DE102017116269A1

DE102017116269A1 - Modulare Sensoranordung

Info

Publication number: DE102017116269A1
Application number: DE102017116269.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pfauch; Jens Vettermann; Erik Hennings
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare Sensoranordnung, umfassend:
- eine Armatur (1), die
--einen Schacht (2) und
--eine innerhalb der Armatur (1) angeordnete Leitung (3) zur Führung eines fließfähigen Mediums (4) aufweist, wobei die Leitung (3) mit einem Endabschnitt (31) der Leitung (3) in den Schacht (2) mündet, und
- einen, insbesondere elektrochemischen, Sensor (5) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße des Mediums (4), der in den Schacht (2) einsetzbar ist,
wobei die Leitung (3) an ihrem in den Schacht (2) mündenden Endabschnitt (31) eine auswechselbare Düse (6) aufweist, durch die ein in der Leitung (3) fließendes Medium (4) den Sensor (5) anströmt,
und wobei die Anströmung mittels der Ausgestaltung und/oder der Ausrichtung der Düse (6) in dem Endabschnitt (31) in Abhängigkeit von dem Medium (4) und/oder von dem Sensor (5) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, umfassend: eine Armatur, die einen Schacht und eine innerhalb der Armatur angeordnete Leitung zur Führung eines fließfähigen Mediums aufweist, wobei die Leitung mit einem Endabschnitt der Leitung in den Schacht mündet, und einen, insbesondere elektrochemischen, Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße des Mediums, der in den Schacht einsetzbar ist.
Elektrochemische Sensoren werden in der Labor-und Prozessmesstechnik in vielen Bereichen der Chemie, Biochemie, Pharmazie, Biotechnologie, Lebensmitteltechnologie, Wasserwirtschaft und Umweltmesstechnik zur Analyse von Messmedien, insbesondere von Messflüssigkeiten, eingesetzt. Mittels elektrochemischer Messtechniken lassen sich beispielsweise Aktivitäten von chemischen Substanzen, beispielsweise von Ionen, und damit korrelierte Messgrößen in Flüssigkeiten erfassen. Die Substanz, deren Konzentration oder Aktivität gemessen werden soll, wird auch als Analyt bezeichnet. Elektrochemische Sensoren können beispielsweise potentiometrische oder amperometrische Sensoren sein. Derartige elektrochemische Sensoren werden von der Anmelderin in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen hergestellt und vertrieben.
Eine Vielzahl der elektrochemischen Sensoren, beispielsweise amperometrische Desinfektionssensoren, besitzen eine für das Medium sensitive Membran, die den sensorischen Kontakt zu dem Analyten herstellt, welcher z.B. durch die Membran diffundiert. Zur genauen Funktionsweise derartiger Sensoren sei beispielsweise auf die DE 10 2008 039 465 A1 verwiesen. Die Diffusion durch die Membran ist anströmungsabhängig und benötigt daher eine definierte Mindestanströmung zur verlässlichen Bestimmung der mit der Konzentration des Analyten korrelierenden Messgröße.
Membranbedeckte Sensoren können in der Labor- und Prozessmesstechnik in Durchflussarmaturen verwendet und mittels Bypass betrieben. Hierbei wird in der Regel automatisch ein Anteil eines Mediums aus einem Prozess entnommen, durch einen eine Durchflussarmatur umfassenden Bypass geleitet, in der Durchflussarmatur mittels eines Sensors analysiert, und anschließend in der Regel verworfen.
Dabei wird der Sensor mit einer Einsetztiefe in der Armatur fixiert. Die Fixierung des Sensors wird durch eine Verschraubung in der Armatur gewährleistet. Für die Fixierung und Festlegung der Einsetztiefe der Sensoren in den Armaturen werden diese mit einem festen Bund bzw. Anschlag oder einer Nut mit einem Sicherungsring versehen und mittels eines O-Rings abgedichtet. Aus dem Stand der Technik sind z.B. Sensoren bekannt, die mit einem festen Bund ausgeführt sind, der am Schaft des Sensors angeordnet ist und daher nur die Realisierung einer vorgegebenen Einsetztiefe ermöglicht. Dabei ist an einem Endabschnitt einer in die Armatur mündenden, das Medium führenden Leitung eine fest eingebaute Düse angeordnet, durch welche das Medium eine der Düse zugewandte Stirnfläche des Sensors, insbesondere die Membran, anströmt.
Die Anströmung des Sensors durch das Medium, z.B. das Erreichen einer definierten Mindestanströmung, ist dabei im Stand der Technik von der Ausgestaltung des Sensors, beispielsweise einer vorgegebenen Einsetztiefe, der Anwendung, sowie der vorgegebenen Ausgestaltung der fest eingebauten Düse abhängig. Je nach Ausgestaltung des Sensors, etwa der Art der Membran und des Mediums, wird daher eine andere Anströmung des Sensors durch das Medium benötigt. Dies hat den Nachteil, dass der Sensor nicht in einer anderen Armatur, z.B. eines anderen Herstellers verbaut werden kann, da er dann nicht mit einer auf den Sensor und/oder die Anwendung abgestimmten Anströmung betrieben wird. Für den Fall einer Änderung des Durchflusses des Mediums in der Leitung ändert sich z.B. die Anströmung des Sensors anwendungsbedingt. Auf diese Situation kann daher nicht flexibel reagiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung mit einer Armatur anzugeben, welche universell einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine modulare Sensoranordnung, umfassend:

- eine Armatur, die
- --einen Schacht und
- --eine innerhalb der Armatur angeordnete Leitung zur Führung eines fließfähigen Mediums aufweist, wobei die Leitung mit einem Endabschnitt der Leitung in den Schacht mündet, und
- einen, insbesondere elektrochemischen, Sensor zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße des Mediums, der in den Schacht einsetzbar ist, wobei die Leitung an ihrem in den Schacht mündenden Endabschnitt eine auswechselbare Düse aufweist, durch die ein in der Leitung fließendes Medium den Sensor anströmt, und wobei die Anströmung mittels der Ausgestaltung und/oder der Ausrichtung der Düse in dem Endabschnitt in Abhängigkeit von dem Medium und/oder von dem Sensor einstellbar ist

Die Erfindung löst die oben genannte technische Aufgabe dadurch, dass die modulare Sensoranordnung für beliebige Medien, insbesondere mit beliebigen Durchflüssen innerhalb der Leitung der Armatur, und/oder für beliebige längliche Sensoren zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße des Mediums verwendbar ist. Die Anströmung ist mittels der Ausgestaltung und/oder Ausrichtung der auswechselbaren Düse individuell einstellbar und dadurch auf den Sensor und/oder das Medium abstimmbar, insbesondere in Abhängigkeit von dem Sensor und/oder dem Medium optimierbar. In Abhängigkeit von z.B. den Eigenschaften des Mediums und der Ausgestaltung des Sensors kann die dafür optimal ausgestaltete Düse ausgewählt werden und/oder die Düse optimal in dem Endabschnitt ausgerichtet werden.
Der Begriff „Ausrichtung“ der Düse in dem Endabschnitt bezeichnet sowohl, unter welchem Winkel die Düse den Sensor anströmt (d.h. einen Anströmwinkel), und auch, inwieweit die Düse in den Endabschnitt geschoben ist. Hierdurch ändert sich zum Beispiel der Abstand zwischen der Stirnfläche des Sensors und dem der Stirnfläche zugewandten Endbereich der Düse.
Die Eigenschaften des Mediums umfassen z.B. ein jeweils vorgegebenes Intervall, in welchem eine physikalische Größe des fließfähigen Mediums wie etwa die Viskosität, Dichte, Durchfluss, Temperatur etc. liegen. Insbesondere der Durchfluss ist hierbei relevant, da dieser in der Regel stark die Anströmung beeinflusst. Liegen kleine Volumen-Durchflüsse von z.B. unterhalb als 10 l/h in der Leitung der Armatur vor, können mittels der Ausgestaltung der Düse selbst für diese die vorstehend genannte erforderliche Mindestanströmung erreicht werden. Derartig geringe Volumen-Durchflüsse sind oftmals mit dem Ziel eines sparsamen Umgangs mit dem Medium erwünscht. Mittels der Düse kann somit ein unnötig großer Durchfluss in einer Durchflussarmatur mit einer als Bypass ausgestalteten Leitung reduziert werden. Eine weitere Eigenschaft des Mediums ist seine Zusammensetzung, beispielsweise eine bekannte chemische Zusammensetzung und/oder falls das Medium den Sensor beanspruchende Partikel, z.B. abrasive Partikel wie etwa Sand, aufweist.
Die Ausgestaltung des Sensors bestimmt zum Beispiel die Einsetztiefe und die Empfindlichkeit des Sensors. Als „Empfindlichkeit“ des Sensors wird im Rahmen dieser Anmeldung zum einen die Sensitivität der sensitiven Komponente auf den im Medium enthaltenen Analyten wie etwa die Sensitivität der eingangs genannten sensitiven Membran, zum anderen aber auch die Empfindlichkeit des Sensor gegenüber Schädigungen durch im Medium enthaltene und den Sensor beanspruchende Partikel bezeichnet.
In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Mediums und dem Sensor ergibt sich also eine dafür jeweils optimale Düse mit einer optimierten Anströmung.
Die Optimierung der Anströmung erfolgt beispielsweise aufgrund von Erfahrungswerten mit vorgegebenen Anwendungen und/oder Sensoren. Alternativ wird die Ausgestaltung einer für eine optimierte Anströmung erforderliche Düse im Rahmen von experimentellen Untersuchungen und/oder Berechnungen ermittelt. Im Falle von Berechnungen kann insbesondere auch z.B. ein bestimmtes Strömungsmodell und/oder ein numerisches Modell, beispielsweise ein FEM-Modell, zugrunde gelegt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Endbereich der Düse einer Stirnfläche des Sensors zugewandt. Bei der Stirnfläche des Sensors handelt es sich beispielsweise um die eingangs genannte sensitive Membran eines elektrochemischen Sensors.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Anströmung des Sensors durch das Medium anhand der Form der Düse, anhand einer Querschnittsfläche der Düse in dem Endbereich, anhand eines Abstands zwischen dem Endbereich der Düse und der Stirnfläche und/oder anhand eines Anströmwinkels der Düse in Bezug zu der Stirnfläche des Sensors einstellbar.
Der Abstand zwischen dem Endbereich der Düse und der Stirnfläche ist zum einen anhand der Ausgestaltung der Düse, d.h. über ihre Länge, einstellbar, zum anderen wie bereits erwähnt über ihre Ausrichtung in dem Endabschnitt.
Der Anströmwinkel ist dabei derart definiert, dass eine Anströmung in einer zur der Stirnfläche senkrechten Richtung (d.h. parallel zu einer Flächennormalen der Stirnfläche) einem Anströmwinkel von 90° entspricht.
In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist der Anströmwinkel der Düse in Bezug zu der Stirnfläche mittels eines zwischen der Düse und dem Endabschnitt der Leitung angeordneten Ausrichtelements einstellbar. Insbesondere handelt es sich bei dem Ausrichtelement um ein Kugelgelenk. Bei dem Ausrichtelement kann es sich jedoch auch um eine verschiebbar gelagerte Blende oder einen ausrichtbaren Schlauch handeln. Letzterer kann beispielweise mittels eines Führungselements ausgerichtet werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor mit einer vorgegebenen Einsetztiefe in den Schacht einsetzbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind/ist der Schacht und/oder der Sensor länglich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind/ist der Schacht und/oder der Sensor insbesondere im Wesentlichen zylinderförmig.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Düse im Wesentlichen zylinderförmig.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in der Düse ein Partikelfilter angeordnet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist der Partikelfilter auswechselbar. Damit kann zum Einen ein durch ein Zusetzen des Partikelfilters erforderlicher Austausch des Partikelfilters vorgenommen werden. Ein Austausch des Partikelfilters ohne gleichzeitigen Austausch der Düse ist z.B. vorteilhaft, wenn durch einen Sensoraustausch bedingt nur eine Anpassung des Partikelfilters, nicht aber der Düse erforderlich, etwa weil beide Sensoren die gleiche Einsetztiefe aber eine unterschiedliche Empfindlichkeit auf unterschiedliche abrasive Partikel aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Leitung einen an der Düse vorbeiführenden Abschnitt auf, mittels dem ein Anteil des Mediums an der Düse vorbeileitbar ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft, falls im Bypass ein ausreichend großer Durchfluss für die erforderliche Mindestanströmung vorliegt. In diesem Fall kommt der vorbeigeleitete Anteil des Mediums nicht mit dem Sensor in Berührung und kann durch die Armatur abfließen.
In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist der Anteil des an der Düse vorbeigeleiteten Mediums mittels eines Ventils einstellbar. Bei dem Ventil handelt es sich beispielsweise um ein Kugelhahnventil, ein Nadelventil oder einen Schieber.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Schacht ein Abfluss angeordnet, über den durch die Düse in den Schacht eingeströmtes Medium wieder aus dem Schacht ableitbar ist.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die Leitung nur zeitweise von Medium durchströmt. In diesem Fall weist die Armatur einen an der Leitung angeordneten Mediumsdetektor auf, mit dem das Vorhandensein von Medium in der Leitung feststellbar ist. Dadurch ist vorteilhaft eine zusätzliche funktionale Sicherheit der Sensoranordnung für kleine Durchflüsse geschaffen, da z.B. ein Ausbleiben des Sensorsignals mit der Abwesenheit des Mediums in der Leitung korreliert werden kann. Bei dem Mediumsdetektor handelt es sich also um einen Sensor zur Erkennung des Vorhandenseins eines Mediums in der Leitung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist der Mediumsdetektor angrenzend zu der Düse angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dieser Weiterbildung handelt es sich bei dem Mediumsdetektor um einen induktiven und/oder kapazitiven Leitfähigkeitssensor.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, nicht maßstabsgetreuen Figuren näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Es zeigt:

1: Experimentelle Untersuchungen der Anmelderin mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
2a,b: Schnittansichten des Einflusses des Anströmwinkels für unterschiedliche Sensoren einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
3: Eine Schnittansicht einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung;
4: Eine Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.

1 zeigt experimentelle Untersuchungen der Anmelderin mit einer Armatur 1. Bei der Armatur 1 handelt es sich um eine Durchflussarmatur, mit der die Prozessgröße des Mediums 4 in einer als Bypass ausgestalteten Leitung 3 mit einem in einem Schacht 2 (vgl. 2 bis 4) der Armatur 1 eingesetzten elektrochemischen Sensor 5 bestimmt und/oder überwacht wird.
Bei dem elektrochemischen Sensor 5 handelt es sich um einen amperometrischen Desinfektionssensor, mit welchem in der Bypass-Leitung 3 der Chlorgehalt (oder auch der Gehalt eines anderen vorher zugesetzten Desinfektionsmittels) des Mediums 4 bestimmt und/oder überwacht wird. Bei amperometrischen Sensoren wird als das die Prozessgröße repräsentiere Messsignal ein Sensorstrom ausgegeben. Der in den experimentellen Untersuchungen der Anmelderin gemessene Sensorstrom ist für eine konstante Konzentration des Analyten in dem Medium 4 für jeweils verschiedene Volumen-Durchflüsse zwischen 10 und 75 l/h als oberste gestrichelte Linie D in 1 aufgetragen.
Der Sensorstrom bei konstanter Analytkonzentration und gleichzeitig sich ändernden Volumen-Durchflüssen ist als die Linie S1 in dem Graphen in 1 aufgetragen. Für eine fest eingebaute Düse 6, welche nicht speziell auf den Sensor 5 (siehe 2-4), abgestimmt ist, zeigt sich auch bei konstanter Analytkonzentration eine ungewollte, sehr starke Abhängigkeit des Sensorstroms von dem jeweils vorliegenden Volumen-Durchfluss. Dies ist durch eine nicht-optimierte Anströmung der sensitiven Membran an der Stirnfläche 51 des Sensors 5 (vgl. 3 und 4) durch das Medium 4 bedingt, da die beobachtete Änderung des Sensorstroms ist hier im Wesentlichen auf eine Änderung in dem Volumen-Durchfluss zurückzuführen ist. Es liegt z.B. für kleinere Volumen-Durchflüsse unterhalb 30 l/h hier nicht die eingangs erwähnte Mindestanströmung der sensitiven Membran des amperometrischen Desinfektionssensors vor.
Für einen gegeben Sensor 5 der z.B. mit einer vorgegebenen Einsetztiefe hsens in den Schacht 3 eingesetzt ist und ein gegebenes Medium 4 mit einem Volumen-Durchfluss aus einem bestimmten Intervall kann mittels der erfindungsgemäßen modularen Sensoranordnung die Anströmung optimiert werden. Dies ist in schematisch durch die weiteren Linien S2 bis S6 unterhalb der obersten durchgezogenen Linie S1 in 1 dargestellt. Dargestellt ist der Sensorstrom für Messungen, in denen jeweils verschieden ausgestaltete Düsen 6, d.h. mit verschieden Formen, Durchmessern, Düsen-Längen usw., verwendet wurden
Die experimentellen Untersuchungen der Anmelderin zeigen, dass sich mittels der geeigneten Wahl der Ausgestaltung der Düse 6 die ungewollte Abhängigkeit des Sensorstroms von dem Volumen-Durchfluss reduzieren lässt. Für eine Düse 6 mit einer optimierten Anströmung (unterste durchgezogene Linie S6) ist der Sensorstrom für alle Volumen-Durchflüsse aus dem beobachteten Intervall im Wesentlichen konstant. Bei der hier gezeigten Optimierung der Anströmung ist der vorstehend beschriebene ungewollte Einfluss des Volumen-Durchflusses auf das Messsignal eliminiert, so dass der Sensor eine konstante Sensitivität aufweist, unabhängig vom jeweiligen Volumen-Durchfluss aus dem beobachteten Intervall.
Eine für einen jeweiligen Sensor optimale Anströmung in einer Armatur kann weiterhin einen Anströmwinkel α umfassen. Dies ist in der Schnittansicht in 2a und 2b näher dargestellt
Der Sensor 5 und der Schacht 2 sind hier im Wesentlichen als zylinderförmig ausgeführt, so dass den in 2a mit einer bestimmten vorgegebenen Einsetztiefe hsens in den Schacht 2 eingesetzten Sensor 5 ein Ringspalt umgibt. Für den Fall, dass das Medium 4 beispielsweise neben dem Analyten (hier Chlor) auch abrasive Sandpartikel enthält, ist eine lotrechte Anströmung (d.h. mit einem Anströmwinkel α von 90°) der Stirnfläche 51 des Sensors durch das Medium 4 unerwünscht, da ansonsten die an der Stirnfläche 51 des Sensors 5 angeordnete sensitive Membran durch Abrasion beschädigt werden kann. Aufgrund der Ausrichtung eines Endbereichs 61 (hier nicht gezeigt, siehe 3) der Düse 6 in Bezug zu dem Sensor 5 wird ein Anströmwinkel α größer als 90° eingestellt.
In 2a ist beispielhaft ein für das jeweilige Medium 4 und für den Sensor 5 mit einer vorgegebenen Einsetztiefe hsens optimierter Anströmwinkel α gezeigt, mit dem ein Kompromiss zwischen einer ausreichenden Sensitivität der sensitiven Membran, d.h. unabhängig von dem jeweiligen Volumen-Durchfluss (vgl. 1, unterste Linie S6), und einer Vermeidung einer die Membran potentiell schädigen senkrechten Anströmung gefunden wurde.
Wird nun in derselben Armatur 1 ein anderer Sensor 5 mit einer anderen, insbesondere kürzeren Einsetztiefe hsens eingesetzt, siehe 2b, so kann der vormals optimierte Anströmwinkel α aufgrund des vergrößerten Abstands hds zwischen Düse 6 und Sensor 5 nicht mehr optimal sein, da nun ein zu großer Anteil des Mediums 4 an der sensitiven Membran durch den Ringspalt an dem Sensor vorbeifließt. Die erfindungsgemäße modulare Sensoranordnung ermöglicht hier vorteilhaft einen Austausch der Düse und/oder ein Nachführen der Ausrichtung der Düse 6. Somit kann flexibel auf einen derartigen Sensoraustausch reagiert werden. Unabhängig vom jeweiligen Sensor 6 bzw. seiner Einsetztiefe hsens ist weiterhin dieselbe universell einsetzbare Armatur 1 verwendbar.
Die erfindungsgemäße modulare Sensoranordnung ist in einer ersten Ausgestaltung in 3 und in einer zweiten Ausgestaltung in 4 in einer Schnittansicht näher dargestellt.
3 zeigt die Armatur 1 mit dem von außen her in den Schacht 2 der Armatur 1 mit der vorgegebenen Einsetztiefe hsens eingesetzten amperometrischen Desinfektionssensor. In eine innerhalb der Armatur 1 angeordnete Öffnung des Schachts 2 führt ein Endabschnitt 31 einer Bypass-Leitung 3. Die auswechselbare Düse 6 mit einer bestimmten Form, Länge und Querschnittsfläche QF ist mit dem Endabschnitt 31 der Leitung 3 und dem Schacht 2 verbunden. Mittels der auswechselbaren Düse 6 kann die für das jeweilige Medium 4 und den jeweiligen Sensor 5 optimale Anströmung in der Armatur 1 eingestellt werden. Damit kann vorteilhaft dieselbe universell einsetzbare Armatur1 für eine Vielzahl von unterschiedlich ausgestalteten Sensoren 5 und Anwendungsfällen verwendet werden. Nachdem das Medium 4 mit der mittels der Düse 6 bestimmten Anströmung die Stirnfläche 51 des Sensors angeströmt hat, wird das Medium 4 durch einen Abfluss 10 aus dem Schacht 2 geleitet, welcher an einem oberen Ende des Schachts 2 angeordnet ist.
Je nach Anwendung kann zusätzlich der in 3 gezeigte Partikelfilter 8 in der Düse 6 eingesetzt sein, mit dem ein Anteil von im Medium 4 enthaltenen Partikeln herausgefiltert wird. Bei den Partikeln handelt es sich beispielsweise um die vorstehend erwähnten abrasiven Partikel oder um sich an der sensitiven Membran ansammelnde und die Membran potentiell zusetzende Partikel. Bevorzugt handelt es sich um einen austauschbaren Partikelfilter 8, so dass z.B. bei einer Änderung des Mediums 4 oder einem Zusetzen des Partikelfilters 8 auch hier flexibel reagiert werden kann, ohne dass ein kompletter Austausch der Düse 6 erforderlich ist.
In 4 ist das Detail einer Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einem amperometrischen Desinfektionssensor dargestellt. Die den Anströmwinkel α bestimmende Ausrichtung der Düse 6 in Bezug auf den Sensor wird hier mittels eines Ausrichtelements 7 eingestellt, welches zwischen dem Endabschnitt 31 der Leitung 3 und der Düse 6 angeordnet ist. Das Ausrichtelement 7 ist hier als ein Kugelgelenk ausgebildet. Die Länge der Düse 6 bestimmt den Abstand hds zwischen dem Endbereich 61 der Düse 6 und der der Düse 6 zugewandten Stirnfläche 51 des Sensors 5.
Weiterhin weist in dieser Ausgestaltung die Armatur 1 einen mit einem Ventil 9 mit der Leitung 3 verbundenen und an der Düse 6 vorbeiführenden Abschnitt 32 auf. Bei sehr großen Volumen-Durchflüssen, z.B. oberhalb von 30 bis 60 l/h, kann das Ventil 9 geöffnet werden, so dass durch diesen Abschnitt 32 ein Anteil des Mediums 4 durch die Armatur aus dem Bypass zurückfließt. Dadurch bedingen sehr große Volumen-Durchflüsse im Wesentlichen keine veränderte Anströmung des Sensors 5, auf die mit einem Austausch und/oder einer Nachjustierung der Düse 6 reagiert werden müsste.
In manchen Durchflussarmaturen tritt der Fall auf, dass die Leitung 3 nicht im Wesentlichen fortlaufend, sondern nur zeitweise vom Medium 4 durchflossen ist. Zur Erhöhung der Redundanz ist in diesem Fall in einer vorteilhaften Ausgestaltung in der Leitung 3 angrenzend zu der Düse 6 ein zusätzlicher Mediumsdetektor 11 an der Leitung 3 angeordnet, der zur Erkennung der Anwesenheit von Medium 4 in der Leitung 3 ausgestaltet ist. Der Mediumsdetektor 11 ist hier als induktiver Leitfähigkeitssensor ausgebildet. Das Messsignal des Mediumsdetektors 11 kann mit dem Messsignal des amperometrischen Desinfektionssensors korreliert werden. Mittels dieser Korrelation kann festgestellt werden, ob z.B. eine abrupte Änderung des Messsignals des amperometrischen Desinfektionssensors durch eine bloße Änderung wie etwa eine Verlangsamung des Volumen-Durchflusses oder durch die Abwesenheit von Medium 4 in der Leitung 3 verursacht ist. In dieser Ausgestaltung wird damit also zusätzlich überwacht, ob die für die Anwendung optimale Anströmung d.h. unabhängig von dem in der Anwendung jeweils auftretenden Volumen-Durchfluss, tatsächlich auch vorliegt.
Ungeachtet der Tatsache, dass die Erfindung im Zusammenhang mit einem amperometrischen Desinfektionssensors erläutert wurde, ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern ist auch für Sensoranordnungen mit einem Sensor eines anderen Sensortyps relevant. Insbesondere ist die Erfindung im Zusammenhang mit allen Sensoren anwendbar, welche an ihrer der Düse 6 zugewandten Stirnfläche eine sensitive Komponente aufweisen, mit der eine mit der Konzentration eines Analyten in dem Medium 4 korrelierende Messgröße bestimmt und/oder überwacht wird. Bei der sensitiven Komponente handelt es sich zum Beispiel um eine sensitive Stirnfläche eines elektrochemischen Sensors, da sich hier oftmals eine prinzipielle Abhängigkeit des Sensorsignals von der durch die Düse 6 mitbestimmte Anströmung zeigt. Beispiele für derartige elektrochemische Sensoren mit einer sensitiven Stirnfläche stellen potentiometrische Sensoren, insbesondere ionenselektive Elektroden wie etwa pH-Elektroden mit einer sensitiven Membran, aber auch ISFET-Sensoren dar. Bei letzteren kann als die sensitive Stirnfläche z.B. deren sensitive Halbleiter-Isolatorschicht aufgefasst werden. Weitere Beispiele umfassen optische oder amperometrische Sauerstoffsensoren (englisch „dissolved oxygen“ oder kurz:„DO“-Sensoren) oder Trübungssensoren.
Bezugszeichenliste

1: Armatur
2: Schacht
3: Leitung
31: Endabschnitt der Leitung
32: an der Düse vorbeiführender Abschnitt der Leitung
4: Medium
5: Sensor
51: Stirnfläche des Sensor
6: Düse
61: Endbereich der Düse
7: Ausrichtelements
8: Partikelfilter
9: Ventil
10: Abfluss
11: Mediumsdetektor
hsens: vorgegebene Einsetztiefe
QF: Querschnittsfläche der Düse
hds: Abstand zwischen Düse und Sensor
α: Anströmwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008039465 A1 [0003]

Claims

Modulare Sensoranordnung, umfassend: - eine Armatur (1), die --einen Schacht (2) und --eine innerhalb der Armatur (1) angeordnete Leitung (3) zur Führung eines fließfähigen Mediums (4) aufweist, wobei die Leitung (3) mit einem Endabschnitt (31) der Leitung (3) in den Schacht (2) mündet, und - einen, insbesondere elektrochemischen, Sensor (5) zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße des Mediums (4), der in den Schacht (2) einsetzbar ist, wobei die Leitung (3) an ihrem in den Schacht (2) mündenden Endabschnitt (31) eine auswechselbare Düse (6) aufweist, durch die ein in der Leitung (3) fließendes Medium (4) den Sensor (5) anströmt, und wobei die Anströmung mittels der Ausgestaltung und/oder der Ausrichtung der Düse (6) in dem Endabschnitt (31) in Abhängigkeit von dem Medium (4) und/oder von dem Sensor (5) einstellbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei ein Endbereich (61) der Düse einer Stirnfläche (51) des Sensors (5) zugewandt ist.
Modulare Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anströmung des Sensors (5) durch das Medium (4) - anhand der Form der Düse (6), - anhand einer Querschnittsfläche (QF) der Düse (6) in dem Endbereich (61), - anhand eines Abstands (hds) zwischen dem Endbereich (61) der Düse (6) und der Stirnfläche (51) des Sensors (5) und/oder - anhand eines Anströmwinkels (a) der Düse (6) in Bezug zu der Stirnfläche (51) des Sensors (5) einstellbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausrichtung der Düse (6) in Bezug zu der Stirnfläche (51) des Sensors (5), insbesondere der Anströmwinkel (α), mittels eines zwischen der Düse (6) und dem Endabschnitt der Leitung (3) angeordnetem Ausrichtelements (7), insbesondere mittels eines Kugelgelenks, einstellbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensor (5) mit einer vorgegebenen Einsetztiefe (hsens) in den Schacht (3) einsetzbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schacht (2) und/oder der Sensor (5) länglich insbesondere im Wesentlichen zylinderförmig sind/ist.
Modulare Sensoranordnung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Düse (6) im Wesentlichen zylinderförmig ist.
Modulare Sensoranordnung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei in der Düse (6) ein Partikelfilter (8) angeordnet ist.
Modulare Sensoranordnung nach Anspruch 8, wobei der Partikelfilter (8) auswechselbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Leitung (3) einen an der Düse (6) vorbeiführenden Abschnitt (32) aufweist, mittels dem ein Anteil des Mediums (4) an der Düse (6) vorbeileitbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach Anspruch 10, wobei ein Ventil (9) in dem an der Düse (6) vorbeiführenden Abschnitt (32) angeordnet ist, und wobei der Anteil des an der Düse (6) vorbeigeleiteten Mediums (4) mittels des Ventils (9) einstellbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei in dem Schacht (2) ein Abfluss (10) angeordnet ist, über den durch die Düse (6) in den Schacht (4) eingeströmtes Medium (4) wieder aus dem Schacht (2) ableitbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Leitung (3) nur zeitweise von Medium (4) durchströmt ist, und wobei die Armatur einen an der Leitung (3) angeordneten Mediumsdetektors (11) aufweist, mit dem das Vorhandensein von Medium (4) in der Leitung (3) feststellbar ist.
Modulare Sensoranordnung nach Anspruch 13, wobei der Mediumsdetektor (11) angrenzend zu der Düse (6) angeordnet ist.
Modulare Sensoranordnung nach Anspruch 13 oder 14, wobei es sich bei dem Mediumsdetektor (11) um einen induktiven und/oder kapazitiven Leitfähigkeitssensor handelt.