekehrten Seite des Messkammergehäuses ist ein Fenster vorgesehen, das aus einem für die in das Messkammergehäuse ein- und austretende Messstrahlung durchlässigem Material besteht.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Gassensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der biomedizinischen und pharmazeutischen Forschung werden häufig Wärmeschränke und Wärmebehälter, die auch als so genannte Inkubatoren bezeichnet werden, verwendet, in denen z. B. Zellkulturen oder mikrobiologische Organismen gezüchtet werden. Diese Zellkulturen und Organismen befinden sich in einer Nährlösung in kleineren Behältern, die in dem Inkubator behandelt werden, um die Nährlösung bei einer möglichst konstanten Temperatur zu halten. Die Innentemperatur des Inkubators beträgt im Allgemeinen 37°C. Ein weiterer wichtiger Parameter für die Lebensfähigkeit und das Wachstum der Zellkulturen und Organismen ist die Zusammensetzung der Atmosphäre in dem Inkubator. Dabei wird eine hohe relative Feuchte in der Atmosphäre angestrebt, um eine Austrocknung der jeweiligen Nährlösung zu vermeiden. Über den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre des Inkubators wird der pH-Wert der jeweiligen Nährlösung eingestellt, der wiederum ein wichtiger Parameter für die Vermehrung und das Wachstum der Zellkulturen und Organismen in den jeweiligen Nährlösungen ist.

Der Inkubator besteht aus einem geschlossenen Kessel oder dergleichen, dessen Innenraum über eine Tür zugänglich ist. In der Regel ist der Inkubator mit einer umfangreichen Mess- und Regeltechnik ausgestattet, um während der Versuche konstante Temperaturen, Feuchte und Kohlendioxidkonzentrationen in dem Inkubator einzustellen. Im Fall der Anwendung einer Kohlendioxid-Messeinrichtung kommen unterschiedliche Messverfahren zum Einsatz. Es gibt Verfahren, nach denen eine veränderte Wärmeleitfähigkeit der Atmosphäre in dem Inkubator in Abhängigkeit vom Kohlendioxidgehalt bestimmt wird. Weiterhin werden Verfahren angewendet, die nach dem Prinzip der Infrarotabsorption arbeiten. Die hierfür verwendeten Gassensoren umfassen prinzipiell eine Infrarotstrahlungsquelle, einen durchstrahlten Messbereich, in dem sich ein Teil des zu analysierenden Gasgemisches aus dem Inkubator befindet, ein wellenlängenselektives Element, beispielsweise ein Interferenzfilter, und einen Strahlungsempfänger, der die Infrarotstrahlung von der Strahlungsquelle empfängt und in ein elektrisches Signal umwandelt. Ferner ist eine Auswerteeinrichtung für die elektrischen Signale des Strahlungsempfänger vorgesehen. Gelangt Kohlendioxid in den Messbereich, wird die Infrarotstrahlung bei den für dieses Gas charakteristischen Wellenlängen geschwächt. Diese Schwächung wird von dem Strahlungsempfänger registriert und mit Hilfe der Auswerteeinrichtung in einen Konzentrationswert umgerechnet und angezeigt. Gegenüber den Wärmeleitungsmessverfahren hat dieses Verfahren den Vorteil einer höheren Genauigkeit und besseren Selektivität.

Aufgrund der für die Zellkulturen und Mikroorganismen günstigen Lebensbedingungen in dem Inkubator kann es eintreten, dass sich Keime auch außerhalb der Nährlösung vermehren. Diese Keime, insbesondere wenn sie schädlich oder unerwünscht sind, können aus der Nährlösung selbst, aber auch von außerhalb des Inkubators, beispielsweise durch die Luft oder durch Personen, in den Inkubator eingebracht werden, was dann zu einer Kontamination desselben führt. Der Inkubator ist deshalb mit einer Einrichtung ausgerüstet, die es erlaubt, die Keime in dem Innenraum des Inkubators durch Desinfektion oder Sterilisation abzutöten. Der Vorgang der Desinfektion oder Sterilisation wird vorzugsweise nach Beendigung einer Versuchsreihe durchgeführt, um wieder geeignete Bedingungen für den nächsten Versuch herzustellen, wobei auch Sorge dafür getragen werden muss, dass die Gefahr einer Verschleppung von insbesondere gefährlichen Keimen nach außerhalb des Inkubators vermieden wird. Eine wirksame Methode zur Desinfektion/Sterilisation des Inkubators besteht darin, das Innere des Inkubators auf derart hohe Temperaturen zu erhitzen, dass Keime sicher absterben. Oft enthält der Inkubator noch einen hohen Wasserdampfgehalt, der die desinfizierende/sterilisierende Wirkung unterstützt.

Die bisher bekannten, jeweils innerhalb eines Inkubators angeordneten Gassensoren zur Bestimmung des CO₂-Gehaltes der Atmosphäre in dem Inkubator sind zwar für die Messung des CO₂-Gehaltes bei Betriebstemperaturen des Inkubators, die üblicherweise bei 20°C bis 50°C liegen, geeignet. Für die hohen Desinfektions- /Sterilisationstemperaturen von über 100°C bis zu etwa 200°C sind diese Sensoren jedoch nicht geeignet. Deren empfindliche Bauelemente wie Strahlungsquelle, Strahlungsempfänger und die damit zusammenwirkenden elektronischen Komponenten sind üblicherweise nur bis zu etwa 100°C einsatzfähig. Es ist daher üblich, diese Gassensoren zu ihrem Schutze für die Zeitdauer der Desinfizierung/Sterilisierung des Inkubators aus diesem zu entfernen. Dies ist umständlich, zeitraubend und mit dem weiteren Nachteil verbunden, dass es zu einer Verschleppung von Keimen nach außerhalb des Inkubators kommen kann. Um den letztgenannten Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, den Gassensor vollständig außerhalb des Inkubators vorzusehen und die zu analysierende Atmosphäre mittels eines Ansaugsystems aus dem Inkubator in den Messbereich des externen Gassensors zu fördern. Dies ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass innerhalb des Ansaugsystems eine kontrollierbare Desinfektion/Sterilisation nicht erreicht werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Gassensors der einleitend angeführten Art, der hohen Temperaturen von 100°C und weit darüber ohne Schaden widerstehen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Patentanspruch 1 angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption des Gassensors, d. h. durch das Vorsehen eines Messkammergehäuses als gesonderte Baueinheit, die - abgesehen von Öffnungen zum Ein- und Austreten von Gas - im Übrigen geschlossenwandig ist, ist sichergestellt, dass diejenigen Komponenten des Gassensors, die bei Temperaturen von insbesondere weit über 100°C Schaden nehmen, insbesondere die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger, diesen hohen Temperaturen nicht mehr unterliegen, weil sie nicht mehr dem entsprechend erhitzten Gas des Prüfgegenstandes, zum Beispiel ein Inkubator, ausgesetzt sind. Das Konzept des erfindungsgemäßen Gassensors gestattet es, dass nur das Messkammergehäuse, das einen Anteil des zu prüfenden Gasgemisches zu Messzwecken aufnimmt, den hohen Temperaturen direkt ausgesetzt ist, während alle anderen Komponenten des Gassensors von der Gaseinwirkung verschont sind. Somit kann der erfindungsgemäße Gassensor ständig mit dem Prüfgegenstand verbunden bleiben, ohne dass seine temperaturempfindlichen Teile gefährdet sind. Im Anwendungsfalle eines Inkubators kann der Gassensor also während des Vorganges des Desinfizierens/Sterilisierens des Innenraumes des Inkubators mit dem Inkubator verbunden bleiben, da sich die wärmeempfindlichen Funktionsteile des Gassensors außerhalb des Inkubators befinden. Im Vergleich zum Stand der Technik ist der mit dem erfindungsgemäßen Gassensor ausgerüstete Inkubator schneller wieder betriebsbereit, da die Montage und Widermontage des Gassensors vom bzw. am Inkubator für die Zwecke des Desinfizierens/Sterilisierens entfallen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Gassensors weist das Messkammergehäuse ein einziges Fenster auf und ist in seinem Inneren mit einer diesem Fenster gegenüberliegenden Reflektoreinrichtung für die Reflexion der Messstrahlung zu dem Strahlungsempfänger versehen. Hieraus resultiert eine einfache Bauweise des Messkammergehäuses.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die Strahlungsquelle und der Strahlungsempfänger in einem gemeinsamen, gasdichten Hauptgehäuse mit einem für die Messstrahlung durchlässigen Wandbereich angeordnet. Hierdurch wird eine kompakte Anordnung der Strahlungsquelle und des Strahlungsempfängers erreicht.

Des Weiteren kann das Mehrkammergehäuse unmittelbar außen an dem Hauptgehäuse angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich ein insgesamt kompakt aufgebauter Gassensor.

Nach einer noch weiteren Ausgestaltung kann zwischen dem Messkammergehäuse einerseits und der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger andererseits ein wärmeleitungshemmender Zwischenraum vorgesehen sein. Dies bewirkt einen erhöhten Wärmeschutz der wärmeempfindlichen Messkomponenten des Gassensors.

Zum weiteren Wärmeschutz der wärmeempfindlichen Komponenten des Gassensors kann das gemeinsame Hauptgehäuse mit Kühlmitteln versehen sein, beispielsweise mit Kühlrippen und/oder einem Ventilator.

Ein weiteres vorteilhaftes Ausgestaltungsmerkmal des erfindungsgemäßen Gassensors besteht darin, dass eine Referenzstrahlungsquelle vorgesehen ist, die dem Strahlungsempfänger direkt vorgeordnet ist, derart, dass dieser Empfänger unter Ausschließung des Messkammergehäuses unmittelbar bestrahlt wird, um eine außerhalb des Messkammergehäuses gegebenenfalls herrschende messwertverfälschende Gaskonzentration zur Ableitung eines Korrekturwertes für den Gasmesswert aus dem Messkammergehäuse festzustellen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispieles,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer inneren Baugruppe des Gassensors nach Fig. 1.
Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles
In Fig. 1 ist gezeigt, wie der allgemein mit 1 bezeichnete Gassensor ständig mit einem Inkubator 2 als ein mögliches Anwendungsbeispiel verbunden ist. Der allgemein bekannte Inkubator ist nur mit einer teilweise dargestellten Wand 3, die einen Wanddurchlass 4 aufweist, und mit dem angedeuteten Inkubatorinnenraum 5 dargestellt. In dem Innenraum 5 befindet sich eine Atmosphäre, die einen bestimmten Gehalt an CO₂ aufweist, der für die Züchtung von Zellkulturen und Organismen für Forschungszwecke wichtig ist, wie es allgemein bekannt ist. In dem dargestellten Fall befindet sich der Gassensor 1 im Wesentlichen außerhalb des Inkubators 2 und ist insoweit der Umgebungsluft des Inkubators 2 ausgesetzt. Wenn der Inkubator mit einer Wärmeisolierung versehen ist, kann der außen an der Wand 3 des Inkubators befestigte Gassensor 1 sich auch teilweise in einer solchen Wärmeisolierung befinden.
Das dargestellte und bevorzugte Beispiel des Gassensors 1 weist ein Hauptgehäuse 6 auf, das aus einem äußeren Gehäuseteil 7 und aus einem inneren Gehäuseteil 8 besteht. Dasjenige Ende des Hauptgehäuses 6, das der Wand 3 des Inkubators 2 zugekehrt ist, weist ein gesondertes Messkammergehäuse 9 auf, das sich außerhalb des Hauptgehäuses an diesem befindet. Das andere Ende des Hauptgehäuses 6 weist einen Flansch 10 auf, über den das innere Gehäuseteil 8 mit dem äußeren Gehäuseteil 7 verbunden ist. Die beiden Gehäuseteile sind - mit Ausnahme im Bereich des Befestigungsflansches 10 - allseits voneinander beabstandet, so dass zwischen diesen beiden Gehäuseteilen ein wärmeleitungshemmender, luftgefüllter Zwischenraum 11 ausgebildet ist, um die Übertragung der Wärme aus der hohen Temperatur des Gases in dem Messkammergehäuse 9 in das Hauptgehäuse herabzusetzen.
Der Gassensor 1 wird außen an der Wand 3 des Inkubators 2 abgedichtet befestigt, derart, dass sich das Messkammergehäuse 9 durch den Durchlass 4 der Wand 3 des Inkubators 2 hindurch erstreckt und in das Innere des Inkubators hineinragt, wie es Fig. 1 deutlich zeigt. Die Umfangswand 12 des eine Baueinheit bildenden Messkammergehäuses 9 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 13 auf, so dass ein Anteil der Atmosphäre 5 aus dem Innenraum des Inkubators 2 in den Innenraum 14 des Messkammergehäuses ein- und austreten kann. Im Übrigen ist das Messkammergehäuse 9 so ausgebildet, dass dessen Innenraum 14 gegenüber dem Innenraum (Zwischenraum 11) des Hauptgehäuses 6 des Gassensors 1 gasdicht abgeschlossen ist. Auf derjenigen Wandseite des Messkammergehäuses, die dem Hauptgehäuse 6 zugekehrt ist, ist ein Fenster 15 vorgesehen, das aus einem Material besteht, das für eine Messstrahlung, z. B. eine Infrarot- Messstrahlung, durchlässig ist, wie noch klar wird. Ein solches Material kann z. B. Glas, Saphir oder Polyethylen sein. Diejenige Wandseite des Messkammergehäuses 9, die dem vorgenannten Fenster 15 mit Abstand axial gegenüberliegt, ist mit einer Reflektoreinrichtung 1 6 versehen, um die aus dem Hauptgehäuse 6 ankommende Infrarotstrahlung wieder in dieses Hauptgehäuse zu reflektieren, wie es mit den im Innenraum 14 des Messkammergehäuses 9 angedeuteten Pfeilspitzen dargestellt ist. Abgesehen von den Öffnungen 13 ist das Messkammergehäuse somit geschlossenwandig ausgebildet.
Das äußere Gehäuseteil 7 besteht aus gut wärmeleitendem Material, z. B. aus Metall, und kann ringförmig ausgebildet sein. Das innere Gehäuseteil kann ebenfalls aus Metall, aber auch aus Kunststoff bestehen. Insbesondere wenn dieses Gehäuseteil aus Kunststoff besteht, kann es auf seiner dem äußeren Gehäuseteil zugewandten Oberfläche mit einer Beschichtung 17 mit hohem Reflektionsvermögen für Wärmestrahlung bedeckt sein. Eine solche Beschichtung kann aus einer Metallfolie, z. B. aus einer Goldfolie, bestehen.
In weiterer Ausbildung zur Ableitung von Wärme, die z. B. durch die Durchführung eines Desinfektions- bzw. Sterilisationsvorganges zu dem Hauptgehäuse 6 des Gassensors 1 gelangt sein sollte, kann das Hauptgehäuse mit Kühlmitteln versehen sein. Im dargestellten Fall nach Fig. 1 sind die Kühlmittel in Form von Kühlrippen 18 an dem inneren Gehäuseteil 8 vorgesehen, und zwar an demjenigen Ende des inneren Gehäuseteiles, das dem Messkammergehäuse 9 abgekehrt und mit dem äußeren Gehäuseteil 7 verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich können solche Kühlrippen auch auf der Außenseite des äußeren Gehäuseteiles 7 vorgesehen sein. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich ein Ventilator (nicht dargestellt) als Kühlungsmittel vorgesehen sein.
Das innere Gehäuseteil 8 des Hauptgehäuses 6 ist beispielsweise rohrförmig ausgebildet und weist in seinem dem Messkammergehäuse 9 zugekehrten Endbereich zwei Hohlräume 19 und 20 auf. Diese Hohlräume können an ihrem dem Messkammergehäuse 9 zugekehrten Ende mit Fenstern 21 und 22 aus einem Material, das für die Messstrahlung durchlässig ist, abgeschlossen sein. In dem Hohlraum 19 befindet sich eine Strahlungsquelle 23, z. B. eine: Infrarot- Strahlungsquelle, und in dem anderen Hohlraum 20 befindet sich ein Strahlungsempfänger 24, z. B. ein Infrarot-Strahlungsempfänger. Der Strahlungsquelle 23 ist ein wellenlängenselektives Element, beispielsweise ein Interferenzfilter, zugeordnet, welches in Verbindung mit dem zu messenden Gas oder Gasgemisch, z. B. Kohlendioxid, in der Messkammer 14 ausgewählt wird. Die Strahlungsquelle 23 sendet die Messstrahlen aus, die zunächst in das Messkammergehäuse 9 gelangen und von der dortigen Reflektoreinrichtung 16 reflektiert werden in Richtung zu dem Strahlungsempfänger 24. Die so ausgesandte und reflektierte Strahlung passiert zweimal das Fenster 15 des Messkammergehäuses 9. Die vom Strahlungsempfänger 24 empfangene Strahlung wird in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt, das für eine Auswertung zur Verfügung steht. Im übrigen Hohlraum des inneren Gehäuseteiles 8 befindet sich vorteilhaft eine Auswerteeinheit 25, welche sowohl mit der Strahlungsquelle 23, um diese zu aktivieren, als auch mit dem Strahlungsempfänger 24, um von dort die entsprechenden elektrischen Signale entgegenzunehmen, verbunden ist. Das Material für die Fenster 21 und 22 ist ein solches, das für messgasspezifische Strahlungswellenlängen durchlässig ist, jedoch eine schädliche Wärmestrahlung nicht durchlässt, z. B. Saphirmaterial oder Polyethylen.
Im dargestellten Fall sind in den Hohlräumen 19 und 20 jeweils nur eine Strahlungsquelle 23 und nur ein Strahlungsempfänger 24 vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, jeweils zwei oder mehr derartige Komponenten vorzusehen.
Die Auswerteeinheit 25 ist über ein Kabel 26 mit weiteren Einrichtungen, z. B. einer Steuereinrichtung und/oder einem Regler (beides nicht dargestellt), elektrisch verbunden, um auf die Gasatmosphäre in dem Inkubator oder einem vergleichbaren Raum einwirken zu können.
Zur Durchführung einer Messung beispielsweise in einem Inkubator wird die Infrarot-Strahlungsquelle 23 über die Auswerteeinrichtung 25 aktiviert, so dass eine Infrarotstrahlung in die Messkammer 14 des Messkammergehäuses 9 ausgestrahlt und von dort mittels der Reflektoreinrichtung 16 zu dem Infrarot-Strahlungsempfänger 24 reflektiert wird. Befindet sich in der Gasatmosphäre in der Messkammer 14 eine nachzuweisende Gaskomponente, beispielsweise Kohlendioxid, wird die Messstrahlung entsprechend geschwächt und so von dem Strahlungsempfänger empfangen. Das von diesem entsprechend entwickelte elektrische Signal wird an die Auswerteeinheit 25 weitergeleitet, dort verarbeitet und beispielsweise über die vorgenannten weiteren Einrichtungen angezeigt und ggf. zu einer entsprechenden Regelung der Atmosphäre in dem Innenraum des Inkubators 2 verwendet. Auf diese Weise kann das betreffende Gas in dem Innenraum des Inkubators nachgewiesen und kontrolliert werden.
Mit dem vorstehend beschriebenen Gassensor kann die Desinfektion/Sterilisation des Innenraumes des Inkubators 2, ohne dass der Gassensor 1 von dem Inkubator 2 demontiert werden muss und ohne dass der sich außerhalb des Inkubators befindliche Teil des Gassensors durch die Desinfektion/Sterilisation Schaden nimmt, mit einer Temperatur durchgeführt werden, die sehr weit über 100°C liegt und bis zu etwa 200°C und weit darüber hinaus betragen kann. Den hohen Temperaturen ist nur das Messkammergehäuse 9 bzw. dessen Innenraum 14 ausgesetzt, die diese hohen Temperaturen schadlos vertragen. Die empfindlichen Komponenten des Gassensors 1, beispielsweise die Strahlungsquelle 23 und der Strahlungsempfänger 24, werden den hohen Temperaturen nicht ausgesetzt, da sie von diesen praktisch isoliert sind. Es tritt lediglich eine gewisse Erwärmung des Hauptgehäuses 6 und dessen Zwischenraumes 11 ein, und zwar durch Wärmeleitung und Wärmekonvektion aus dem Messkammergehäuse 9. Durch die beschriebene Kühlungsausbildung des Hauptgehäuses in Verbindung mit geeigneten Materialien für die Gehäuseteile 7 und 8 des Hauptgehäuses 6 einschließlich deren Dimensionierung kann die Erwärmung des Hauptgehäuses und deren Funktionskomponenten 23, 24, 25 sehr niedrig gehalten werden und liegt auf jeden Fall im unschädlichen Bereich.
Eine weitergebildete Ausführungsform des beschriebenen Gassensors 1 besteht darin, dass das innere Gehäuseteil 8 mit einer Referenzstrahlungsquelle 27, z. B. eine Infrarot-Strahlungsquelle, versehen ist, derart angeordnet, dass sie sich in dem Hohlraum 20 des inneren Gehäuseteiles in einem gewissen Abstand vor dem Strahlungsempfänger 24 befindet. Mit Hilfe dieser Strahlungsquelle 27 werden Messfehler festgestellt, die sich einstellen können, wenn beispielsweise Kohlendioxid in den Zwischenraum 11 des Hauptgehäuses 6 des Gassensors 1 ungewollt eingedrungen sein sollte. Dies kann dadurch geschehen, wenn sich im Aufstellungsraum des Inkubators Kohlendioxid befindet, das im Übrigen auch durch das Ausatmen von Kohlendioxid vom Laborpersonal angereichert wird. Wenn solches Kohlendioxid aus irgendeinem Grunde in den Zwischenraum 11 des Hauptgehäuses 6 gelangt ist, sei es z. B. durch eine unerwünschte Undichtigkeit des Hauptgehäuses oder durch einen konstruktiv bedingten Zugang des Hauptgehäuses zu dessen Zwischenraum 11, wird die von der Strahlungsquelle 23 ausgesandte Strahlung verfälscht mit der Auswirkung, dass auch das Messergebnis der Inkubatorkonzentration verfälscht ist. Um den Verfälschungswert festzustellen, wird der Strahlungsempfänger 24 oder alternativ auch ein gesonderter Strahlungsempfänger direkt bestrahlt, so dass diese Strahlung die Messkammer 14 in dem Messkammergehäuse 9 nicht durchläuft, um eine in dem Zwischenraum 11 des Hauptgehäuses 6 des Gassensors 1 ggf. herrschende, messwertverfälschende Gaskonzentration festzustellen und zur Ableitung eines Korrekturwertes für den verfälschten Gasmesswert aus dem Messkammergehäuse 9 zu nutzen.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist das Messkammergehäuse 9 unmittelbar außen an dem Hauptgehäuse 6 des Gassensors 1 befestigt. Es kann hiervon aber auch beabstandet angeordnet sein, wie es z. B. in Fig. 3 gezeigt ist. Darin sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet. Dieses Ausführungsbeispiel ist beispielsweise in der Abgasmesstechnik einsetzbar.
Die in Fig. 3 gezeigte Querschnittsdarstellung des Gassensors zeigt ein Messkammergehäuse 9 in Form eines Rohrstückes 30 als gesonderte Baueinheit, dessen beide Enden beispielsweise vollständig offen sind und die Öffnungen 13 zum Ein- und Ausströmen des zu prüfenden Gases bilden, z. B. in der Abgasmesstechnik. Dieses Messkammergehäuse weist keine Reflektorrichtung auf, stattdessen jedoch zwei Fenster 15 aus für die Messstrahlung durchlässigem Material, wobei sich diese Fenster diametral gegenüberliegen. Das Rohrstück 30 ist mit Abstand von einem Halterohr 31 umgeben, welches beispielsweise Haltestege 32 aufweist, welche das Messkammergehäuse 9 tragen. Da das Halterohr 31 einen umfangsmäßigen Abstand zum rohrförmigen Messkammergehäuse 9 aufweist, ist ein Zwischenraum 11 ausgebildet, der sich temperatursenkend auswirkt. Jeweils in Gegenüberlage zu den Fenstern 15 des Messkammergehäuses 9 sind auf der einen Seite des Halterohres 31 wenigstens eine Strahlungsquelle 23 bzw. ein Strahlungsempfänger 24 vorgesehen. Somit durchquert die von der Strahlungsquelle 23 ausgehende Messstrahlung geradlinig das Messkammergehäuse 9 und damit das durch dieses strömende Gas bzw. Gasgemisch und gelangt geradlinig und unreflektiert zu dem Strahlungsempfänger 24, der der Strahlungsquelle 23 diametral gegenüberliegt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kommt das durch das Messkammergehäuse 9 strömende Prüfgas nicht in Kontakt mit der Strahlungsquelle 23 und Strahlungsempfänger 24. Anstelle eines Halterohres 31 können auch andere Haltemittel für das Messkammergehäuse 9, der Strahlungsquelle 23 und dem Strahlungsempfänger 24 vorgesehen sein.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine Referenzstrahlungsquelle 33 vorgesehen sein. Diese ist ebenfalls außerhalb des Messkammergehäuses 9 und vor dem Strahlungsempfänger 24 vorgesehen, um ein Referenzsignal zu erzeugen, welches zur Bildung eines Korrekturmesswertes herangezogen wird, um den von der Strahlungsquelle 23 erhaltenen Messwert gegebenenfalls zu berichtigen.
Die Komponenten 23, 24 und 33 sind ebenfalls an eine Auswerteeinheit 25 angeschlossen, welche über eine Leitung 26 mit den weiter vorstehend erwähnten Steuer- und Regeleinrichtungen verschaltet ist.
Der vorstehend beschriebene Gassensor wird bevorzugt in Verbindung mit Inkubatoren zur Züchtung von insbesondere Zellkulturen eingesetzt. Er kann jedoch auch auf anderen Gebieten verwendet werden. Beispiele hierfür sind die Abgasmesstechnik; die so genannte weiße Ware, einschließlich medizinischer weißer Ware soweit Wärmequellen darin enthalten sind; die Motorentechnik und Öfen jeglicher Art. Des Weiteren ist es auch möglich, andere Strahlungsquellen als Infrarot- Strahlungsquellen und andere Strahlungsempfänger als Infrarot- Strahlungsempfänger zu benutzen; dies wird beispielsweise der Fall sein, wenn es sich bei den zu prüfenden und zu analysierenden Gasen um andere Gase als CO₂, z. B. um Kohlenwasserstoffe CH_x, handelt.

Claims

1. Gassensor, umfassend mindestens eine Strahlungsquelle, mindestens ein Strahlungsempfänger und einen mit einem Gas oder Gasgemisch beaufschlagbaren, von der Strahlungsquelle durchstrahlten Messbereich, wobei der Strahlungsempfänger ein auswertbares Messsignal zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich des Gassensors (1) in Form eines gesonderten Messkammergehäuses (9) ausgebildet ist, das Öffnungen (13) für das Ein- und Ausströmen des zu messenden Gases oder Gasgemisches aufweist und dessen der Strahlungsquelle (23) und dem Strahlungsempfänger (24) zugekehrte Wandseite oder Wandseiten mit einem Fenster (15) aus einem für die in das Messkammergehäuse (9) ein- und austretende Messstrahlung durchlässigen Material versehen ist.

2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messkammergehäuse (9) ein einziges Fenster (15) aufweist und in seinem Inneren mit einer diesem Fenster gegenüberliegenden Reflektoreinrichtung (16) für die Reflektion der Messstrahlung zu dem Strahlungsempfänger (24) versehen ist.

3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (23) und der Strahlungsempfänger (24) in einem gemeinsamen, gasdichten Hauptgehäuse (6) mit einem für die Messstrahlung durchlässigen Wandbereich angeordnet sind.

4. Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messkammergehäuse (9) unmittelbar außen an dem Hauptgehäuse (6) angeordnet ist.

5. Gassensor nach 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Messkammergehäuse (9) einerseits und der Strahlungsquelle (23) und dem Strahlungsempfänger (24) andererseits ein wärmeleitungshemmender Zwischenraum (11) vorgesehen ist.

6. Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgehäuse (6) des Gassensors (1) aus einem äußeren Gehäuseteil (7), an dessen einem Ende das Messkammergehäuse (9) außen angegliedert ist, und aus einem inneren Gehäuseteil (8), das an dem anderen Endes des äußeren Gehäuseteiles (7) befestigt ist, besteht und dass das innere Gehäuseteil (8) - mit Ausnahme seines Befestigungsendes - zur Ausbildung eines wärmeleitungshemmenden Zwischenraumes (11) zu dem äußeren Gehäuseteil (7) allseits beabstandet ist.

7. Gassensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das äußere Gehäuseteil (7) aus gut wärmeleitendem Material besteht.

8. Gassensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gehäuseteil (8) auf seiner dem äußeren Gehäuseteil (7) zugewandten Oberfläche mit einer Beschichtung (17) mit hohem Reflektionsvermögen für Wärmestrahlung bedeckt ist.

9. Gassensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (17) aus einer Metallfolie besteht.

10. Gassensor nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgehäuse (6) des Gassensors (1) mit Kühlmitteln (18) versehen ist.

11. Gassensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel aus außen an dem Hauptgehäuse (6) vorgesehen Kühlrippen (18) bestehen.

12. Gassensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrippen (18) an demjenigen Ende des inneren Gehäuseteils (8) vorgesehen sind, das dem Messkammergehäuse (9) abgekehrt und mit dem äußeren Gehäuseteil (7) verbunden ist.

13. Gassenor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittel aus einem Ventilator bestehen.

14. Gassensor nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Gehäuseteil (8) die Strahlungsquelle (23), den Strahlungsempfänger (24) und eine Auswerteeinheit (25) für die von den Strahlungsempfänger ankommenden Messsignale aufweist.

15. Gassensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsquelle (23) und dem Strahlungsempfänger (24) jeweils ein eigenes strahlungsdurchlässiges Fenster (21, 22) vorgeordnet sind, dessen Material für messgasspezifische Strahlungswellenlängen durchlässig ist, jedoch für schädliche Wärmestrahlung undurchlässig ist.

16. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzstrahlungsquelle (27) vorgesehen ist, die dem Strahlungsempfänger (24) direkt vorgeordnet ist, derart, dass dieser Empfänger unter Ausschließung des Messkammergehäuses (9) unmittelbar bestrahlt wird, um eine außerhalb des Messkammergehäuses ggf. herrschende, messwertverfälschende Gaskonzentration zur Ableitung eines Korrekturwertes für den Gasmesswert aus dem Messkammergehäuse (9) festzustellen.