用于光谱检测物质的传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于检测测量流体的至少一种预定的分析物成分的光谱传感器装置(10)，其中所述传感器装置(10)包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光谱检测物质的传感器装置


[0001]本专利技术涉及一种用于检测测量流体的至少一种预定的分析物成分的光谱传感器装置，其中所述传感器装置包括：
[0002]‑
传感器壳体，所述传感器壳体具有设备部段和样品部段；
[0003]‑
设置在设备部段中的辐射源，所述辐射源构成为，朝向样品部段的方向发射与至少一种预定的分析物成分相互作用的电磁测量辐射；
[0004]‑
设置在设备部段中的探测器装置，所述探测器装置构成为用于，能够检测朝向样品部段的方向入射的电磁辐射；
[0005]‑
对于测量辐射可穿透的且对于至少一种预定的分析物成分不可穿透的屏障装置，其中所述屏障装置设置在设备部段和样品部段之间；
[0006]‑
设置在样品部段中的聚合物基质，所述聚合物基质构成为用于，能够接收和再次释放至少一种分析物成分；
[0007]‑
设置在样品部段中的反射器装置，所述反射器装置具有指向聚合物基质和屏障装置的信号侧和与信号侧相反的流体侧；
[0008]其中所述反射器装置具有至少一个贯穿所述反射器装置的通道，穿过所述通道，在传感器装置的常规的测量操作中，在反射器装置的流体侧上在所述常规的测量操作中包含测量流体的外部的测量环境和位于反射器装置的信号侧上的聚合物基质之间交换至少一种分析物成分，其中反射器装置构成为和设置为用于，将从设备部段起穿过聚合物基质入射到其信号侧上的测量辐射朝向设备部段的方向向回反射。

技术介绍

[0009]这种传感器装置在DE 20 2004 013 614 U1中已知。已知的传感器装置如优选本专利技术的传感器装置一样用于通过非分散性红外光谱法确定测量流体的分析物成分，优选CO2，在本领域中非分散性红外光谱法也简称为”NDIR”光谱法。
[0010]本专利技术的一个基本测量原理是将通过分析物成分吸收特定波长或特定波长范围的电磁辐射用作为在分析物成分和测量辐射之间的相互作用。通常在物理上溶解在测量流体中的分析物成分能够经由扩散工艺从测量环境扩散到聚合物基质中，在该处所述分析物成分根据其浓度吸收特定波长的电磁测量辐射，而与参考波长不同的波长的电磁参考辐射则无吸收地穿过富含分析物成分的聚合物基质。通过比较特征性的辐射特性，例如由探测器装置接收到的参考辐射和由探测器装置接收到的被吸收的测量辐射的强度，可以确定在测量流体中是否存在分析物成分，并且在对测量操作进行适宜的方法控制时，也能够确定在测量流体中的分析物成分的浓度。为此，在具有聚合物基质的传感器装置部段暴露在测量环境中之后，通常要等待一段时间，直至扩散到聚合物基质中的分析物成分和在测量流体中的分析物成分的份额达到平衡。
[0011]在本申请中，至少一种“分析物成分”表示应借助传感器装置检测到的多种成分中的至少一种成分。通过设立辐射源和探测器装置以发射和接收电磁辐射来进行预先确定分
析物成分，所述电磁辐射通过与分析物成分的相互作用，例如通过吸收而改变。聚合物基质材料的选择也有助于预先确定能够通过本传感器装置检测的分析物成分，因为分析物成分的分子必须能够扩散到聚合物基质中并且从所述聚合物基质中扩散出来。
[0012]屏障装置，在DE 20 2004 013 614 U1中是由蓝宝石玻璃构成的构件，将传感器壳体的容纳辐射源和探测器装置的设备部段与样品部段在实体上分开，所述样品部段至少分区域地位于外部的测量环境中，进而与测量流体接触。屏障装置防止：扩散到聚合物基质中的分析物成分到达设备部段中的辐射源和探测器装置所处于的空间。因此确保：只有分析物成分的在聚合物基质中吸收的量才会改变测量辐射，所述测量辐射由辐射源发出并且在穿过聚合物基质、在反射器装置处反射和再次穿过聚合物基质之后由探测器装置检测到。
[0013]反射器装置将参考辐射和测量辐射的射到所述反射器装置上的份额向回反射至设备部段，在那里所述份额能够被探测器装置检测到。反射器装置用于相互竞争的技术目标，进而代表了在这些目标之间的折衷方案：一方面，其进行反射的面积应尽可能大，以便能够将尽可能大份额的测量辐射向回反射到容纳探测器装置的设备部段中。另一方面，贯穿反射器装置的至少一个通道应具有尽可能大的面积，以便能够实现在聚合物基质中传感器装置对测量环境中的分析物成分的变化的浓度具有尽可能短的响应时间。反射器装置的通道横截面面积越大，聚合物基质的交换面积就越大，在所述交换面积上分析物成分的分子能够从聚合物基质扩散到测量环境中和/或从测量环境扩散到聚合物基质中。在此，通道横截面面积的增加表示可用于反射的面积的减少，并且反之亦然。
[0014]在WO 2019/074442 A1或EP 2 887 054 A中已知另外的反射测量辐射的光谱传感器装置。这些已知的传感器装置也根据NDIR原理工作。
[0015]在从DE 20 2004 013 614 U1中已知的传感器装置中，反射器装置构成为金属网格或者以由金属颗粒形成的方式构成。在反射器装置构成为金属网格的情况下，已知的传感器装置的反射器装置直接施加到聚合物基质上并且由所述聚合物基质承载。
[0016]在此探讨的光谱反射传感器装置在其使用寿命期内与不同的测量流体接触，以便能够通常定量地验证在分别存在的测量流体中的分析物成分。这使得需要在其使用之间清洁传感器装置。特别有利的、即快速和安全的清洁方法要求将至少传感器装置的样品部段加热到明显高于100℃，例如加热到140℃上，这在所谓的“就地消毒”或简称“SIP”消毒方法和/或“就地清洁”或简称“CIP”清洁方法中是这种情况。在CIP清洁方法中出现的温度下，作为承载反射器装置的基体的聚合物基质可能会热软化，因此可能会改变反射器装置相对于辐射源和/或探测器装置的方位。然而，随着反射器装置的相对方位的这种改变，传感器装置的检测特性整体上发生变化。这可能引起，在这种清洁过程之前借助传感器装置获得的结果与在清洁过程之后的结果不再是可比较的。

技术实现思路

[0017]因此，本专利技术的目的是，能够改进开始提及的传感器装置，使得其在通常并且优选在100℃至150℃的范围内的热负荷，尤其在SIP消毒方法和/或CIP清洁方法中能够可靠地使用并且保持可靠地使用。
[0018]本专利技术在开始提及的传感器装置处通过如下方式实现了所述目的：传感器装置具有与聚合物基质不同的间距保证机构，所述间距保证机构构成为用于，能够防止反射器装
置接近屏障装置。
[0019]通过能够以不同的方式和方法构造的间距保证机构防止：通过反射器装置下沉到软化的聚合物基质中而引起的上述间距减小，进而实现传感器装置的在聚合物基质加热之后也恒定的检测特性。
[0020]间距保证机构由足够耐温的材料形成，所述足够耐温的材料例如优选是金属，尤其是不锈钢，和/或金属合金，和/或塑料，所述塑料直至至少200℃不软化，例如聚苯砜、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚四氟乙烯和/或玻璃和/或矿物，例如蓝宝石玻璃。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测测量流体的至少一种预定的分析物成分的光谱传感器装置(10)，其中所述传感器装置(10)包括：
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传感器壳体(12)，所述传感器壳体具有设备部段(18)和样品部段(16)；
‑
设置在所述设备部段(18)中的辐射源(64)，所述辐射源构成为，朝向所述样品部段(16)的方向发射与至少一种预定的所述分析物成分相互作用的电磁测量辐射；
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设置在所述设备部段(18)中的探测器装置(66)，所述探测器装置构成为用于，能够检测朝向所述样品部段(16)的方向入射的电磁辐射；
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对于所述测量辐射可穿透的且对于至少一种预定的所述分析物成分不可穿透的屏障装置(28)，其中所述屏障装置(28)设置在所述设备部段(18)和所述样品部段(16)之间；
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设置在所述样品部段(16)中的聚合物基质(40)，所述聚合物基质构成为用于，能够接收和再次释放至少一种所述分析物成分；
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设置在所述样品部段(16)中的反射器装置(36；136)，所述反射器装置具有指向所述聚合物基质(40)和所述屏障装置(28)的信号侧(36b；136b)和与所述信号侧(36b；136b)相反的流体侧(36a；136a)；其中所述反射器装置(36；136)具有至少一个贯穿所述反射器装置的通道(54；154)，穿过所述通道，在所述传感器装置(10)的常规的测量操作中，在所述反射器装置(36；136)的流体侧(36a；136a)上在所述常规的测量操作中包含所述测量流体的外部的测量环境(M)和位于所述反射器装置(36；136)的信号侧(36b；136b)上的聚合物基质(40)之间交换至少一种所述分析物成分，其中所述反射器装置(10)构成为和设置为用于，将从所述设备部段(18)起穿过所述聚合物基质(40)入射到其信号侧(36b；136b)上的测量辐射朝向所述设备部段(18)的方向向回反射，其特征在于，所述传感器装置(10)具有与所述聚合物基质(40)不同的间距保证机构(48)，所述间距保证机构构成为用于，能够防止所述反射器装置(36；136)接近所述屏障装置(28)。2.根据权利要求1所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述间距保证机构(48)具有在所述反射器装置(36；136)上的贴靠部段(44；144)，所述贴靠部段和与所述传感器壳体(12)刚性地连接的配合贴靠部段(46)以防止所述贴靠部段(44；144)接近所述屏障装置(28)的方式贴靠接合。3.根据权利要求2所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述反射器装置(36；136)至少部分地具有圆盘形构型，其中所述贴靠部段(44；144)在所述圆盘形反射器装置(36；136)的边缘区域(36c；136c)中构成。4.根据权利要求3所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述反射器装置(36；136)的边缘区域(36c；136c)的至少一部分容纳在间隙空间(52)中，所述间隙空间朝向所述屏障装置(28)由所述配合贴靠部段(46)限界，并且远离所述屏障装置(28)地由与所述传感器壳体(12)刚性地连接的固定构件(34)限界。5.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述间距保证机构(48)具有在所述反射器装置(36；136)上的支撑部段，所述支撑部段实体地支撑在所述屏障装置(28)上。6.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述间距保证机
构(48)具有所述反射器装置(36；136)的保持部段(44；144)与所述传感器壳体(12)的配合保持部段(46)的力配合和/或材料配合的接合。7.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，聚合物材料从所述屏障装置(28)连续地延伸直至所述反射器装置(36；136)。8.根据权利要求7所述的传感器装置(10)，其特征在于，聚合物材料完全填满空腔(50)，所述空腔由所述屏障装置(28)、由所述反射器装置(36；136)和由所述传感器壳体(12)的或容纳在所述传感器壳体(12)上的构件(34)的位于所述屏障装置(28)和所述反射器装置(36；136)之间的部段(16)限界。9.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，在所述信号侧(36b；136b)上和在所述流体侧(36a；136a)上存在聚合物材料，其中与涂覆在所述流体侧(36a；136a)上的由聚合物材料构成的层(38)相比，设置在所述信号侧(36b；136b)上的聚合物基质(40)覆盖所述反射器装置(36；136)的更大的面积和/或具有更大的厚度和/或具有更高的耐热性。10.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置(10)，其特征在于，所述反射器装置(36；136)具有多个贯穿所述反射器装置(36；136)的通道(54；154)，其中在所述流体侧(36a；136a)的对于至少一种所...

【专利技术属性】
技术研发人员：什佩拉，
申请(专利权)人：哈美顿博纳图斯股份公司，
类型：发明
国别省市：