EP4666038A1 - ANALYSEVORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG EINER KENNGRÖßE EINES MEDIUMS, SENSORADAPTER UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG - Google Patents

ANALYSEVORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG EINER KENNGRÖßE EINES MEDIUMS, SENSORADAPTER UND VERFAHREN ZU SEINER HERSTELLUNG

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Publication number
EP4666038A1
EP4666038A1 EP24706951.1A EP24706951A EP4666038A1 EP 4666038 A1 EP4666038 A1 EP 4666038A1 EP 24706951 A EP24706951 A EP 24706951A EP 4666038 A1 EP4666038 A1 EP 4666038A1
Authority
EP
European Patent Office
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sensor adapter
housing
adapter
interior
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
EP24706951.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Mannhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nova Industrial Analytics GmbH
Original Assignee
Nova Industrial Analytics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nova Industrial Analytics GmbH filed Critical Nova Industrial Analytics GmbH
Publication of EP4666038A1 publication Critical patent/EP4666038A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/30—Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
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    • G01N2201/02—Mechanical
    • G01N2201/023—Controlling conditions in casing
    • G01N2201/0231—Thermostating

Definitions

  • the invention relates to an optical analysis device for determining a characteristic of a medium.
  • the invention also relates to a sensor adapter for optically, electrically and/or pneumatically coupling the analysis device to a process environment and to a manufacturing method for such a sensor adapter.
  • optical measuring methods are used to evaluate the condition or quality of a product or an intermediate product.
  • the term "optical measuring method” is understood below to mean a measuring method using electromagnetic radiation, in particular electromagnetic radiation in a spectral range between infrared and ultraviolet. "Optical measurement” therefore includes in particular a measurement in the spectral ranges far infrared (FIR), mid infrared (MIR), near infrared (NIR), in the visible spectral range and in the UV range.
  • FIR far infrared
  • MIR mid infrared
  • NIR near infrared
  • Optical, particularly spectroscopic, analysis systems are used in the chemical and pharmaceutical industries and in food production. These systems are used to carry out process-accompanying measurements of a measured variable of a measuring fluid that can be detected using optical means in a production environment using a probe.
  • a probe For example, an immersion probe can be used that is immersed in the measuring fluid in a reaction vessel or a pipe.
  • a measuring beam emitted by a radiation source is guided by the immersion probe over a measuring section through the measuring fluid and then directed to a detector in which the intensity, spectrum, etc. of the measuring radiation influenced by the measuring fluid are analyzed.
  • the results provide information about state variables (e.g. concentration, density, etc.) of the measuring medium.
  • a measuring arrangement suitable for such measurements comprises a radiation source, a detector and a controller, which are housed together in a housing If the optical analysis system is to be used in a process environment, the housing surrounding the measuring arrangement must be designed to be robust in order to protect the measuring arrangement against temperature influences, dirt, dust, vibrations, etc.
  • a measuring arrangement with such a housing is known from DE 10 2012 019 433 A1.
  • a sensor device and a spatially separate electronic device are arranged in the interior of the housing.
  • the international patent application WO 2022/223425 A1 also discloses an optical analysis device that can be connected to a process environment using a sensor adapter.
  • the sensor adapter comprises a tube, in the interior of which electromagnetic radiation from the radiation source can be radiated onto the measuring medium in the process environment and measuring radiation from the measuring medium can be redirected back to the sensor device.
  • the object of the present invention is to further develop the coupling of the measuring arrangement to a process environment known from WO 2022/223425 A1 in such a way that not only electromagnetic radiation, but also electrical signals, media (e.g. compressed air, inert gas), etc. can be exchanged between measuring devices.
  • a sensor adapter is to be provided that allows a wide range of different measuring situations and with the help of which the measuring arrangement is shielded from the process environment in a pressure- and gas-tight manner.
  • Such a sensor adapter for connecting a plurality of sensors and/or actuators of different types located in a process environment to a measuring arrangement accommodated in a housing must have electrical, optical, electro-optical and/or provide pneumatic connecting elements (e.g. plugs, sleeves, sockets, ...) to which the associated connecting lines (wires, cables, optical fibers, hoses, ...) can be attached in the process environment.
  • these connecting elements are integrated in connecting modules which are inserted into a fixing element during the manufacture of the sensor adapter and fixed in position there. This fixing element is then arranged in the interior of the sensor adapter, aligned there in a desired position and fixed in this position by at least partially filling the interior of the sensor adapter. The position alignment can be carried out using an assembly aid placed on the end of the sensor adapter.
  • the fixing element can accommodate several connection modules. It bundles the connection modules and thus represents an auxiliary device for positioning and fixing the connection modules in the interior of the sensor adapter.
  • the fixing element is a universal element that can be used for any application.
  • the connection modules accommodated in the fixing element are individually adapted to the respective measurement situation.
  • the connection modules are advantageously part of a modular system of standardized components, so that the connection modules required for a specific application are taken from the modular system, inserted into the fixing element and integrated together into the interior of the sensor adapter.
  • the individual connection modules preferably all have the same width, which corresponds to the width of a receiving area in the fixing element.
  • a standardized fixing element can therefore accommodate a large number of different combinations of connection modules.
  • the sensor adapter according to the invention enables the simple coupling or decoupling of sensors and/or measuring heads.
  • the sensor adapter For the mechanical connection of the sensor adapter to a housing of the measuring arrangement, the sensor adapter is advantageously provided with a connection plate with which it can be screwed onto the housing. Furthermore, the sensor adapter advantageously has an end flange for the mechanical connection of the sensor adapter to a process environment. In order to protect the measuring arrangement thermally against In order to shield the sensor adapter from the process environment, the sensor adapter can be provided with a cooling device.
  • This cooling device expediently comprises a cooling line through which a coolant can flow, which surrounds an outer wall of the sensor adapter in a ring.
  • Figure 1 is a perspective external view of an optical analysis device according to the invention with a sensor adapter
  • Figure 2 is a schematic partial sectional view of the analysis device of Figure 1;
  • Figure 3a is a sectional view of a sensor adapter for a spectroscopic application
  • Figure 3b is a sectional view of a sensor adapter for an application with optical fibers and electrical cables;
  • Figure 4a is a plan view of a fixing frame to be attached to the interior of the sensor adapter
  • Figure 4b is a plan view of different connection modules that can be accommodated in the fixing frame of Figure 4a;
  • Figure 4c is a perspective view of a fixing element with a fixing frame and three connection modules accommodated therein;
  • FIG. 5a Fixing element with connection modules and connected cables
  • Figure 5c Sensor adapter with attached mounting aid
  • Figure 5d Sensor adapter after pouring the potting compound
  • Figure 6 a perspective view of the sensor adapter with attached mounting aid
  • Figure 1 shows a perspective external view
  • Figure 2 shows a partial sectional view of an analysis device 10 for determining at least one characteristic of a measuring medium using an optical, electronic, electro-optical and/or electromechanical method.
  • the analysis device 10 comprises a housing 20 in which a measuring arrangement 80 with a plurality of components 81 is accommodated.
  • the measuring arrangement 80 shown here comprises in particular a radiation source (not shown in the partial sectional view of Figure 2), a detector 83 (in the present case a spectrometer 83') and a controller 84 and can also contain further optical, electronic, electro-optical and/or electromechanical components 81.
  • the controller 84 serves, among other things, to coordinate the timing between the spectrometer 83' and the radiation source and can also perform other control and evaluation functions, e.g. the calculation of a spectrum or a process parameter from the signals of the spectrometer 83' and the forwarding of measurement results, for example via Ethernet or a process interface, to an external space 4 located outside the housing 20.
  • the housing 20 is designed in two parts and comprises an upper shell 22 and a lower shell 23, which are connected to one another by means of a detachable connection, for example a screw connection.
  • the lower shell 23 is provided with a base plate 24 at the bottom, in the area of which a cooling device for controlling the temperature of the measuring arrangement 80 can be arranged.
  • the lower shell 23 has a connection area 25 to which a sensor adapter 39 (described in more detail below) is attached. With the help of this sensor adapter 39, the measuring arrangement 80 in the interior 21 of the housing 20 can be mechanically, electrically and optically connected to a process environment 5 and a media and data exchange can take place between the analysis device 10 and a measuring medium located in a process environment.
  • the housing 20 also has through holes 75 for media, power or signal cables, which are used for media and Power supply and external data exchange of the optical, electrical, electro-optical and electromechanical components 81 arranged in the housing 20.
  • the two housing shells 22, 23 enclose a closed cavity 21 in which a measuring arrangement 80 can be completely accommodated.
  • a circumferential seal 29, for example an O-ring or a flat seal made of plastic or metal, can be arranged between the upper shell 22 and the lower shell 23, by means of which the interior 21 of the housing 20 can be hermetically sealed; this is particularly advantageous if the analysis device 10 is to be used in a contaminated or potentially explosive process environment.
  • a component carrier 38 on which the components 81 of the measuring arrangement 80 are attached.
  • the component carrier 38 is detachable, for example via a screw connection, to which the lower shell 23 of the housing 20 is attached.
  • Such a detachable connection of the component carrier 38 to the lower shell 23 makes it possible to replace the component carrier 38 currently in use with another component carrier (of the same or different design); furthermore, differently equipped component carriers 38 can be used so that one and the same housing 20 can be used to accommodate different measuring arrangements 80.
  • the sensor adapter 39 arranged in the connection area 25 serves in the present embodiment to conduct excitation pulses (e.g. excitation radiation) into the process environment and to introduce measurement pulses (e.g. radiation reflected by the measuring medium) into the housing interior 21.
  • excitation pulses e.g. excitation radiation
  • measurement pulses e.g. radiation reflected by the measuring medium
  • Sectional views of the sensor adapter 39 for two different applications are shown in Figures 3a and 3b.
  • the sensor adapter 39 comprises a tubular adapter housing 40, the end 40' of which facing the measuring arrangement 80 is provided with a connection plate 42 to be fastened to the housing 20 of the measuring arrangement 80.
  • the end 40" facing away from the housing 20 is provided with an annular circumferential end flange 55.
  • the sensor adapter 39 can be attached using a clamp connection, in particular a Tri-Clamp connection, to a counterpart (not shown in Figures 3a, 3b) in the process environment 5, for example to a container carrying the measuring medium 6.
  • a dedicated sensor adapter 39 For a given measuring task with the required measuring arrangement 80 and the associated lines 37, a dedicated sensor adapter 39 must be provided which integrates the lines, hoses, etc. required for the measuring task and ensures process-safe decoupling between the process environment 5 and the housing interior 21.
  • the sensor adapter 39 is used for a measuring task in which only electromagnetic radiation is introduced or discharged from the housing interior 21 into the process environment, i.e. in which there is no need to route cables or media lines through the sensor adapter into the process environment 5.
  • a mechanical seal for example a window 41 that is transparent to the radiation used, can be attached to the end 40" of the sensor adapter 39 facing away from the measuring arrangement 80, which prevents dust or dirt from penetrating the interior 21 of the housing 20.
  • a window 41 made of glass, quartz, sapphire, etc. can be used.
  • lines 37 (electrical lines, optical fibers, pneumatic lines, etc.) must be integrated into an interior 43 of the adapter housing 40, by means of which the components 81 (e.g. spectrometers, radiation sources, microprocessors, ...) of the measuring arrangement 80 can interact with the process environment 5 and/or the measuring medium 6 located there (see Figure 3b).
  • Electrical lines 37a can thus be arranged in the interior 43 of the adapter housing 40, for example lines for connecting sensors that record process variables or environmental information (temperature, flow rate, leakage, ...) of the measuring medium 6 and/or the process environment 5.
  • the sensor adapter 39 also serves the inclusion of light guides 37b for introducing and discharging optical radiation into the process environment 5. If pneumatic actuators are to be operated in the process environment 5, the associated compressed air lines are also routed in the interior 43 of the sensor adapter 39. Furthermore, control lines can also be provided in order to exchange control signals between the controller 84 in the housing interior 21 and actuators in the outer area 4 of the housing 20, e.g. for controlling an automated measurement of the white level.
  • All lines 37 (optical fibers, pneumatic lines, data or control lines, etc.) routed through the sensor adapter 39 must be provided with suitable (optical, electrical, pneumatic, etc.) connecting elements 52 in an exit area 44 of the sensor adapter 39 facing the process environment 5 in order to enable simple and rapid separation of the lines 37 routed in the interior 43 of the sensor adapter 39 when the optical analysis device 10 is removed from the process environment 5.
  • An advantage of the solution according to the invention is that the two-part housing 10 does not have to be opened in order to adapt the analysis device 10 to a wide variety of measuring tasks.
  • a fixing element 45 is arranged in the interior 43 of the adapter housing 40 at the end facing the process environment 5, the outer contour of which is adapted to the inner contour 43 of the adapter housing 40 and has a cylindrical shape in the present embodiment, see the perspective view in Figure 4c.
  • the fixing element 45 comprises a fixing frame 46 with a U-shaped base module 46' and a terminal module 46", between which a cavity 47 of width 57 is formed (see Figure 4a). This cavity 47 serves to accommodate connecting modules 51, which are inserted into the base module 46' and which are held in position with the aid of the terminal module 46".
  • connection modules 51 of this modular system 50 differ in their functionalities and are each provided with specific connection elements 52 (electrical plugs, fiber optic couplings, etc.) that enable a standardized connection to an external line.
  • connection elements 52 electrical plugs, fiber optic couplings, etc.
  • the width 56 of the connection modules 51 is standardized (and corresponds to the width of the cavity 47 in the fixing frame 46), but their heights can vary depending on the functionality.
  • connection module 51a comprises six pin contacts 52a for fixing/connecting six electrical cables
  • connection module 51b comprises two sockets 52b for fixing/connecting two optical fiber cables
  • connection module 51c comprises two grommets 52c for fixing/connecting a pneumatic hose.
  • the modular system 50 also comprises spacers 52d of different heights.
  • the connection modules 52 are provided with projections 53 on the sides, which, when assembled with the fixing frame 46, engage in grooves 54 in the base module 46' of the fixing frame.
  • the fixing frame 46 contains two connection modules 51 b for connecting two optical fibers each and one connection module 51 a for connecting electrical cables.
  • the optical fibers are used for coupling in/out electromagnetic radiation in two different spectral ranges.
  • the electrical cables are used, for example, to carry out temperature measurements, flow measurements, etc.
  • the fixing frame 36 must be inserted into the sensor adapter 39 in the correct position and the interior 43 of the sensor adapter 39 must then be sealed gas- and pressure-tight. This is done in the following process steps:
  • connection modules 51 are selected for the desired connection elements 52, one-sidedly connected to the housing-side corresponding Lines 37 are provided and arranged in the fixing frame 46.
  • the ends of the lines 37 facing away from the fixing frame 46 are provided with sleeves 63 for later connection of the lines 37 to the components 81 of the measuring arrangement 80 (step A, see Figure 5a).
  • Light guides must be mounted in such a way that the end face distances are matched to the wavelength range, since otherwise white light interference can occur.
  • the fixing element 45 produced in this way is inserted into the interior 43 of the sensor adapter 39 and secured there with a spring ring 48 shown in Figure 3b (step B, see Figure 5b).
  • the fixing element 45 is then aligned, oriented and positioned in the desired position using an assembly aid 60 (Figure 5c).
  • the assembly aid 60 has the shape of a ring that is placed on the end flange 55 of the sensor adapter 39 and is provided with a recess 59 that engages in a projection 58 on the fixing frame 46 (see the perspective view in Figure 6).
  • the fixing element 45 can thus be rotated into the desired position in the interior 43 of the sensor adapter 39 and fixed in this orientation by means of a clamp 61.
  • step C The interior 43 of the sensor adapter 39 is then filled at least in part with a casting compound 62 (step C, see Figure 5d).
  • the fixing element 45 together with the connection modules 51 contained therein is fixed in the adapter housing 40, and any gaps that may exist between the inner wall of the adapter housing 40 and the outer wall of the fixing element 45 are sealed.
  • the housing interior 21 is sealed pressure- and gas-tight from the process environment 5.
  • the assembly aid 60 can now be removed.
  • the remaining interior space 43 of the adapter housing 40 is filled with further casting compound (see Figure 3b); the filling height may not exceed the height of the sleeves 63, so that the sleeves 63 protrude from the casting compound after it has hardened.
  • the sensor adapter 39 is checked for leaks using a helium leak detector and the lines 37 are checked for functionality.
  • sensor adapters 39 for a wide variety of applications can be produced using the modular system 50 of the connection modules 51.
  • the sensor adapter 39 represents an (optical, electrical, ...) interface between the measuring arrangement 80 in the interior 21 of the housing 20 and the harsh process environment 5.
  • the sensor adapter 39 has the task of thermally shielding the temperature-sensitive components 81 in the interior 21 of the housing 20 from the process environment 5, in which high temperatures and/or strong temperature fluctuations can occur.
  • Such thermal decoupling of the sensor adapter 39 can be achieved, for example, by a ceramic plate integrated in the adapter housing 40 (and advantageously arranged in the area of the end 40" facing away from the measuring arrangement 80) as a thermal insulator.
  • the sensor adapter 39 can be provided with a cooling device 90 which effects thermal decoupling between the process environment 5 and the housing interior 21 and protects the components 81 in the housing interior 21 from high thermal stress.
  • an outer region 92 of the adapter housing 40 can be provided with a cooling line 91, for example a copper pipe, which surrounds the outer region 92 of the adapter housing 40 in a ring shape and through which a cooling liquid circulates; such a cooling line 91 is shown in dashed lines in Figure 3b.
  • the cooling line 91 of the sensor adapter 39 can be connected to a cooling device of the housing 20 of the measuring arrangement 80.
  • the associated cooling coil is arranged directly below the component carrier 38, so that an air gap exists between the cooling coil and the base plate 24 of the housing 20. Such an air gap ensures good thermal insulation of the measuring arrangement 80 from the base plate 24 and ensures good and efficient thermal regulation of the component carrier 38.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensoradapter (39) zur Bereitstellung elektrischer, optischer, elektrooptischer und/oder pneumatischer Verbindungselemente (52), die mit Komponenten (81) einer in einem Gehäuse (20) aufgenommenen Messanordnung (80) verbindbar sind und mittels derer die Messanordnung (80) an ein Prozessumfeld (5) ankoppelbar ist. Die Verbindungselemente (52) sind in Verbindungsmodule (51) integriert, welche in einem Fixierelement (45) im Innenraum (43) des Sensoradapters (39) lagefixiert sind. Die Verbindungsmodule (51) sind vorteilhafterweise Teil eines Baukastensystems (50) von standardisierten Komponenten.

Description

Analysevorrichtunq zur Bestimmung einer Kenngröße eines Mediums, Sensoradapter und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft eine optische Analysevorrichtung zur Bestimmung einer Kenngröße eines Mediums. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Sensoradapter zur optischen, elektrischen und/oder pneumatischen Ankopplung der Analysevorrichtung an ein Prozessumfeld sowie ein Herstellungsverfahren für einen solchen Sensoradapter.
In vielen Bereichen der produzierenden und weiterverarbeitenden Industrie werden optische Messverfahren eingesetzt, um Zustand oder Qualität eines Produkts oder eines Zwischenprodukts zu bewerten. Unter dem Begriff „optisches Messverfahren“ soll dabei im Folgenden ein Messverfahren unter der Verwendung elektromagnetischer Strahlung verstanden werden, insbesondere elektromagnetische Strahlung in einem Spektralbereich zwischen Infrarot und Ultraviolett. „Optische Messung“ beinhaltet somit insbesondere eine Messung in den Spektralbereichen Fernes Infrarot (FIR), Mittleres Infrarot (MIR), Nahes Infrarot (NIR), im sichtbaren Spektralbereich sowie im UV-Bereich.
In der chemischen und der pharmazeutischen Industrie und bei der Lebensmittelherstellung kommen optische, insbesondere spektroskopische, Analysesysteme zum Einsatz, mit deren Hilfe in einem Produktionsumfeld unter Verwendung einer Sonde prozessbegleitend Messungen einer mit optischen Mitteln erfassbaren Messgröße eines Messfluids durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Tauchsonde verwendet werden, die in das in einem Reaktionsbehälter oder einem Rohr geführte Messfluid eintaucht. Ein von einer Strahlungsquelle ausgesandter Messstrahl wird mittels der Tauchsonde über eine Messstrecke durch das Messfluid geführt und anschließend auf einen Detektor geleitet, in dem Intensität, Spektrum etc. der durch das Messfluid beeinflussten Messstrahlung analysiert werden. Die Ergebnisse geben Aufschluss über Zustandsgrößen (z.B. Konzentration, Dichte etc.) des Messmediums.
Eine für solche Messungen geeignete Messanordnung umfasst eine Strahlungsquelle, einen Detektor sowie einen Controller, die gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind. Soll das optische Analysesystem in einer Prozessumgebung verwendet werden, so muss das die Messanordnung umgebende Gehäuse robust ausgelegt sein, um die Messanordnung gegenüber Temperatureinflüssen, Schmutz, Staub, Erschütterungen etc. zu schützen. Eine Messanordnung mit einem solchen Gehäuse ist aus der DE 10 2012 019 433 A1 bekannt. Im Innenraum des Gehäuses ist eine Sensorvorrichtung und eine räumlich davon getrennte Elektronikvorrichtung angeordnet.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2022/223425 A1 ist weiterhin eine optische Analysevorrichtung bekannt, die mit Hilfe eines Sensoradapters an ein Prozessumfeld angebunden werden kann. Der Sensoradapter umfasst ein Rohr, in dessen Innenraum elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle auf das Messmedium im Prozessumfeld eingestrahlt und Messstrahlung des Messmediums auf die Sensorvorrichtung zurückgeleitet werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus WO 2022/223425 A1 bekannte Ankoppelung der Messanordnung an ein Prozessumfeld in einer solchen Weise weiterzuentwickeln, dass nicht nur elektromagnetische Strahlung, sondern auch elektrische Signale, Medien (Bsp. Druckluft, Inertgas) etc. zwischen Messeinrichtung ausgetauscht werden können. Hierzu soll ein Sensoradapter bereitgestellt werden, der ein breites Spektrum unterschiedlicher Messsituationen gestattet und mit Hilfe dessen die Messanordnung gegenüber dem Prozessumfeld druck- und gasdicht abgeschirmt wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Sensoradapter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Verfahren zur Herstellung des Sensoradapters mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 sowie durch eine Analysevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 . Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein solcher Sensoradapter zum Anschluss einer in einem Prozessumfeld befindlichen Mehrzahl von Sensoren und/oder Aktoren unterschiedlicher Art an eine in einem Gehäuse aufgenommene Messanordnung muss an seiner dem Prozessumfeld zugewandten Seite - je nach Anwendung - elektrische, optische, elektrooptische und/oder pneumatische Verbindungselemente (z.B. Stecker, Hülsen, Buchsen, ...) bereitstellen, an denen die zugehörigen Verbindungsleitungen (Drähte, Kabel, Lichtleiter, Schläuche, ...) im Prozessumfeld befestigt werden können. Erfindungsgemäß sind diese Verbindungselemente in Verbindungsmodule integriert, welche im Zuge der Herstellung des Sensoradapters in ein Fixierelement eingelegt und dort lagefixiert werden. Dieses Fixierelement wird anschließend im Innenraum des Sensoradapters angeordnet, dort in einer gewünschten Lage ausgerichtet und durch eine zumindest abschnittsweise Verfüllung des Innenraums des Sensoradapters in dieser Lage fixiert. Die Lageausrichtung kann dabei mit Hilfe einer endseitig auf den Sensoradapter aufgesetzten Montagehilfe erfolgen.
Das Fixierelement kann mehrere Verbindungsmodule aufnehmen. Es bündelt die Verbindungsmodule und stellt somit eine Hilfsvorrichtung für die Positionierung und Fixierung der Verbindungsmodule im Innenraum des Sensoradapters dar. Dabei ist das Fixierelement ein Universalelement, das für beliebige Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Die in dem Fixierelement aufgenommenen Verbindungsmodule hingegen werden individuell auf die jeweilige Messsituation angepasst. Vorteilhafterweise sind die Verbindungsmodule Teil eines Baukastensystems standardisierter Komponenten, so dass für eine spezifische Anwendung die hierfür benötigten Verbindungsmodule aus dem Baukasten entnommen, in das Fixierelement eingelegt und gemeinsam in den Innenraum des Sensoradapters integriert werden. Um ein solches Baukastensystem bereitzustellen, haben die einzelnen Verbindungsmodule vorzugsweise alle die gleiche Breite, die der Breite einen Aufnahmebereiches im Fixierelement entsprechen. Somit kann ein standardisiertes Fixierelement eine Vielzahl verschiedener Kombinationen von Verbindungsmodulen aufnehmen.
Insbesondere ermöglicht der erfindungsgemäße Sensoradapter die einfache Ankopplung bzw. Entkopplung von Sensoren und/oder Messköpfen.
Zur mechanischen Anbindung des Sensoradapters an ein Gehäuse der Messanordnung ist der Sensoradapter vorteilhafterweise mit einer Anschlussplatte versehen, mit der er an das Gehäuse angeschraubt werden kann. Weiterhin weist der Sensoradapter vorteilhafterweise einen Abschlussflansch zur mechanischen Anbindung des Sensoradapters an ein Prozessumfeld auf. Um die Messanordnung thermisch gegenüber dem Prozessumfeld abzuschirmen, kann der Sensoradapter mit einer Kühlvorrichtung versehen sein. Diese Kühlvorrichtung umfasst zweckmäßigerweise eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlleitung, die eine Außenwand des Sensoradapters ringförmig umgibt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine perspektivische Außenansicht einer erfindungsgemäßen optischen Analysevorrichtung mit einem Sensoradapter;
Figur 2 eine schematische partielle Schnittansicht der Analysevorrichtung der Figur 1 ;
Figur 3a eine Schnittansicht eines Sensoradapters für eine spektroskopische Anwendung;
Figur 3b eine Schnittansicht eines Sensoradapters für eine Anwendung mit Lichtleitern und elektrischen Kabeln;
Figur 4a eine Aufsicht auf einen im Innenraum des Sensoradapters zu befestigende Fixierrahmen;
Figur 4b eine Aufsicht auf unterschiedliche im Fixierrahmen der Figur 4a aufnehmbare Verbindungsmodule;
Figur 4c eine perspektivische Ansicht eines Fixierelements mit Fixierrahmen und drei darin aufgenommenen Verbindungsmodulen;
Figur 5a - 5d Einzelschritte bei der Herstellung des Sensoradapters:
Figur 5a: Fixierelement mit Verbindungsmodulen und angeschlossenen Leitungen;
Figur 5b: Sensoradapter mit eingesetztem Fixierelement;
Figur 5c: Sensoradapter mit angesetzter Montagehilfe; Figur 5d: Sensoradapter nach Eingießen der Vergussmasse;
Figur 6 eine perspektivische Darstellung des Sensoradapters mit angesetzter Montagehilfe
Figur 1 zeigt eine perspektivische Außenansicht und Figur 2 eine partielle Schnittansicht einer Analysevorrichtung 10 zur Bestimmung mindestens einer Kenngröße eines Messmediums mit Hilfe eines optischen, elektronischen, elektrooptischen und/oder elektromechanischen Verfahrens. Im vorliegenden Fall umfasst die Analysevorrichtung 10 ein Gehäuse 20, in dem eine Messanordnung 80 mit einer Mehrzahl von Komponenten 81 aufgenommen ist. Die hier gezeigte Messanordnung 80 umfasst insbesondere eine (in der partiellen Schnittansicht der Figur 2 nicht dargestellte) Strahlungsquelle, einen Detektor 83 (im vorliegenden Fall ein Spektrometer 83‘) sowie einen Controller 84 und kann auch weitere optische, elektronische, elektrooptische und/oder elektromechanische Komponenten 81 enthalten. Der Controller 84 dient u.a. der Koordination des zeitlichen Ablaufs zwischen Spektrometer 83' und Strahlungsquelle und kann auch weitere Steuerungs- und Auswertefunktionen übernehmen, z.B. die Berechnung eines Spektrums oder eines Prozessparameters aus den Signalen des Spektrometers 83' und die Weiterleitung von Messergebnissen, beispielsweise über Ethernet oder eine Prozessschnittstelle, in einen außerhalb des Gehäuses 20 befindlichen Außenraum 4.
Das Gehäuse 20 ist zweiteilig ausgestaltet und umfasst eine Oberschale 22 und eine Unterschale 23, die mit Hilfe einer lösbaren Verbindung, beispielsweise einer Schraubverbindung, miteinander verbunden sind. Die Unterschale 23 ist nach unten mit einer Bodenplatte 24 versehen, im Bereich derer eine Kühlvorrichtung zur Temperierung der Messanordnung 80 angeordnet sein kann. Die Unterschale 23 weist einen Verbindungsbereich 25 auf, an dem ein (im Weiteren näher beschriebener) Sensoradapter 39 befestigt ist. Mit Hilfe dieses Sensoradapters 39 kann die Messanordnung 80 im Innenraum 21 des Gehäuses 20 mechanisch, elektrisch und optisch an ein Prozessumfeld 5 angeschlossen werden und ein Medien- und Datenaustausch zwischen der Analysevorrichtung 10 und einem in einem Prozessumfeld befindlichen Messmedium erfolgen. Das Gehäuse 20 weist weiterhin Durchgangslöcher 75 für Medien-, Strom- bzw. Signalkabeln auf, die zur Medien- und Energieversorgung sowie zum externen Datenaustausch der im Gehäuse 20 angeordneten optischen, elektrischen, elektrooptischen und elektromechanischen Komponenten 81 dienen.
Die beiden Gehäuseschalen 22, 23 schließen in der in Figur 1 gezeigten Zusammenbaulage einen geschlossenen Hohlraum 21 ein, in dem eine Messanordnung 80 vollständig aufgenommen werden kann. Zwischen Oberschale 22 und Unterschale 23 kann eine umlaufende Dichtung 29, beispielsweise ein O-Ring oder eine Flachdichtung aus Kunststoff oder Metall, angeordnet sein, mittels derer der Innenraum 21 des Gehäuses 20 hermetisch abgeriegelt werden kann; dies insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Analysevorrichtung 10 in einem verschmutzten oder explosionsgefährdeten Prozessumfeld eingesetzt werden soll.
Im Innenraum 21 des Gehäuses 20 befindet sich ein Komponententräger 38, auf dem die Komponenten 81 der Messanordnung 80 befestigt sind. Der Komponententräger 38 ist lösbar, beispielsweise über eine Schraubverbindung, an der der Unterschale 23 des Gehäuses 20 befestigt. Eine solche lösbare Verbindung des Komponententrägers 38 an der Unterschale 23 ermöglicht es, den momentan im Einsatz befindlichen Komponententräger 38 durch einen anderen Komponententräger (gleicher oder unterschiedlicher Bauart) zu ersetzen; weiterhin können unterschiedlich bestückte Komponententräger 38 eingesetzt werden, so dass ein- und dasselbe Gehäuse 20 zur Aufnahme unterschiedlicher Messanordnungen 80 genutzt werden kann.
Der im Verbindungsbereich 25 angeordnete Sensoradapter 39 dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Ausleitung von Anregungsimpulsen (z.B. Anregungsstrahlung) in das Prozessumfeld sowie zur Einleitung von Messimpulsen (z.B. vom Messmedium reflektierte Strahlung) in den Gehäuseinnenraum 21. Schnittansichten des Sensoradapters 39 für zwei unterschiedliche Anwendungsfälle sind in Figuren 3a und 3b dargestellt. Der Sensoradapter 39 umfasst ein rohrförmiges Adaptergehäuse 40, dessen der Messanordnung 80 zugewandtes Ende 40' mit einer am Gehäuse 20 der Messanordnung 80 zu befestigenden Anschlussplatte 42 versehen ist. Das dem Gehäuse 20 abgewandte Ende 40“ ist mit einem ringförmig umlaufenden Abschlussflansch 55 versehen. Mittels dieses Abschlussflansches 55 kann der Sensoradapter 39 unter Verwendung einer Klammerverbindung, insbesondere einer Tri-Clamp-Ver- bindung, an einem (in Figuren 3a, 3b nicht gezeigten) Gegenstück im Prozessumfeld 5, beispielsweise an einem das Messmedium 6 führenden Behältnis, befestigt werden.
Für eine gegebene Messaufgabe mit der dazu benötigten Messanordnung 80 und den zugehörigen Leitungen 37 muss ein dezidierter Sensoradapter 39 bereitgestellt werden, der die für die Messaufgabe benötigten Leitungen, Schläuche etc. integriert und eine prozesssichere Entkopplung zwischen Prozessumfeld 5 und Gehäuseinnenraum 21 gewährleistet. Im einfachsten Fall wird der Sensoradapter 39 für eine Messaufgabe verwendet, in der ausschließlich elektromagnetische Strahlung vom Gehäuseinnenraum 21 in das Prozessumfeld ein- bzw. ausgeleitet wird, in der also keine Notwendigkeit besteht, Kabel oder Medienleitungen durch den Sensoradapter hindurch in das Prozessumfeld 5 zu leiten. In diesem Fall kann an dem der Messanordnung 80 abgewandten Ende 40“ des Sensoradapters 39 eine mechanische Abdichtung, beispielsweise ein für die verwendete Strahlung transparentes Fenster 41 , angebracht werden, das ein Eindringen von Staub oder Verschmutzungen in den Innenraum 21 des Gehäuses 20 vermeidet. Je nach verwendetem Spektralbereich kann ein Fenster 41 aus Glas, Quarz, Saphir etc. zum Einsatz kommen.
Komplexere Anwendungen erfordern - neben oder anstelle der Ein- und Ausleitung elektromagnetischer Strahlung - weitere Sensorik, beispielsweise Temperaturmessungen, Durchflussmessungen etc. Hierzu müssen in einen Innenraum 43 des Adaptergehäuses 40 Leitungen 37 (elektrische Leitungen, Lichtleiter, pneumatische Leitungen etc.) integriert werden, mittels derer die Komponenten 81 (z.B. Spektrometer, Strahlungsquellen, Mikroprozessoren, ...) der Messanordnung 80 mit dem Prozessumfeld 5 und/oder dem dort befindlichen Messmedium 6 wechselwirken können (siehe Figur 3b). So können im Innenraum 43 des Adaptergehäuses 40 elektrische Leitungen 37a angeordnet sein, beispielsweise Leitungen zum Anschluss von Sensoren, die Prozessgrößen oder Umfeldinformationen (Temperatur, Durchflussgeschwindigkeit, Leckage, ...) des Messmediums 6 und/oder des Prozessumfelds 5 erfassen. Sollen an dem Messmedium 6 weiterhin Messungen mittels elektromagnetischer Strahlung durchgeführt werden, so dient der Sensoradapters 39 zusätzlich der Aufnahme von Lichtleitern 37b zur Ein- und Ausleitung optischer Strahlung in das Prozessumfeld 5. Sollen im Prozessumfeld 5 pneumatische Aktoren betätigt werden, so werden auch die zugehörigen Druckluftleitungen im Innenraum 43 des Sensoradapters 39 geführt. Weiterhin können auch Steuerleitungen vorgesehen sein, um Steuersignale zwischen dem Controller 84 im Gehäuseinnenraum 21 und Aktoren im Außenbereich 4 des Gehäuses 20 auszutauschen, z.B. zur Steuerung einer automatisierten Messung des Weißpegels.
Alle durch den Sensoradapter 39 geführten Leitungen 37 (Lichtleiter, pneumatische Leitungen, Daten- bzw. Steuerleitungen etc.) müssen in einem dem Prozessumfeld 5 zugewandten Austrittsbereich 44 des Sensoradapters 39 mit geeigneten (optischen, elektrischen, pneumatischen etc.) Verbindungselementen 52 versehen sein, um bei Entnahme der optischen Analysevorrichtung 10 aus dem Prozessumfeld 5 eine einfache und schnelle Trennung der im Innenraum 43 des Sensoradapters 39 geführten Leitungen 37 zu ermöglichen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht dabei darin, dass für eine Anpassung der Analysevorrichtung 10 an unterschiedlichste Messaufgaben das zweiteilige Gehäuse 10 nicht geöffnet werden muss.
Um eine Vielfalt unterschiedlicher Leitungen 37 durch den Innenraum 43 des Sensoradapters 39 zu führen und die diesen Leitungen 37 zugehörigen Verbindungselemente 52 lagegenau zu positionieren, ist im Innenraum 43 des Adaptergehäuses 40 an dem Prozessumfeld 5 zugewandten Ende ein Fixierelement 45 angeordnet, dessen Außenkontur der Innenkontur 43 des Adaptergehäuses 40 angepasst ist und im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine zylindrische Form hat, siehe die perspektivische Darstellung in Figur 4c. Das Fixierelement 45 umfasst einen Fixierrahmen 46 mit einem U-förmigen Grundmodul 46' und einem Abschlussmodul 46“, zwischen denen in Hohlraum 47 der Breite 57 gebildet ist (siehe Figur 4a). Dieser Hohlraum 47 dient der Aufnahme von Verbindungsmodulen 51 , die in das Grundmodul 46' eingeschoben werden und die mit Hilfe des Abschlussmodul 46“ in Position gehalten werden. Zur Montage von Sensoradaptern 39 für die verschiedensten Anwendungen wird ein Baukastensystem 50 aus unterschiedlichen standardisierten Verbindungsmodulen 51 bereitgestellt, aus dem die für eine gegebene Messaufgabe benötigten Komponenten ausgewählt und zusammengestellt werden können. Die Verbindungsmodule 51 dieses Baukastensystems 50 unterscheiden sich in ihren Funktionalitäten und sind jeweils mit spezifischen Verbindungselementen 52 (elektrische Stecker, Lichtleiterkopplungen etc.) versehen, die einen standardisierten Anschluss an eine externe Leitung ermöglichen. Die Breite 56 der Verbindungsmodule 51 ist standardisiert (und entspricht der Breite des Hohlraums 47 im Fixierrahmen 46), ihre Höhen können sich jedoch - je nach Funktionalität - unterscheiden. Einige von ihnen sind beispielhaft in Figur 4b dargestellt: Verbindungsmodul 51a umfasst sechs Stiftkontakte 52a zur Fixierung/Anschluss von sechs elektrischen Kabeln, Verbindungsmodul 51 b umfasst zwei Buchsen 52b zur Fixierung/Anschluss von zwei Lichtleiterkabeln, Verbindungsmodul 51c umfasst zwei Tüllen 52c zur Fixierung/Anschluss eines pneumatischen Schlauchs. Zur Füllung von eventuell auftretenden Lücken im Fixierrahmen 46 umfasst das Baukastensystem 50 weiterhin Abstandhalter 52d verschiedener Höhe. Die Verbindungsmodule 52 sind seitlich mit Vorsprüngen 53 versehen, die in Zusammenbaulage mit dem Fixierrahmen 46 in Nuten 54 im Grundmodul 46' des Fixierrahmens eingreifen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 4c enthält der Fixierrahmen 46 zwei Verbindungsmodule 51 b zum Anschluss von je zwei Lichtleitern und ein Verbindungsmodul 51 a zum Anschluss von elektrischen Kabeln. Die Lichtleiter dienen zur Ein-/Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung in zwei unterschiedlichen Spektralbereichen. Die elektrischen Leitungen dienen z.B. zur Durchführung von Temperaturmessungen, Durchflussmessungen etc.
Zur Herstellung eines Sensoradapters 39 mit den gewünschten Verbindungselementen 52 muss der Fixierrahmen 36 lagegenau in den Sensoradapter 39 eingebracht werden und der Innenraum 43 des Sensoradapters 39 anschließend gas- und druckdicht verschlossen werden. Dies erfolgt in folgenden Prozessschritten:
- Zuerst werden zu den gewünschten Verbindungselementen 52 passende Verbindungsmodule 51 ausgewählt, einseitig mit den gehäuseseitig zugehörigen Leitungen 37 versehen und im Fixierrahmen 46 angeordnet. Die dem Fixierrahmen 46 abgewandten Enden der Leitungen 37 werden mit Hülsen 63 zur späteren Anbindung der Leitungen 37 an die Komponenten 81 der Messanordnung 80 versehen (Schritt A, siehe Figur 5a). Lichtleiter müssen dabei in einer solchen Weise montiert werden, dass die Stirnflächenabstände auf den Wellenlängenbereich abgestimmt sind, da ansonsten Weißlichtinterferenz auftreten kann. Das auf diese Weise hergestellte Fixierelement 45 wird in den Innenraum 43 des Sensoradapters 39 eingesteckt und dort mit einem in Figur 3b gezeigten Federring 48 gesichert (Schritt B, siehe Figur 5b).
- Anschließend wird das Fixierelement 45 unter Verwendung einer Montagehilfe 60 in der gewünschten Lage ausgerichtet, orientiert und positioniert (Figur 5c). Die Montagehilfe 60 hat die Form eines Ringes, der auf den Abschlussflansch 55 des Sensoradapters 39 aufgesetzt wird und mit einer Aussparung 59 versehen ist, die in einen Vorsprung 58 auf dem Fixierrahmen 46 eingreift (siehe die perspektivische Darstellung der Figur 6). Durch Drehung der Montagehilfe 60 kann somit das Fixierelement 45 im Innenraum 43 des Sensoradapters 39 in die gewünschte Position gedreht und mittels einer Klammer 61 in dieser Ausrichtung fixiert werden.
- Anschließend wird der Innenraum 43 des Sensoradapters 39 zumindest bereichsweise mit einer Vergussmasse 62 verfüllt (Schritt C, siehe Figur 5d). Nach dem Aushärten der Vergussmasse 62 ist das Fixierelement 45 mitsamt der darin enthaltenen Verbindungsmodule 51 im Adaptergehäuse 40 fixiert, und eventuell existierende Spalte zwischen der Innenwand des Adaptergehäuses 40 und der Außenwand des Fixierelements 45 werden versiegelt. Dadurch wird in Zusammenbaulage des Sensoradapters 39 mit dem Gehäuse 20 der Messanordnung 80 der Gehäuseinnenraum 21 gegenüber dem Prozessumfeld 5 druck- und gasdicht verschlossen. - Die Montagehilfe 60 kann nun entfernt werden.
- Ist die Vergussmasse 62 ausgehärtet, wird der restliche Innenraum 43 des Adaptergehäuses 40 mit weiterer Vergussmasse verfüllt (siehe Figur 3b); die Füllhöhe darf dabei maximal die Höhe der Hülsen 63 erreichen, so dass die Hülsen 63 nach Aushärten der Vergussmasse aus dieser herausragen. - Abschließend wird der Sensoradapter 39 mit Hilfe eines Helium-Leckdetektors auf Dichtigkeit überprüft, und die Leitungen 37 werden auf Funktionsfähigkeit überprüft.
Auf diese Weise lassen sich unter Verwendung des Baukastensystems 50 der Verbindungsmodule 51 Sensoradapter 39 für unterschiedlichste Anwendungsfälle herstellen. Wie oben beschrieben, stellt der Sensoradapter 39 eine (optische, elektrische, ...) Schnittstelle zwischen der Messanordnung 80 im Innenraum 21 des Gehäuses 20 und dem rauen Prozessumfeld 5 dar. Zusätzlich hat der Sensoradapter 39 die Aufgabe, die temperaturempfindlichen Komponenten 81 im Innenraum 21 des Gehäuses 20 thermisch gegenüber dem Prozessumfeld 5 abzuschirmen, in dem hohe Temperaturen und/oder starke Temperaturschwankungen auftreten können.
Eine solche thermische Entkoppelung des Sensoradapters 39 kann beispielsweise durch eine im Adaptergehäuse 40 integrierte (und vorteilhafterweise im Bereich des der Messanordnung 80 abgewandten Endes 40“ angeordnete) Keramikplatte als thermischer Isolator dargestellt werden. Alternativ bzw. zusätzlich kann der Sensoradapter 39 mit einer Kühlvorrichtung 90 versehen sein, die eine thermische Abkopplung zwischen der Prozessumgebung 5 und dem Gehäuseinnenraum 21 bewirkt und die Komponenten 81 im Gehäuseinnenraum 21 vor großer thermischer Belastung schützt. Hierfür kann ein Außenbereich 92 des Adaptergehäuses 40 mit einer Kühlleitung 91 , beispielsweise einem Kupferrohr, versehen sein, das den Außenbereich 92 des Adaptergehäuses 40 ringförmig umgibt und durch das eine Kühlflüssigkeit zirkuliert; eine solche Kühlleitung 91 ist in Figur 3b gestrichelt dargestellt. Die Kühlleitung 91 des Sensoradapters 39 kann an eine Kühlvorrichtung des Gehäuses 20 der Messanordnung 80 angeschlossen sein. Vorteilhafterweise ist dort die zugehörige Kühlschlange unmittelbar unterhalb des Komponententrägers 38 angeordnet, so dass zwischen der Kühlschlange und der Bodenplatte 24 des Gehäuses 20 ein Luftspalt besteht. Ein solcher Luftspalt gewährleistet eine gute thermische Isolation der Messanordnung 80 gegenüber der Bodenplatte 24 und gewährleistet eine gute und effiziente thermische Regulierung des Komponententrägers 38. Bezugszeichenliste
4 Außenbereich, Außenraum
5 Prozessumfeld
6 Messmedium
10 Analysevorrichtung
20 Gehäuse
21 Innenraum des Gehäuses
22 Oberschale
23 Unterschale
24 Bodenplatte
25 Verbindungsbereich
29 Dichtung
37 Leitung (optisch, elektrisch, ...)
38 Komponententräger
39 Sensoradapter
40 Adaptergehäuse mit Enden 40‘, 40“
41 Fenster
42 Anschlussplatte
43 Innenraum Sensoradapter
44 Austrittsbereich aus dem Sensoradapter
45 Fixierelement
46 Fixierrahmen 46' Grundmodul 46“ Abschlussmodul
47 Hohlraum Fixierrahmen
48 Federring
50 Baukastensystem
51 Verbindungsmodul des Baukastensystems
52 (optische, elektrische, ...) Verbindungselement
53 Vorsprünge an den Verbindungselementen
54 Nut im Grundmodul des Fixierrahmens Abschlussflansch
Breite Verbindungsmodul
Breite des Hohlraums im Fixierrahmen
Vorsprung Fixierrahmen
Aussparung in Montagehilfe
Montagehilfe
Klammer
Vergussmasse
Hülse
Durchgangslöcher
Messanordnung
Komponenten im Gehäuse 20
Detektor 83' Spektrometer
Controller
Kühlvorrichtung
Kühlleitung
Außenwand Sensoradapter

Claims

Patentansprüche
1 . Sensoradapter (39) zum Anschluss einer in einem Prozessumfeld (5) befindlichen Mehrzahl von Sensoren und/oder Aktoren unterschiedlicher Art an eine in einem Gehäuse (20) aufgenommene Messanordnung (80) und zur Bereitstellung einer Mehrzahl elektrischer, optischer, elektrooptischer und/oder pneumatischer Verbindungselemente (52), die mit Komponenten (81 ) der Messanordnung (80) verbindbar sind und mittels derer die Messanordnung (80) an die Mehrzahl von Sensoren und/oder Aktoren im Prozessumfeld (5) ankoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (52) in Verbindungsmodule (51 ) integriert sind, welche in einem Fixierelement (45) im Innenraum (43) des Sensoradapters (39) lagefixiert sind.
2. Sensoradapter (39) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fixierelement (45) einen Fixierrahmen (46) zur Aufnahme eines oder mehrerer Verbindungsmodule (51 ) umfasst.
3. Sensoradapter (39) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die im Fixierrahmen (46) aufgenommenen Verbindungsmodule (51 ) Teil eines Baukastensystems (50) von standardisierten Komponenten sind.
4. Sensoradapter (39) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmodule (51 ) eine standardisierte Breite (56) haben, und dass der Fixierrahmen (46) einen Hohlraum (47) aufweist, dessen Breite (57) der Breite (56) der Verbindungsmodule (51 ) angepasst ist.
5. Sensoradapter (39) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoradapter (39) eine Anschlussplatte (42) zur mechanischen Anbindung des Sensoradapters (39) an ein Gehäuse (20) der Messanordnung (80) umfasst.
6. Sensoradapter (39) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoradapter (39) einen Abschlussflansch (55) zur mechanischen Anbindung des Sensoradapters (39) an ein Prozessumfeld (5) umfasst.
7. Sensoradapter (39) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoradapter (39) eine Kühlvorrichtung (90) umfasst.
8. Sensoradapter (39) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (90) eine von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlleitung (91 ) umfasst, die eine Außenwand (92) des Sensoradapters (39) ringförmig umgibt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Sensoradapters (39) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit den Schritten:
- Auswahl und Fixierung der ausgewählten Verbindungsmodule (51 ) in dem Fixierrahmen (46) des Fixierelements (45) (Schritt A);
- Positionierung des Fixierelements (45) in einem Innenraum (43) des Sensoradapters (39) (Schritt B);
- zumindest abschnittsweise Verfüllung des Innenraums (43) des Sensoradapters (39) mit einer Vergussmasse (Schritt C).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Positionierung des Fixierelements (45) (Schritt B) mit Hilfe einer Montagehilfe (60) eine Lageausrichtung des Fixierelements (45) im Innenraum (43) des Sensoradapters (39) erfolgt.
11. Analysevorrichtung (10) zur Bestimmung mindestens einer Kenngröße eines Mediums, mit einer Messanordnung (80) mit mehreren Komponenten (81 , 82, 83, 84), die in einem Innenraum (21 ) eines Gehäuses (20) angeordnet sind, - wobei das Gehäuse (20) mindestens einen Ein-/Austrittsbereich (40) elektrischer, optischer, elektrooptischer und/oder pneumatischer Leitungen aufweist,
- und wobei die Analysevorrichtung (10) einen Sensoradapter (39) nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, der lösbar im Ein-ZAustrittsbereich an dem Gehäuse (20) befestigbar ist.
12. Analysevorrichtung (10) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) der Analysevorrichtung (10) eine Kühlvorrichtung umfasst, die an eine Kühlvorrichtung (91 ) des Sensoradapters (39) koppelbar ist.
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