DE19631196A1 - Kontrolliert aufbrechbare Kapsel zur hermetisch dichten Flüssigkeitsumschließung von Meßfühlern in einer Umgebung veränderlicher Temperaturen und Drucke - Google Patents

Description

Kontrolliert aufbrechbare Kapsel zur hermetisch dichten Flüssigkeitsum­ schließung von Meßfühlern in einer Umgebung veränderlicher Temperaturen und Drucke.

Bei der Untersuchung der Eigenschaften des Wassers von Gewässern und Meeren mit Sensoren im Labor und in situ werden vielfach Sonden eingesetzt, die sich in ihren Eigenschaften verändern können durch Driften der inneren und äußeren Sonden- und Sensorelemente infolge Alterung und/oder Verunreinigung oder an­ derer Einwirkungen. Es besteht nun die Möglichkeit, durch geeignete Flüssig­ keiten die Sensoren der Sonden sauber zu halten und stabil zu konservieren auch über längere Zeitspannen. Vielfach können diese Flüssigkeiten gleich­ zeitig als Referenzflüssigkeiten dienen, um eine quantitative Kontrolle der Sensoren vornehmen zu können. Mitunter ist es auch erforderlich, daß gewis­ se Sensoren ständig benetzt gehalten werden müssen, um korrekten Betrieb zu sichern.

Für solche Zwecke wird häufig destilliertes Wasser oder ein spezielles, ka­ libriertes Seewasser benutzt, das als sogenanntes "Standard Mean Ocean Water" (SMOW) in abgeschmolzenen Glasampullen zu beziehen ist.

Die Aufbewahrung der Sensoren in Flüssigkeitsbehältern in normaler Umgebung bis unmittelbar vor ihrem Einsatz von der Oberfläche eines Sees oder eines Meeres aus, oder bei Untersuchungen von Wasserproben im Labor ist praktisch gelöst.

Jedoch z. B. bei Untersuchungen mit Sensoren, die im Meer auch in großen Tie­ fen oder in schwer zugänglichen Gegenden ausgelegt werden, um ferngesteuert auch nach langer Lagerzeit für Messungen ausgelöst zu werden, gibt es noch keine Lösungen, die zugleich extreme Reinheit der Referenzflüssigkeit lang­ zeitig sichern.

Zur Erläuterung unserer Lösung des Problems, die zu den 5 Patentansprüchen führt, dienen die folgenden 8 Figuren. Die Fig. 1 bis 4 und 6 bis 8 sind in demselben Maßstab gezeichnet, lediglich Fig. 5 ist gegenüber den anderen Figuren doppelt so groß wiedergegeben. Fig. 1 ist nur zur Veranschaulichung im Maßstab 1 : 1 wiedergegebene Kontur eines verwirklichten Modellsensors; die Patentansprüche beziehen sich aber auf Ausführungen in freier Dimensionie­ rung.

Fig. 1 sei z. B. ein höchstpräziser optischer Brechungsindexsensor mit dem Sensorkopf b mit poliertem, zylindrischem Sensorhals c, an dessen Spitze sich der Brechungsindexfühler a befindet. Der Sensorkopf ist auf der Sensor­ basis d montiert, die innere Opto-Elektronik ist vom Sensorgehäuse e umgeben.

In Fig. 2 ist ein dünnwandiges Glas- oder glasähnliches, becherförmiges Ge­ fäß f dargestellt, dessen Boden g als sehr dünne, hochflexible Wellmembran ähnlich der eines Dosenbarometers ausgeführt ist, und dessen Rand einen leicht geformten Wulst h zur Aufnahme eines Spannringes besitzt. Der innere Auflagebereich des Wulstes ist glatt poliert und im Durchmesser etwas gerin­ ger als der des Sensorhalses c, so daß nach Aufschieben des Bechers f auf den Sensorhals c der Becherwulst h hermetisch dichtend mit gewisser Vor­ spannung eng an der polierten Zylinderfläche des Sensorhalses anliegt.

Fig. 2 veranschaulicht zugleich den blasenfreien Füllvorgang. Im Behälter i befindet sich die Füllflüssigkeit j. Das becherförmige Gefäß f ist umgeben von einem stabilen, dickwandigen, mit sehr geringem Spiel passenden, aus einem Zylinderteil k und flachrandigem Boden Teil l bestehendem Stützbecher, der verhindern soll, daß beim vorsichtigen Einpressen des Sensorkopfes in den Becher f dieser zerbricht. Durch ihn wird auch die Wellmembran gestützt, wenn beim Aufschieben auf den Sensorhals, wie in Fig. 3 dargestellt, die überschüssige Füllflüssigkeit durch elastisches Aufdehnen des Becherwulstes h an diesem vorbei mit leichtem Überdruck herausgequetscht wird. Die am Öffnungsrand nach vorherigem Aufdehnen aufgesteckte Dichtringkombination m und n wird dann - wie in Fig. 4 dargestellt - in den vorgeformten Randwulst des Bechers f abgestreift. m ist ein dem Wulst angepaßtes elastisches Kunststofformteil, das durch den elastischen Federring n zusätzlich den leicht vorge­ spannten Becherwulst h andrückt, und so die Hermetizität der Dichtung am Sen­ sorhals auch sehr langzeitig gewährleistet.

Der flachrandige, zum Flüssigkeitsentleeren gelöcherte Bodenteil l und der Zylinderteil k des Stützbechers werden nun nacheinander entfernt, und man hat den Sensor mit hermetisch dichter, blasenfreier Flüssigkeitsumhüllung des Fühlers durch ein kapselartiges aus zerbrechbarem Glas bestehendes Gefäß vor sich, das thermische Ausdehnungsdifferenzen und Kompressibilitätsunterschie­ de auch bei sehr hohen Drucken toleriert.

In Fig. 5 ist noch eine zusätzliche mechanische Fixierung des kapselartigen Gefäßes durch einen Überwurf o angedeutet, die hier nicht weiter erläutert werden muß.

Die separat vormontierte Vorrichtung zum ferngesteuerten Aufbrechen des kap­ selartigen Gefäßes wird nun federnd aufgeschoben, wie in Fig. 5 gezeigt.

Dabei ist p ein federndes Blechband mit einer Querschnittsform, wie in Fig. 6 erläutert. Mehrere Federn q sind z. B. durch Verschweißen fest auf dem Um­ fang verteilt angebracht, an deren Enden sie hammerartige Spitzen t besitzen. In der Nähe dieser Spitzen werden alle Federn durch einen gemeinsamen Halte­ draht r in gespannter Lage gehalten, wie in Fig. 5 gezeichnet. In entspann­ ter Lage treffen die Federn q mit ihren hammerartigen Spitzen t das kapsel­ artige Gefäß z. B. auf einer vorgeritzten oder vorgeformten Linie s als Soll­ bruchstelle auf dem Becherumfang. Entspannt werden die Federn t durch elek­ trisches, mechanisches oder chemisches Durchtrennen des gemeinsamen Halte­ drahtes r.

Der Federring p nimmt auch einen Bügel u zum Entfernen des später aufgebro­ chenen Becherrestes auf.

Zur Erläuterung des Auslösevorganges ein Beispiel: Fig. 7 zeigt den Sensor, dessen Fühler komplett hermetisch dicht mit Referenzflüssigkeit eingekapselt ist, z. B. verankert in der Tiefsee.

Die Sonde befindet sich im sogenannten "Schlafmodus" und wird z. B. durch ein elektrisches oder akustisches Signal geweckt. Nach autonomer Überprü­ fung des Sensors mit Hilfe der Referenzflüssigkeit und einem anschließenden "ok"-Signal wird der dünne Federhaltedraht r durchtrennt, die Federn q zer­ trümmern mit ihren hammerartigen Enden t - wie in Fig. 8 gezeigt - das kap­ selartige Gefäß, dessen Bruchteile mit Federn und/oder Hebeln entfernt wer­ den. Der Sensor beginnt nach kurzer Spülzeit im Tiefenmeereswasser zu messen.

Claims (5)

1. Kapselartiges Gefäß zum hermetisch dichten und blasenfreien Einschluß einer Kalibrier/Referenz/Konservierflüssigkeit um Flüssigkeitssensoren herum, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Glas oder glasähnlichen, kontrollierbar aufbrechbaren Material besteht und einen glatten, blanken, leicht dehnbaren Dichtungsrand besitzt, der je nach Bedarf durch verstärkenden Federdruck eines O-Ring ähnlichen Ringes, dauerhaft an die ent­ sprechende blanke Dichtungsfläche des Sensorrandes gepreßt wird.

2. Kapselartiges Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß es eine möglichst dünne Druck- und Temperaturaus­ gleichsmembran nach Art einer Wellmembran enthält, die es er­ laubt, das Gefäß in Bereichen verschiedener Temperaturen und Drucke einzusetzen, ohne daß aufgrund verschiedener Temperatur­ ausdehnungskoeffizienten und Kompressibilitäten der verschiede­ nen Materialien des Gefäßes und der Füllflüssigkeit Fehler oder Zerstörungen auftreten.

3. Kapselartiges Gefäß nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zu ihm ein zum Beispiel federnd aufsteckbarer Ring gehört mit mehreren vorgespannten, auf dem Umfang des Rin­ ges verteilt befestigten, durch einen gemeinsamen Haltedraht gehaltenen Federn mit hammerartig geformten Federenden.

4. Kapselartiges Gefäß nach Ansprüchen 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Anspruch 3 genannte gemeinsame Haltedraht elektrisch oder mechanisch oder chemisch durchge­ trennt werden kann, so daß die vorgespannten Federn freigegeben werden, und die hammerartigen Federenden das Gefäß längs einer markierten, vorgeritzten oder vorgeformten Sollbruchlinie auf­ schlagen und es auftrennen.

5. Kapselartiges Gefäß nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der abgetrennte Becherteil mit fremder Kraft, sei es mit Feder- oder/und Hebelwirkung vom Sensor voll­ ständig entfernt wird, oder daß der Sensor mit fremder Kraft weggezogen wird.