用于测量溶解的气体的光学传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于测量至少一种溶解在测量介质中的气体的光学传感器(100，400)，其中，所述传感器包括传感器头(102)、杆元件(106)和圆柱状的传感器杆(104)，所述杆元件具有用于敏感元件(108，408)的槽(110)，所述传感器杆布置在传感器头(102)和杆元件(106，206)之间。杆元件(106，206)出色的是亲水外表面(118，218)。

Optical sensor for measuring dissolved gas

The utility model relates to an optical sensor for measuring at least one dissolved in the measurement of the gas in the medium (100400), wherein, the sensor comprises a sensor head (102), rod element (106) sensor rod and cylinder (104), the lever has used sensitive element (108408). Groove (110), the sensor rod is arranged in the sensor head (102) and (106206) between the rod element. The rod element (106206) is excellent in the hydrophilic outer surface (118218).

【技术实现步骤摘要】
用于测量溶解的气体的光学传感器
本技术涉及一种用于测量至少一种溶解在测量介质中的气体的光学传感器的构型。
技术介绍
光学传感器基于的是，传感器材料和测量介质中的分析物、在此为至少一种溶解的气体之间的化学反应导致传感器的光学特性的改变。光学特性的改变可以例如在于布置在传感器中的敏感元件的吸收特性或荧光特性的改变，从而所述反应以后能够通过光谱学方法证实，并且因此可以确定测量介质中例如作为浓度或分压力的分析物含量。光学传感器例如用于测量溶解在测量介质中的气体、例如氧气、臭氧和/或二氧化碳，以便确定测量介质中的气体浓度，所述气体浓度对于溶解的气体而言作为分压力给出。在生物学的或生物工程的环境和/或过程中的使用已经表明，由于借助于公知为喷头的气体分配器将气态的分析物加入到过程中而产生气泡，所述气泡积聚在传感器外部并且由此也积聚在敏感元件上。这在测量时则导致光学传感器测量的是附着的气泡中的分析物的浓度，而不是测量介质中的分析物的浓度。当光学传感器例如设计用于测量溶解在测量介质中的气体的低材料密度而不是设计用来测量积聚的气泡中浓的多的气体时，测量介质中的气泡由此导致错误测量、测量峰值和/或甚至可能导致光学传感器的过载和/或报警通知。气态的分析物、例如特别是氧气，利用喷头加入到例如发酵过程中，以便培养更多的细胞培养物并且由此提高产量。不同几何形状的气体分配器称为喷头，所述气体分配器用于将气体加入到过程环境或反应容器中。喷头通常靠近搅动器地或者作为具有搅动器的单元布置在反应容器的底部。与此相反，传感器可以安装在反应容器的不同部位上。此外，传感器的常见的安装姿态是从上方穿过反应容器的顶板或盖板或者从侧面穿过反应容器的壁。在此，传感器通常在位于反应容器上的法兰上方被置入同一法兰中，其中，传感器视构型而定直接地或者在所谓的传感器配件的内部被置入反应容器中。通过喷头例如在发酵槽的情况下将氧气泡加入到位于所述发酵槽中的含水的测量介质中并且借助于搅动器分布在整个发酵槽中、更确切地说是在整个发酵槽中的测量介质中。所述气泡可以具有不同的大小并且如前所述地积聚在光学传感器外部和/或积聚在敏感元件上并且导致测量峰值、错误测量和/或甚至过载。
技术实现思路
因此，本技术的目的在于，提供一种用于测量溶解在测量介质中的气体的光学传感器，所述光学传感器在一定程度上阻止气泡积聚并且由此防止错误测量和测量峰值。该目的通过一种用于测量至少一种溶解在测量介质中的气体的光学传感器实现。该光学传感器包括传感器头、杆元件和圆柱状的传感器杆，所述杆元件具有用于敏感元件的槽，所述传感器杆布置在传感器头和杆元件之间。在此，杆元件尤其出色的是亲水外表面。根据本技术的光学传感器的优点在于，气泡在亲水外表面上不能积聚和/或在亲水外表面上滴落。以所述方式特别是在测量溶解在含水的测量介质中的气体时可以显著地改善光学传感器的测量效率。在一个示例性的构型中，杆元件此外包括一斜端面，用于敏感元件的槽布置在所述斜端面中。杆元件的亲水外表面在此至少包括该斜端面。具有斜端面的构型是有利的，因为气泡由于斜面而离开端面并且由于几何形状的情况已经阻止可能的积聚。优选地，亲水外表面此外至少包括杆元件外表面的在运行中与测量介质接触的部分、特别是斜端面，用于敏感元件的槽布置在所述斜端面中，所述敏感元件在运行中与测量介质直接接触。因为杆元件优选地是可更换的，所以所述杆元件在制造技术上呈现为：在杆元件的整个表面上都构造为亲水外表面。在一个示例性的构型中，杆元件的亲水外表面具有Ra≤1μm并且优选Ra≤0.4μm的表面粗糙度。表面粗糙度可以例如利用Jenoptic公司的HOMMEL-ETAMICT1000根据适用的DIN/ISO标准来确定。在此，表面粗糙度可以表示为平均粗糙度值Ra[μm]或者粗糙度等级N。亲水外表面优选地具有最大Ra≤1μm或者好于粗糙度等级N7的表面粗糙度并且特别是具有Ra≤0.4μm或者好于粗糙度等级N5的表面粗糙度。亲水外表面的表面粗糙度也影响其接触角θ。在一个另外的构型中，杆元件的亲水外表面具有θ≤60°、优选θ≥40°和θ≤55°之间和特别是θ≥45°和θ≤50°之间的接触角。在一个另外的构型中，杆元件的亲水外表面具有θ≤60°、优选θ≥10°和θ≤20°之间并且特别是θ≥12°和θ≤17°之间的接触角θ。接触角θ给出固体表面和处于表面上的液体、例如水之间的角度，所述接触角例如可以用接触角测角器测量。在此，接触角θ与液体和接触边界上的固体之间的相互作用有关并且给出具有相应的液体的表面的润湿度。疏水表面具有对于水的高的接触角，从而水从疏水表面滴落。与此相反，亲水表面具有小的接触角，因此水在不构成例如定义的液滴的情况下将所述表面润湿。ThomasYoung在1805年将被气体包围的液体在固体表面上的接触角θ定义为气相、液相和固相的相界上的角度，定义为γSG＝γSL+γLGcosθ，γSG为固相和气相之间的界面张力，γSL为固相和液相之间的界面张力，以及γLG为液相和气相之间的界面张力。杆元件的斜端面可以具有25度和45度之间的并且优选大约30度的角度α。具有带这样的斜端面的杆元件的光学传感器是有利的，因为气泡由此一方面甚至不能积聚在该斜端面上，并且另一方面该斜端面不是太陡的，因为经验已经表明，较陡的斜面由于敏感元件和至少部分地布置在传感器杆中的测量组件之间增大的间距而导致明显的信号损失。杆元件优选地由金属、特别是由不锈钢构成。在此，杆元件可以构造为具有斜端面的、圆柱状的空心体。其中，斜端面布置在杆元件的近侧的端部上，杆元件的远侧的端部构造为使得其可以与传感器杆连接。杆元件可以固定地或者可松开地与传感器杆连接，其中，可松开的连接、例如螺接、夹紧连接或卡口连接是优选的。在此，术语“远侧”和“近侧”的意义是：在运行中远离测量介质(远侧)以及在运行中朝向测量介质(近侧)。杆元件的远侧的端部由此在运行中或者在传感器的运行位置中背离测量介质，所述杆元件的近侧的端部朝向测量介质。在一个另外的构型中，光学传感器此外包括敏感元件，所述敏感元件布置在杆元件中并且在光学传感器运行中与测量介质接触。也可称为传感点的敏感元件包括例如荧光体，所述荧光体对于至少一种待测量的、溶解在测量介质中的气体是敏感的并且被分布在载体中。所述载体可以例如设计为聚合物片。如果荧光体例如对于氧气是敏感的，那么在与氧气接触时所述荧光体的荧光光谱改变，由所述荧光光谱则可以确定测量介质中的氧气浓度。在一个示例性的构型中，光学传感器此外包括测量组件，所述测量组件包括用于测量至少一种溶解在测量介质中的气体的光学和电子部件并且所述测量组件布置在传感器头中和传感器杆中。此外，所述测量组件包括光源、光导体、探测器以及用于控制和读取所述光学部件的电子部件。光学传感器的测量原理基于的是(极大简化地描述)：由光源发出的光通过光导体被传导到敏感元件以及杆元件并且在那里与荧光体相互作用。在与布置在与测量介质接触的敏感元件中的荧光体相互作用之后，荧光信号通过光导体被传导到探测器。在此，光导体可以包括至少一个光纤、多个光纤或者一光纤束。一种用于制造根据本技术的用于测量至少一种溶解在测量介质中的气体的光学传感器的方法，所述光学传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学传感器(100，400)，其用于测量一测量介质中的至少一种溶解的气体，所述光学传感器包括传感器头(102)；杆元件(106，206，406)，所述杆元件具有用于敏感元件(108，408)的槽(110)；圆柱状的传感器杆(104)，所述传感器杆布置在所述传感器头(102)和所述杆元件(106，206，406)之间；其特征在于，所述杆元件(106，206，406)包括亲水外表面(118，218)。

【技术特征摘要】
2015.12.03 EP 15197723.81.一种光学传感器(100，400)，其用于测量一测量介质中的至少一种溶解的气体，所述光学传感器包括传感器头(102)；杆元件(106，206，406)，所述杆元件具有用于敏感元件(108，408)的槽(110)；圆柱状的传感器杆(104)，所述传感器杆布置在所述传感器头(102)和所述杆元件(106，206，406)之间；其特征在于，所述杆元件(106，206，406)包括亲水外表面(118，218)。2.根据权利要求1所述的光学传感器，其特征在于，所述杆元件(106，206)包括一斜端面(116)，用于所述敏感元件(108)的所述槽(110)布置在所述斜端面中；所述杆元件(206)的亲水外表面(218)至少包括所述斜端面(116)。3.根据权利要求2所述的光学传感器，其特征在于，所述杆元件(106，206)的斜端面(116)具有25度和45度之间的角度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学传感器，其特征在于，所述杆元件(106，206，406)的亲水外表面(118，218)具有Ra≤1μm的表面粗糙度。5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学传感器，其特征在于，所述杆元件(106，206，406)的亲水外表面(118，218)具有θ≤60°的接触角。6.根据权利要求1至3中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·莱托，L·乌尔默，R·罗萨，
申请(专利权)人：梅特勒托莱多有限公司，
类型：新型
国别省市：瑞士,CH