ES2872390T3 - Celda de medición permeable, para el alojamiento de medios de medición - Google Patents
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Abstract
Celda de medición permeable, para el alojamiento de medios de medición para la medición de propiedades químicas y/o físicas de un fluido que fluye por la celda de medición (1), con: - una cámara de medición (4) dispuesta entre una abertura de entrada (2) para la entrada del fluido y una abertura de salida (3) para la salida del fluido, con un canal de medición (16) que se extiende desde un primer extremo (17) hasta un segundo extremo (18) opuesto, - una zona de medición de radiación (6) para la medición de la interacción del fluido en la cámara de medición (4) con una radiación electromagnética desde fuera de la cámara de medición (4) y - un alojamiento de medición de conductividad (7) para el alojamiento de medios de medición de conductividad para medir la conductividad del fluido en la cámara de medición (4), estando dispuesta la abertura de entrada (2) de forma acodada en el primer extremo (17) en el canal de medición (16), y estando dispuesta la abertura de salida (3) de forma acodada en el segundo extremo (18) en el canal de medición (16), y presentando la celda de medición una zona de medición de temperatura para la disposición de un sensor de temperatura, caracterizada por que el alojamiento de medición de conductividad (7) está dispuesto en el primer extremo (17).
Description
DESCRIPCIÓN
Celda de medición permeable, para el alojamiento de medios de medición
La presente invención se refiere a una celda de medición permeable según la reivindicación 1 así como a un sistema según la reivindicación 12.
Especialmente en la biotecnología y la tecnología alimentaria, las celdas de medición atravesables por un flujo se han vuelto imprescindibles para el control y la validación así como para el cumplimiento de determinadas especificaciones. Unos ejemplos de aplicación son la cromatografía o la ultrafiltración.
Son especialmente importantes la precisión de medición de las celdas de medición y su rápida respuesta, por lo que, hasta ahora, este tipo de celdas de medición se fabrican a partir de materiales de muy alta calidad, por ejemplo, acero inoxidable. Un aspecto importante consiste también en la posibilidad de limpieza, tanto más que las celdas de medición frecuentemente se emplean en línea.
Dado que frecuentemente, especialmente en la biotecnología, se examinan fluidos muy caros, juegan un papel importante también el volumen de la celda de medición así como los espacios muertos correspondientes. Se aspira, por tanto, a reducir en la mayor medida posible el volumen de la cámara de medición de las celdas de medición, por ejemplo, para mantener lo más reducidos posible un arrastre en caso de un cambio de fase y el consumo de material correspondiente de los medios caros.
Pero también es decisiva la característica de marcha en vacío de la celda de medición, para que una vez finalizado el proceso de medición no queden restos del fluido en la cámara de medición. Juegan un papel decisivo no solo la limpieza, sino también la posibilidad de una esterilización.
El documento GB2282880A muestra un dispositivo para la medición de propiedades de un líquido. El documento GB2446934A describe una celda de medición que se puede esterilizar con rayos gama. El documento EP0089157A1 muestra una celda de detección óptica.
La presente invención tiene, por tanto, el objetivo de proporcionar una celda de medición permeable, optimizada según las especificaciones mencionadas anteriormente.
Este objetivo se consigue con las características de las reivindicaciones 1 y 12. Variantes ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones subordinadas. La invención abarca también cualquier combinación de al menos dos propiedades indicadas en la descripción, las reivindicaciones y/o las figuras. En los intervalos de valores indicados, también los valores comprendidos dentro de los límites mencionados se considerarán como divulgados como valores límite y serán reivindicables en cualquier combinación.
La invención está basada en la idea de proporcionar una celda de medición en la que con el menor volumen posible de la cámara de medición sean posibles tanto una medición con radiación electromagnética como una medición de conductividad y/o una medición de pH y/o una medición de temperatura. Por lo tanto, mediante la realización según la invención de la celda de medición permeable se hacen posibles al menos dos mediciones en una cámara de medición, una de las cuales es una medición de radiación con radiación electromagnética. Especialmente para la medición de radiación, para la determinación de la interacción del fluido con la radiación electromagnética es necesaria cierta trayectoria del rayo, de manera que apenas es posible una reducción del volumen. La invención consiste por tanto en prever al menos una medición adicional en la misma cámara de medición, a fin de reducir el volumen necesario hasta ahora para ambas mediciones en total así como el número de celdas de medición que han de ser instaladas.
Según una forma de realización ventajosa de la invención está previsto que la celda de medición se compone principalmente, especialmente a al menos 90 %, preferiblemente a al menos 95 %, de elementos químicos con un número de orden < 17. De esta manera, la celda de medición es tan permeable a los rayos gama que se hace posible una aplicación completa y homogénea de rayos gamas en la cámara de medición para su desinfección. De esta manera, se simplifican fuertemente la fabricación y la expedición o el transporte de las celdas de medición según la invención, ya que las celdas de medición en el estado embalado pueden ser sometidas a rayos gama y desinfectarse de manera correspondiente. De esta manera, se puede descartar una contaminación durante el embalaje de las celdas de medición y el embalaje puede realizarse de forma correspondientemente más económica.
Por el hecho de que la celda de medición presenta una zona de medición de temperatura para la disposición, especialmente para la conexión, de un sensor de temperatura, en la celda de medición se puede integrar adicionalmente y de manera sencilla una medición de temperatura.
Según una forma de realización ventajosa de la invención, la invención va por la vía opuesta al estado de la técnica, ya que la celda de medición está realizada como celda de medición de uso único, hecha especialmente en su mayor parte, de manera preferente sustancialmente en su totalidad, de plástico. De esta manera, es posible reemplazar los medios de medición de alta calidad y caros, necesarios para la medición, para los que rigen unos requerimientos de
calidad especialmente altos, después de cada ciclo o respectivamente al cabo de una duración de tiempo determinada o incluso durante cada cambio de un fluido, mientras que se pueden seguir usando los medios de medición caros.
En la presente invención resulta especialmente ventajoso el hecho de que según una forma de realización de la invención, la cámara de medición que tiene especialmente principalmente una forma tubular, presenta un volumen inferior a 50 ml, especialmente inferior a 30 ml. De esta manera, en el menor espacio se hace posible una multiplicidad de mediciones en el fluido que atraviesa la celda de medición y se minimiza el consumo de material o el arrastre en caso de un cambio de fase.
Por el hecho de que la abertura de entrada y la abertura de salida discurren de forma desplazada paralelamente una respecto a otro, la celda de medición se puede incorporar de manera óptima en sistemas existentes. Además, de esta manera se facilita el montaje de la celda de medición.
Un perfil de flujo especialmente bueno con un comportamiento de marcha en vacío óptimo se puede realizar si la celda de medición está realizada de tal forma que el fluido recorre desde la abertura de entrada hasta la abertura de salida al menos una, especialmente dos, preferiblemente exactamente dos, curvaturas. Las curvaturas tienen especialmente un ángulo de curvatura de al menos 45°, preferiblemente de aproximadamente 90°. De esta manera, en la celda de medición se crean varias superficies libres para la disposición de medios de medición.
Según otra forma de realización ventajosa de la invención está previsto que una trayectoria de rayo de la zona de medición de radiación discurre transversalmente a la cámara de medición y transversalmente a la abertura de entrada y/o a la abertura de salida. De esta manera, la medición de radiación se realiza con la menor necesidad de espacio posible dentro de la celda de medición o en la celda de medición.
Para el alojamiento de medición de conductividad y/o el alojamiento de medición de pH, según otra forma de realización ventajosa de la invención es aplicable que estos están dispuestos longitudinalmente con respecto a la forma de medición y transversalmente a la abertura de entrada y/o a la abertura de salida. De esta manera, se puede conseguir, con un aprovechamiento óptimo del espacio, una integración total de los medios de medición mencionados con el menor volumen posible.
El sistema según la invención se optimiza por el hecho de que, según una forma de realización ventajosa, la celda de medición se puede usar o se usa como celda de medición de uso único para un ciclo de medición, mientras que los medios de medición de radiación y/o los medios de medición de conductividad y/o los medios de medición de valor pH pueden usarse o se usan para varios ciclos de medición.
Más ventajas, características y detalles de la invención resultan de la siguiente descripción de ejemplos de realización preferibles así como de los dibujos. Estos muestran en:
la figura 1 una vista en perspectiva de una celda de medición según la invención con un plano de sección A y un plano de sección B,
la figura 2 una vista en sección de la celda de medición según el plano de sección A de la figura 1 y
la figura 3 una vista en sección de la celda de medición del plano de sección B de la figura 1.
En las figuras, los elementos idénticos o de acción idéntica o los elementos de función idéntica están designados por signos de referencia idénticos.
La figura 1 muestra una celda de medición 1 permeable, sustancialmente paralelepipédica, con diversos medios, descritos más adelante, para el alojamiento de medios de medición para la medición de propiedades químicas y/o físicas de un fluido que fluye por la celda de medición 1.
En la figura 3, con la ayuda de flechas esquemáticas (curso del flujo) se puede ver que el fluido llega a través de una abertura de entrada 2 para la entrada del flujo de fluido, a una cámara de medición 4. La cámara de medición 4 se extiende en un ángulo de 90° hacia la derecha con respecto a la abertura de entrada 2, de manera que el fluido sigue una curvatura 10 y por tanto una curva representada esquemáticamente por una flecha. Después del paso del fluido por la cámara de medición 4, el fluido sale de la celda de medición 1 a través de una abertura de salida 3. Poco antes de la abertura de salida 3 está prevista una curvatura 11 que discurre en el sentido contrario de la curvatura 10, de manera que el fluido sigue a su vez una curva de 90°, representada por una flecha.
Tanto en la abertura de entrada 2 como en la abertura de salida 3 están previstos medios de conexión 12, 13, a través de los que la celda de medición 1 puede conectarse a conexiones correspondiente en la secuencia de proceso, como celda de medición en línea. En la zona central de la cámara de medición 4 está prevista una reducción 14, especialmente cónica, de la cámara de medición 4, a fin de garantizar un flujo, a ser posible exento de burbujas o laminar, del fluido. En los medios de conexión 12, 13 están previstos medios de estanqueización. Para los medios de conexión 12, 13 están previstos de manera ventajosa adaptadores, especialmente realizados como adaptadores de
uso único, para la conexión, especialmente enchufable, de diversas conexiones de conductos. Los adaptadores están hechos especialmente de plástico y se embalan junto con la celda de medición y se ponen a disposición como conjunto de celda de medición. Un conjunto de celda de medición de este tipo ofrece la ventaja de que la incorporación en línea puede efectuarse sin problemas, de manera rápida y segura en diferentes sistemas de conductos y, por tanto, también se pueden reducir los costes de almacenaje.
La celda de medición 1 se compone sustancialmente de un cuerpo de celda de medición 5 de una sola pieza de plástico, especialmente polifenilensulfona. Las propiedades del plástico según la invención son: la aptitud para el mecanizado de precisión, una alta rigidez, la permeabilidad a los rayos gama y una alta combustibilidad, es decir que al menos el 95 % de la masa puede convertirse a la fase gaseosa en los procesos actualmente usuales de la incineración de basuras domésticas.
Previendo una codificación 15, la celda de medición 1 puede acoplarse, especialmente de forma automática, a los medios de medición impidiendo una conexión torcida o falsa. Para ello, al conducto que ha de ser conectado o en un alojamiento para la celda de medición 1 en el conducto están previstos medios de acoplamiento correspondientes.
La codificación 15 o una codificación adicional comprende en una forma de realización ventajosa de la invención una detección de parámetros para uno o varios parámetros de la celda de medición 1. La detección de parámetros puede consistir en una realización geométrica de la codificación 15 o de la codificación adicional que son captadas por los medios de acoplamiento o medios de captación separados. Resulta especialmente ventajosa una detección mecánica o electrónica de parámetros. Como detección electrónica de parámetros entra en consideración especialmente un transpondedor para la identificación con la ayuda de ondas electromagnéticas.
Los parámetros son especialmente la constante de celda para la medición de conductividad y/o la longitud de camino óptico de la respectiva celda de medición 1.
La cámara de medición 4 presenta un canal de medición 16 especialmente tubular (preferiblemente con una sección transversal circular) que se extiende casi a través de la longitud total de la celda de medición 1. En un primer extremo 17 del canal de medición 16 está dispuesta la abertura de entrada 2 de forma acodada en el canal de medición 16, mientras que en un segundo extremo 18 del canal de medición 16 está dispuesta de forma acodada la abertura de salida 3, en concreto, en sentido contrario a la abertura de entrada 2.
El sentido axial de la abertura de entrada 2 y el sentido axial de la abertura de salida 3 son paralelos uno respecto a otro y discurren transversalmente o en un ángulo de 90° con respecto al sentido axial del canal de medición 16.
Transversalmente o en un ángulo de 90° con respecto al canal de medición y especialmente también transversalmente o en un ángulo de 90° con respeto al sentido axial de la abertura de entrada 2 o de la abertura de salida 3 se encuentra una zona de medición de rayos 6 para la medición de la interacción del fluido en la celda de medición 1 con una radiación electromagnética. Desde una fuente de radiación no representada entra radiación electromagnética por una abertura de entrada de radiación 19 a la cámara de medición 4 y, en el lado opuesto, vuelve a salir de la cámara de medición 4 a través de una abertura de salida de radiación 20, incidiendo en un equipo de medición de radiación. La trayectoria de rayos discurre transversalmente o en un ángulo de 90° con respecto al canal de medición 16 y a la abertura de entrada 2 o a la abertura de salida 3. El sentido axial de la abertura de entrada de radiación 19 y la abertura de entrada de radiación 20, alineadas una respecto a otra, es congruente con la trayectoria de rayos.
En la abertura de entrada de rayos 19 y en la abertura de salida de rayos 20 están previstos respectivamente alojamientos de ventana 21, 22 para el alojamiento de ventanas transparentes a la radiación electromagnética de la fuente de radiación. Las ventanas estanqueizan la cámara de medición 4 frente al entorno.
La celda de medición 4 está realizada según la invención de tal forma que en la trayectoria de rayos, al menos entre la abertura de entrada de rayos 19 y la abertura de salida de rayos 20, especialmente entre las ventanas, no están dispuestos componentes adicionales que perturben la medición.
La longitud de camino óptico, es decir, el trayecto que recorre la radiación electromagnética durante su paso por el fluido, resulta por el contacto de las ventanas en topes 23, 24 del alojamiento de ventana 21,22.
En el primer extremo 17 está previsto un alojamiento de medición de conductividad 7 para el alojamiento de medios de medición de conductividad para medir la conductividad del fluido en la celda de medición 1. El alojamiento de medición de conductividad 7 se compone en el presente caso de cuatro aberturas de alojamiento 25 para electrodos de corriente y dos aberturas de alojamiento 26 para electrodos de tensión, dispuestas entre las aberturas de alojamiento 25. En las aberturas de alojamiento 25, 26 se pueden alojar de forma estanca los electrodos de corriente o de tensión, de tal forma que estos finalizan de forma plana con el primer extremo 17 o engranan ligeramente en la cámara de medición 4. La función de un sensor de conductividad se describe en el documento DE19946315C2. En una forma de realización ventajosa de la invención, el sensor de conductividad según el documento DE19946315C2 está adecuado en una abertura de alojamiento para el alojamiento de la carcasa 1 del sensor de conductividad según el documento DE19946315C2 y se divulga en combinación con esta como invención.
Al lado del alojamiento de medición de conductividad 7 (preferiblemente en el mismo lado de la celda de medición 1) está prevista una codificación 15 mecánica que con una espiga correspondiente un equipo de alojamiento o equipo de acoplamiento para el acoplamiento de la celda de medición 1 al conducto de proceso, pudiendo estar previstas en el cuerpo de celda de medición 5 varias codificaciones 15, especialmente distribuidas de forma asimétrica en el cuerpo de celda de medición 5.
Igualmente al lado del alojamiento de medición de conductividad 7 (preferiblemente en el mismo lado de la celda de medición 1) está prevista una zona de medición de temperatura 9 en forma de un agujero ciego 27 que llega casi hasta la cámara de medición 4. El agujero ciego 27 finaliza directamente cerca del primer extremo 17 y en la zona de la abertura de entrada 2. Entre el agujero ciego 27 y el primer extremo 17 está prevista una fina pared de separación, a través de la que se puede pinchar una punta de medición de un sensor de temperatura, lo que hace posible una medición fiable y al mismo tiempo una buena estanqueización con respeto al entorno.
En el segundo extremo 18 opuesto está previsto un alojamiento de medición de pH 8 para alojar medios de medición de pH para la medición del valor pH del fluido en la celda de medición 1. El alojamiento de medición de pH 8 comprende una abertura de alojamiento 29, cuyo sentido axial está orientado de forma alineada con el sentido axial del canal de medición 16. De esta manera, un electrodo de pH que se puede enchufar en la abertura de alojamiento 29 se puede enchufar en la cámara de medición 4 de forma estanca frente al entorno de la celda de medición 1 y mide el valor pH del fluido que pasa delante de él.
Una punta del electrodo de pH se puede disponer en el sistema según la invención de manera ventajosa en el alojamiento de medición de pH 8 de tal manera que este llegue al menos hasta debajo de la abertura de salida 3, especialmente al menos hasta la mitad de la abertura de salida 3 en el canal de medición 16. El electrodo de pH puede fijarse de forma estanca a la abertura de alojamiento 29.
Según la invención, la celda de medición 1 puede orientarse horizontalmente de la manera representada en las figuras, de tal forma que la abertura de entrada 2 y/o la abertura de salida 3 queden alineadas con la normal. De esta manera, se consigue un comportamiento de marcha en vacío óptimo.
El espacio de construcción de la celda de medición 1 se sigue minimizando, si una trayectoria de rayos para la medición de la radiación electromagnética (zona de medición de radiación 6) discurre horizontalmente.
Esto se puede optimizar aún más, si el alojamiento de medición de pH discurre de forma sustancialmente horizontal, especialmente como máximo con un ángulo de 20° con respecto a la horizontal.
Lista deí signos de referencia
1 Celda de medición
2 Abertura de entrada
3 Abertura de salida
4 Cámara de medición
5 Cuerpo de celda de medición
6 Zona de medición de radiación
7 Alojamiento de medición de conductividad
8 Alojamiento de medición de pH
9 Zona de medición de temperatura
10 Curvatura
11 Curvatura
12 Medio de conexión
13 Medico de conexión
14 Reducción
15 Codificación
16 Canal de medición
17 Primer extremo
18 Segundo extremo
19 Abertura de entrada de radiación
20 Abertura de salida de radiación
21 Alojamiento de ventana
22 Alojamiento de ventana
23 Topes
24 Topes
25 Aberturas de alojamiento
26 Aberturas de alojamiento
27 Agujero ciego
29 Abertura de alojamiento
Claims (13)
1. Celda de medición permeable, para el alojamiento de medios de medición para la medición de propiedades químicas y/o físicas de un fluido que fluye por la celda de medición (1), con:
- una cámara de medición (4) dispuesta entre una abertura de entrada (2) para la entrada del fluido y una abertura de salida (3) para la salida del fluido, con un canal de medición (16) que se extiende desde un primer extremo (17) hasta un segundo extremo (18) opuesto,
- una zona de medición de radiación (6) para la medición de la interacción del fluido en la cámara de medición (4) con una radiación electromagnética desde fuera de la cámara de medición (4) y
- un alojamiento de medición de conductividad (7) para el alojamiento de medios de medición de conductividad para medir la conductividad del fluido en la cámara de medición (4), estando dispuesta la abertura de entrada (2) de forma acodada en el primer extremo (17) en el canal de medición (16), y estando dispuesta la abertura de salida (3) de forma acodada en el segundo extremo (18) en el canal de medición (16), y presentando la celda de medición una zona de medición de temperatura para la disposición de un sensor de temperatura, caracterizada por que el alojamiento de medición de conductividad (7) está dispuesto en el primer extremo (17).
2. Celda de medición según la reivindicación 1, en la que la celda de medición (1) se compone principalmente, especialmente en al menos el 90 %, preferiblemente en al menos el 95 %, de elementos químicos con un número de orden <17.
3. Celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la celda de medición (1) está realizada como celda de medición de uso único hecha, especialmente en su mayor parte, de manera preferente sustancialmente en su totalidad, de plástico.
4. Celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la celda de medición presenta una zona de medición de temperatura (9) para la conexión de un sensor de temperatura.
5. Celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la cámara de medición (4) que tiene en especial principalmente una forma tubular, presenta un volumen inferior a 50 ml, especialmente inferior a 30 ml.
6. Celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la abertura de entrada (2) y la abertura de salida (3) discurren de forma desplazada paralelas una respecto a la otra.
7. Celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la celda de medición (1) está realizada de tal forma que el fluido recorre desde la abertura de entrada (2) hasta la abertura de salida (3) al menos una, especialmente dos, de manera preferente exactamente dos, curvaturas (10, 11), especialmente con un ángulo de curvatura de al menos 45°, preferiblemente de aproximadamente 90°.
8. Celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores, en la que una trayectoria de rayo de la zona de medición de radiación (6) discurre transversalmente a la cámara de medición (4) y transversalmente a la abertura de entrada (2) y/o a la abertura de salida (3).
9. Celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el alojamiento de medición de conductividad (7) y/o el alojamiento de medición de pH (8) están dispuestos longitudinalmente con respecto a la cámara de medición (4) y transversalmente a la abertura de entrada (2) y/o a la abertura de salida (3).
10. Celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores, en la que la radiación electromagnética entra en la cámara de medición (4) a través de una abertura de entrada de rayos (19) y, en el lado opuesto, vuelve a salir de la cámara de medición (4) a través de una abertura de salida de rayos (20).
11. Celda de medición según la reivindicación 10, en la que en la abertura de entrada de rayos (19) y en la abertura de salida de rayos (20) están previstos en cada una de ellas alojamientos de ventana (21, 22) para el alojamiento de ventanas transparentes a la radiación electromagnética de la fuente de radiación.
12. Sistema formado por una celda de medición según una de las reivindicaciones anteriores y por
- un medio de radiación que se puede montar en la celda de medición para la generación de la radiación electromagnética para la medición de la interacción del fluido en la celda de medición (1) con una radiación electromagnética desde fuera de la celda de medición (1) y
- el medio de medición de conductividad que se puede montar en el alojamiento de medición de conductividad (7).
13. Sistema según la reivindicación 12, que presenta un equipo de medición de radiación que se puede montar en un lado, opuesto al medio de radiación, de la celda de medición.
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