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Die
Erfindung ist auf dem Gebiet der Messtechnik anwendbar und zwar
bei der Messung von Ladungsträgerkonzentrationen
und gegebenenfalls Temperaturen in Flüssigkeiten oder Festkörpern, insbesondere
Fleisch in der Fleischwirtschaft. Insbesondere findet die Erfindung
Anwendung bei der Messung eines pH-Wertes.
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Messgerät mit einem Griffteil, einer
mit diesem lösbar
starr verbundenen, entlang einer ersten Achse langgestreckt ausgebildeten
pH-Messsonde mit einem ersten Gehäuse und mit einer mit dem Griffteil
lösbar
starr verbundenen Referenzelektrode mit einem zweiten Gehäuse, wobei
das erste Gehäuse
mit einem ersten Elektrolyten und das zweite Gehäuse mit einem zweiten Elektrolyten
gefüllt
ist.
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Als
pH-Wert wird der negative dekadische Logarithmus der H+-Ionenkonzentration
(Protonenkonzentration) in einer Flüssigkeit bezeichnet. Diese Wasserstoff-Ionenkonzentration
lässt sich
durch Zugabe von Basen oder Säuren
zu Wasser in weiten Grenzen verändern.
Der Messwert des pH gibt Aufschluss über die Stärke der Säure beziehungsweise Base.
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Der
pH-Wert wird in der Fleischwirtschaft als Qualitätsmessgröße erfasst. Der pH-Wert wird
beispielsweise kurz vor und einige Zeit nach der Schlachtung gemessen,
und über
die Messwerte und besonders die zeitliche Änderung des pH-Messwertes kann
die Beschaffenheit des Fleisches und der mögliche Einsatzbereich, z. B.
Wurstherstellung oder ähnliches,
bestimmt werden. Auch der Reifeprozess kann beispielsweise bei Trockenwürsten und
Schinken überwacht
werden.
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Der
pH-Wert kann außer
durch bekannte chemisch sensitive Farbindikatoren auch potentiometrisch
gemessen werden. Es sind verschiedene Standardelektroden bekannt,
deren Elektrodenspannung gegenüber
einer Bezugselektrode unter dem Einfluss einer Messsubstanz in einen
gemessenen pH-Wert umgerechnet werden kann.
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Eine
bekannte labortechnisch angewandte Elektrode ist beispielsweise
die Wasserstoffelektrode. In der Praxis und im Feldeinsatz hat sich
dagegen die sogenannte Glaselektrode weithin bewährt wegen ihrer Robustheit.
Eine derartige Glaselektrode (Messsonde) weist prinzipiell einen
Glasbehälter
auf, dessen Glasaußenwand
als Membrane ausgebildet ist und der in seinen Inneren einen ersten
Elektrolyten enthält.
In diesem ersten Elektrolyten befindet sich die sogenannte Mess- oder Ableitelektrode,
deren Potential gegenüber
einer Referenzelektrode gemessen wird. Die Bezugselektrode liegt
außerhalb des
Glasbehälters
in einen zweiten Elektrolyten eingebettet, der mit der Glasmembran
einerseits und mit der zu vermessenden Substanz über ein Diaphragma andererseits
in Verbindung steht.
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Das
Diaphragma muss so gewählt
werden, dass einerseits die Messsubstanz in diesem Bereich mit dem
zweiten Elektrolyten in Verbindung treten kann, dass andererseits
der zweite Elektrolyt durch das Diaphragma nicht zur Gänze austritt.
Ist der zweite Elektrolyt leicht flüssig, so muss darauf geachtet
werden, dass er durch das Diaphragma nicht ausfließt. Das
Diaphragma kann dann als poröse
Membran ausgebildet sein. Bei schwerflüssigen beziehungsweise gelartigen
Elektrolyten ist dieses Problem verringert und solche Elektroden
können
auch in verschiedenen Messpositionen eingesetzt werden, ohne dass
der zweite Elektrolyt austritt. Das Diaphragma kann dann größere Öffnungen
aufweisen oder als Öffnung
ausgebildet sein.
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Aus
der US-Patentschrift 2002027074 ist eine Messsonde zur Messung von
pH-Werten bekannt, die eine Messelektrode, eine Bezugselektrode und
einen zweiten Elektrolyten in Form eines Gels aufweist. Der zweite
Elektrolyt ist in einem Behälter angeordnet,
der ein Diaphragma in Form einer Öffnung aufweist, an der der
gelförmige
Elektrolyt nach außen
mit einer Messsubstanz in Kontakt treten kann. Die Messelektrode
ist ein ionensensitiver Feldeffekttransistor. Die Messsonde kann
beispielsweise zur Messung des pH-Wertes von Reiskörnern genutzt
werden, um deren Alter zu bestimmen.
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Aus
der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0922955 ist eine Messsonde bekannt mit einer
ionenselektiven Glaselektrode, die ebenfalls mit einem Feldeffekttransistor
gekoppelt ist.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift 19857953 ist ebenfalls eine pH-Meßsonde bekannt, bei
der das Potential der Messelektrode mittels eines ionensensitiven
Feldeffekttransistors verarbeitet wird. Dort steht ein Elektrolyt
mittels eines Diaphragmas mit einer Messflüssigkeit in Verbindung.
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Aus
der
DE 3814634 A1 ist
ein ph-Meßgerät mit einem
Griffteil und einer mit diesem lösbar
starr verbundenen Einstabmesskette bekannt. Der innere Aufbau des
Messgerätes
geht aus der Druckschrift nur sehr schematisch hervor.
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Die
DE 2544360 offenbart genauer
Art und Aufbau einer ph-Einstabmesskette
mit Mess- und Referenzelektrode, die in jeweils einem Gehäuse angeordnet
und mittels eines Basisteils miteinander verbunden sind.
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Von
der Internetseite ist ein pH-Messgerät mit einem Pistolengriff für die Qualitäts-bestimmung von
Schlachtfleisch bekannt, das eine Einstechsonde in Form einer pH-Messsonde
aufweist. Diese ist durch ein rohrförmiges Stahlteleskop mechanisch geschützt.
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Von
der Internetseite www.neukum.de ist ein pH-Meter der Fa. Neukum
für die
Fleischwirtschaft bekannt mit einem Pistolengriff, der eine pH-Messsonde
sowie eine Referenz elektrode trägt.
Die pH-Messsonde ist durch ein Metallgerüst gestützt. Auch eine Temperaturmessung
ist vorgesehen. Die pH-Messsonde
und die Referenzelektrode weisen unterschiedliche Längen auf,
so dass es schwierig wird, beide gleichzeitig in einen zu vermessenden Körper einzubringen,
besonders dann, wenn dieser nicht eine bestimmte Mindestdicke aufweist.
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Den
bekannten pH-Messgeräten
ist gemeinsam, dass sie einerseits zwischen verschiedenen Messungen,
insbesondere, wenn sie in der Lebensmittelbranche verwendet werden,
aufwendig gereinigt werden müssen
und dass sie teilweise mechanisch labi1 sind, was eine Verwendung
als Einstechsonde bei Festkörpern
erschwert. Außerdem
erscheint die Herstellung der Elektrodenanordnung und die Kontaktierung
der Elektroden aufwendig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät der eingangs
genannten Art zu schaffen, das bei hoher Messgenauigkeit eine stabile
Konstruktion bietet, die auch das Einstechen in einen Probenkörper erlaubt
sowie eine leichte Reinigung gewährleistet.
Außerdem
soll der Herstellungsaufwand verringert und die Kontaktierung der
Elektroden erleichert werden.
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Die
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Danach ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass die pH-Messsonde (2, 2a, 110)
und die Referenzelektrode miteinander starr mittels eines Basisteils
(12, 12a, 114) verbunden sind, welches
gemeinsam mit der pH-Messsonde (2, 2a, 110)
und der Referenzelektrode (15, 15a, 109)
als feste Baugruppe mit dem Griffteil lösbar starr verbindbar ist und
wobei ein Draht, der die ph-Messsonde und/oder die Referenzelektrode
bildet, sich durch das Basisteil (12, 12a, 114)
hindurch erstreckt und auf der den Elektrolyten abgewandten Seite
des Basisteils einen Anschluß (18, 19) bildet.
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Durch
diese Konstruktion sind einerseits die pH-Messsonde und die Referenzelektrode
mittels des Basisteils mit dem Griffteil starr verbunden, so dass
das Messgerät
an dem Griffteil angefasst und nach Art einer Einstechsonde beispielsweise
in ein Fleischstück
eingeführt
werden kann, andererseits sind die pH-Messsonde und die Referenzelektrode einfach
gemeinsam von dem Griffteil lösbar
und so einfach zu reinigen beziehungsweise auszuwechseln. Durch
die gemeinsame Befestigung an einem Basisteil ist auch eine parallele
Ausrichtung der pH-Messsonde und der Referenzelektrode gewährleistet,
die für
die Verwendung als Einstechsonde wichtig ist. Die pH-Messsonde und
die Referenzelektrode können
gemeinsam mit dem Basisteil als Verschleißteil gereinigt und aufgearbeitet
beziehungsweise ausgewechselt werden. Die pH-Messsonde und die Referenzelektrode
bilden gemeinsam mit dem Basisteil eine Baugruppe, die im weiteren
auch als Messmodul bezeichnet wird. Der elektrische Anschluss der
Referenzelektrode, der vom Inneren des zweiten Gehäuses aus
zum Äußeren durchgeführt werden
muss, kann vorteilhaft durch das Basisteil hindurch dicht durchgeführt sein.
Das zweite Gehäuse
kann beispielsweise aus Glas bestehen, oder erst nach dem Zusammenbau
der Referenzelektrode mit dem Basisteil hinzugefügt werden. In beiden Fällen wäre eine
Durchführung
des Anschlusses durch die Wand des zweiten Gehäuses aufwendig und teuer. Das
Basisteil kann beispielsweise auch aus einem Kunststoff bestehen,
in den die Durchführung
des elektrischen Anschlusses eingespritzt beziehungsweise eingegossen
werden kann. Der Anschluss der Referenzelektrode ist dann an dem
Basisteil außen leicht
zugänglich
und kann dort einen Anschluß bilden.
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Da
bei dem zweiten Gehäuse,
wenn dies insbesondere aus Glas besteht, eine Durchführung des elektrischen
Anschlusses der pH-Messsonde aufwendig und teuer wäre, ist
die Durchführung
dieses Anschlusses im Bereich des Basisteils, wenn dieses beispielsweise
aus einem Kunststoff besteht, einfach und kostengünstig. Der
elektrische Anschluss der pH-Messsonde ist dann an dem Basisteil
außen leicht
zugänglich.
Durch die einteilige Ausgestaltung der Messelektrode und/oder der
Referenzelektrode können
die Kosten gesenkt, die Herstellung des Messgerätes vereinfacht und Kontaktprobleme
verringert werden.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
der Vorrichtung sieht vor, dass das Basisteil den Boden des zweiten Gehäuses bildet
und mit diesem dicht abschließt.
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In
diesem Fall kann das Basisteil eine Dichtung aufweisen, in die das
zweite Gehäuse
unter dichtem Abschluss einsetzbar ist, so dass der zweite Elektrolyt,
der flüssig
oder gelartig sein kann, nicht entweichen kann. Das Basisteil kann
entweder fest mittels einer Verklebung oder einer Verschweißung mit
dem zweiten Gehäuse
verbunden sein oder mittels einer Elastomerdichtung. Die letztgenannte
Möglichkeit
hat den Vorteil, dass das zweite Gehäuse zu Reinigungs- oder Nachfüllzwecken
von dem Basisteil lösbar
ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass
das Basisteil den Boden des ersten Gehäuses bildet und dieses dicht
abschließt.
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In
diesem Fall kann das Basisteil ebenfalls eine Elastomerdichtung
aufweisen, in die das erste Gehäuse
allein oder zu zusätzlich
zu dem zweiten Gehäuse
unter dichtem Abschluss eindrückbar
ist. So kann auch die Dichtigkeit des ersten Gehäuses sichergestellt werden,
wobei. dieses zu Zwecken der Reinigung oder des Nachfüllens von
dem Basisteil lösbar
ist. Das erste Gehäuse,
das beispielsweise aus Glas bestehen kann, kann auch mit dem Basisteil verklebt
oder verschweißt
sein.
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Die
Vorrichtung kann außerdem
vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass das erste Gehäuse für sich allein
dicht abschließend
mit dem Basisteil lösbar
starr verbunden ist.
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In
diesem Fall ist das erste Gehäuse,
welches die pH-Messsonde
umgibt, für
sich dicht abgeschlossen und kann einerseits mit dem Basisteil zum Messbetrieb
starr verbunden werden, andererseits auch ohne Aufgabe der Dichtigkeit
von diesem gelöst werden.
Dies macht eine Handhabung der pH-Messsonde zur Reinigung oder zum Austausch
besonders einfach.
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Auch
die Herstellung der Messsonde kann so vereinfacht werden, insbesondere
dann, wenn das Basisteil das zweite Gehäuse als Boden dicht abschließt, so dass
beim Herstellungsprozess zunächst das
zweite Gehäuse
mittels des Basisteils vervollständigt,
mit dem zweiten Elektrolyten gefüllt
und abgedichtet und danach das erste Gehäuse mit der pH-Messsonde hinzugefügt werden
kann.
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- 1. Ein Silberdraht 7, der
in einem hinteren Bereich 7' vergoldet
ist, wird bereitgestellt. Der vergoldete Bereich 7' des Silberdrahtes 7 wird
abgewinkelt. Der teilvergoldete Silberdraht 7 wird mit
der vergoldeten Seite nach außen
in ein (nicht dargestelltes) Werkzeug gelegt und mit einem Kunststoffmaterial
umspritzt, so dass die Aufnahmevorrichtung 23 gebildet
wird.
- 2. Die Aufnahmevorrichtung 23 wird anschließend in
ein weiteres Werkzeug zur Erzeugung von Dichtungen 41, 42, 43 eingelegt.
Zu diesem Zweck weist die Aufnahmevorrichtung 23 an ihrer Außenfläche Nuten 40 auf.
In diese Nuten 40 wird ein Elastomer zur Bildung von Dichtnasen 41 eingespritzt.
Die Aufnahmevorrichtung 23 weist ferner eine zentrische
Aussparung 26 auf, aus der der Silberdraht 7 herausragt.
Im Bereich der Aussparung 26 sowie am oberen Ende der Aussparung 26 wird
ebenfalls ein Elastomer zur Bildung eines Gummipuffers 42 sowie
einer Innendichtung 43 eingespritzt.
- 3. Die Aufnahmevorrichtung 23 weist ferner an ihrem
der Aussparung 26 gegenüberliegenden Ende
eine an der Außenfläche der
Aufnahmevorrichtung 23 verlaufende Nut 44 auf.
In diesem Bereich der Aufnahmevorrichtung 23 ist außerdem eine
durchgehende Querbohrung 45 vorgesehen. Zur Fixierung des
Silberdrahtes 7 wird dieser mit seinem Bereich 7' durch die Querbohrung 45 geschoben
und festgezogen, so dass der Draht 7' fest in der Nut 44 anliegt.
- 4. Ein überstehendes
Ende des Silberdrahtes 7', welches
aus der Querbohrung 45 herausragt, wird abgeschnitten.
Der aus der Aussparung 26 herausragende Bereich 7'' des Silberdrahtes 7 wird chloriert.
- 5. Ein Glasröhrchen 8 wird
zur Bildung des ersten Gehäuses
für die
pH-Messsonde 2 bereitgestellt. In das Glasröhrchen 8 wird
zunächst
eine erster Elektrolyt 16 in Form einer Elektrolytflüssigkeit
gefüllt.
Anschließend
wird das Glasröhrchen 8 mit seinem
nach einer Seite offenen Ende in die Aussparung 26 der
Aufnahmevorrichtung 23 geschoben. Über die Innendichtung 43 sowie
den Gummipuffer 42 werden das Glasröhrchen 8 und die Aufnahmevorrichtung 23 gegeneinander
fixiert und die gesamte Anordnung nach außen hin abgedichtet. Der Silberdraht 7 wird
dabei in die innere Kammer 16 des Glasröhrchens 8 mit der
darin enthaltenen Elektrolytflüssigkeit
geschoben.
- 6. Der Silberdraht 15 der zweiten Elektrode 15 sowie
ein Edelstahlrohr 50 für
die Temperatursonde 50a werden in ein weiteres Werkzeug
eingelegt und mit einem Kunststoff geeignet umspritzt. Dabei wird
das Basisteil 12 gebildet. Nach dem Umspritzen ragen der
Silberdraht 15 sowie das Edelstahlrohr 50 aus
dem Basisteil 12 heraus. Anschließend wird der Silberdraht 15 mit
seinem aus dem Basisteil 12 herausragenden Ende 15' chloriert.
Das
Edelstahlrohr 50 ist zusätzlich vorteilhaft an seiner
Außenfläche mit
einem Kunststoff 51 überzogen.
- 7. Zur Bildung der Temperatursonde 50a wird eine gängige Wärmeleitpaste
in eine Spitze des Edelstahlrohres 50 gefüllt. Anschließend wird
ein doppeladriger NTC-Draht 52 (negativer Temperaturkoeffizient)
in das Innere des Edelstahlröhrchens 50 eingeführt. Die
beiden Enden des NTC-Drahtes 52 ragen auf der Seite des
Basisteils 12 aus dem Röhrchen 50 heraus.
Im Bereich des Basisteils 12 wird eine Kontaktplatte 53 durch
Umspritzen erzeugt. Zu diesem Zweck weist das Basisteil 12 vorteilhafterweise
eine Ausnehmung 54 auf, in die die Kontaktplatte 53 fest
eingesteckt oder eingerastet wird. Die Kontaktplatte 53 weist
zwei durch die Kontaktplatte 53 durchgehende Kontaktstifte 55 auf,
die in einem dem Edelstahlrohr 50 zugewandten Bereich mit
den aus diesem herausragenden NTC-Drahtenden 52 verlötet sind.
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Der
Silberdraht 15 der zweiten Elektrode 15 wird an
seinem aus dem Basisteil 12 herausragenden Ende in einer
eigens in dem Basisteil 12 vorgesehenen Aufnahmevorrichtung 56,
beispielsweise eine Öse,
eingefädelt.
Der Silberdraht 15 ist dort somit fest fixiert. Außerdem bildet
der Silberdraht 15 dort eine Kontaktfläche 19. Das überstehende
Ende des Silberdrahtes 15 wird wiederum abgeschnitten.
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Das
zweite Gehäuse 3 des
Messmoduls 1 wird in einem geeignet ausgebildeten Werkzeug durch
Umspritzen hergestellt. Anschließend wird das als Boden des
zweiten Gehäuses 3 dienende
Basisteil 12 mit der Temperatursonde 50a sowie
der Referenzelektrode 15 in das Innere des zweiten Gehäuses 3 geschoben.
Das nach außen
hin offene Ende des zweiten Gehäuses 3 wird
anschließend
mit den entsprechenden Bereichen des Basisteils 12, beispielsweise
mittels Ultraschall, verschweißt
und so verschlossen. Vorteilhafterweise ist hier eine doppelte Schweißnaht 57, 58 vorgesehen,
die ein späteres Herausfließen des
zweiten Elektrolyten 14 in Form einer Polymerprotolytflüssigkeit
verhindern soll. In den vergrößerten Teilansichten
(8a)–(8c)
ist ein entsprechendes Schweißverfahren
zur Herstellung der beiden Schweißnähte 57, 58 anhand
von drei Schritten verdeutlicht.
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Alternativ
wären selbstverständlich auch
andere Verbindungsmöglichkeit – wie zum
Beispiel eine Einrastverbindung, ein Gewinde oder dergleichen – denkbar,
wenngleich das Ultraschallverschweißen gepaart mit einer doppelten
Schweißnaht 57, 58 (siehe
(8a)–(8c))
ein besonders bevorzugtes Verfahren ist.
- 9.
Das Basisteil 12 weist eine Öffnung 17 auf, durch
die die pH-Messsonde 2 hindurchsteckbar und in die die
Aufnahmevorrichtung 23 formschlüssig einlegbar ist. Die pH-Messsonde 2 wird dabei
durch diese Öffnung 17 durchgeschoben, bis
sie am anderen Ende des zweiten Gehäuses 3 aus der Öffnung 5 herausragt.
Die in den Außennuten 40 der
Aufnahmevorrichtung 23 angeordneten Gumminasen 41 gewährleisten
ein Abdichten und Fi xieren der pH-Messsonde 2 bzw. der
Aufnahmevorrichtung 23 in der dafür vorgesehenen Ausnehmung 17 des
Basisteils 12.
- 10. Nach dem Einschieben der pH-Messsonde 2 ergibt
sich in einem äußeren Bereich
der Ausnehmung 17 eine zwischen der Aufnahmevorrichtung 23 und
dem Basisteil 12 gebildete Nut 60. In diese Nut 60 wird
zunächst
ein O-Ring 61 zur Abdichtung eingelegt. Anschließend wird
eine Fixierschraube 62 in ein eigens in der Bodenplatte 12 oder
der Aufnahmevorrichtung 23 vorgesehenes Gewinde eingedreht.
Alternativ wäre
es auch denkbar, statt einer Stellschraube 62 ein anderes Verschlussmittel,
beispielsweise ein Einrastmittel, vorzusehen.
- 11. Abschließend
wird durch eine eigens zu diesem Zweck im zweiten Gehäuse 3 des
Messmoduls 1 vorgesehene Öffnung (in 2 nicht
dargestellt) die Polymerprotolytlösung, beispielsweise in Form
eines Gels in die äußere Kammer 14 eingefüllt.
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3 zeigt
ein zweites Beispiel eines Messmoduls 1. Im Unterschied
zum Ausführungsbeispiel in 1 zeichnet
sich das Messmodul 1 in 3 durch
einen einfacheren, konstruktiv kompakteren Aufbau aus. Im Bereich
des Basisteils 12 ist die Dichtvorrichtung weniger aufwendig
ausgestaltet. Hier ist lediglich eine Einrastvorrichtung vorgesehen.
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Ferner
wurde auf eine Temperatursonde 50a verzichtet.
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Darüber hinaus
weist das Gehäuse 3 gemäß 3 auch
keine Schutzstege 20 zum Schutz der Messspitze 4 auf.
Die Messspitze 4 ist hier zum vorderen Ende 6 hin
spitz zulaufend ausgebildet und damit geeignet zum Einstechen in
ein festes Messgut, zum Beispiel Fleisch.
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Vorteilhafterweise
ist das Messmodul 1 aus Stabilitäts-, Dichte- und Hygienegründen mit
einer nicht dargestellten elastischen Schutzhülle ausgestattet.
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4 zeigt
anhand von Teilbildern (1)–(4) ein
zweites Verfahren zur Herstellung eines Messmoduls 1 entsprechend 3.
Das Verfahren zur Herstellung des Messmoduls 1 entspricht
hier im wesentlichen dem anhand von 2 beschriebenen
Verfahren. Daher wurden in 4 lediglich
einige Prozessschritte exemplarisch herausgegriffen:
Die Verfahrensschritte
(1)–(4)
gemäß 4 unterscheiden
sich von den Schritten (1)–(5)
gemäß 2 im
wesentlichen dadurch, dass die Aufnahmevorrichtung 23 in 4 sehr
viel einfacher ausgebildet ist. Insbesondere fehlen hier die Dichtnasen 41,
der Gummipuffer 42 sowie die Innendichtung 43.
In der Nut 40 ist hier lediglich ein einfacher O-Ring 46 vorgesehen.
Dafür ist
die Aufnahmevorrichtung 23 elastisch ausgebildet. Beim
Einschieben des Glasröhrchens 8 in
die Ausnehmung 26 kommt es somit zu Reibungskräften, über die
das Glasröhrchen 8 und die
Ausnehmung 26 gegeneinander fixiert werden. Alternativ
können
das Glasröhrchen 8 und
die Aufnahmevorrichtung 8 miteinander verklebt werden.
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Im
Unterschied zu 2 wird hier auf die Herstellung
der Temperatursonde 50a (Schritte (6) und (7)) verzichtet.
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Zusammenfassend
kann festgestellt werden, dass durch das Verfahren auf sehr viel
einfachere Weise ein Messmodul 1 herstellbar ist, bei dem
trotz weitergehender Automatisierung des Herstellungsprozesses die
bisherige Problematik der Bruchgefahr des ersten Gehäuses 8 während der
Herstellung minimiert werden konnte.
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Nachfolgend
wird ein besonderes fakultatives Merkmal des erfindungsgemäßen Messmoduls beschrieben,
das in der Nachfüllmöglichkeit
eines zweiten Elektrolyten in das zweite Gehäuse besteht.
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Die 5 zeigt
ein Messmodul 1a, das eine innenliegende pH-Messsonde 2a sowie
eine außerhalb
der pH-Messsonde 2a liegende Referenzelektrode 15a aufweist.
Die Referenzelektrode 15a ist in einen zweiten Elektrolyten 14a in
Form eines Polymerelektrolyten eingebettet, der als Gel vorliegt.
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Die
pH-Messsonde 2a weist ein Diaphragma auf, das an der Glaswand
des ersten Gehäuses 8a in Form
eines Glasröhrchens
gebildet ist. In dem Glasröhrchen
ist ein erster Elektrolyt 6a beispielsweise in Form einer
Flüssigkeit
angeordnet. In diesem ersten Elektrolyten ist die Messelektrode 7a angeordnet,
die zur Ableitung des Messwertes in Form einer Spannung an ihrem
sockelseitigen Ende 18a dient.
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Derartige
Messsonden sind, wie dargestellt, im Handel bereits erhältlich und
werden mit einem gelartigen Polymerelektrolyten als zweiten Elektrolyten 14a insbesondere
in der Lebensmitteltechnik zur pH-Messung bei Festkörpern eingesetzt,
da sie einerseits robust sind und andererseits vielfältigen Einsatz
erlauben ohne dass auf die Lage der Sonde bei der Messung geachtet
zu werden braucht, da keine Gefahr für das Austreten des als Gel
vorliegenden Polymerelektrolyten besteht.
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Der
Polymerelektrolyt kann durch eine Diaphragmaöffnung 5a, die zwischen
dem Glasröhrchen 8a und
der Wand des zweiten Gehäuses 3a gebildet ist,
mit einer Messsubstanz außerhalb
der Messsonde in Kontakt treten. Durch einen solchen Kontakt ändern sich,
wenn die Messsubstanz Ionen enthält,
die potentiometrischen Verhältnisse,
so dass über
eine zwischen der pH-Messsonde 2a und
der Referenzelektrode 15a hochohmig gemessene potentiometrische
Spannung der pH-Wert der Messsubstanz errechnet oder mittels Referenzwerten
ermittelt werden kann.
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Die
Verwendung eines gelartigen zweiten Elektrolyten bringt einerseits
Vorteile, da eine relativ große
Diaphragmaöffnung 5a verwendet
werden kann, die durch mikroskopische Verunreinigungen kaum verstopft,
wie dies bei feinporigen Diaphragmen geschehen kann, insbesondere
wenn eiweißhaltige
Substanzen vermessen werden. Ein Ausfließen des zweiten Elektrolyten
ist nicht zu befürchten.
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Andererseits
können
dennoch durch die Diaphragmaöffnung 5a Verunreinigungen
in den gelartigen Polymerelektrolyten gelangen sowie Keime, die sich
dort vermehren können
und es können
auch Lufteinschlüsse
entstehen, die nachfolgende Messungen verfälschen können.
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Es
ist versucht worden, derartige Messsonden dadurch zu regenerieren,
dass sie mit heißem Wasser
behandelt werden, wodurch der zweite Elektrolyt aufquillt und sich
teilweise aus der Diaphragmaöffnung 5a herausschiebt.
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Dies
ist jedoch mit üblichen
Messsonden wegen der komplizierten und anfälligen mit ihnen verbundenen
Elektronik nicht möglich
und außerdem nimmt
durch die mit einer solchen Reinigung verbundene Wasseraufnahme
die Chlor-Ionenkonzentration in dem Gel und die Masse des Polymerelektrolyten ab.
In entstehenden Lufteinschlüssen
können
sich insbesondere Verschmutzungen und Keime sammeln und vermehren.
Dies hat zur Folge, dass bei nachfolgenden Messungen die Messsubstanz
weiter durch die Diaphragmaöffnung 5a zum
Inneren des zweiten Gehäuses
des Messmoduls eindringen muss, bevor eine genaue Messung ermöglicht ist. Die
Ansprechzeit des Messmoduls wird hierdurch verlängert.
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Bei
dem hier vorliegenden Messmodul ist das Problem der Reinigung dadurch
gelöst,
dass eine Pumpeinrichtung für
das Gel vorgesehen ist, die am Sockel des Messmoduls im Bereich
des Basisteils 12a angeordnet ist und die in den 7 und 8 näher gezeigt
ist.
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Die 7 zeigt
einen Kolben 70, der, wie durch den Pfeil 71 angedeutet
ist, mittels eines Antriebskeils 70a unter der Wirkung
des Konus 73 einer Antriebsschraube 72 nach oben
zum Inneren des zweiten Gehäuses 3a schiebbar
ist. Im Inneren des Gehäuses 3a verdrängt der
Kolben 70 damit etwas von dem zweiten Elektrolyten, so
dass sich eine gewisse Menge des zweiten Elektolyten, der als Polymerelektrolyt
vorliegt, durch die Öffnung 5a des
Diaphragmas aus dem Messmodul herausschiebt und dort entfernt werden
kann.
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Dies
geschieht dadurch, dass die Antriebsschraube 72 in einem
Gewinde innerhalb des Kanals 74 durch eine Schraubbewegung
in Richtung des Pfeils 75 angetrieben wird.
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Die
beschriebene Pumpeinrichtung würde an
sich nur eine einmalige Bewegung des Kolbens 70 erlauben,
wobei jedoch denkbar ist, dass diese Schubbewegung in mehrere Schritte
geteilt werden kann, wobei nach jeder Messung der Kolben 70 ein Stück weit
weiter bewegt wird, um das Messmodul zu reinigen.
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Es
ist jedoch vorteilhaft, in dem Kolben 70 einen Füllkanal 79 vorzusehen,
der dazu dienen kann, durch einen Speisekanal 76 etwas
von dem zweiten Elektrolyten, dem Polymerelektrolyten, in das Gehäuse 3a aus
einem Behälter 77,
der nur schematisch in der 8 dargestellt
ist, nachzufüllen.
Alternativ zu der abgebildeten Variante kann der Füllkanal 79 auch
in dem mit 78 bezeichneten Bereich zwischen dem Kolben 70 und
der Gehäusewand
vorgesehen sein
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Wird
durch den Speisekanal 76 etwas von dem Polymerelektrolyten
in den Füllkanal 79 hineingedrückt, so
gelangt diese Menge in das Innere des Gehäuses und zwar im Bereich der
Stirnfläche
des Kolbens 70. Der hier einströmende zweite Polymerelektrolyt
drängt
den Kolben 70 entgegen der durch den Pfeil 71 dargestellten
Richtung zurück,
wenn die Schraube 72 in dem Kanal 74 durch Zurückschrauben
entgegen der durch den Pfeil 75 dargestellten Richtung
wegbewegt worden ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass der zweite Elektrolyt
genau in den Bereich eingebracht wird, aus dem der Kolben 70 zurückbewegt
wird, so dass keine Lufteinschlüsse
entstehen können.
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Im
Folgenden wird weiter auf das äußere Erscheinungsbild
des pH-Messgerätes
unter detaillierterer Beschreibung des Griffteils 100 eingegangen.
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In
der 9a ist in einer Seitenansicht das pH-Messgerät dargestellt,
das ein Griffteil 100 und eine Baugruppe 101 aufweist,
die auch als Messmodul bezeichnet wird. Griffteil 100 und
die Baugruppe 101 sind ineinander gesteckt und mittels
eines Überwurfes 102 miteinander
fixiert. In der 9b ist eine Ansicht von unten,
das heißt
von der Messspitze 103 aus gesehen zur Unterseite des Griffteils 100 dargestellt.
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In
der 9c ist eine Seitenansicht des Griffteils 100 und
der Baugruppe 101 dargestellt.
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In
der 9d ist eine Ansicht des pH-Messgerätes von
der Oberseite des Griffteils 100 wiedergegeben, wobei eine
Digitalanzeige 104 für
den gemessenen pH-Wert und einen gemessenen Temperaturwert sowie
ein Ein/Ausschalter 105 und ein Bedienschalter 106 für eine Menüsteuerung
des Messgerätes
zu sehen sind. Die Schalter und die Anzeige sind mit der in dem
Griffteil 100 vorgesehenen Auswerteelektronik 130 verbunden.
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In
der 10 ist das Griffteil 100 teilweise geöffnet dargestellt,
so dass im Bereich der Aufnahme 128 ein Stecksockel 107 zu
sehen ist, der mit einem an der Baugruppe 101 befestigten
Kontaktteil 108 in Form eines Steckers beim Zusammenfügen in Eingriff
kommt. Damit werden die elektrischen Kontakte zwischen den Messsonden
und der Auswerteelektronik 130 des Griffteils 100 hergestellt.
Der Überwurf 102 ist
hier gesondert dargestellt. In Verlängerung des Griffteils 100 ist
in der Abbildung allein ein Temperatursensor als Baugruppe 101 dargestellt, während alternativ
unterhalb die Variante mit einem pH-Messmodul dargestellt ist. Das
Griffteil lässt
so auch wahlweise den Anschluss ausschließ lich einer Temperatursonde
mit einem gesonderten Basisteil zu.
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Dem
Kontaktteil 108 auf dem Basisteil 114 kann eine
Vorverarbeitungselektronik vorgeschaltet sein, die die Messwerte
von einer Temperatursonde oder auch von pH-Messsonden vorverarbeitet,
um dann an die Auswerteelektronik 130 des Griffteils 100 Messwerte
weitergeben zu können,
die von individuellen Merkmalen der Temperatur- oder pH-Messsonden
unabhängig
sind, das heißt
in der Vorverarbeitung kann eine Temperaturkompensation oder eine sonstige
Messwertkorrektur stattfinden.
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Die 11 zeigt
ein pH-Messgerät
mit einer Temperatursonde im zusammengesteckten Zustand von Baugruppe
und Griffteil, wobei die Darstellung teilweise geöffnet ist,
so dass man das Zusammenwirken des Stecksockels 107 und
des Kontaktteils 108 erkennen kann.
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Die 12 zeigt
in einer Querschnittsdarstellung eine Referenzelektrode 109,
eine pH-Messsonde 110 und eine Temperatursonde 111,
wobei die pH-Messsonde 110 von einem ersten Gehäuse 112 umgeben
ist, während
die Referenzelektrode 109 gemeinsam mit der pH-Messsonde
und deren erstem Gehäuse 112 von
einem zweiten Gehäuse 113 umgeben
ist. Das Basisteil 114 schließt das zweite Gehäuse 113 an
seinem Ende so dicht ab, dass der darin befindliche zweite Elektrolyt 116 dort
nicht austreten kann. Der erste Elektrolyt 115 ist in dem
aus Glas bestehenden ersten Gehäuse 112 der
ph-Messsonde 110 dicht eingeschlossen.
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Die 13a zeigt nochmals eine Übersichtsdarstellung über das
pH-Messgerät
bei der teilweise Gehäusewände weggelassen
sind.
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In
der 13b ist das in 13a mit x bezeichnete Detail dargestellt, nämlich eine
Betätigungstaste
im Griffteil 100, wobei die Betätigungstaste aus einem Betätigungsstift 117 und
einem Metallfederteil 118 besteht, sowie aus einer Abdeckung 119,
welche aus einem dicht in die Wand des Griffteils 100 eingepassten
Elastomer besteht. Über
die Abdeckung kann der Betätigungsstift 117 niedergedrückt werden,
bis dass das Metallfederteil 118 über einen Druckpunkt belastet
wird und unter Kontaktgabe einbricht. Wird der Druck auf die Taste
verringert, so entspannt sich das Metallfederteil 118 und
drückt den
Betätigungsstift 117 wieder
zur Gehäuseaußenseite
des Griffteils 100. Durch die gezeigte Konstruktion ist
eine gute Abdichtung des Griffteils 100 gewährleistet,
so dass auch bei messtechnischem Dauereinsatz keine kontaminierenden
Flüssigkeiten
zu der Auswerteelektronik des Griffteils 100 gelangen können.
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In
der 13c ist ein Detail dargestellt,
das in der 13a mit Y bezeichnet ist, nämlich ein
Batteriefach des Griffteils. Das Batteriefach 120 besteht aus
einem Hohlzylinderteil 121, in dem zylindrische Batterien 122 aufbewahrt
werden sowie aus einem Flanschteil 122. Das hohlzylindrische
Teil 121 wird in eine Öffnung
an einem Ende des Griffteils 100 eingeführt und mittels einer elastomeren
Dichtung 123 gedichtet. Zum Halten des hohlzylindrischen
Teils 121 in dem Griffteil ist eine Rastnase 124 vorgesehen.
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In
der 13d ist das Detail a in einem Schnitt
a-a zu sehen, der in der 13a angedeutet ist.
Dort ist gezeigt, wie aus zwei Halbschalen 125 und 126 das
Griffteil gebildet wird, die durch eine Verschweißung, insbesondere
eine Ultraschallverschweißung,
dicht miteinander verbunden sind. Zum Zwecke der Ultraschallverschweißung trägt mindestens
eine Halbschale 126 eine Schweißschneide 127.
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Die
Auswerteelektronik 130 im Griffteil 100 kann einen
Messwertspeicher für
Temperaturmesswerte, pH-Messwerte und Tagesdatum sowie die laufende
Nummer der Messungen aufweisen.
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Durch
die beschriebenen Merkmale ist ein pH-Messgerät gebildet, das im täglichen
Einsatz robust, leicht zu reinigen und durch die einfache Auswechselbarkeit
des Messmoduls vielseitig einsetzbar ist.