-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anbringen eines
Sensors zur Analyse von Eigenschaften einer Substanz, insbesondere
einer Flüssigkeit,
an einem die Substanz enthaltenden Behältnis.
-
Solche
Vorrichtungen bzw. Armaturen umfassen einen Sensorträger, der
fluiddicht an einem Ansatz befestigbar ist, der als ein Prozessansatz (insbesondere
nach außen
vorstehender Stutzen oder Flansch) eine in einer Wand des Behältnisses ausgebildete Öffnung umgibt.
Der Ansatz kann insbesondere ein in die Wand des Behältnisses
eingeschweißter
Standardschweißstutzen
sein. Solche Standardschweißstutzen
haben in der Regel normierte Nennweiten, wobei ein gängiges Maß für die Nennweite
25 mm ist. Da der Sensor in der Regel nicht mit dem Durchmesser
der Standardnennweite kompatibel ist, sondern einen kleineren Querschnitt besitzt,
ist er in dem Sensorträger
der Armatur aufgenommen. Da der Sensorträger mit der Standardnennweite
kompatibel ist und daher an dem Standardschweißstutzen befestigt werden kann,
kann diesselbe Art von Armatur – bei
jeweils Verwendung eines geeigneten Sensorträgers – zur Anbringung unterschiedliche
Arten von Sensoren verwendet werden.
-
Der
Sensor ist in der am Ansatz befestigten Stellung des Sensorträgers so
angeordnet, dass er über
die Öffnung
mit der im Behältnis
befindlichen Substanz in Kontakt gebracht werden kann. Gerade im
Bereich der Biotechnologie und Lebensmittelindustrie bestehen hohe
Anforderungen an die Hygiene von Armaturen, die mit den zu untersuchenden Substanzen,
in der Regel Flüssigkeiten
mit darin enthaltenen aeroben oder anaeroben Kulturen, in Kontakt
gelangen. Die zur Messung von interessierenden Prozessgrößen, insbesondere
von chemischen Eigenschaften wie pH-Wert oder Stoffkonzentrationen, verwendeten
Sensoren sind darüber
hinaus in der Regel in ihrem zeitlichen Verhalten nicht stabil und verändern mit
der Zeit ihre Emp findlichkeit gegenüber der zu erfassenden Substanz.
Aus diesen Gründen
ist es unumgänglich,
solche Sensoren in vorgegebenen Zeitabständen zu reinigen oder zu kalibrieren.
Hierfür
muss der Sensor von der zu untersuchenden Substanz getrennt werden
und mit einer Spülsubstanz
oder einer Kalibrationssubstanz, in der Regel ebenfalls entsprechende
Flüssigkeiten,
in Kontakt gebracht werden.
-
Um
den Sensor nicht jedes Mal vom Behältnis demontieren zu müssen, wenn
eine Reinigung oder Kalibration ansteht, ist bei solchen Armaturen
in dem Sensorträger
ein mit dem Sensor in Fluidverbindung stehendes Spülvolumen
vorgesehen, das von dem Behältnis
abtrennbar sowie mit wenigstens einem Spülfluideingang und wenigstens
einem Spülfluidausgang
in Fluidverbindung bringbar ist.
-
Die
WO 83/03778 A1 zeigt eine als Wechselarmatur ausgebildete Vorrichtung
zum Anbringen eines Sensors an einem Reaktorbehälter für den Einsatz in Chemie- und
Bioreaktoren, die geeignet ist zur Montage an Standardschweißstutzen
kleiner Nennweite, z. B. 25 mm. Bei dieser Wechselarmatur ragt im
montierten Zustand ein Sensorträger
in das Innere eines Reaktors. In dem Sensorträger ist ein Hubrohr mit einem
darin befindlichen Sensor derart aufgenommen, dass es innerhalb
des Sensorträgers
zwischen zwei Stellungen bewegbar ist, nämlich einer in das Innere des
Reaktors hineinreichenden Messposition und einer Spülposition,
in der der Sensor sich außerhalb
des Reaktorinneren befindet und das Hubrohr die Öffnung in der Reaktorwand abdichtet.
Der Sensorträger
weist an seinem in das Reaktorinnere ragenden Ende Schlitze auf,
durch die in der Ausfahrstellung des Hubrohrs die Prozesssubstanz
mit dem Hubrohr und durch darin ausgebildete Sensorfenster mit dem
Sensor in Kontakt gelangt. In der Zurückziehstellung des Hubrohrs
kann der Sensor von einer Spül-
oder Kalibrationsflüssigkeit
umspült
werden, die über
einen im Sensorträger
ausgebildeten Spülanschluss
für den
Zulauf der Spül-oder
Kalibrationsflüssigkeit
(Spülfluideingang)
in ein in dem Sensorträger
ausgebildetes Spülvolumen
gelangt und über
einen weiteren Spülanschluss (Spülfluidausgang)
wieder aus der Spülkammer
abgeleitet wird.
-
Da
bei einem Standardschweißstutzen
mit Nennweite 25 mm zwangsläufig
die im Sensorträger angeordneten
Spülanschlüsse sich
in axialer Richtung des Stutzens in einem relativ großem Abstand zur
Reaktorwand befinden, weil der Schweißstutzen sehr weit von der
Außenwand
des Reaktors absteht, fließt
ein großer
Teil der in den Sensorträger
eintretenden Spül-
oder Kalibrationsflüssigkeit
vom Spülfluideingang
direkt zum Spülfluidausgang
ab und erreicht den der Reaktorwand am nächsten liegenden Bereich am
Grund des Spülvolumens
nicht, in dem sich die Sensorfenster befinden. Daher wird der Sensor
nur schlecht von der Spül-
oder Kalibrationsflüssigkeit
umspült
und die im unteren Teil des Spülvolumens
befindliche Lösung
kaum entfernt (im Falle einer Spülflüssigkeit)
oder durchmischt (im Falle einer Kalibrierflüssigkeit). Diese Situation
ist aus hygienischen Gründen
ungünstig
und gerade im Lebensmittelbereich oder Biotechnologiebereich nicht
akzeptabel.
-
In
der
EP 1 136 818 A2 wird
vorgeschlagen, das beschriebene Problem der mangelnden Umspülung des
Sensors im Spülvolumen
dadurch zu lösen, dass
ein speziell angepasster Ansatz verwendet wird, der einen verbreiterten
Querschnitt und damit eine geringere axiale Höhe aufweist. Weil in radialer Richtung
mehr Platz für
das Spülfluid
geschaffen wird und dieses zusätzlich
in axialer Richtung des Ansatzes näher zum Grund in das Spülvolumen
eingeleitet werden kann, verbessert sich die Spülwirkung. Allerdings ist es
erforderlich, die Reaktorwand mit einem speziellen Ansatz zu versehen,
Standardansätze, etwa
die häufig
verwendeten 25 mm Schweißstutzen sind
nicht nutzbar, so dass bestehende Reaktoren aufwändig umgerüstet werden müssten.
-
In
der
DE 102 41 834
A1 ist ein Prozessanschluss gezeigt, der einen speziellen
Flanschansatz mit sehr geringer axialer Länge verwendet. An dem in die
Reaktorwand eingeschweißten
Flanschansatz wird ein mäanderartiger
Sensorträger
befestigt, in dem eine Spülfluidkammer
mit Spülfluideingang und Spülfluidausgang
ausgebildet ist. Die Kammer ist derart gestaltet, dass der Spülfluidausgang
sich in jeder Einbaulage des Sensorträgers an der tiefsten Stelle
der Spülfluidkammer
befindet, so dass Spülfluid
immer vollständig
ablaufen kann.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anbringen
eines Sensors zur Analyse von Eigenschaften einer Substanz an einem die
Substanz enthaltenden Behältnis
bereitzustellen, welche an Standardprozessansätzen, insbesondere Standardschweißstutzen
befestigbar ist und dennoch eine verbesserte Durchspülung eines
Spülvolumens oder/und
Kalibriervolumens für
den Sensor gewährleistet.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Vorrichtung zum Anbringen eines Sensors zur Analyse von Eigenschaften
einer Substanz, insbesondere einer Flüssigkeit, an einem die Substanz enthaltenden
Behältnis
umfassend einen Sensorträger,
der fluiddicht an einem eine in einer Wand des Behältnisses
ausgebildete Öffnung
umgebenden Ansatz befestigbar ist, wobei der Sensor derart in dem Sensorträger aufnehmbar
ist, dass er über
die Öffnung
mit der Substanz in Kontakt gebracht werden kann, wobei in der Vorrichtung
ein Spülvolumen
vorgesehen ist, das von dem Behältnis
abtrennbar sowie mit wenigstens einem Spülfluideingang und wenigstens
einem Spülfluidausgang
in Fluidverbindung bringbar ist, und wobei der Spülfluideingang
in einen zwischen einer Wand des Sensorträgers und einer Wand des Ansatzes
gebildeten Hohlraum mündet, der
mit dem Spülvolumen
in Fluidverbindung steht.
-
Anstatt
das Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid direkt in das Spülvolumen einzuleiten, sieht
die Erfindung vor, das Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid zunächst
in einen dem Spülvolumen
vorgeschalteten Hohlraum einzuleiten, der mit dem Spülvolumen in
Fluidkontakt steht. Der Hohlraum dient als Zuleitung zum Spülvolumen
und ist so ausgebildet, dass er vom Spül- oder Kalibrationsfluid im
Wesentlichen laminar und gleichmäßig verteilt
durchströmt
wird. Somit entstehen bei Einleitung des Spül-oder Kalibrationsfluids in
das Spülvolumen
keine Toträume
und keine Rückvermischung.
Der Hohlraum kann daher eine Leitfunktion für das Spülfluid oder/und Kalibrationsfluid
ausüben,
welches von dem Hohlraum über eine
oder mehrere geeignet angeordnete Fluidverbindungen in das Spülvolumen
gelangt. Damit können
bei geeigneter Ausbildung des vorgeschalteten Hohlraums praktisch
alle wichtigen Bereiche des Spülvolumens
vom Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid durchspült werden, insbesondere solche
Bereiche, wo hohe hygienische Anforderungen bestehen. Dies ist zum
einen die Umgebung der Sensorspitze, weil dort der der Sensor messemfindlich
ist. Wichtig ist aber auch die gründliche Reinigung von nur schwer
zugänglichen
Stellen, die beispielsweise in durch die Begrenzungswände gebildeten
Ecken des Spülvolumens
oder in der Umgebung von Dichtungen zu finden sind. Solche Bereiche
stehen häufig
in nur schlechtem Fluidkontakt mit dem übrigen Spülvolumen und bilden daher praktisch
eigene Totvolumina, die ebenfalls zu spülen wären, aber wegen der schlechten
Fluidverbindung kaum vom Spülfluid
erreicht können.
Der erfindungsgemäße Hohlraum kann
auch eine effiziente Spülfluid-Zuleitung
für solche
Totvolumina sein. Als Beispiel sei hier die Umgebung von Dichtungen
genannt, mit denen das Spülvolumen
oder der Hohlraum gegenüber
dem Behältnis
abgedichtet wird. Weil diese Dichtungen in unmittelbarer Nähe oder
sogar in Kontakt mit der zu messenden Substanz stehen, bestehen
hier ganz besonders hohe Anforderungen an die Hygiene. Gleichzeitig
sind sie aber auch sehr weit von den oberhalb des Ansatzes einmündenden Öffnungen
für den
Einlass und Auslass vom Spülfluid
entfernt und werden daher von direkt aus diesen Öffnungen eintretendem und austretendem
Spülfluid
kaum erreicht.
-
Ein
ganz besonderer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass das Spülfluid oder/und
Kalibrationsfluid auch zu den ansonsten wegen der ungünstigen
Lage der Spülfluideingänge und
Spülfuidausgänge weit
entfernt vom Grund des Spülvolumens nur
schlecht durchspülbaren
Bereichen am Grund des Spülvolumens
geleitet werden kann, und damit den untersten Punkt des Spülvolumens
gewissermaßen
zuerst erreicht. Von dort aus kann das Spülfluid oder/und Kalibrationsfluid
in der Art einer Diagonalspülung
nach oben zum Ausgang fließen.
Diese Art der Spülung
bzw. Durchmischung ist besonders effektiv. Hierdurch kann insbesondere
verhindert werden, dass nach erfolgtem Spülen oder/und Kalibrieren kontaminiertes
Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid mit undefinierter Zusammensetzung im
Spülvolumen
zurückbleibt.
Die erfindungsgemäß erzielbare gute
Reinigbarkeit von Spülvolumen
und Sensor ist eine Voraussetzung dafür, dass der Sensor in dem Spülvolumen
sterilisiert werden kann.
-
Der
Hohlraum kann als eine an die jeweilige Geometrie von Sensor, Sensorträger und
Ansatz angepasste Zuleitung zum Spülvolumen gestaltet sein. Daher
kann er insbesondere dafür
sorgen, dass die messempfindlichen Bereiche des Sensors (in der
Regel an der Spitze des Sensors) mit hohem Druck und von einem großen Volumen
an Spülfluid
umspült
wird oder/und ein Kalibrationsfluid weitgehend homogen und mit definierter
Konzentration an die messempfindlichen Bereiche des Sensors gelangt.
-
Der
vorgeschaltete Hohlraum ist zwischen Wänden des Sensorträgers und
des Ansatzes gebildet. Er kann, insbesondere wenn der Sensorträger in einen
ringförmigen
Ansatz der Behältniswand
eingesetzt ist, durch eine Außenwand
des Sensorträgers und
eine Innenwand des Ansatzes gebildet sein. Solche Ansätze sind
häufig
als sog. Prozessansätze, meist
als vorstehender Flansch oder Stutzen in genormten Nennweiten, standardmäßig an Wänden von
Reaktoren, Fermentern oder sonstigen in der Lebensmittelindustrie
und Biochemie Einsatz findenden Behältnissen vorgesehen.
-
Vorzugsweise
ist das Spülvolumen
in dem Sensorträger
ausgebildet und steht mit dem Sensor in Fluidverbindung. Der Sensorträger kann
ein separat vom Sensor ausgebildetes Teil sein. Bei geeigneter Abmessung
kann aber auch das Gehäuse
des Sensors selbst als Sensorträger
dienen.
-
Zwischen
der Wand des Sensorträgers
und der Wand des Ansatzes kann eine vorzugsweise als O-Ring-Dichtung
ausgebildete Dichtung vorgesehen sein, die den Hohlraum gegenüber dem
Innenraum des Behältnisses
ab dichtet. Die gründliche
Reinigung der Umgebung dieser Dichtung ist besonders wichtig und
kann durch den erfindungsgemäßen Hohlraum
als Zuleitung für
Spülfluid
zu dieser Umgebung erreicht werden, die auch als ein besonderes Spülvolumen
im Sinne der Erfindung angesehen werden kann.
-
Zwischen
dem Sensorträger
und dem stirnseitigen Ende des Ansatzes kann eine weitere vorzugsweise
als elastische Dichtung oder O-Ring-Dichtung ausgebildete Dichtung
vorgesehen sein, um zu verhindern, dass in dem vorgeschalteten Hohlraum befindliches
Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid austritt.
-
Der
Sensor kann beispielsweise in einem rohrförmigen Gehäuse aufgenommen sein, das fluiddicht
in einen in dem Sensorträger
ausgebildeten rohrförmigen
Hohlraum einführbar
ist, wobei das Gehäuse
Sensorfenster aufweist, durch die der Sensor in Fluidkontakt mit
der Substanz gelangen kann. Das Gehäuse kann ein Gehäuse des
Sensors selbst sein, es kann aber auch ein standardisiertes Gehäuse sein,
in dem mehrere Arten von Sensoren aufnehmbar sind. Es kann darüber hinaus
vorgesehen sein, dass auch das Spülfluid oder/und Kalibrationsfluid durch
die Sensorfenster mit dem Sensor in Kontakt gelangen kann.
-
Bevorzugt
ist der Sensor als Wechselarmatur relativ zu dem Ansatz zwischen
wenigstens zwei Stellungen verlagerbar ausgebildet, nämlich zwischen
einer Messstellung, in der der Sensor so weit durch die Öffnung in
das Behältnis
ragt, dass die Substanz in Kontakt mit dem Sensor gelangen kann, und
einer Spülstellung,
in der der Sensor so weit zurückgezogen
ist, dass das Spülvolumen
von dem Behältnis
isoliert ist. Üblicherweise
ist in diesem der Sensor ein vom Sensorträger separates Bauteil, das relativ
zu dem Sensorträger
verlagerbar ist. Wenn der Sensor sich in einem rohrförmigen Gehäuse der beschriebenen
Art befindet, ist es günstig,
wenn das rohrförmige
Gehäuse
ein zwischen den beiden Stellungen verfahrbares Hubrohr ist.
-
Der
Sensor kann auch statisch am Ansatz gehalten sein, so dass er nur
eine einzige Aufnahmestellung hat und nicht bewegt wird. Bei solchen
Anordnungen ragt entweder der Sensor in das Innere des Behältnisses
und steht solange mit der Substanz in Kontakt, bis er entfernt wird.
Alternativ muss die Substanz durch die Öffnung zum im Außenraum
des Behältnisses
befindlichen Sensor gelangen. Die letztere Anordnung bietet die
Möglichkeit,
den Sensor durch Verschließen
der Öffnung
des Behältnisses zeitweilig
vom Innenraum des Behältnisses
zu isolieren, etwa um ihn zu reinigen oder kalibrieren zu können. Aber
auch bei der ersten Anordnung kann es günstig sein, die Öffnung des
Behältnisses
zeitweilig fluiddicht zu verschließen, und zwar auch solange der
Sensor noch in das Behältnis
hineinragt, obwohl dann der Sensor nicht gespült werden kann. Wie oben bereits
erläutert
wurde, ist es jedoch in manchen Anwendungen, in denen Sterilität eine große Rolle
spielt, erforderlich, die Umgebung von Dichtungen, die sich in direktem
Kontakt mit der im Behältnis gespeicherten
Substanz befinden, regelmäßig zu reinigen
und zu sterilisieren. Der erfindungsgemäße Hohlraum kann in diesem
Fall als Spülfluid-Zuleitung dazu
dienen, ein Spülfluid
vom Spülfluideingang
unmittelbar zu dem die Dichtung umgebenden Raum zu leiten, sobald
die Öffnung
zum Behältnis
verschlossen ist. Dieser die Dichtung umgebende Raum ist daher ebenfalls
als ein Spülvolumen
im Sinne der Erfindung anzusehen. Gerade bei dieser Anwendung der Erfindung
braucht der Sensorträger
nicht unbedingt ein von dem Sensor getrenntes Bauteil zu sein. Vielmehr
kann der Sensor auch ein Gehäuse
aufweisen, das unmittelbar in den Ansatz eingesetzt werden kann,
also etwa eine Umfangswand mit einem Außendurchmesser etwas kleiner
als 25 mm im Falle der Verwendung eines 25 mm Standardschweißstutzens
als Ansatz. Zwischen dem Ansatz und der Gehäusewand des Sensors wird dann
ebenfalls ein als Hohlraum im Sinne der Erfindung nutzbarer schmaler Spalt
freigelassen, durch den das Spülfluid
vom Spülfluideingang
direkt zu der am Grund des Ansatzes angeordneten Dichtung geleitet
werden kann.
-
Der
Ansatz kann besonders günstig
ein Schweißstutzen
mit vorbestimmter Nennweite, z.B. 25 mm sein. Der Schweißstutzen
kann beispielsweise ein Außengewinde
aufweisen, an dem der Sensorträger
mittels einer Überwurfmutter
geklemmt wird.
-
Eine
einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Sensorträger an seinem
an dem Ansatz befestigten Ende einen Umfangswandabschnitt aufweist,
der einer Innenwand des Ansatzes gegenüberliegt und die einen zwischen
der Innenwand des Ansatzes und dem Umfangswandabschnitt gebildeten im
Wesentlichen ringförmigen
Spalt begrenzt, der den Hohlraum bildet und in den der Spülfluideingang mündet. Der
Umfangswandabschnitt bildet dann eine Spülfluidleitanordnung, die den
ringförmigen
Hohlraum vom Spülvolumen
trennt.
-
Vorzugsweise
sollte das Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid in dem zwischen zwischen der Wand des
Sensorträgers
und der Wand des Ansatzes gebildeten Hohlraum in axialer Richtung
des Ansatzes bis in den der Außenwand
des Behältnisses benachbarten
Bereich, der den Grund des Spülvolumens
bildet, geleitet werden. Die Fließbewegung kann dabei in erster
Linie in axialer Richtung sein, es kann aber auch günstig sein,
wenn die Fließbewegung
des Spülfluids
oder/und Kalibrationsfluids eine Komponente entlang des Umfangs
des Ansatzes hat. Beispielsweise kann in dem zwischen dem Umfangswandsabschnitt
und der Innenwand des Ansatzes gebildeten Hohlraum ein sich spiralförmig zum
Grund des Spülvolumens
erstreckender Spülfluidkanal
für das
Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid gebildet sein.
-
In
der den Hohlraum vom Spülvolumen
trennenden Wand des Sensorträgers
kann wenigstens eine Öffnung
gebildet sein, durch die Spülfluid oder/und
Kalibrationsfluid in das Spülvolumen
gelangt. Die Öffnung
kann ein punktförmiges
Loch oder ein Schlitz sein. Wenn die Wand ein Umfangswandabschnitt
im oben definierten Sinn ist, kann die Öffnung beispielsweise als ringförmiger Schlitz
um den Umfang des Umfangswandabschnitts herum ausgebildet sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Öffnungen
in unterschiedlicher axialer Höhe
zwischen dem Spülfluideingang und
dem Grund des Spülvolumens
angeordnet sind. Man erhält
dann ein Spülvolumen,
in das praktisch entlang seiner gesamten axialen Erstreckung ein Strahl
von Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid mit gleichem Druck eingeleitet wird.
-
Alle
oder nur einige der Öffnungen
können düsenartig
ausgebildet sein, so dass sich ein Sprühstrahl mit hohem Druck ergibt.
Die Düsen
können punktförmig sein
oder die Form von Schlitzen haben.
-
Die Öffnung(en)
können
radial nach innen weisen und beispielsweise gezielt durch die Sensorfenster
im rohrförmigen
Gehäuse
auf den Sensor oder auf die unterste O-Ring Dichtung am rohrförmigen Gehäuse gerichtet
sein. Sie können
auch in tangentiale Richtung weisen. Hierdurch können im Spülvolumen Strudel erzeugt werden,
die zu einer effektiven Spülung
bzw. Durchmischung des Spülfluids oder/und
Kalibrationsfluids betragen.
-
Durch
die genannten Arten der Anordnung und konstruktiven Ausgestaltung
der Öffnungen
kann eine turbulente Strömung
bei hohen Reynoldszahlen in dem Spülvolumen erzeugt werden. Dies
wird insbesondere durch Erhöhung
der Strömungsgeschwindigkeit
am Austritt von (düsenartigen) Öffnungen, durch
gemischten radialen und tangentialen Austritt des Spülfluids
oder/und Kalibrationsfluids sowie durch Einbau von zusätzlichen
geeigneten Hindernissen in dem Spülvolumen erreicht.
-
Der
Grund des Spülvolumens
kann eine leicht konkave Wölbung
haben, um zu vermeiden, dass am Grund des Spülvolumens Reste von Spülfluid oder/und
Kalibrationsfluid stehen bleiben.
-
Der
Sensor kann beispielsweise ein Druck- oder Temperatursensor sein.
Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
für Sensoren
zur Messung von chemischen, biochemischen oder elektrochemischen
Eigenschaften von Flüssigkeiten
geeignet, insbesondere für
pH-Sensoren, pO2-Sensoren, pCO2-Sensoren
oder Sensoren zur Bestimmung der Konzentration von Ionen, Enzymen
oder biochemischen Metaboliten.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine
Querschnittsansicht durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
und
-
2 eine
Seitenansicht auf die in 1 gezeigte Vorrichtung aus der
Sicht von links in 1.
-
In 1 ist
eine Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer allgemein mit 10 bezeichneten
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Anbringen eines Sensors zur Analyse von Eigenschaften einer
Substanz an einem die Substanz enthaltenden Behältnis abgebildet. Der Ausschnitt
zeigt den für
die Erfindung bedeutsamen Koppelbereich eines Sensorträgers 12 der
Vorrichtung an einem Einschweißsstutzen 22 eines
Behältnisses.
Der Sensorträger 12 hat
eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt. In dem Sensorträger 12 ist
ein ebenfalls zylindrisch in der Form eines Hubrohrs 14 ausgebildetes
Sensorgehäuse
aufgenommen, in dem sich wiederum ein schematisch dargestellter
Sensor 16 zur Analyse der Eigenschaften einer Substanz
befindet. Der Sensor 16 kann ein beliebiger der oben genannten
Sensoren sein. Sein messempfindlicher Bereich 18 befindet
sich an der der schematisch als Kappe dargestellten Spitze des Sensors 16.
In dem Hubrohr 14 sind auf Höhe des messempfindlichen Bereichs 18 des
Sensors 16 Ausnehmungen gebildet, die als Sensorfenster 20 es gestatten,
dass Fluid in den von dem Hubrohr 14 eingeschlossenen Raum
eindringt und mit dem messempfindlichen Bereich 18 des
Sensors 16 in Kontakt gelangt.
-
Der
Sensorträger 12 ist
an dem Einschweißstutzen 22 durch
eine Überwurfmutter 26 verschraubt.
Der Einschweißstutzen
ist in der Wand eines in 1 nicht näher dargestellten Reaktorgefäßes oder
sonstigen Behältnisses,
in dem sich die zu untersuchende Substanz befindet, eingeschweißt. Der
Einschweißstutzen 22 weist
eine an seinem Innendurchmesser gemessene Nennweite D von 25 mm
auf. An seinem der Wand des Behältnisses
gegenüberliegenden
Ende ist der Einschweißstutzen 22 an
seiner Außenseite
mit einem Außengewinde 24 versehen,
das mit einem an der Überwurfmutter 26 ausgebildeten
Innengewinde 28 in Eingriff steht. Die Überwurfmutter 28 liegt
an einer nach außen
vorstehenden Fläche
eines Klemmflanschs 30 des Sensorträgers 12 auf und klemmt
die gegenüberliegende Fläche des
Flanschs 30 gegen die ringförmige Stirnfläche am freien
Ende des Einschweißstutzens.
Zwischen dem Flansch 30 und der Stirnfläche des Einschweißstutzens 22 ist
eine O-Ringdichtung 32 angebracht, die den durch den Einschweißstutzen 22 und
den Sensorträger 12 umschlossenen
Raum fluiddicht abschließt.
-
Der
Sensorträger 12 ist
in dem in 1 abgebildeten Abschnitt gebildet
durch eine im Wesentlichen zylindrische Umfangswand 46,
die an ihrem dem Stutzen 22 zugewandten Ende auf ihrer
Außenseite
den an der Stirnfläche
des Stutzens 22 anliegenden Klemmflansch 30 bildet.
Von der Anlagefläche
dieses Flanschs 30 am Stirnende des Stutzens 22 aus
verläuft
die Umfangswand 46 zum axialen Stirnende des Sensorträgers hin
als Umfangswandabschnitt 38 mit verringerter Dicke. Die
Außenfläche des
Umfangswandabschnitts 38 ist dabei in Radialrichtung deutlich
zurückgesetzt,
so dass der Umfangswandabschnitt 38 in den Stutzen 22 eingeführt werden
kann. Die Innenwand der Umfangswand 46 zeigt am Übergang
zu dem Umfangswandabschnitt 38 keinen Absatz.
-
Der
Hubkörper 14 ist
zwischen zwei Stellungen, einer Spülstellung und einer Messstellung,
in axialer Richtung relativ zu dem Sensorträger 12 verlagerbar.
In der in 1 gezeigten zurückgezogenen Stellung,
die die Spülstellung
bildet, liegt eine Stirnwand 34 des Hubkörpers 14 an
der Innenfläche
einer Umfangswand 38 des Sensorträgers 12 an, die an dessen
der Wand des Behältnisses
zugewandtem Ende angeordnet ist und die bis in die Nähe der durch den
Schweißstutzen 22 umschlossenen Öffnung reicht,
welche in der Wand des Behältnisses
ausgebildet ist. Zwischen der radial äußeren Fläche der Stirnwand 34 des
Hubrohrs 14 und der radial inneren Fläche der Umfangswand 38 ist
ein O-Ring 40 angeordnet, der das zwischen der Stirnwand 34 und
der Umfangswand 38 gebildete Volumen, welches das Spülvolumen 42 bildet,
fluididicht gegen das Innere des Behältnisses abdichtet. Am gegenüberliegenden axialen
Ende wird das Spülvolumen 42 begrenzt durch
einen weiteren zwischen der Außenseite
der Längswand
des Hubrohrs 14 und der Innenseite der Umfangswand 38 des
Sensorträgers 12 angeordneten
O-Ring 44.
-
In
der in 1 nicht gezeigten Messstellung ist das Hubrohr 14 so
weit in den Innenraum des Behältnisses
vorgeschoben, dass die Sensorfenster 20 in das Innere des
Behältnisses
hineinragen, so dass der messempfindliche Bereich 18 des
Sensors 16 mit der im Behältnis befindlichen Substanz
gelangt. In dieser Stellung liegt der am Hubrohr 14 in
einer Nut gehaltene O-Ring 44 an
der Innenfläche
der Umfangswand 38 in deren axialem Endbereich an und dichtet
damit die Öffnung
im Behältnis
nach außen ab.
-
In
der in 1 gezeigten Spülstellung
steht der messempfindliche Bereich 18 des Sensors 16, der
im Messbetrieb über
die Sensorfenster 20 der im Behältnis gespeicherten Substanz
ausgesetzt war, über
die Sensorfenster 20 mit dem Spülvolumen 42 in Fluidkontakt.
Um Spülfluid
oder/und Kalibrationsfluid in das Spülvolumen 42 einzuleiten,
ist an dem Sensorträger 12,
genauer gesagt an dessen sich in Axialrichtung erstreckender Umfangswand 46 je
ein Stutzen 48 angeschweißt, in dem ein als Fluideingang
dienender Durchgangkanal 50 ausgebildet ist, und dem Stutzen 48 gegenüberliegend
ein Stutzen 52 angeschweißt, in dem ein als Fluidausgang
dienender Durchgangkanal 54 ausgebildet ist. Der den Fluidausgang
bildende Durchgangskanal 54 mündet direkt in das Spülvolumen 42,
so dass im Spülvolumen 42 befindliches
Fluid unmittelbar aus dem Spülvolumen
in den Durchgangskanal 54 ableitbar ist.
-
Der
den Fluideingang bildende Durchgangskanal 50 mündet in
einen in der Umfangswand 46 ausgebildeten Fluidkanal 56,
der von der Außenseite der
Umfangswand 46 aus diese radial durchsetzt und schräg nach unten
zum Grund des Spülvolumens 42 führt. Der
Fluidkanal 56 tritt jedoch nicht an der Innenseite der
Umfangswand 46 aus, sondern trifft auf Höhe der am
Stirnende des Stutzens 22 anliegenden Fläche des
Klemmflanschs 30 von außen auf den die Umfangswand 46 zum
Grund des Spülvolumens 42 verlängernden
Umfangswandabschnitt 38 des Sensorträgers 12. Zwischen
dem Umfangswandabschnitt 38, genauer dessen Außenseite,
und der Innenseite der den Mantel des Stutzens 22 bildenden
Umfangswand ist ein Hohlraum 58 gebildet, der den Fluidkanal 56 fortsetzt.
Der Hohlraum 58 ist in etwa ringförmig und verläuft in axialer
Richtung von der Anlagefläche
des Klemmflanschs 30 bis zu dem mit der Stirnwand des Hubrohrs 16 in
fluiddichter Anlage stehenden axialen Ende der Umfangswand 38. In
den Hohlraum 58 gelangtes Fluid wird daher in axialer Richtung
weitergeleitet, bis es die Höhe
des Grunds des Spülvolumens 42 erreicht.
Um ein Austreten des Fluids aus dem Hohlraum 58 in das
Behältnis
für die
zu messende Substanz zu verhindern, befindet sich ein O-Ring 60 am
axialen Ende des Umfangswandabschnitts 38 zwischen dessen
Außenseite
und der Innenseite der Mantelwand des Stutzens 22.
-
Wie
insbesondere in 2 zu sehen ist, ist in der Außenseite
des Umfangswandabschnitts 38 des Sensorträgers 12 eine
spiralförmig
verlaufende Nut 52 eingeschnitten, die in den Fluidkanal 56 übergeht. Durch
diese Nut 52 wird ein spiralförmiger Verlauf des durch den
zwischen dem Umfangswandabschnitt 38 und der Mantelwand
des Stutzens definierten Hohlraums 58 für das Fluid definiert. Das durch
den Einlasskanal 50 und den Fluidkanal 56 in den
Hohlraum 58 gelangte Fluid wird somit in spiralförmigen Windungen
bis zum Grund des Spülvolumens 42 geleitet.
Durch diese Führung
erhält
die Fluidströmung
eine Komponente tangential zur Umfangswand des Spülvolumens,
was die Erzeugung von Wirbeln in dem in das Spülvolumen eintretenden Fluid
fördert.
-
In 2 sind
darüber
hinaus beispielhaft zwei Öffnungen 62 angedeutet,
die den Umfangswandabschnitt 38 durchsetzen und damit das
Spülvolumen 42 in
Fluidkontakt mit dem Hohlraum 58 bringen. Die Öffnungen
können
die Form von Düsen haben,
durch die das Fluid mit großer
Geschwindigkeit entweder tangential oder radial in das Spülvolumen
eingespritzt wird.