DE19946315A1 - Leitfähigkeitssensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitfähigkeitssensor mit einem im Wesentlichen kreiszylindrischen Gehäuse aus Kunststoff und mit metallenen Messelektroden in dessen planer im Wesentlichen kreisflächenförmiger Stirnwandung, von welchen wenigstens zwei Spannungselektroden und wenigstens zwei Stromelektroden Pole bilden, wobei wenigstens zwei im Wesentlichen kreisflächenförmigen Spannungselektroden von wenigstens zwei flächenförmigen, im Wesentlichen in einem Halbkreis verlaufenden bzw. von wenigstens vier im Wesentlichen kreisflächenförmigen, in zwei Halbkreisen angeordneten Stromelektroden umgeben sind.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Leitfähigkeitssensor mit
einem im Wesentlichen kreiszylindrischen Gehäuse aus Kunst
stoff und mit metallenen Messelektroden in dessen planer im
Wesentlichen kreisflächenförmiger Stirnwandung, von welchen
wenigstens zwei Spannungselektroden und wenigstens zwei
Stromelektroden Pole bilden.
Bei derartigen bekannten Leitfähigkeitssensoren besteht das
Problem, dass sie in die Reaktionsgefäße hineinragen und damit
die insbesondere bei Arzneimitteln kritische Reinigungs
operation behindern. Außerdem sind sie z. B. in einem Auf
taukessel, welcher mit schwimmenden Eisbrocken gefüllt ist,
wegen Beschädigungsgefahr nicht verwendbar. In faserhaltigen
Medien setzen sich die bekannten Sensoren zu und können
deshalb nicht oder nur mit besonderen Reinigungseinrichtungen
verwendet werden, wodurch der technische Aufwand und damit die
Kosten erheblich steigen. Bei Einsatz der bekannten Leitfähig
keitssensoren wird ferner die Strömung des Medienstroms, in
den sie hineinragen, beeinträchtigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leitfähig
keitssensor der eingangs genannten Art vorzuschlagen, welcher
bei geringem baulichen Aufwand die genannten Nachteile
vermeidet und dennoch eine zufriedenstellende Empfindlichkeit
aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem Leitfähigkeitssensor der eingangs
genannten Art insbesondere dadurch gelöst, dass die wenigstens
zwei im Wesentlichen kreisflächenförmigen Spannungselektroden
von wenigstens zwei flächenförmigen, im Wesentlichen in einem
Halbkreis verlaufenden bzw. von wenigstens vier im wesentli
chen kreisflächenförmigen, in zwei Halbkreisen angeordneten
Stromelektroden umgeben sind.
Erfindungsgemäß wird somit zur Lösung der gestellten Aufgabe
eine völlig neue Messelektrodenanordnung vorgeschlagen. Es
kann trotz kleiner Querschnittsabmessungen ein großer
Messbereich von bis zu 850 mS abgedeckt werden, so dass ein
Einsatz in den verschiedensten Anlagen möglich ist. Durch die
fast plane Oberfläche der Stirnwandung lässt der erfindungs
gemäße Leitfähigkeitssensor sich leicht reinigen und ist
unempfindlich gegen Verschmutzung. Außerdem ist er mechanisch
außerordentlich stabil. Die Verschaltung kann als Vierpol-
bzw. Zweipol-Leitfähigkeitssensor erfolgen. Bei der Anordnung
einzelner kreisflächenförmiger Stromelektroden in zwei
Halbkreisen um die Spannungselektroden erfolgt eine Annäherung
an zwei flächenförmige, im Wesentlichen in einem Halbkreis
verlaufenden Stromelektroden umso dichter, je mehr Pole
verwendet werden. Die Anzahl der Messelektroden kann auch
verändert werden, um eine Anpassung an besondere Gegebenheiten
zu erreichen. Bei der erfindungsgemäßen besonderen Anordnung
der Elektroden ist die Messelektrodenfläche deutlich kleiner
als bei herkömmlichen Leitfähigkeitssensoren und die innen
liegenden Spannungselektroden sind besser in das Messfeld
eingebunden. Der erfindungsgemäße Leitfähigkeitssensor hat
ferner keinen Strahlschatten und ist dadurch auch in Fermen
tern einsetzbar, welche mit CIP (Cleaning In Process)
ausgestattet sind.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind einer
von zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Spannungs
elektroden jeweils eine nahezu halbkreisförmig umlaufende
Stromelektrode zugeordnet.
Dabei liegen die Spannungselektroden und die halbkreisförmig
verlaufenden Stromelektroden vorzugsweise spiegelsymmetrisch
auf ein und demselben Durchmesser der Stirnwandung.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind von
vier oder sechs im Wesentlichen kreisflächenförmigen Strom
elektroden jeweils zwei bzw. drei in einer Halbkreisanordnung
um zwei in einem Abstand voneinander angeordneten Spannungs
elektroden vorgesehen.
Die im Wesentlichen kreisflächenförmigen Spannungselektroden
liegen dabei vorzugsweise auf einem Durchmesser der Stirnwan
dung und die vier bzw. sechs Stromelektroden auf bzw.
spiegelsymmetrisch zu diesem Durchmesser.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, dass der
Temperatursensor in einer der Messelektroden selbst eingebaut
ist.
Wenn das Gehäuse aus einem isolierenden Kunststoff, wie
Polyetheretherketon (PEEK), Glas oder einem vergleichbaren
beständigen Isolator besteht, sowie die Messelektroden aus
Edelstahl, Tantal, Hastelloy (einer unter dieser Marke
bekannten Nickel-Molybdän-Eisen-Legierung), Kunstkohle oder
dgl. flüssigkeitsbeständigen Leitern, ist der Leitfähigkeits
sensor FDA-konform. Außerdem ist ein Einsatz bis zu 200°C
möglich und eine chemische Widerstandsfähigkeit ist gewähr
leistet, so dass ein Einsatz in vielen Bereichen chemischer
und physikalischer Belastungen möglich ist. Alle Materialien
sind zudem bis mindestens 140°C autoklavierbar.
Das Gehäuse kann ferner aufgrund seines geringen Durchmessers
in einen 25 mm Stutzen passen, so dass ein Einsatz an vielen
Fermentern ohne Umbauten erfolgen kann.
Bei einer geringen Einbaulänge von weniger als etwa 10 mm ist
die Beschädigungsgefahr und die Störung des Medienstromes nur
gering.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden
alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale
für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der
Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in
einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch in Seitenansicht einen die Erfindung
aufweisenden Leitfähigkeitssensor, und
Fig. 2a
und 2b zwei Varianten der erfindungsgemäß vorgesehenen
Messelektroden-Anordnung.
Der in Fig. 1 dargestellte Leitfähigkeitssensor weist ein
Gehäuse 1 aus einem beständigen Isolator auf, welches eine
etwa kreiszylindrische Umfangswandung und eine ebene Stirnwan
dung 2 aufweist. In einer Umfangsnut 7 des Gehäuses 1 ist ein
Dichtungsring 5 aus Silikon oder dgl. Material aufgenommen.
An das Gehäuse 1 schließt sich rückwärtig ein Anschlussstecker
(VP-Stecker) 6 an, welcher leicht zu reinigen und unempfind
lich gegen Feuchtigkeit ist.
Wie aus der Fig. 2a und 2b ersichtlich, befinden sich in der
ebenen Stirnwandung 2 flächenförmige Spannungselektroden 3 und
Stromelektroden 4. Die beiden innen liegenden kreisflächenför
migen Spannungselektroden 3 haben einen lichten Abstand a
voneinander, welcher - je nach Anwendung - zwischen 1 und 10 mm
beträgt. Die beiden halbkreisförmigen Stromelektroden 4 gemäß
Fig. 2a, welche jeweils einer Spannungselektrode 3 zugeordnet
sind, haben einen geringsten Abstand von den Spannungselek
troden 3, welcher geringer ist als der lichte Abstand an den
Spannungselektroden 3 voneinander. Der Abstand der halb
kreisförmigen Stromelektroden 4 nach Fig. 2a von dem äußeren
Rand der Stirnwandung 2 ist etwa gleich dem geringsten Abstand
der Stromelektroden 4 von den Spannungselektroden 3.
Die Elektrodenanordnung gemäß Fig. 2b ist der von Fig. 2a
insoweit ähnlich, als die halbkreisförmigen Stromelektroden
4 gemäß Fig. 2a durch einzelne kreisflächenförmige Stromelek
troden 4 gemäß Fig. 2b ersetzt sind; letztere sind aber
ebenfalls halbkreisförmig angeordnet, wobei in dem dargestell
ten Fall jeweils drei kreisflächenförmige Stromelektroden 4
einer Spannungselektrode 3, diese teilsweise umgebend,
angeordnet sind.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 2a liegen die Spannungselektroden
auf einem Durchmesser d der Stirnwandung 2 und die halb
kreisförmigen Stromelektroden 4 spiegelsymmetrisch auf diesem
gleichen Durchmesser d. Bei der Anordnung gemäß Fig. 2b liegen
sowohl die Spannungselektroden 3 als auch 2 kreisflächenförmi
ge Stromelektroden 4 auf ein und demselben Durchmesser d der
Stirnwandung 2, während die jeweils beiden anderen kreis
flächenförmigen Stromelektroden 4 spiegelsymmetrisch dazu
liegen.
In einem der Messelektroden 3, 4 ist ein Temperatursensor
(nicht dargestellt) eingebaut.
1
Gehäuse
2
Stirnwandung
3
Spannungselektroden
4
Stromelektroden
5
Dichtungsring
6
Anschlussstecker
7
Umfangsnut
a Abstand
d Durchmesser
a Abstand
d Durchmesser
Claims (10)
1. Leitfähigkeitssensor mit einem im wesentlichen kreiszy
lindrischen Gehäuse (1) aus Kunststoff und mit metallenen
Messelektroden (3, 4) in dessen planer im Wesentlichen
kreisflächenförmiger Stirnwandung (2), von welchen wenigstens
zwei Spannungselektroden (3) und wenigstens zwei Stromelek
troden (4) Pole bilden, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei im Wesentlichen kreisflächenförmigen Span
nungselektroden (3) von wenigstens zwei flächenförmigen, im
Wesentlichen in einem Halbkreis verlaufenden bzw. von
wenigstens vier im Wesentlichen kreisflächenförmigen, in zwei
Halbkreisen angeordneten Stromelektroden (4) umgeben sind.
2. Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass einer von zwei in einem lichten Abstand (a)
voneinander angeordneten Spannungselektroden (3) jeweils eine
nahezu halbkreisförmig umlaufende Stromelektrode (4) zu
geordnet ist.
3. Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Spannungselektroden (3) auf einem Durch
messer (d) der Stirnwandung (2) und die halbkreisförmig
verlaufenden Stromelektroden (4) auf demselben Durchmesser (d)
spiegelsymmetrisch liegen.
4. Leitfähigkeitssensor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von vier oder sechs
im Wesentlichen kreisflächenförmigen Stromelektroden (4)
jeweils zwei bzw. drei in einer Halbkreisanordnung um zwei in
einem lichten Abstand (a) voneinander angeordneten Spannungs
elektroden (3) vorgesehen sind.
5. Leitfähigkeitssensor nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, dass die im Wesentlichen kreisflächenförmigen
Spannungselektroden (3) auf einem Durchmesser (d) der
Stirnwandung (2) und die vier bzw. sechs Stromelektroden (4)
auf bzw. spiegelsymmetrisch zu diesem Durchmesser (d) liegen.
6. Leitfähigkeitssensor mit wenigstens einem Temperatursen
sor, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor in
einer der Messelektroden (3, 4) eingebaut ist.
7. Leitfähigkeitssensor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) aus
einem isolierenden Kunststoff, wie Polyetheretherketon (PEEK),
Glas oder einem vergleichbaren beständigen Isolator besteht.
8. Leitfähigkeitssensor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (3,
4) aus Edelstahl (V4A 1.4571), Tantal, Hastelloy, Kunstkohle
oder dgl. flüssigkeitsbeständigen Leitern bestehen.
9. Leitfähigkeitssensor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) in
einen 25 mm Stutzen passt.
10. Leitfähigkeitssensor nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einbaulänge von weniger
als etwa 10 mm.
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